微波化学装置中相关技术的研究

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微波化学是将微波技术应用到化学领域所形成的一门新兴学科。微波化学方法与常规化学方法相比,具有可以加快反应速度,可以诱导某些化学反应,且具有清洁卫生、无污染等优点。近年来微波界、化学界都对微波化学给予高度重视。本论文研究了微波化学装置中采用的几种关键技术,目的是为了提供圆形槽波导谐振腔型微波化学反应体系所必需的装置和实验中必需明确的技术特性参数。本论文在深入课题项目实验研究的基础上,分别研究了高功率微波可变衰减器、介电参数的测量方法、流速和压强调节装置、等离子体激发装置。微波炉用的磁控管能满足实验室内一般微波化学的实验要求,但是这种管子输出功率的调节比较粗糙,不符合微波催化反应的要求,需要有一种能工作在几千瓦级功率电平上的连续可调的高功率微波可变衰减器,这样就可以得到输出功率连续可调的微波功率源。本论文首先给出了衰减量的定义,分析了衰减器的工作原理,并给出了高功率微波可变衰减器的具体设计制作过程,绘出了其特性测量曲线。为了促进甲烷转化为乙烯的化学反应,要用到各种各样的催化剂。为了探索在一定条件下究竟哪一种催化剂能够更加有效地促进反应的进行,测量不同种类催化剂的介电常数,进而算出损耗角是必要的。本论文分别给出了固态和等离子体态物质介电常数的测量方法,并实际测量了几种固态粉末状催化剂的介电常数和损耗角。在微波催化甲烷转化乙烯的研究过程中发现,为了得出影响甲烷转化率和乙烯收率的因素,需要一种装置能够调节气体的流速与压强,并且能够测量流速与压强的值。这样以来就可以分别得出流速和压强两个因素对产物的影响关系曲线,找出反应的最佳条件,提高甲烷转化率和乙烯收率。本论文讨论了真空状态下气体的流动以及测量气体压强的简易装置的实现方法。微波等离子体法实现甲烷转化为乙烯的过程中必须经历等离子态,微波激励的等离子体的温度较高,太高的温度容易使由石英制成的反应管变形。本课题研究了在一个大气压条件下,不同臂长和不同开口宽度的U形激励探针对激励由甲烷和氢气组成的混合气体产生等离子体的直接影响作用。本论文的工作促进了采用圆形槽波导谐振腔型微波化学反应体系,实现甲烷制乙烯的研究。
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