甲烷电离特性的等离子体发射光谱法研究

周新柔 | -> | 1659| 0| 0.438704MB |甲烷,脉冲电晕等离子体,等离子体发射光谱,自由基

周新柔 周新柔 色谱一年级 | 文档量 |浏览量30647

摘 要 应用等离子体发射光谱法, 用CCD(charge coupled device) 光栅光谱仪记录并标识了脉冲电晕甲烷等离子体370~1 100 nm 的发射光谱, 确定了常温常压下高纯甲烷(99199 %) 经100 kV , 100 Hz 脉冲高压电离后的产物为H , C+ , CH , C , C2 , C3 , C4 , C5 和烃等。通过分析实验检测到的甲烷等离子体发射光谱, 给出了甲烷经脉冲高压电离形成电晕等离子体的机理和自由基CHn ( n = 3 , 2 , 1) 、碳、烃等产物的电离途径。结果显示甲烷分子经高能电子非弹性碰撞后脱氢程度很高, 大量氢原子及其离子和甲烷自由基在进一步被高能电子作用下合成了烯烃、炔烃、烷烃和高聚碳化物。实验所获得的脉冲甲烷等离子体发射光谱及其机理分析可为甲烷及其转化研究提供相关依据。
    等离子体发射光谱法是一种无干扰并可应用于多种等离子体的特征光谱、电子温度、电子密度、激发温度、粒种组成和粒子能量分布等状态参数的诊断方法[1-7 ] 。
    甲烷是烷烃中结构最简单的一个, 是植物腐烂的最终产物, 广泛存在于石油气, 天然气和沼气中。通过高压脉冲放电使甲烷分子电离, 形成等离子体, 用光栅光谱仪可以实时获得甲烷分子的发射光谱。张秀玲等[8 ] 用甲烷冷等离子体技术在250~670 nm 波长范围内检测到CH (391 , 431 nm) 、C(315 nm) 、C2 (516 nm) 等的发射光谱。Rie 等[9 ] 用发射光谱法考察了Ar/ H2 / CH4 混合气体等离子体, 检测到了C( 492164 , 493121 , 505122 , 538101 , 561160 , 586149 ,600160 , 601130 , 607198 nm ) , C+ ( 386189 , 387117 ,426170 , 462199 , 571125 nm) , C2 ( 501150 nm) , CH(314141 , 431142 nm) 等的发射光谱。Vandevelde 等[10 ] 通过
甲烷和氢气混合气体等离子体检测到了C2 (51615 , 51219nm) , CH(38819 , 43114 nm) 等的发射光谱。Barshilia 等[11 ]通过甲烷、氢气和氩气等离子体检测到了CH 的发射光谱线38715 和431 nm。黄松等[12 ]通过CF4 / CH4 电感耦合等离子体检测到了C2 (47115 , 51615 , 56315 nm) , H(48611 , 65613nm) , CH(43114 nm) 等的发射光谱。
    本文实验用高压脉冲电源将高纯甲烷(纯度> 99199 %)电离形成流注电晕, 通过CCD 光栅光谱仪检测了370 ~1 100 nm 光谱范围内甲烷的发射光谱, 光谱分析结果显示甲烷经高压脉冲信号电离后除上述文献检测到的H , CH , C ,C2 , C+ 外, 还包括C3 , C4 , C5 等的发射光谱。
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