CN116367401A - 一种等离子体射流诱导多孔材料内部微通道放电的方法 - Google Patents

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Abstract

一种等离子体射流诱导多孔材料内部微通道放电的方法，属于等离子体技术领域，该方法能够在结构化催化剂内部微通道产生放电等离子体，提升等离子体催化处理效果。该方法需要等离子体源1和多孔材料2。其中等离子体源1应采用大气压低温等离子体射流源。多孔材料2采用可精确调节内部空间结构和尺寸的结构化多孔材料，包括微通道21和空腔22。微通道21尺寸应在数十至数百微米范围内。空腔22尺寸应为毫米尺度，大于微通道21的尺寸。微通道21一端应与多孔材料2表面直接相连，另一端应与空腔22直接相连。本发明通过在结构化多孔材料内部构造与微通道相连的毫米级空腔，诱导空腔内部产生电子崩，为微米级通道提供充足的种子电子，在微米级通道内部产生均匀、高密度的等离子体，提升等离子体催化处理效果。

Description

一种等离子体射流诱导多孔材料内部微通道放电的方法
技术领域
本发明涉及等离子体技术领域，具体涉及一种通过等离子体射流在多孔材料内部微通道诱导放电的方法。
背景技术
等离子体催化，是指放电等离子体与某些具有催化性能的材料在协同作用下实现高效化学处理的技术。等离子体和催化剂的有机结合能够实现比各自单一作用更好的处理效果；此外，与传统的热催化方法相比，等离子体催化能够在相对温和的反应条件下实现较高的产物转化率。因此，等离子体催化被视为一种潜力巨大的化工技术，获得了越来越多的关注。
等离子体射流作为一种简单、灵活、高效的非平衡等离子体源，能够在不损坏催化剂的弱电场下产生高密度的化学物质，是等离子体催化过程中理想的等离子体源。然而，由于催化剂一般设计为多孔结构，在利用射流处理催化剂时，其内部微米、纳米空间尺度的微通道可能难以产生放电。对于沸石等内部空间尺寸较大的催化剂，其内部微通道的空间尺度一般为微米级别，不存在德拜屏蔽问题，难以放电的主要原因是缺乏种子电子。虽然可以通过强电场在微米级微通道内提升电子密度水平，但强电场也可能损坏催化剂。因此，如何在不增强电场的前提下诱导微通道内的良好放电是亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明是一种通过等离子体射流在结构化多孔材料内部微通道产生放电的方法，该方法能够在结构化催化剂内部微通道产生放电等离子体，提升等离子体催化处理效果。本发明为实现上述目的，基于结构化催化剂能够精确控制内部微通道和空腔尺寸的特点，提供一种通过人为构造的毫米级空腔诱导多孔材料内部微通道放电的方法。
所述的在多孔材料内部微通道诱导放电的方法需要等离子体源1和多孔材料2。其中等离子体源1应采用大气压低温等离子体射流源，多孔材料2应采用内部孔隙尺寸为微米级别的、可精确调控内部孔道尺寸的结构化多孔材料，如沸石。
进一步的，等离子体源1采用直流电压驱动的大气压低温等离子体射流源，包括环形电极11、介质管12。
进一步的，环形电极11嵌入介质管12内部。
进一步的，环形电极11连接正极性驱动电压。
进一步的，工作气体由介质管内部空腔向外流出，为放电电离波的推进提供气体环境。
作为优选，等离子体源1应采用合适的结构参数和驱动电源参数。所述的合适的结构参数和驱动电源参数包括：正极性驱动电压幅值、介质管内径尺寸、介质管材料介电常数、工作气体流速、工作气体成分、介质管管口与多孔材料表面的距离等。所述的合适的结构参数和驱动电源参数应能在不损坏多孔材料的弱电场下产生尽可能强的放电电离波和尽可能多的活性物质，实现最优的放电处理效果。
进一步的，多孔材料2采用可精确调节内部空间结构和尺寸的结构化多孔材料，包括微通道21和空腔22。
进一步的，多孔材料2内部的微通道21，其尺寸应在数十至数百微米范围内，在避免德拜屏蔽造成放电无法进入微通道内部的同时，又能为多孔材料提供足够大的比表面积，增强等离子体催化处理效果。
进一步的，多孔材料2内部的空腔22，其尺寸应为毫米尺度，大于微通道21的尺寸，从而为微通道放电提供足够的种子电子。
进一步的，微通道21一端应与多孔材料2表面直接相连，另一端应与空腔22直接相连。
进一步的，多孔材料2内部的微通道21与空腔22，其结构尺寸可通过人工控制获得，可根据实际需要精确调节微通道21和空腔22的结构尺寸，从而同时实现增大多孔材料的比表面积和诱导微通道内部放电的目的。
本发明提出了一种通过结构化多孔材料内部的毫米级空腔实现射流诱导多孔材料内部微通道放电的方法。当多孔材料内无空腔22，而仅有微通道21时，由于种子电子不足，微米级通道21内部无法发生放电。但当多孔材料内部微通道21与毫米级空腔22相连时，射流产生的流注导致的空间电场经多孔材料的极化效应首先传播至空腔22内，并在空腔22内部诱发电子崩。电子崩产生的电子在电场作用下迁移至微通道21中，为微通道21内部的放电提供了充足的种子电子。在电场的作用下，微通道21内部同时形成了两个方向的放电：一是向多孔材料表面方向传播的负流注放电，二是向空腔22方向传播的流注放电。这两种放电最后合并为单一放电过程，在微通道内产生均匀、高密度的等离子体，因此能够实现更加良好的等离子体催化处理效果。
本发明提出的技术方案解决了多孔材料内部微米级通道难以产生放电的问题。本发明通过在结构化多孔材料内部构造与微通道相连的毫米级空腔，诱导空腔内部产生电子崩，为微米级通道提供充足的种子电子，从而在微米级通道内部诱发放电。本发明提出的技术方案能够在射流作用下，在微米级通道内部产生均匀、高密度的等离子体，提升等离子体催化处理效果。此外，本发明提出的技术方案无需在多孔材料内构造强电场，避免了多孔材料的损坏；同时，本发明仅需在结构化多孔材料内部构造大尺寸的空腔结构，方法简单、易于控制，不需要等离子体参数的配合即能诱导微通道放电，具有较高的工程应用价值。
附图说明
图1为等离子体射流诱导多孔材料内部微通道放电的剖面示意图。
图2为射流处理无空腔、含微通道的多孔材料时等离子体空间分布示意图。
图3为射流处理含空腔和微通道的多孔材料时等离子体空间分布示意图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、功能以及具体设计，下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的描述。
实施例
如图1所示，本发明所采用的技术方案包括等离子体源1和多孔材料2。其中等离子体源1应采用大气压低温等离子体射流源，环形电极11嵌入介质管12内部。多孔材料2应采用内部孔隙尺寸为微米级别的、可精确调控内部孔道尺寸的结构化多孔材料，如沸石，多孔材料2内部应包含空间尺度为微米级别的微通道21和空间尺度为毫米级别的空腔22。
等离子体源1和多孔材料2的相关参数应设置在合适的范围内，参数设置的标准为：在不损坏多孔材料的电场强度下产生尽可能高密度的等离子体和活性物质。在本实施例中，等离子体源1的电压幅值设置为4kV，介质管内径为4mm，介电常数为5，工作气体采用He+0.5％N2，平均流速为4m/s，介质管管口距多孔材料表面5mm。多孔材料2的介电常数设置为5，微通道宽度为240μm。在不含空腔的案例中，微通道深度为3mm；在含空腔的案例中，微通道深度为1mm，空腔尺寸为4mm×2mm，保持孔道或空腔底部到多孔材料表面的距离总和为3mm。
如图2所示，当多孔材料内部无毫米级空腔时，射流产生的放电等离子体无法进入微通道内部。经分析，微通道入口附近的约化电场强度可达35Td，且在入口处电子密度均匀分布，最高可达1019m-3；但在微通道内部，电子密度下降至1010m-3，与微通道外部等离子体密度相差9个数量级。可见，微通道内部由于缺乏种子电子而无法发生放电。
为解决上述问题，本发明提出一种在微通道后构造毫米级空腔从而诱导微通道内发生放电的方法，如图3所示。射流产生的强电场首先通过介质极化作用传递到毫米级空腔内部，随后在空腔内诱导产生电子崩。放电的传播诱导空腔周围表面电荷极性的变化，从而形成空间电场，将空腔内由于电子崩产生的高密度电子传播到微通道内部，并首先在微通道与空腔相连的界面处产生放电。随后，放电向多孔材料表面方向发展，微通道内的电子首先到达微通道与多孔材料表面的入口处，经射流电场诱导产生向空腔发展的放电。因此，在微通道内部先后产生了两个方向相反的放电，最终两次放电合并为等离子通道，在微通道内产生了高密度、均匀的等离子体，解决了微米级微通道内无法发生放电的问题。
本发明提出的技术方案解决了多孔材料内部微米级通道难以产生放电的问题。本发明通过在结构化多孔材料内部构造与微通道相连的毫米级空腔，诱导空腔内部产生电子崩，为微米级通道提供充足的种子电子，从而在微米级通道内部诱发放电。本发明提出的技术方案能够在射流作用下，在微米级通道内部产生均匀、高密度的等离子体，提升等离子体催化处理效果。此外，本发明提出的技术方案无需在多孔材料内构造强电场，避免了多孔材料的损坏；同时，本发明仅需在结构化多孔材料内部构造大尺寸的空腔结构，方法简单、易于控制，不需要等离子体参数的配合即能诱导微通道放电，具有较高的工程应用价值。
以上借助具体实施例对本发明作了进一步描述，但是应该理解的是，本发明的实质和范围并不受上述实施例限定。本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例作出的各种修改，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种等离子体射流诱导多孔材料内部微通道放电的方法，其特征在于：该方法能够在结构化催化剂内部微通道产生放电等离子体，提升等离子体催化处理效果，基于结构化催化剂能够精确控制内部微通道和空腔尺寸的特点，提供一种通过人为构造的毫米级空腔诱导多孔材料内部微通道放电的方法。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体射流诱导多孔材料内部微通道放电的方法，其特征在于，需要等离子体源1和多孔材料2。其中等离子体源1应采用大气压低温等离子体射流源，多孔材料2应采用内部孔隙尺寸为微米级别的、可精确调控内部孔道尺寸的结构化多孔材料，如沸石。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体射流诱导多孔材料内部微通道放电的方法，其特征在于，所述等离子体源1采用直流电压驱动的大气压低温等离子体射流源，包括环形电极11、介质管12。
4.根据权利要求1所述的一种等离子体射流诱导多孔材料内部微通道放电的方法，其特征在于，所述的等离子体源1，环形电极11应嵌入介质管12内部，环形电极11应连接正极性驱动电压。
5.根据权利要求1所述的一种等离子体射流诱导多孔材料内部微通道放电的方法，其特征在于，所述的多孔材料2，应采用可精确调节内部空间结构和尺寸的结构化多孔材料，包括微通道21和空腔22。
6.根据权利要求1所述的一种等离子体射流诱导多孔材料内部微通道放电的方法，其特征在于，所述的多孔材料2，其内部的空腔22尺寸应为毫米尺度，大于微通道21的尺寸，从而为微通道放电提供足够的种子电子。
7.根据权利要求1所述的一种等离子体射流诱导多孔材料内部微通道放电的方法，其特征在于，所述的多孔材料2，其微通道21一端应与多孔材料2表面直接相连，另一端应与空腔22直接相连。
8.根据权利要求1所述的一种等离子体射流诱导多孔材料内部微通道放电的方法，其特征在于，所述的多孔材料2内部的微通道21与空腔22，其结构尺寸可通过人工控制获得，可根据实际需要精确调节微通道21和空腔22的结构尺寸，从而同时实现增大多孔材料的比表面积和诱导微通道内部放电的目的。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050214181A1 (en) * 2004-03-26 2005-09-29 Canon Kabushiki Kaisha Dielectric, gas treatment apparatus using the same, and plasma generator
US20190221402A1 (en) * 2018-05-21 2019-07-18 Nanocoating Plasma Systems Inc. Plasma beam penetration of millimeter scale holes with high aspect ratios
CN111010791A (zh) * 2019-12-10 2020-04-14 清华大学 基于多孔介质放电的等离子体发生装置
KR20200091167A (ko) * 2019-01-22 2020-07-30 주식회사 두베 유전체 장벽 대기압 플라즈마 발생장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050214181A1 (en) * 2004-03-26 2005-09-29 Canon Kabushiki Kaisha Dielectric, gas treatment apparatus using the same, and plasma generator
US20190221402A1 (en) * 2018-05-21 2019-07-18 Nanocoating Plasma Systems Inc. Plasma beam penetration of millimeter scale holes with high aspect ratios
KR20200091167A (ko) * 2019-01-22 2020-07-30 주식회사 두베 유전체 장벽 대기압 플라즈마 발생장치
CN111010791A (zh) * 2019-12-10 2020-04-14 清华大学 基于多孔介质放电的等离子体发生装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WENJUN NING ET AL.: "Inducing discharges in a micrometer catalyst channel by a helium atmospheric pressure plasma jet", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》, vol. 114, pages 054104 *

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