电火花放电合成一氧化氮

电火花放电合成一氧化氮1.实验目的：（1） 通过对“点火花放电合成一氧化氮”实验条件的探究，进一步学习探究方法。（2） 探究出本实验的最佳实验条件。（3） 通过查阅文献及探究的过程逐渐形成分析、归纳问题的能力。2.教学目标：（1）知识与技能目标：能够清楚的了解电火花放电合成一氧化氮反应的原理以及生成的产物。（2）方法与过程：培养学生分析问题的能力。（3）情感与态度：通过实验，让学生明白化学是一门以实验为基础的学科，并了解实验的危险性，培养学生安全意识。实验原理：N2+02-NO+NO2+NOx设计思路：本实验采用干燥空气电火花发合成一氧化氮，NO2等气体采用吸附法除去，影响本实验的因素有空气流量，空气进出口方向与针板电极角度，电弧电压、电流及放电频率，电极间距，电极极性和吸附剂。查阅文献得知电弧电压为9.6kv，放电频率为30hz，以针（不锈钢）-板（铝）做做电极电极间距为3.5mm，吸附剂为氢氧化钠和氨水浸没过的木炭时合成一氧化氮效果较好。因此，此次探究内容为空气流量，空气进出口方向与针板电极角度和电弧电流。采用简单比较法。研究主要内容：（1）探究空气流量对合成一氧化氮的影响 （2）探究空气进出口方向与针板电极角度对合成一氧化氮的影响 （3）探究电弧电流大小对合成一氧化氮的影响实验步骤及数据处理实验装置介绍：脉冲形成回路（接下）冲形成回路、等离子体反丿花器、微粒过滤膜、气体冷却器以及NOrNO转换装置被放置在一个防电磁干扰的箱体中。气体流量在l-6L/min范围内的变化，由质量流量计（MFC）控制。用TektronixTOS754D示波器（美国）测量放电电压和电流波形,在放电达到稳态（5分钟）后，采用电化学法分析的Q-RAEPGM-2000M合式气体检测仪（美国RAE）测量放电处理后混合气体中的NO和NO?的浓度,其误差分别是1mL/m?和0,1mL/m3o1——竹〔泉2…「燥宇厲系况1——竹〔泉2…「燥宇厲系况3——流W4——等离广休氐应器5——愎粒过滤顾6——丸L堆化还愿装置7——冷却蛊8——氮皱化物直测仪图1脉冲电弧放电产生NO的装置示意图-TLTL3ll>x?sr4图2.脉冲放电实验装置简图探究（】道流电漏2IGBT;3.$压器；4.放电室J探究1)对空气流量，空气进出口方向与针板电极角度的探究实验时采用如图2所示的气休流向,即进出口方向分别与针-板电极垂直(图2(a))、平行(图2(b)),成某一角度(图2化),分别为30。和45。)以及干燥空气从空心阴极接地端进人，从空心阴极一侧流出(图2(d))的反应器昇个反应器的尺寸完全一致約具体实验方法是：每个反应器在气体流向相同的情况F,通过改变干燥空气流量(1,1522534,5,6)(L/min)来观测脉冲电弧放电对NO,NO2的浓度和NOJNOk比值的影响。总共完成了4组不同的实验。实验中的针.板电极材料分别为不锈钢和铝，电极间距为3.5mm「脉冲放电频率为30Hz,它们在4组实验中是公用的。NO和NOr的浓度是反应器工作时间的平均值,NOx=NO+XO2：?(h)与电极化)与电极成(时与(h)与电极化)与电极成(时与空心阴平行 杲一角凌 機重介(a)与电极图2反堆器9空气淀句关系示盘图16350250平行8150500462.5(a)N()蓝tl【)■16350250平行8150500462.5(a)N()蓝tl【)■[1.5 2.5 4 6流量/(L-miti'；(b)NO2/NO.—平行.in.__...14、J、--垂由图知：随气体流量增加，NO浓度均逐渐降低；相同流量时，NO浓度随气体流向与针-板电极间角度的增加而增加。当流量v2.5L/min时，由图知：随气体流量增加，NO浓度均逐渐降低；相同流量时，NO浓度随气体流向与针-板电极间角度的增加而增加。当流量v2.5L/min时，NO2/NOx比值随气体流向与针-板电极间角度的增加而增加，而气体流量〉2.5L/min时相反。因此,若考虑NO2/NOX比值，在选择气体流量时应同时考虑气体流向对放电产物NO浓度或NO2/NOX比值的影响，选择合适的流量。160SO4045L；°510 20 30'40 50^60i/min图4NO浓度巧空zI流向和反应器〔件讨间的关系T'H-上图为气体流量为3L/min时，4种气体流向下NO浓度与反应器工作时间的关系。由图可知无论哪种气体流向，随反应器工作时间延长，NO浓度均呈下降趋势。其中，放电初期，=进出口气体方向与电极垂直时，NO浓度变化最大，也最不稳定。大约30min后，无论哪种气体流向，随反应器工作时间延长，NO浓度均称逐渐稳定的趋势，其中气体流向与放电电极成30°和45°夹角时，NO浓度的稳定性最好。（2）脉冲电弧电流大小对NO浓度影响下图分别为电弧电流为600A、800A、1200A、1400A时反应产物NO、NO2浓度随时间变化及NO2/NOX比值。rst-sY-IBf-KH* 伽9OL0<e«4他©磁3B.O扯珈atto2:ON/tozSM050XaaoaMe2z02o.0u0■d—1IJ9JiI•^1<—Ml5.600A时NOHOAIOz/NS与时间的关系6.800A时NCXNC^NOyNOx与时间的关系枇M釧M刖0—1—一1 - - - 1 」 ——1 -0400 $E诵2025 30354045M5660时间（俪）图7.1200A时NO,Nft,Nft/NOx与时间的关系图&1400A时NO,N02.NO^/NOx与时间的关系—从图中可看到电流为600A时，NO和NO2浓度随时间增长，浓度降低。而且NO浓度很低，最高时只有18ppm，到lOmin后慢慢平稳下来，反而NO2浓度很高，高时科大llppm，平稳后也有8ppm左右，NO2/NOx也很大，在36%左右。图6中NO浓度较稳定，NO2经最初几分钟后也趋于稳定，但NO浓度过低,NO2浓度过高，所以NO2/NOX也很大，在20%左右。电流为1200A、1400A时效果较好，NO浓度在lOOppm左右，且很稳定，NO2浓度很低，NO2/NOx也在5%左右。

法二：INO气体生成实验歿置，主更由脉冲控制冋路、空气过滤装置、等离子体反应器、NO：1,脉冲控制回路2.干燥空气3-空气过滤装翼4.流■计5.等离子体反应器&示波着王分淹襟&气体分桥仪9用址去除装■

图1脉冲放电产生IN0的实验装賈-个由特氟龙材料（Tdfod学名聚四氟乙烯）制作的容器，外部为立方体，内部是閲柱孔腔，内径38nmiT轴向长度SOtiinio转了流量计控制气体流量。IT.|InverterConttollef5 IT.|InverterConttollef图N1脉冲放电NO产生原理图1：洁浄空气形成系统；2：