利用大气压非热等离子体从纤维素与低密度聚乙烯制取氢气
等离子体物理
2023-07-11 v1
摘要
通过在限制环境影响的同时创造经济价值来实现废弃物的增值，可在可持续发展中发挥重要作用。特别是，生物质与塑料等聚合物废弃物可用于生产绿色氢气这一无碳能源载体，所采用的是由可再生（潜在剩余）电力驱动的非热等离子体。本研究设计并搭建了一台流光介质阻挡放电（SDBD）反应器，以纤维素和低密度聚乙烯（LDPE）分别作为生物质与塑料废弃物的模型进料，从中提取氢气与碳共产物。结合光谱与电学诊断以及建模，用于估算代表性的等离子体参数，即电子温度、激发温度、数密度与功耗。对纤维素与 LDPE 进行不同处理时长的等离子体处理，以表征制氢过程的演化。利用气相色谱分析气体产物，以确定平均制氢速率、生产效率、氢气产率、选择性与能源成本。结果表明，纤维素的最大制氢效率为 0.8 mol/kWh，约为 LDPE 的两倍。此外，由纤维素制氢的能源成本为 600 kWh/kg H2，为 LDPE 的一半。通过扫描电子显微镜观察固体产物，揭示了两种被处理进料的迥异形貌结构，并进行了元素组成分析。结果表明，SDBD 等离子体可在近大气压与相对低温条件下，以快速响应且紧凑的工艺，有效地从纤维素与 LDPE 生产氢气。
引用
@article{arxiv.2307.04252,
title = {Hydrogen from Cellulose and Low-density Polyethylene via Atmospheric Pressure Nonthermal Plasma},
author = {Benard Tabu and Visal Veng and Heba Morgan and Shubhra Kanti Das and Eric Brack and Todd Alexander and J. Hunter Mack and Hsi-Wu Wong and Juan Pablo Trelles},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.04252},
year = {2023}
}