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全氟碳化物(简称PFCs),主要包括CF4、 C2F6和C3H8等。由于PFCs具有很强的红外光线吸收能力,在大气中极难分解,是造成全球温室效应的高潜势气体,对全球变暖所带来的影响日益引起人们的关注。PFCs主要来源于电解铝工业。许多研究者已经探索出不同的方法来分解PFCs,但尚未有方法能够经济、合理地应用在在铝电解行业。我国是原铝的生产大国,作为《京都议定书》的第37个签约国,中国已开始着手控制温室气体的排放,同时也有利于改善全球温室效应。 本论文用金属铝和金属镁分解PFCs,选择PFCs中具有代表性的CF4和C2F6两种气体作为研究对象。在不同的温度和压力下让金属与PFCs进行反应,并通过XRD、XRF、SEM和GC等现代检测技术,分析两种金属分解PFCs的反应过程和分解效果。 在金属铝反应法分解PFCs的实验中,研究了温度和压力两个因素对分解效果的影响。研究了铝粉和打磨去掉氧化膜的铝块在660℃以下与CF4、 C2F6气体的反应,以及660℃(700~900℃)以上不同温度下铝液与气体的反应。 研究发现,固态金属铝在实验条件下不能分解CF4和C2F6气体。液态金属铝能有效的分解CF4和C2F6气体,反应产物为AlF3、C,产物依次出现分层AlF3,C和Al4C3。因此,铝分解CF4和C2F6的反应方程式为3CF4+4 Al=3C+4AlF3,C2F6+2Al=2C+2AlF3。C2F6在高温下发生分解,其分解温度为761℃左右,分解产物为CF4和C,分解反应为:2C2F6=3CF4+C。随着反应的进行,由于气体压力减小和反应产物的阻碍作用,反应速率会逐渐减慢。温度升高,反应速率增加,但分解率不一定增加。铝与CF4反应的活化能为275.82kJ/mol,反应级数大于5,并随温度变化。C2F6的分解率随着温度的升高而增大,在900℃时,分解较完全,分解率达到95%。本实验温度范围内,铝分解CF4和C2F6气体的合适温度分别为700℃和730℃,这时分解率分别达到48.4%和47.38%。 液态镁能有效的分解CF4和C2F6气体,反应产物都为MgF2、C,其分解反应的反应方程式为C2F6+3Mg=3MgF2+2C,CF4+2Mg=2MgF2+C。镁分解CF4和C2F6气体的初始反应速度很大。升高温度和增加反应气体的初始压力,都能加快CF4和C2F6的分解速度。在实验条件下,镁分解CF4和C2F6气体的合适温度分别为750℃和700℃,分解率分别达到54.4%和59.4%。 另外,将金属铝反应法和金属镁反应法进行了简单的对比,从反应物的来源、价格考虑,前者拥有更好的应用空间。