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1、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。3. 实验原理：N2+02-NO+NO2+NOx4. 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
2、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。5. 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6. 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
3、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Tektronix TOS754D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-RAE PGM-2000 M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1 mL/m?和0,1 mL/m3o1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-TLTL
4、3llx?sr4图2.脉冲放电实验装置简图探究（】道流电漏2IGBT; 3.$压器；4.放电室J1)对空气流量，空气进出口方向与针板电极角度的探究实验时采用如图2所示的气休流向,即进出口 方向分别与针-板电极垂直(图2(a)、平行(图2(b), 成某一角度(图2化),分别为30。和45。)以及干燥空 气从空心阴极接地端进人，从空心阴极一侧流出 (图2(d)的反应器昇个反应器的尺寸完全一致約具 体实验方法是：每个反应器在气体流向相同的情况 F,通过改变干燥空气流量(1,1522534,5,6)(L/ min)来观测脉冲电弧放电对NO,NO2的浓度和NOJ NOk比值的影响。总共完成了 4组不同的
5、实验。实验 中的针.板电极材料分别为不锈钢和铝，电极间距为 3.5 mm脉冲放电频率为30 Hz,它们在4组实验中 是公用的。NO和NOr的浓度是反应器工作时间的 平均值,NOx=NO+XO2：?(h)与电极化)与电极成(时与空心阴 平行杲一角凌機重介(a)与电极图2反堆器9空气淀句关系示盘图16350250平行8150500462.5(a)N()蓝tl【)1.52.546流量 /(L-miti ；(b)NO2/NO.平行.in. _ _.14、J、-垂由图知：随气体流量增加，NO浓度均逐渐降低；相同流量时，NO浓度随气体 流向与针-板电极间角度的增加而增加。当流量v2.5L/min时，NO2
6、/NOx比值随 气体流向与针-板电极间角度的增加而增加，而气体流量2.5L/min时相反。因此, 若考虑NO2/NOX比值，在选择气体流量时应同时考虑气体流向对放电产物NO 浓度或NO2/NOX比值的影响，选择合适的流量。160SO4045L；5 102030 4050 60i /min图4 NO浓度巧空z I流向和反应器件讨间的关系TH-上图为气体流量为3L/min时，4种气体流向下NO浓度与反应器工作时间的关 系。由图可知无论哪种气体流向，随反应器工作时间延长，NO浓度均呈下降趋 势。其中，放电初期，=进出口气体方向与电极垂直时，NO浓度变化最大，也 最不稳定。大约30min后，无论哪种气
7、体流向，随反应器工作时间延长，NO浓 度均称逐渐稳定的趋势，其中气体流向与放电电极成30和45夹角时， NO 浓度的稳定性最好。（2）脉冲电弧电流大小对 NO 浓度影响下图分别为电弧电流为600A、800A、1200A、1400A时反应产物NO、NO2浓 度随时间变化及NO2/NOX比值。rst- sY-IB f-KH *伽9OL0e4他 磁3B.O扯珈 atto2:ON/tozSM050X aaoaMe2z02o.0u0 d 1 I J9 Ji I 1 Ml5.600A时NOHOAIOz/NS与时间的关系6.800A时NCXNCNOyNOx与时间的关系枇 M 釧 M 刖0 1 一 1-1 1
8、- 0400$ E 诵 20 2530 35 40 45 M 56 60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、1400
9、A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。I T. |InverterConttollef5.图N1脉冲放电NO产生原理图1：洁浄空气形成系统；2：空江泵;转子流呈计；4:7.参考文献【1】胡辉，赵全中，李劲等.电极材料对脉冲放电产物一氧化氮的影响研究【J】. 高电压技术，2005,31.（10）：46-48【2】 胡辉，梁海艳，赵全中等.气体流向和流量对电弧放电产生医用 NO 浓度的影响【J】高压电器,2007,43. （1）： 11-13,17
