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基本信息

項目名稱：
六氟乙烷的熱分解特性
小類：
能源化工
簡介：
采用管式電阻爐對六氟乙烷進(jìn)行熱分解實驗，研究了停留時間、反應(yīng)溫度、六氟乙烷初始濃度對六氟乙烷熱分解率的影響。根據(jù)Arrhenius方程計算，獲得六氟乙烷在950-1100℃,熱分解反應(yīng)的活化能（Ea）和頻率因子(A)。
詳細(xì)介紹：
氟利昂由于其獨特的理化性質(zhì)曾被視為理想的制冷劑，但由于其具有強溫室化能力，并且是破壞臭氧層的元兇，而遭到各國的聯(lián)合限用、禁用。為了保持社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，合理使用和排放氟利昂顯得尤為重要。 本作品主要是關(guān)于采用管式爐熱分解法研究六氟乙烷熱分解的特性。逐個討論了熱分解溫度、反應(yīng)停留時間、六氟乙烷的初始濃度對六氟乙烷的熱分解率的影響。本試驗分解溫度為950℃-1100℃，停留時間約為2-5s，六氟乙烷的初始濃度范圍定為0.5-2%（體積分?jǐn)?shù)）。六氟乙烷與空氣預(yù)混合后通入管式爐內(nèi)進(jìn)行熱分解，反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)冷卻凈化后由傅立葉變換紅外光譜儀（FT-IR）進(jìn)行檢測，獲得分解后尾氣中殘余六氟乙烷的濃度。 實驗結(jié)果表明: C2F6初始濃度越低、溫度越高、反應(yīng)時間越長，C2F6分解率就越高。并通過化學(xué)反應(yīng)速率的定義式及實驗所得相關(guān)數(shù)據(jù)，計算出不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)；再根據(jù)Arrhenius方程，結(jié)合不同溫度下反應(yīng)速率常數(shù)，獲得六氟乙烷在950~1100 ℃熱分解反應(yīng)（不含催化劑）的活化能Ea為313.2 kJ?mol-1，頻率因子A為8.8×1011s-1。本實驗為氟利昂的工業(yè)化處理裝置的小型化提供了一定的理論和實踐基礎(chǔ)。

作品圖片

  • 六氟乙烷的熱分解特性

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

國內(nèi)外學(xué)者對于氟利昂的分解進(jìn)行了大量的研究，并提出了多種分解氟利昂氣體的方法，有的分解方法還可以取得較好的分解效果，但是關(guān)于氟利昂熱分解特性的研究還鮮有報道。據(jù)此，本研究通過采用管式爐熱分解的方法，對六氟乙烷（C2F6）的熱分解進(jìn)行實驗研究以揭示六氟乙烷熱分解機理，并獲得六氟乙烷熱分解的動力學(xué)參數(shù)。本實驗主要研究了C2F6初始濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)停留時間對C2F6熱分解率的影響。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處

1.作品的科學(xué)性、先進(jìn)性:采用控制影響因素法研究不同因素（試驗分解溫度、停留時間、c2F6的初始濃度）對c2F6熱分解率的影響。反應(yīng)后的產(chǎn)物由傅立葉變換紅外光譜儀進(jìn)行檢測.計算獲得c2F6熱分解的反應(yīng)活化能及指前因子。 2.作品的獨特性:采用管式爐熱分解的方法研究了c2F6的熱分解性質(zhì)，獲得了其分解的動力學(xué)參數(shù)，為氟利昂分解裝置的小型化及推廣提供理論和實踐基礎(chǔ)

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

全球氣候變暖已經(jīng)是科學(xué)界不爭事實，而引起全球變暖的主要原因是溫室氣體排放的增加。本研究通過大量的實驗研究揭示了氟利昂分解機理，獲得了氟利昂分解的動力學(xué)參數(shù)，為氟利昂熱分解裝置的小型化和進(jìn)一步推廣提供數(shù)據(jù)支持和理論基礎(chǔ)。

學(xué)術(shù)論文摘要

采用管式爐研究了950-1100 ℃溫度區(qū)間C2F6分解特性，并研究了C2F6初始濃度、反應(yīng)溫度、停留時間對C2F6分解率的影響。實驗結(jié)果表明: C2F6初始濃度越低、溫度越高、反應(yīng)時間越長，C2F6分解率就越高。同時，熱解反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)應(yīng)該介于0和1之間。在溫度為1100 ℃，C2F6初始濃度為223.21μmol/L.停留時間為2 s時，C2F6分解率高達(dá)90%。根據(jù)Arrhenius方程計算，在950-1100 ℃, C2F6熱分解反應(yīng)的活化能（Ea）為313.2 KJ/mol，頻率因子(A)為8.8×1011 s-1。

獲獎情況

《高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報》 2009, 30(1):125-128； 獲湖北省第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎 2009.5

鑒定結(jié)果

SCI檢索報告

參考文獻(xiàn)

1.常用的氟利昂分解的方法主要有：等離子體法；化學(xué)氣相沉積法;催化分解法；超聲波分解法等。 2.參考文獻(xiàn)[1] Urashima K., Kostov K. G.,et al.. IEEE Transactions on Industry Applications，2001, 37(5): 1456—1463 [2] Takayuki W., Taira T.. Thin Solid Films, 2008, 516: 4391—4396 [3] Takaki K., Urashima K. Thin Solid Films, 2006, 506/507: 414—417

同類課題研究水平概述

國內(nèi)外學(xué)者針對如何有效、合理地分解C2F6及其它氟利昂氣體已做了大量的工作，并取得了一定的成果，如： 1、等離子體分解法：法國的Coulibaly等應(yīng)用ICP-CaO流化床聯(lián)用技術(shù)進(jìn)行氟利昂類化合物的消解研究，在高頻電感耦合等離子體（ICP）頻率為5.4MHz時，CF2Cl2的分解率達(dá)到90%，而對化學(xué)鍵能更強的CF4分解率僅為82%。 2、化學(xué)氣相沉積（CVD）法：日本專家Namose等采用CVD法先對PFC、HFC等進(jìn)行分解，再用水吸收尾氣中的HF和F2等氣體，使PFC和HFC的分解率提高，此技術(shù)獲得美國發(fā)明專利。 3、超聲波分解法：Nagata等以水為介質(zhì)，采用超聲波法對CFCs、HFCs等進(jìn)行了分解的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在氬氣氛圍下CFC-113的分解速度快于在空氣條件下；CFC-113的分解率隨液氣比的增加而增大。 4、催化分解法：Tajima等研究了在以水為介質(zhì)的條件下，采用各種固體酸催化劑對CFCs進(jìn)行催化分解。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在HY，沸石分子篩，H-mordenite, H-ZSM-5, γ-Al2O3和SiO2-TiO2等催化劑存在的情況下，只有40%的CFCs被分解。此外，大量學(xué)者研究了加氫脫氯的方法對CFCs的分解和轉(zhuǎn)換。即在催化劑的作用下，氯氟烴與氫反應(yīng)，生成不含氯原子的氫氟烴(HFCs)，HFCs對臭氧層沒有破壞作用。 5、燃料燃燒氧化分解法：利用燃料（H2和CH4）、空氣或氧氣以1200℃的高溫將低極性PFCs轉(zhuǎn)化成低分子量且具親水性的極性或弱極性化合物，如CO2、 HF、COF2等，再以水洗及吸附等方法除去危害性氣體，PFCs的去除率可達(dá)90%以上，對CF4稍差一些（80-92%）。 以上的研究，對于具體的分解機理討論的還不太深入，對氟利昂分解的動力學(xué)方面的研究還很少。本實驗主要是研究氟利昂熱分解的動力學(xué)。
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