《低溫等離子體化工》是《化工過程強化關鍵技術叢書》的一個分冊。本書集中了國內(nèi)外專家、學者在低溫等離子體化工領域的長期研究成果，以具有代表性的實際應用案例為對象，通過全面、深入的研究揭示低溫等離子體過程強化的原理、調(diào)控方法、新型裝備設計及優(yōu)化。全書共15章，介紹了低溫等離子體在實際過程中的廣泛應用，包括催化劑制備、揮發(fā)性有機化合物（VOCs）脫除、催化重整、CO2轉(zhuǎn)化制備高附加值燃料和化學品、材料表面處理、生物技術、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、高級氧化水處理、微通道有機合成、固氮技術、電除塵、工業(yè)廢氣處理、氫等離子體煤制乙炔、化學氣相沉積制備納米材料、超細粉體制備以及固體廢物處置等，力圖呈現(xiàn)給讀者最新、最前沿的低溫等離子體化工研發(fā)現(xiàn)狀，并展望未來的發(fā)展前景。
低溫等離子體強化的化工過程科學與技術是目前國際關注的前沿交叉發(fā)展領域之一。本書可供化工、材料、環(huán)境、能源、資源、醫(yī)藥、電子等專業(yè)領域的科研與工程技術人員閱讀，也可供高等學校相關專業(yè)師生參考。
程易，博士，教授。1994年本科畢業(yè)于清華大學，2000年獲得清華大學博士學位，師從金涌院士、魏飛教授，2002年獲得全國百篇優(yōu)秀博士論文。1998～2003年分別在荷蘭和加拿大工作，2003年3月任清華大學副教授，2007年底晉升為教授。長期從事多相化學反應工程研究和新過程開發(fā)；近10年來致力于等離子體化工和微化工技術的前沿研究工作，主要用于能源、資源、環(huán)境、化工等領域的高效率、集約化反應過程開發(fā)。以第一完成人獲得教育部自然科學獎一等獎和中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會科技進步獎一等獎各一項；曾獲中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會青年科技突出貢獻獎和全國化工優(yōu)秀科技工作者、中國顆粒學會寶潔青年顆粒學獎、清華大學教學優(yōu)秀獎等獎項；入選教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃、科技部創(chuàng)新人才推進計劃中青年科技創(chuàng)新領軍人才、國家“萬人計劃”科技創(chuàng)新領軍人才�，F(xiàn)為四川大學客座教授、中國顆粒學會常務理事、中國化工學會化工過程強化專業(yè)委員會委員；擔任國內(nèi)《化工進展》?《石油化工》《天然氣化工》，國際Green Processing and Synthesis、Clean Energy、International Journal of Chemical Reactor Engineering等期刊的編委。
劉昌俊，博士，教授。1985年本科畢業(yè)于大連工學院，1988年碩士畢業(yè)于大連理工大學（期間作為交換培養(yǎng)研究生在天津大學完成學業(yè)），1993年博士畢業(yè)于天津大學。1994～1997年在美國作訪問學者。1998年5～11月在瑞士ABB公司任職。1999年在天津大學晉升為教授。2000年建立天津大學-ABB聯(lián)合實驗室并任中方主任。2002年獲得國家杰出青年科學基金，2004年獲聘教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授，2011年11月任英國皇家化學會會士。第十二、十三屆全國政協(xié)委員。主要開展CO2化學利用、天然氣轉(zhuǎn)化、等離子體化學與材料制備等研究。在鎳催化劑結(jié)構性能關系、CO2活化、納米金屬組合材料等方面取得創(chuàng)新研究成果。2014年起連續(xù)進入Elsevier“高被引”中國作者（化學工程）榜單。指導的研究生已獲得全國百篇優(yōu)秀博士學位論文、國家杰出青年科學基金、國家優(yōu)秀青年科學基金、青年長江學者等。曾任美國化學會（ACS）燃料化學分會2010年程序主席、國際二氧化碳利用大會第十屆大會主席、中國力學會等離子體科學技術專業(yè)委員會副主任；現(xiàn)任中國化學會催化專業(yè)委員會委員，Applied Catalysis B、Journal of CO2 Utilization、Chinese Journal of Catalysis編委，Greenhouse Gases: Science & Technology顧問。
第一章 緒論 /1
第一節(jié)等離子體簡介 2
第二節(jié)低溫等離子體過程強化技術概述 3
一、冷等離子體過程強化 3
二、暖等離子體過程強化 5
三、熱等離子體過程強化 5
第三節(jié)低溫等離子體化工過程強化的關鍵問題 7
第四節(jié)展望 9
參考文獻 9
第二章 冷等離子體在催化劑制備中的應用 /11
第一節(jié)冷等離子體影響晶體成核與生長原理 11
第二節(jié)冷等離子體制備催化劑的尺度效應 13
一、輝光放電制備 13
二、介質(zhì)阻擋氣體放電制備 15
三、射頻等離子體制備 16
四、其他等離子體 18
第三節(jié)冷等離子體制備催化劑的結(jié)構效應 18
一、輝光放電制備 18
二、介質(zhì)阻擋氣體放電制備 20
三、射頻等離子體制備 22
四、其他等離子體 22
第四節(jié)冷等離子體制備熱敏材料負載催化劑 23
一、多肽、氨基酸類 23
二、大比表面積炭材料 24
三、多孔有機聚合物類 24
第五節(jié)冷等離子體分解脫除分子篩模板 25
參考文獻 27
第三章 循環(huán)模式等離子體催化氧化脫除VOCs與納米金催化劑的等離子體原位再生 /31
第一節(jié)等離子體技術脫除VOCs 31
第二節(jié)等離子體催化技術脫除VOCs 33
第三節(jié)循環(huán)模式等離子體催化脫除VOCs 36
一、存儲階段相關問題 37
二、放電階段相關問題 39
三、循環(huán)模式等離子體催化全過程及其穩(wěn)定性 45
第四節(jié)空氣等離子體原位再生納米金催化劑 46
一、氧等離子體原位再生與N2含量的影響 46
二、空氣等離子體原位再生：濕度的影響 50
三、空氣等離子體原位再生：交流正弦與脈沖方波高壓放電對比 52
參考文獻 55
第四章 等離子體轉(zhuǎn)化二氧化碳制備高附加值燃料和化工產(chǎn)品 /60
第一節(jié)等離子體分解二氧化碳 62
一、等離子體分解二氧化碳概述 62
二、等離子體協(xié)同催化分解二氧化碳 63
第二節(jié)等離子體催化二氧化碳加氫 64
一、二氧化碳加氫合成一氧化碳 64
二、二氧化碳加氫甲烷化 65
三、二氧化碳加氫合成高附加值液體產(chǎn)品（以甲醇為例） 66
第三節(jié)等離子體甲烷二氧化碳重整 67
一、甲烷二氧化碳重整反應 67
二、等離子體甲烷二氧化碳重整反應 67
三、等離子體甲烷二氧化碳重整反應影響因素 69
四、等離子體協(xié)同催化甲烷二氧化碳重整 69
第四節(jié)等離子體轉(zhuǎn)化二氧化碳的化學反應動力學模擬 71
參考文獻 76
第五章 電除塵器 /82
第一節(jié)引言 82
第二節(jié)電除塵器基本原理 83
一、直流電暈放電 84
二、顆粒物荷電 84
三、遷移收集 85
四、振打清灰 85
第三節(jié)除塵效率影響因素 85
一、粉塵粒徑 85
二、比電阻 86
三、電除塵器振打 87
四、高壓電源 88
五、運行溫度 88
六、本體選型和分區(qū) 89
七、離子風 90
第四節(jié)收塵效率預測模型 90
一、Deutsch公式及其修正 91
二、電除塵指數(shù) 92
三、電除塵指數(shù)公式推導 92
四、電除塵指數(shù)公式有效性 95
五、ESP指數(shù)和顆粒物排放 99
第五節(jié)除塵器電場優(yōu)化 100
參考文獻 101
第六章 大氣壓冷等離子體在生物技術中的應用 /104
第一節(jié)CAP的產(chǎn)生方法及作用原理概述 104
一、電暈放電 105
二、介質(zhì)阻擋放電 105
三、裸露金屬電極放電 105
第二節(jié)CAP在生物技術中的應用進展概述 107
第三節(jié)CAP與生物作用機制 107
第四節(jié)CAP在生物技術中的應用 108
一、CAP在殺菌和消毒中的應用 109
二、CAP在生物誘變育種中的應用 110
三、CAP在農(nóng)業(yè)和食品加工中的應用 114
四、CAP在生物醫(yī)學中的應用 115
第五節(jié)展望 116
參考文獻 117
第七章 氣液等離子體高級氧化過程 /123
第一節(jié)氣液等離子體高級氧化過程的診斷與機理 124
第二節(jié)氣液等離子體傳遞與反應特性的可視化研究 126
第三節(jié)氣液等離子體反應器 130
一、反應器的類型及相對能量效率 130
二、高效反應器設計及應用實例 131
第四節(jié)氣液等離子體高級氧化的應用研究進展 132
第五節(jié)展望 135
參考文獻 135
第八章 微通道氣液等離子體有機合成 /142
第一節(jié)微流體過程強化以及等離子體相關關鍵概念 143
一、流動化學和微流體反應器 143
二、流動化學合成應用舉例 145
三、低溫等離子體輔助有機合成過程 148
第二節(jié)過程強化原理 151
一、帕邢定律與微型反應器 151
二、氣液界面自由基傳質(zhì)與反應的精確控制 152
第三節(jié)應用實例 153
一、鼓泡型微通道氣液等離子體反應器 153
二、ESR自由基檢測技術在微通道氣液等離子體反應器中的應用 161
第四節(jié)展望 167
參考文獻 168
第九章 等離子體固氮技術 /173
第一節(jié)非熱等離子體固氮技術 174
一、非熱等離子體固氮技術的優(yōu)勢 174
二、非熱等離子體固氮反應 175
第二節(jié)等離子體氮氧化物NOx合成 181
一、等離子體類型及反應器 181
二、等離子體催化NOx合成 184
三、等離子體合成NOx的能效 185
第三節(jié)等離子體合成氨技術 187
一、非熱等離子體類型及反應器 188
二、等離子體催化合成氨 191
三、等離子體合成氨技術的優(yōu)化 193
第四節(jié)展望 193
參考文獻 195
第十章 低溫等離子體工業(yè)應用技術與裝備 /204
第一節(jié)典型的等離子體放電現(xiàn)象和設備 204
一、輝光放電 204
二、介質(zhì)阻擋放電 206
三、滑動電弧放電 208
四、低溫等離子體實驗電源和放電實驗裝置 210
第二節(jié)低溫等離子體材料表面處理 211
一、汽車制造業(yè) 211
二、紡織行業(yè) 216
三、光伏行業(yè) 217
四、農(nóng)業(yè) 218
五、消費電子行業(yè) 219
六、生物醫(yī)療業(yè) 221
第三節(jié)低溫等離子體工業(yè)廢氣處理 223
一、低溫等離子體去除污染物的機理 224
二、低溫等離子體廢氣處理技術適用對象和應用行業(yè) 224
三、低溫等離子體工業(yè)廢氣處理技術介紹 226
第四節(jié)低溫等離子體物理農(nóng)業(yè) 233
一、等離子體育種 233
二、等離子體肥料 235
三、等離子體養(yǎng)殖水處理 236
四、等離子體冷殺菌技術 237
參考文獻 237
第十一章 暖等離子體催化重整 /239
第一節(jié)暖等離子體反應器與其重整應用前景 239
第二節(jié)暖等離子體放電特性及其光電診斷 243
第三節(jié)暖等離子體重整過程及其影響因素 246
一、實驗定量方法 246
二、等離子體重整反應的引發(fā) 248
三、等離子體重整反應的影響因素 249
第四節(jié)高效的滑動電弧等離子體催化重整 254
一、生物氣重整 255
二、電能存儲新方法 256
三、液體燃料重整在線制氫 258
參考文獻 259
第十二章 熱等離子體煤制乙炔過程的基礎研究和工業(yè)發(fā)展 /262
第一節(jié)熱等離子體法制乙炔概述 262
一、乙炔生產(chǎn)技術 262
二、熱等離子體超高溫熱轉(zhuǎn)化過程特點 263
三、熱等離子體法制乙炔的過程原理和研究進展 264
四、熱等離子體煤制乙炔過程的關鍵科學技術問題 270
第二節(jié)熱等離子體煤制乙炔過程研究 271
一、熱力學分析 271
二、煤裂解過程實驗研究 275
三、煤粉熱解動力學 277
四、單顆粒煤粉熱解過程的傳遞和反應分析 281
五、等離子體煤裂解過程的跨尺度多相計算流體力學模型和模擬 284
第三節(jié)煤制乙炔過程的物流、能流分析和技術經(jīng)濟評價 288
一、裂解氣烴類循環(huán)過程分析 288
二、高溫乙炔產(chǎn)品氣淬冷優(yōu)化和能量利用 293
三、化學淬冷過程聯(lián)產(chǎn)乙炔、乙烯 296
第四節(jié)展望 299
參考文獻 301
第十三章 熱等離子體化學氣相沉積法制備納米材料 /306
第一節(jié)熱等離子體在納米材料制備領域的應用概述 307
第二節(jié)熱等離子體化學氣相沉積納米材料制備過程的關鍵問題 308
一、超高溫化學氣相沉積反應過程在線監(jiān)測 309
二、材料微觀結(jié)構性能調(diào)控機制 311
第三節(jié)過程強化原理 312
一、熱等離子體強化化學氣相沉積原理分析 312
二、典型熱等離子體強化化學氣相沉積反應器設計 312
第四節(jié)應用實例 314
一、少層石墨烯納米片制備過程研究 314
二、硅/碳化硅納米晶制備過程研究 319
三、以鹽湖資源為原料的高純氧化鎂制備過程研究 328
參考文獻 332
第十四章 熱等離子體強化反應及其在制備超細粉體中的應用 /334
第一節(jié)熱等離子體強化反應基本過程 334
一、熱等離子體的定義和特點 334
二、熱等離子體強化反應基本過程 335
三、熱等離子體強化過程在微細粉體合成中的應用 336
第二節(jié)熱等離子體強化反應典型應用 340
一、氬-氫等離子體制備超細鎢粉 340
二、氬-氫等離子體制備微細鎳粉 344
三、氬-氧等離子體制備超細氧化物粉體 349
四、等離子體強化還原過程機制 350
第三節(jié)等離子體強化固相放熱反應制備非氧化物陶瓷粉體 353
一、非氧化物陶瓷粉體制備現(xiàn)狀 353
二、等離子體制備非氧化物陶瓷粉體 354
三、等離子體強化鎂熱還原合成高溫陶瓷粉體 356
第四節(jié)展望 359
參考文獻 359
第十五章 熱等離子體在固體廢物處置中的應用 /362
第一節(jié)熱等離子體處置固體廢物的意義、原理及發(fā)展現(xiàn)狀 362
一、熱等離子體處置固體廢物的意義 362
二、熱等離子體處置固體廢物的原理 363
三、熱等離子體處置固體廢物的發(fā)展現(xiàn)狀 365
第二節(jié)熱等離子體固體廢物處置中的關鍵問題 368
一、等離子體熱解反應 368
二、等離子體氣化反應 371
三、等離子體熔融反應 373
第三節(jié)熱等離子體固體廢物處置中的過程強化原理 376
一、熱等離子體的氣相反應強化 376
二、熱等離子體的固相反應強化 383
第四節(jié)熱等離子體在固體廢物處置中的應用實例 385
一、生活垃圾焚燒飛灰等離子熔融技術研究 385
二、鎮(zhèn)江30 t/d飛灰等離子熔融示范工程 389
三、熱等離子體固體廢物處置的其他應用 389
參考文獻 392
索引 /395
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