用质谱观察等离子体辅助催化

众所周知，通过等离子体放电促进反应性气体混合物的催化。已经证明了许多不同的等离子体，例如表面屏障放电，以优化在传统的热活化反应器中使用的银/氧化铝或镍/氧化铝的催化效率。

作为优化的一部分，催化剂的有效性能开始时的起始温度降低了，而整个过程的效率提高了。

使用许多诊断技术研究了等离子体和加热催化剂的协同行为。所用技术主要是特异于观察特定反应产物。本文展示了质谱技术的多功能性，观察典型的血浆辅助催化过程的行为。

仪表

该反应器由石英管和贯穿其中的钨电极组成。用石英熔块盘集中电极和限制催化剂。等离子体在反应堆中产生，使用许多可用的激发技术。一个0-3瓦特，20千赫的电源用于中心电极进行测量。

因此，电极与围绕反应器管部分的接地电极之间产生等离子体，这也包括粉状催化剂所占体积(图1)。研究的催化剂包括镍/氧化铝和钯/氧化铝。

质量流量控制系统使用氦作为载气引入利益气体。在未来的工作中，有计划使用其他载气，包括氮。

图1所示。反应器，由具有钨电极的石英管组成，贯穿钨电极。

毛细管采样连接用于将流出物从反应器中的流出气体取样到隐藏QGA气体分析仪（图2）。在质谱仪的电离源中，压力降低到或低于10^－6Torr采用毛细管连接。

图2。Hiden QGA气体分析仪

实验结果

一氧化碳氧化

典型的质量扫描，用于从反应器中取样气体，同时含有氦气的输入气体流量为0.4％₂及0.2%的一氧化碳含量见图3a。将等离子体关闭时采集的扫描与等离子体操作时采集的扫描相减去，结果如图3b所示。

两次扫描都是在室温下收集的，清楚地显示出二氧化碳的生成对氧气和一氧化碳的损害。

图3。a)当输入气流为含0.2% CO和0.4% O的氦气时，对从反应器取样的气体进行典型的质量扫描₂．b)从等离子体运行时的扫描结果减去等离子体关闭时的扫描结果(两次扫描都是在室温下进行的)。

图4显示了在等离子体开启或不开启的情况下，催化剂加热循环过程中的二氧化碳转化率。等离子体在第一个周期的0-20分钟处于断开状态，而在26 - 38分钟和43.5 - 47分钟之间处于打开状态，在第二个周期的25 - 50分钟之间处于打开状态。28到41分钟的加热周期的速率与第一个周期中提供给加热器的功率相同。

图4。当催化剂被加热时，无论等离子体是否打开，在加热循环中转化为二氧化碳。

当催化剂的初始激活温度远高于其初始激活温度时，等离子体的影响可以忽略不计，但在较低的温度下，当关闭加热电源、催化剂冷却43.5-47分钟时，等离子体的影响就变得非常大。

当等离子体关闭时，二氧化碳信号在38分钟内保持不变。当血浆被打开时，大约33分钟的起始激活温度降低。

从m/e = 10到50所分析的所有质量的时间历程中，除了28、32和44，唯一与温度或等离子体开/关有显著偏差的质量是m/e = 16，可能是O⁺．这可能是由质谱仪源中的二氧化碳产生的。

有可能CO⁺也以类似的方式产生了m/e = 28信号的时间差，它有两个组成部分:一个来自二氧化碳产生，一个直接来自气体流中的一氧化碳。

甲烷干重整

钯/氧化铝催化剂和3:1的甲烷、二氧化碳和氦气的混合物被用来进行甲烷重整分析的第一次测试。Silverwood等描述的主要反应如下:

CH₄+有限公司₂= 2Co + 2h₂

两个加热/冷却循环如图5所示，其中当在第一循环中截止等离子体关闭时，在13分钟内达到催化剂的活化温度。氢气和一氧化碳形成连续增加，直至加热截止加热。结果，冷却反应器，从而降低氢和CO强度并恢复M = 16 CH₄⁺信号。

图5。两个加热/冷却循环

血浆在44分钟内，重新启动甲烷转化。该反应器现在远低于催化剂的活化温度。当恢复时，与不存在血浆的情况相比，反应器的加热产生20％的氢气和CO用于特定温度。

H的行为₂O⁺信号也由图5所示。H₂O⁺反应后产生信号:H₂+有限公司₂= co + h₂血浆对这种反应没有影响。

在反应器达到最佳温度之后的一段时间内，三个“等离子体”对相的影响如图6所示。反应堆温度在15-30分钟内保持不变，然后在40分钟内降低到激活阈值以下。最后的“等离子体启动”阶段说明了没有催化作用的转化的影响。

图6。在反应堆达到最高温度后的一段时间内，三个“等离子体”对相的影响。

用镍/氧化镁催化剂进行了类似的实验。一个加热循环如图7所示。血浆手术时间较短，分别为1:34、2:19、2:33和2:48小时。

虽然效果可以观察到，但并不显著。从2:10开始，相对丰度的显著偏差是不可能解释的，因为反应堆温度从那时一直保持到2:40。然而，这是催化剂效能恶化的迹象。

图7。一个加热循环

结论

结果表明，该仪器能够观察等离子体增强催化过程的行为。的响应隐藏QGA气体分析仪对任何随时间变化的产品的过程是快速的。

可以很容易地改变反应器的催化剂和等离子体区域的相对位置。未来的分析将探讨载气在测量等离子体对反应过程的贡献方面的作用。

该信息的来源、审查和改编来自Hiden Analytical提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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