【摘要】：微波技術(shù)具有清潔、節(jié)能、均勻、高效、催化、啟停便捷和產(chǎn)品優(yōu)良等特點(diǎn),日益受到人們的關(guān)注和重視,因此常被用于含碳物料的熱解、合成和氮(硫)氧化物氣體的脫除,等等。然而,在微波輻照含碳材料的過程中容易引發(fā)放電現(xiàn)象,而對于含碳材料的放電作用,已有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道了其可以促進(jìn)物料升溫和有助于氮氧化物氣體的脫除,因此,有必要對含碳材料在微波場中的放電機(jī)理、影響含碳材料放電強(qiáng)弱的因素和放電對含碳材料微觀特性的影響進(jìn)行探究。本文以準(zhǔn)東煤為主要含碳原料,經(jīng)管式爐制取400~1200℃炭化后的焦樣,在微波輻照下結(jié)合煤焦放電的理論,從實(shí)驗(yàn)條件(微波功率、輻照時(shí)間、載氣流量、載氣種類、環(huán)境負(fù)壓)和煤焦特性(炭化溫度、炭化時(shí)間、煤焦粒徑、制焦煤種、煤焦質(zhì)量)兩個(gè)方面探究各因素對煤焦放電強(qiáng)度和升溫特性的影響,并在微波誘導(dǎo)放電和屏蔽放電狀態(tài)下獲得微波輻照后的實(shí)驗(yàn)焦樣,利用相關(guān)設(shè)備研究了放電對煤焦的表面形貌、晶相結(jié)構(gòu)、孔隙結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)等微觀結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果如下:(1)功率越大,煤焦放電越強(qiáng)。放電會破壞煤焦表面的細(xì)小尖端,使其整體放電強(qiáng)度在后期逐漸下降;氮?dú)饬髁窟^低(40 ml/min)或過高(5000ml/min),均不利于煤焦的放電,在氮?dú)饬髁繛?00 ml/min時(shí),煤焦的整體放電最強(qiáng)。相比二氧化碳?xì)夥?氮?dú)夥諊碌拿航狗烹娸^強(qiáng)。真空度越高,煤焦的整體放電越強(qiáng),繼續(xù)抽真空達(dá)到激變負(fù)壓,煤焦顆粒間電離的氣體被抽離到煤焦附近的上空形成體積較大且持續(xù)的輝光放電,此時(shí),煤焦顆�；静辉佼a(chǎn)生電火花而溫度急劇下降。(2)600℃以下,炭化溫度越低,煤焦起始放電越遲。800℃以上炭化溫度越高,煤焦整體放電越弱;煤焦的炭化時(shí)間對放電強(qiáng)弱的影響較小。大粒徑煤焦(2.8~4 mm)為弧光放電,小粒徑煤焦(0.22~1 mm)為星點(diǎn)放電,且粒徑越小,煤焦的終溫越高,而當(dāng)粒徑小于98μm時(shí),焦粒接觸較好,近乎一個(gè)整體,無放電現(xiàn)象。準(zhǔn)東煤焦的表面結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比晉城煤焦粗糙,整體放電較強(qiáng)。單層平鋪的煤焦顆粒很難放電,而堆積狀態(tài)的煤焦,其質(zhì)量越少,整體放電越強(qiáng)。(3)放電時(shí)間越長,煤焦表面的形貌越碎裂。放電可以促進(jìn)煤焦芳環(huán)的開鏈和加速脂肪烴結(jié)構(gòu)、含氧類官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化脫除,但微波輻照時(shí)間為100 min時(shí),放電和不放電條件下煤焦的富氫(氧)程度參數(shù)相近。放電促進(jìn)焦樣碳結(jié)構(gòu)層間化合物的形成,10 min即可顯著脹大半焦的碳晶面距離d_(002),而放電有利于焦樣碳晶面尺寸L_a的增大。(4)不放電狀態(tài)下,微波加熱幾乎不使焦樣的比表面積產(chǎn)生變化,30min的放電可使焦樣的比表面積由4.4 m~2/g達(dá)到45.3 m~2/g,但60 min的放電會使焦樣的介孔向大孔轉(zhuǎn)化,致其比表面積下降到8.5 m~2/g。較短時(shí)間的放電會降低煤焦的熱穩(wěn)定性,而較長時(shí)間的放電會使灰分熔融,堵塞氣化通道,提高煤焦的熱穩(wěn)定性,在放電30 min時(shí),煤焦的熱穩(wěn)定性最差。
【圖文】：

圖 1-1 等離子體可能的基元反應(yīng)過程Fig. 1-1 The possible fundamental reaction of plasma活中最常見的等離子體是高溫電離氣體（電弧、日光燈和霓虹燈中電離的發(fā)光而實(shí)驗(yàn)室中多用氣體放電的方式來產(chǎn)生等離子體。微波激發(fā)等離子體已有 60研究，，最早在傳輸線或諧振腔中插入介質(zhì)管使氣體放電形成等離子體，之后側(cè)增大等離子體的濃度和等離子體的體積。實(shí)驗(yàn)室利用微波產(chǎn)生等離子體的方法擊離子化，即微波提供的電場使其中的自由電子得到加速后撞擊原子，迫使電行軌道而形成正負(fù)離子，即電離出等離子體。波誘導(dǎo)等離子體的電磁場頻率一般都在 300 MHz 以上，它與通常的直流或高子體在放電特性方面差異很大。微波等離子體是非平衡等離子體（低溫等離子種[47]，它的電子溫度足夠高（大于 104K），遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于離子的溫度（1000 K 以下的電子能量可以使反應(yīng)物分子得到激發(fā)、電離或離解且反應(yīng)體系溫度低，這使化學(xué)方面得到廣泛的應(yīng)用。隨著人們對微波等離子體研究的不斷深入，微波等

太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第二章 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與研究方法路線概述實(shí)驗(yàn)室條件下，制取符合實(shí)驗(yàn)要求的煤焦，進(jìn)而在微波場中研究微特性，研究煤焦放電強(qiáng)弱的影響因素及放電對煤焦微觀特性的影響題在前人研究的基礎(chǔ)上，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)的要求，設(shè)計(jì)了一套適合本圖 2-1 所示。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ531;X701

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