Inhibiting recombination to improve the performance of plasma-based CO2 conversion

余辉 等离子管 等离子体 重组 体积流量 化学 猝灭(荧光) 限制 分析化学(期刊) 荧光 热力学 物理 天体物理学 光学 基因 伽马射线暴 工程类 机械工程 量子力学 生物化学 色谱法
作者
Kaiyi Wang,Sara Ceulemans,Hao Zhang,Ivan Tsonev,Yilin Zhang,Yanhui Long,Mengxiang Fang,Xiaodong Li,Jianhua Yan,Annemie Bogaerts
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:481: 148684-148684 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.148684
摘要

Warm plasma offers a promising route for CO2 splitting into valuable CO, yet recombination reactions of CO with oxygen, forming again CO2, have recently emerged as critical limitation. This study combines experiments and fluid dynamics + chemical kinetics modelling to comprehensively analyse the recombination reactions upon CO2 splitting in an atmospheric plasmatron. We introduce an innovative in-situ gas sampling technique, enabling 2D spatial mapping of gas product compositions and temperatures, experimentally confirming for the first time the substantial limiting effect of CO recombination reactions in the afterglow region. Our results show that the CO mole fraction at a 5 L/min flow rate drops significantly from 11.9 % at a vertical distance of z = 20 mm in the afterglow region to 8.6 % at z = 40 mm. We constructed a comprehensive 2D model that allows for spatial reaction rates analysis incorporating crucial reactions, and we validated it to kinetically elucidate this phenomenon. CO2+M⇌O+CO+M and CO2+O⇌CO+O2 are the dominant reactions, with the forward reactions prevailing in the plasma region and the backward reactions becoming prominent in the afterglow region. These results allow us to propose an afterglow quenching strategy for performance enhancement, which is further demonstrated through a meticulously developed plasmatron reactor with two-stage cooling. Our approach substantially increases the CO2 conversion (e.g., from 6.6 % to 19.5 % at 3 L/min flow rate) and energy efficiency (from 13.5 % to 28.5 %, again at 3 L/min) and significantly shortens the startup time (from ∼ 150 s to 25 s). Our study underscores the critical role of inhibiting recombination reactions in plasma-based CO2 conversion and offers new avenues for performance enhancement.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
SciGPT应助芒果采纳,获得10
1秒前
聪明的鞅发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
2秒前
wanci应助Mr.g采纳,获得10
2秒前
英姑应助谨慎明雪采纳,获得20
3秒前
深情的火龙果完成签到,获得积分10
4秒前
zhuang完成签到 ,获得积分10
4秒前
5秒前
雾栖亓发布了新的文献求助10
5秒前
yejd完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
6秒前
ooooodai发布了新的文献求助10
6秒前
Xingfan发布了新的文献求助10
6秒前
光亮毛豆发布了新的文献求助10
6秒前
科研通AI6应助高玉峰采纳,获得10
7秒前
7秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
7秒前
nihao发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
冰糖糖橘完成签到 ,获得积分10
9秒前
liuyu0209发布了新的文献求助10
10秒前
小马甲应助猪猪hero采纳,获得10
11秒前
Lchemistry发布了新的文献求助10
12秒前
Sg完成签到,获得积分10
12秒前
xml完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
litianyuan完成签到,获得积分10
15秒前
beyond完成签到,获得积分10
15秒前
koritto发布了新的文献求助10
18秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
20秒前
henry完成签到,获得积分10
20秒前
斯文败类应助liuyu0209采纳,获得10
21秒前
海聪天宇完成签到,获得积分10
22秒前
22秒前
22秒前
任性鞋垫完成签到,获得积分20
25秒前
文青完成签到,获得积分10
26秒前
高分求助中
Theoretical Modelling of Unbonded Flexible Pipe Cross-Sections 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Basic And Clinical Science Course 2025-2026 3000
《药学类医疗服务价格项目立项指南(征求意见稿)》 880
花の香りの秘密―遺伝子情報から機能性まで 800
Stop Talking About Wellbeing: A Pragmatic Approach to Teacher Workload 500
Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, 3rd Edition 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5615265
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4700145
关于积分的说明 14906831
捐赠科研通 4741546
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2548008
邀请新用户注册赠送积分活动 1511727
关于科研通互助平台的介绍 1473781