本發(fā)明涉及二氧化碳轉(zhuǎn)化，具體而言，涉及一種二氧化碳分解裝置。

背景技術(shù)：

1、二氧化碳(co2)作為一種儲量豐富、安全、廉價易得、特殊的可再生資源，通過化學(xué)轉(zhuǎn)化可實現(xiàn)對co2的資源化利用，以獲得高附加值的能源、材料及化工產(chǎn)品。因此自20世紀(jì)70年代中期以來，關(guān)于二氧化碳活化轉(zhuǎn)化的研究一直是人們追求的熱點，相關(guān)研究涉及到現(xiàn)代化學(xué)合成的各個領(lǐng)域，包括精細(xì)化學(xué)品、大宗化學(xué)、藥物開發(fā)、生物基聚合物等。然而，在人們的研究過程中發(fā)現(xiàn)co2在其化學(xué)轉(zhuǎn)化中常表現(xiàn)為熱力學(xué)穩(wěn)定性和動力學(xué)相對惰性，且co2化學(xué)轉(zhuǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一、轉(zhuǎn)化效率不高。

2、傳統(tǒng)的co2熱分解方法不僅反應(yīng)條件苛刻，而且轉(zhuǎn)化的能量效率也較低，亟需開發(fā)新型技術(shù)以提高co2的轉(zhuǎn)化效率。近年來，已開發(fā)了包括光催化法、電催化法、光電還原法以及等離子體轉(zhuǎn)換法等轉(zhuǎn)化方法，均表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景，其中，等離子體轉(zhuǎn)化法由于催化效率高、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)勢，被認(rèn)為是熱解法的有力替代方式之一。

3、等離子體是一種富含多種高活性物種的物理狀態(tài)，其中包括離子、電子、激發(fā)態(tài)原子和分子、自由基等。這些活性粒子能夠參與多種化學(xué)反應(yīng)。低溫等離子體中的高能粒子通常具有幾至幾十電子伏特的能量，足以克服許多化學(xué)反應(yīng)的活化能。此外，低溫等離子體的非平衡特性使得電子溫度遠(yuǎn)高于重粒子溫度，這種非平衡狀態(tài)能夠顯著促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，突破熱力學(xué)平衡對反應(yīng)路徑的限制。因此，通過氣體放電等方式產(chǎn)生的高能粒子，可以將二氧化碳分解為一氧化碳和氧氣，實現(xiàn)二氧化碳的高效轉(zhuǎn)化，為其資源化利用提供了新的技術(shù)途徑。

4、在利用等離子體分解二氧化碳的相關(guān)技術(shù)中，提高氣體轉(zhuǎn)化效率的常見方法包括優(yōu)化高壓電極的材質(zhì)和形貌、調(diào)整進(jìn)氣速度、控制反應(yīng)環(huán)境溫度，以及引入吸附材料等。這些方法主要通過改變外部條件來實現(xiàn)。然而，這些手段對二氧化碳轉(zhuǎn)化效率的提升效果相對有限。此外，生成的氧氣通常需要進(jìn)一步提純處理，增加了工藝復(fù)雜性和成本。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的問題是：如何提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化效率。

2、本發(fā)明提供一種二氧化碳分解裝置，包括：第一管體、第二管體、第三管體、金屬棒和金屬環(huán)；

3、所述第一管體和所述第二管體均由絕緣材料制作而成，所述第二管體的一部分插入所述第一管體的內(nèi)部，且所述第一管體的內(nèi)壁與所述第二管體的外壁之間留有間隙，所述第一管體上設(shè)置有與所述間隙連通的進(jìn)氣口，所述第二管體上設(shè)置有出氣口；

4、所述金屬環(huán)套設(shè)于所述第二管體位于所述第一管體內(nèi)部的外壁上，所述金屬環(huán)用于接入高壓電源并作為放電正極；

5、所述金屬棒穿設(shè)于所述第二管體，且所述金屬棒的一端延伸至所述第二管體的外部，另一端延伸至所述第一管體的外部，所述金屬棒與所述第二管體的內(nèi)壁之間留有間隙，所述金屬棒用于作為接地電極；

6、所述第三管體套接于所述第一管體并與所述第一管體的外壁之間形成密封腔，所述密封腔內(nèi)用于設(shè)置循環(huán)流動的溶液，所述密封腔內(nèi)的溶液用于作為接地電極以及冷卻作用。

7、本發(fā)明提供的一種二氧化碳分解裝置，相較于相關(guān)技術(shù)，具有但不局限于以下有益效果：

8、本發(fā)明所述的二氧化碳分解裝置，使用時，在第三管體中充入一定濃度的氯化鈉溶液，從第一管體上的進(jìn)氣口通入co2氣體，將金屬棒和第三管體內(nèi)的溶液(例如氯化鈉溶液)接地，打開高壓電源開關(guān)，開始進(jìn)行放電。co2氣體在第一管體和第二管體的結(jié)構(gòu)限制下首先進(jìn)入第一層介質(zhì)阻擋放電等離子體區(qū)域，即第一管體的內(nèi)壁與第二管體的外壁之間的區(qū)域，co2氣體在此區(qū)域發(fā)生解離反應(yīng)，形成混合有二氧化碳、氧氣、一氧化碳以及氧離子的混合氣體，然后混合氣體進(jìn)入一部分無放電區(qū)域，然后混合氣體在氣流作用下進(jìn)入第二層介質(zhì)阻擋放電等離子體區(qū)域，即金屬棒和第二管體的內(nèi)壁之間的區(qū)域，混合氣體在此區(qū)域再一次發(fā)生反應(yīng)，最后的混合氣體由第二管體上的出氣口可通入檢測設(shè)備(例如色譜儀)。本發(fā)明的二氧化碳分解裝置，相較于相關(guān)技術(shù)，采用介質(zhì)阻擋放電，并設(shè)計雙層氣流結(jié)構(gòu)，二氧化碳在雙層氣流結(jié)構(gòu)內(nèi)停留時間延長并發(fā)生二次反應(yīng)，提高了二氧化碳的轉(zhuǎn)化率。

9、可選地，所述金屬環(huán)的外壁與所述第一管體的內(nèi)壁之間填充有催化劑。

10、可選地，所述金屬棒與所述第二管體的內(nèi)壁之間填充有催化劑。

11、可選地，所述進(jìn)氣口設(shè)置于所述第一管體靠近于所述第二管體的一端。

12、可選地，所述出氣口設(shè)置在所述第二管體位于所述第一管體外部的管壁上。

13、可選地，所述第一管體和所述第二管體均為石英玻璃管。

14、可選地，所述金屬棒上套設(shè)有陶瓷管。

15、可選地，所述第一管體上設(shè)置有接線口，所述接線口被配置為供所述高壓電源的連接線穿入所述第一管體內(nèi)并與所述金屬環(huán)連接。

16、可選地，所述第三管體上設(shè)置有用于溶液進(jìn)出的進(jìn)水口和出水口。

17、可選地，所述第一管體、所述第二管體、所述第三管體、所述金屬棒和所述金屬環(huán)彼此同軸設(shè)置。

技術(shù)特征：

1.一種二氧化碳分解裝置，其特征在于，包括：第一管體(1)、第二管體(2)、第三管體(3)、金屬棒(4)和金屬環(huán)(5)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳分解裝置，其特征在于，所述金屬環(huán)(5)的外壁與所述第一管體(1)的內(nèi)壁之間填充有催化劑。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳分解裝置，其特征在于，所述金屬棒(4)與所述第二管體(2)的內(nèi)壁之間填充有催化劑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳分解裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣口(11)設(shè)置于所述第一管體(1)靠近于所述第二管體(2)的一端。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳分解裝置，其特征在于，所述出氣口(21)設(shè)置在所述第二管體(2)位于所述第一管體(1)外部的管壁上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳分解裝置，其特征在于，所述第一管體(1)和所述第二管體(2)均為石英玻璃管。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳分解裝置，其特征在于，所述金屬棒(4)上套設(shè)有陶瓷管。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳分解裝置，其特征在于，所述第一管體(1)上設(shè)置有接線口(12)，所述接線口(12)被配置為供所述高壓電源的連接線穿入所述第一管體(1)內(nèi)并與所述金屬環(huán)(5)連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳分解裝置，其特征在于，所述第三管體(3)上設(shè)置有用于溶液進(jìn)出的進(jìn)水口(31)和出水口(32)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳分解裝置，其特征在于，所述第一管體(1)、所述第二管體(2)、所述第三管體(3)、所述金屬棒(4)和所述金屬環(huán)(5)彼此同軸設(shè)置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種二氧化碳分解裝置，涉及二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域，二氧化碳分解裝置包括第一管體、第二管體、第三管體、金屬棒和金屬環(huán)；第二管體的一部分插入第一管體的內(nèi)部，且第一管體的內(nèi)壁與第二管體的外壁之間留有間隙；金屬環(huán)套設(shè)于第二管體位于第一管體內(nèi)部的外壁上，金屬環(huán)用于作為放電正極；金屬棒穿設(shè)于第二管體，金屬棒與第二管體的內(nèi)壁之間留有間隙，金屬棒用于作為接地電極；第三管體套接于第一管體并與第一管體的外壁之間形成密封腔，密封腔內(nèi)用于設(shè)置循環(huán)流動的溶液。本發(fā)明的二氧化碳分解裝置，相較于相關(guān)技術(shù)，采用介質(zhì)阻擋放電，并設(shè)計雙層氣流結(jié)構(gòu)，二氧化碳在雙層氣流結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生二次反應(yīng)，提高了二氧化碳的轉(zhuǎn)化效率。

技術(shù)研發(fā)人員：周晨,沈楠喬,劉祉燕,王宏展,袁承勛,王瑩,周忠祥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8