本發(fā)明涉及等離子體處理設(shè)備，特別是涉及一種低溫等離子體催化反應(yīng)裝置及其冷卻方法。

背景技術(shù)：

1、低溫等離子體技術(shù)作為一種前沿的化學反應(yīng)促進手段，近年來在材料科學、環(huán)境保護、能源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力。其核心優(yōu)勢在于能夠在相對溫和的條件下(如低溫或室溫)，生成高能電子和活性粒子，從而激活難以在常規(guī)條件下發(fā)生的化學反應(yīng)。這一特性不僅拓寬了化學反應(yīng)的溫度窗口，還為實現(xiàn)特定產(chǎn)物的定向合成提供了可能，尤其是在與催化劑的協(xié)同作用下，能夠更精確地調(diào)控反應(yīng)路徑和產(chǎn)物選擇性。

2、然而，盡管低溫等離子體技術(shù)具備上述顯著優(yōu)點，但其在實際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，尤其是在長時間運行過程中，電極區(qū)域的溫度升高問題尤為突出。隨著反應(yīng)時間的延長，電極附近的熱量積累導致反應(yīng)溫度顯著升高，這不僅偏離了低溫等離子體技術(shù)的初衷——在低溫條件下進行高效反應(yīng)，而且還可能對某些熱敏型催化劑的活性造成負面影響，降低催化效率，甚至引發(fā)安全風險，增加了操作的復(fù)雜性和監(jiān)控難度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種低溫等離子體催化反應(yīng)裝置及其冷卻方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，避免低溫等離子體催化反應(yīng)過程中隨著反應(yīng)的進行接地電極附近的溫度顯著升高。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明提供一種低溫等離子體催化反應(yīng)裝置，包括：

4、反應(yīng)室，所述反應(yīng)室內(nèi)密閉的腔體分為進氣腔和反應(yīng)腔，所述反應(yīng)腔中設(shè)置有固體催化劑，所述進氣腔與所述反應(yīng)腔通過透氣層相隔，所述透氣層的邊緣與所述反應(yīng)室的內(nèi)壁密封連接，所述固體催化劑不能通過所述透氣層進入所述進氣腔；所述反應(yīng)室上設(shè)置有與所述進氣腔連通的進氣管和與所述反應(yīng)腔連通的出氣管；

5、環(huán)狀的接地電極，所述接地電極固定套設(shè)在所述反應(yīng)室外且正對所述反應(yīng)腔；

6、密閉的冷卻殼，所述反應(yīng)室和所述接地電極都設(shè)置在所述冷卻殼內(nèi)，且所述反應(yīng)室的外壁通過若干個支撐桿與所述冷卻殼的內(nèi)壁固連；所述進氣管和所述出氣管都伸出所述冷卻殼；所述冷卻殼的側(cè)壁中設(shè)置有液體流道，所述冷卻殼上設(shè)置有進液管和回液管，所述液體流道一端與所述進液管連通、另一端與所述回液管連通；

7、與所述反應(yīng)室同軸設(shè)置的高壓電極，所述高壓電極穿過所述反應(yīng)室和所述冷卻殼，所述高壓電極一端伸入所述反應(yīng)腔、另一端伸出所述冷卻殼，所述高壓電極部分位于所述進氣腔中。

8、優(yōu)選的，還包括攪拌機構(gòu)，所述攪拌機構(gòu)包括套筒、第一葉片和第二葉片，所述套筒部分位于所述進氣腔中、部分位于所述反應(yīng)腔中，所述套筒轉(zhuǎn)動套設(shè)在所述高壓電極上，所述套筒絕緣；

9、所述第一葉片位于所述進氣腔中且與所述套筒的外壁固連；所述第二葉片位于所述反應(yīng)腔中且與所述套筒的外壁固連。

10、優(yōu)選的，所述進液管和所述回液管分別與儲液罐連通，所述儲液罐用于儲存冷卻液，所述進液管上設(shè)置有水泵。

11、優(yōu)選的，所述進液管上還設(shè)置有流量計。

12、優(yōu)選的，所述反應(yīng)室和所述冷卻殼分別與所述高壓電極密封連接，且所述反應(yīng)室和所述冷卻殼都與所述高壓電極絕緣連接。

13、優(yōu)選的，所述套筒通過軸承與所述高壓電極轉(zhuǎn)動配合。

14、優(yōu)選的，所述冷卻殼的材質(zhì)為陶瓷。

15、優(yōu)選的，所述透氣層的材質(zhì)為石英棉。

16、優(yōu)選的，所述套筒的材質(zhì)為塑料。

17、本發(fā)明還提供一種上述的低溫等離子體催化反應(yīng)裝置的冷卻方法：通過所述進液管向所述液體流道中通入冷卻液，所述液體流道中的冷卻液經(jīng)所述回液管流回儲液罐；根據(jù)低溫等離子體催化反應(yīng)所需要的反應(yīng)溫度控制所述冷卻液的流量。

18、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：

19、本發(fā)明的低溫等離子體催化反應(yīng)裝置及其冷卻方法，通過設(shè)置冷卻殼，并向冷卻殼中的液體流道通入冷卻液，能夠快速帶走低溫等離子體催化反應(yīng)過程中接地電極附近產(chǎn)生的熱量，進而降低接地電極附近的溫度，避免低溫等離子體催化反應(yīng)過程中隨著反應(yīng)的進行接地電極附近的溫度顯著升高，減少了溫度對熱敏型催化劑活性的不利影響，確保了催化劑在適宜的溫度范圍內(nèi)保持高效活性。

20、進一步的，在進氣過程中，進入進氣腔中的氣體能夠吹動第一葉片轉(zhuǎn)動，第一葉片轉(zhuǎn)動時帶動套筒和第二葉片一起轉(zhuǎn)動，第二葉片能夠?qū)Ψ磻?yīng)腔中的固體催化劑起到攪拌作用，促進固體催化劑與等離子體結(jié)合，提高活性和反應(yīng)效果。

21、進一步的，可以根據(jù)不同的固體催化劑的種類選用不同的冷卻液，冷卻液的種類包括但不限于液氮、水、油等。此外，冷卻液還可以循環(huán)利用。

22、進一步的，當采用液氮作為冷卻液時，液氮吸收熱量產(chǎn)生的氮氣可用于有氮氣參與的等離子體反應(yīng)，如合成氨等。

23、進一步的，反應(yīng)室中透氣層的設(shè)置不僅僅能使得氣體通過，還能夠阻止反應(yīng)腔中的固體催化劑進入進氣腔中，確保固體催化劑集中在反應(yīng)腔中，保證低溫等離子體催化反應(yīng)的正常進行。

技術(shù)特征：

1.一種低溫等離子體催化反應(yīng)裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子體催化反應(yīng)裝置，其特征在于：還包括攪拌機構(gòu)，所述攪拌機構(gòu)包括套筒、第一葉片和第二葉片，所述套筒部分位于所述進氣腔中、部分位于所述反應(yīng)腔中，所述套筒轉(zhuǎn)動套設(shè)在所述高壓電極上，所述套筒絕緣；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子體催化反應(yīng)裝置，其特征在于：所述進液管和所述回液管分別與儲液罐連通，所述儲液罐用于儲存冷卻液，所述進液管上設(shè)置有水泵。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫等離子體催化反應(yīng)裝置，其特征在于：所述進液管上還設(shè)置有流量計。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子體催化反應(yīng)裝置，其特征在于：所述反應(yīng)室和所述冷卻殼分別與所述高壓電極密封連接，且所述反應(yīng)室和所述冷卻殼都與所述高壓電極絕緣連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫等離子體催化反應(yīng)裝置，其特征在于：所述套筒通過軸承與所述高壓電極轉(zhuǎn)動配合。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子體催化反應(yīng)裝置，其特征在于：所述冷卻殼的材質(zhì)為陶瓷。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子體催化反應(yīng)裝置，其特征在于：所述透氣層的材質(zhì)為石英棉。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫等離子體催化反應(yīng)裝置，其特征在于：所述套筒的材質(zhì)為塑料。

10.一種權(quán)利要求1-9任一項所述的低溫等離子體催化反應(yīng)裝置的冷卻方法，其特征在于：通過所述進液管向所述液體流道中通入冷卻液，所述液體流道中的冷卻液經(jīng)所述回液管流回儲液罐；根據(jù)低溫等離子體催化反應(yīng)所需要的反應(yīng)溫度控制所述冷卻液的流量。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種低溫等離子體催化反應(yīng)裝置及其冷卻方法，涉及等離子體處理設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，裝置包括：反應(yīng)室，反應(yīng)室內(nèi)的腔體分為進氣腔和反應(yīng)腔，反應(yīng)腔中設(shè)置有固體催化劑，進氣腔與反應(yīng)腔通過透氣層相隔，反應(yīng)室上設(shè)置有進氣管和出氣管；環(huán)狀的接地電極固定套設(shè)在反應(yīng)室外；冷卻殼，反應(yīng)室和接地電極都設(shè)置在冷卻殼內(nèi)，冷卻殼的側(cè)壁中設(shè)置有液體流道，冷卻殼上設(shè)置有進液管和回液管，液體流道一端與進液管連通、另一端與回液管連通；與反應(yīng)室同軸設(shè)置的高壓電極。冷卻方法：通過進液管向液體流道中通入冷卻液，液體流道中的冷卻液經(jīng)回液管流回儲液罐。能夠快速帶走接地電極附近產(chǎn)生的熱量，降低接地電極附近的溫度。

技術(shù)研發(fā)人員：李鍇,陶悅,章旭明,張連成,朱祖超
受保護的技術(shù)使用者：浙江理工大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21