DBD转化CO2的研究现状及进展

丁红蕾，郭得通，潘卫国，丁承钢，郭士义，潘衍行，周柒，杜威

DBD转化CO2的研究现状及进展

丁红蕾1,3，郭得通1,3，潘卫国1,3，丁承钢2,3，郭士义2,3，潘衍行1,3，周柒1,3，杜威1,3

（1．上海电力学院能源与机械工程学院，上海市 杨浦区 200090；2．上海电气电站环保工程有限公司，上海市 静安区 201600；3．上海发电环保工程技术研究中心，上海市 杨浦区 200090）

为了更高效地进行 CO2的转化利用，许多学者开展了多种CO2转化方法的研究。介电阻挡放电 (dielectric barrier discharge，DBD)能在低温常压的环境下还原CO2，是CO2转化利用的重要方法之一。为了设计出更好的DBD反应器、更佳的反应条件和催化剂，总结了近年来DBD转化CO2的相关研究。通过分析不同研究中过程参数、稀释性气体和催化剂等因素对CO2转化量和能量效率的影响，发现催化剂能大幅度提高DBD转化CO2的反应效率，并介绍了DBD中一些常用的催化剂。最后简要分析了此类研究的可能发展趋势。

介电阻挡放电(DBD)；CO2转化；等离子体；催化剂

0 引言

近年来，由于电力和交通行业中化石能源使用量迅速增加，大气中CO2的浓度也逐年上 升[1-2]。CO2作为引起温室效应的主要气体，是导致气候反常和全球变暖等环境问题的主要原因。对此，研究者们提出将生产过程中排放的CO2转化为有价值的燃料/化学物的途径，即在减少大气中CO2的同时生成有价值的副产物，这将是一种有前景的CO2处理策略[3]。由于一些受到热力学限制的化学反应可以在低温等离子体条件下发生反应[4]，因此将低温等离子体用于转化还原CO2的方法在近些年受到了较多关注[5]。

产生低温等离子体的方式有多种，包括辉光放电[6]、电晕放电[7]、射频放电[8]、滑动弧放电[9]、微波放电[10]、介质阻挡放电(dielectric barrier discharge，DBD)[11]等。DBD具有结构简单，放电均匀稳定，可以在低温常压下转化CO2等特点，许多学者在DBD转化CO2方面做了大量研究工作[12-15]。本文对这些DBD转化还原CO2的研究进行了分类，从过程参数、稀释性气体和催化剂3个方面对CO2转化率和能量效率的影响进行了分析，并指出了进一步研究将面临的问题。

1 相关参数对等离子体反应过程的影响

DBD反应器包括同轴圆筒式和平板式等放电结构。以同轴圆筒式DBD反应器为例，高压内极与外极之间用石英管或其他绝缘介质隔开，当电压大于击穿电压时，会将放电区域的气体击穿，产生低温等离子体，其原理如图1所示。

图1 DBD转化CO2原理

CO2分离的等离子体–化学过程是吸热过程，其焓值与水解产生氢气反应接近[16]，反应式为

CO2→CO+1/2O2，D=2.9eV/mol (1)

低温等离子体由大量带电粒子和中性物质组成，电子能量范围在1~20eV之间。不同的平均电子能量会导致不同的CO2分解的途径，通过电子碰撞激发CO2解离是最有效的CO2转化途径，这种能量传递方式的能量效率(单位时间内用于CO2转化的能量与输入功率的比值)超过60%[17]。改变放电参数会改变平均电子能量，因此对等离子体放电过程中的参数研究很有必要。

Chen等[18]通过DBD研究了相关参数对等离子体分解CO2的影响。结果表明CO2的绝对分解量与放电间隙的导电电子的数量成正比，而导电电子数量与放电功率成正比。因此，CO2转化率会随着给气流量的减小或放电功率的增大而增大，但是这并不能提高能量效率。

给气流量和放电功率是决定CO2转化率的2个关键参数，而放电功率对转化率的影响更为明显。为了更系统地表明过程参数对反应效率的影响，Mei等[13]建立了过程参数与CO2转化率CO2和能量效率关系的方程：

式中：1，2为系数；为放电频率；为放电功率；为给气流量；为放电长度；g为放电间隙；T为介质材料的厚度。通过不同实验条件下的数据，得到了相关参数对CO2转化率产生的影响程度，即»>g>>T>，以及对能量效率的影响程度，即>>g>T>>。

虽然这些工作明确了各种参数对CO2转化率和能量效率产生的影响，但是没有更深一步地分析产生影响的机理。

2 稀释性气体对等离子体反应过程的影响

Snoeckx等[19]研究了DBD等离子体中N2浓度对CO2转化和能量效率的影响，发现N2有助于 CO2的转化。但是N2浓度超过50%时，N2分子消耗的能量会越来越多，导致CO2转化率急剧下降。此外，加入N2会生成N2O 和NO等副产物，引起环境问题。Xu等[20]在低温等离子体反应器中用Ar和N2作为稀释气体，CO2转化率从19%提高到36%，能量效率几乎不变。在CO2/Ar 作为给气时，观察到产物中含有少量O3。而CO2/N2作为给气时，在产物没有检测到O3，但是有较多氮氧化物(N2O、NO 和 NO2)产生。研究结果表明：可以通过改变稀释气体分数和操作条件来控制副产物的形成。

Ray等[14]研究了N2、He和Ar作为稀释气体对CO2分解的影响程度为：Ar>He>N2。Ar表现出最佳的CO2分解效率，在CO2/Ar为1/2时，获得CO2的最大转化率为19.5%，能量效率为0.945mmol/kJ。此外，为了获得更高的能量效率，还研究了稀释气体对等离子体气体的介电强度的影响。Zeng等[21]分析了在DBD中添加Ar对CO2加氢过程的影响。结果表明，添加Ar不改变放电性能，但会增强等离子体与催化剂的协同作用。等离子体中Ar*的形成能产生新的反应途径，这明显提高了CO2转化率。

可以看出，几种稀释性气体中Ar是最适合用来提高CO2转化率的，但是CO2的绝对转化量并没有提高很多，重要的是不能提高能量效率。

3 催化剂对等离子体反应过程的影响

3.1 DBD中催化剂的物理作用

催化剂可以降低反应活化能、提高产物选择性，因此在DBD中添加催化剂被广泛研究。为了提高反应效率，要研究在放电区域添加催化剂对反应性能的物理和化学影响。Mei等[22]和Ray等[23]对比了填充玻璃珠和不用任何填充物时的CO2转化率，均得到填充玻璃珠时CO2转化率更高的结果。玻璃珠对CO2的分解没有催化作用，在传统热催化中并不会提高CO2转化率。但是在等离子体分解CO2过程中，填充物能改变放电模式，全填充时放电模式会从无填充时的丝状放电变为丝状放电和表面放电相结合的模式[24]，如图2所示。但是这种物理影响对反应效率的提高并不显著。

图2 DBD中催化剂的物理作用

3.2 DBD中加氢转化CO2

等离子体加氢催化转化CO2可以生成甲烷和甲醇，如式(4)和(5)所示，其在催化剂表面可能发生的主要反应如图3所示。

CO2+4H2→CH4+2H2O，D=-165.0kJ/mol (4)

CO2+3H2→CH3OH+H2O，D=-90.7kJ/mol (5)

等离子体和催化剂协同催化活化CO2和H2形成甲酸盐(HCOO)，然后通过一系列分解和加氢过程可以形成甲醇。甲醇产率受限于HCOO或H2COOH的形成过程[25]。甲烷的形成途径一种是通过形成HCO中间物，然后逐步氢化形成CH4[26]；另一种是通过CO分解，然后逐步氢化形成CH4[27]。

图3 CO2加氢过程在催化剂表面可能发生的主要反应

等离子体加氢催化转化CO2所用催化剂一般是金属催化剂。贵金属(Pt、Pd、Ir、Rh、Ru等)催化剂普遍活性较高，但是价格昂贵。为了降低成本，负载型催化剂被广泛研究。催化剂的选用一般参照热催化所用催化剂，因为这些催化剂性能已经被验证过，可以减少不必要的工作。但是需要指出的是，有些催化剂在热催化中活性较低，但是在等离子体中可能性能表现优异[28]。

负载型催化剂用的载体一般采用具有较大比表面积的材料，如γ-Al2O3、沸石、分子筛、CeO2、SiO2、TiO2等[29-30]，其中γ-Al2O3是最常用的载体材料。Zeng等[31]使用g-Al2O3作为载体，研究不同负载金属对CO2加氢过程的影响。Cu/g-Al2O3、Mn/g-Al2O3和Cu-Mn/g-Al2O33种催化剂中，Mn/γ-Al2O3的催化性能最好，与不用催化剂相比，可使CO2的转化率从6.7%提高到36%。负载的金属主要是VIII族金属，如Ni、Pb、Pt、Rh、Ru等[32-33]。其中，由于Ni的催化性能与贵金属相近，价格相对便宜，是CO2甲烷化中研究最为广泛的活性组分[34-37]。Jwa等[38]在沸石上负载不同量的Ni作为催化剂，在等离子体中转化CO2为甲烷。发现CO2的转化率在加入负载Ni之后比单独使用沸石时明显提高，并随着负载量增大而提高。此外，Mei等[39]研究了等离子体与光催化剂(BaTiO3和TiO2)的协同作用，结果表明DBD产生的紫外光强度不足以活化光催化剂，光催化剂的活化主要依赖DBD产生的高能电子。

对于负载型催化剂，添加助剂也能提高反应性能。助剂成分可以是镧系元素(La、Ce、Pr、Eu、Gd等)、Pt、Pb、CeO2、ZrO2等[40-45]。Benrabbah等[46]在DBD中放置Ni/CeZrO2催化剂，转化CO2为甲烷，CH4选择性约为95%。Nizio等[47]在DBD里使用Ni/CeZr1-xO2作催化剂，进行CO2转化甲烷的反应，CO2转化率可达80%。聂望欣等[48]用柠檬酸浸渍法制备了Ni-Ce-Zr/γ-Al2O3，发现柠檬酸可以明显提高Ni-Ce-Zr在γ-Al2O3表面的分散性，并且增强活性组分与载体间的相互作用。

等离子体中CO2加氢转化可获得的产物具有多样性，除了甲烷还有CO、CH2O、CH3OH、C2H6等，主要是C1产物[49]。其中价值最大的是甲醇，但是在等离子体中合成甲醇的研究不多，而且一般甲醇的量都很少。在合成甲醇反应中，Cu可以使反应在更温和的条件下进行[50]，因此受到了广泛研究，并已在工业中应用。工业合成甲醇应用最广泛的催化剂是Cu/ZnO/Al2O3，一般认为Al2O3主要起骨架作用，Cu是活性组分，ZnO能促进活性组分的分散也能增加Cu的比表面积。Eliasson等[51]对CO2在DBD中加氢合成甲醇过程进行了研究，添加Cu/ZnO/Al2O3催化剂后，CH3OH产率从0.06%提高到1.0%，CO2转化率从12.4%提高到14.0%。为了提高DBD中CO2加氢合成甲醇的产率，Wang等[15]对DBD反应器进行了再设计，并对比了Pt/γ-Al2O3和Cu/γ-Al2O3催化剂对CO2加氢合成甲醇的影响。在Cu/γ-Al2O3作催化剂时得到最大甲醇产率为11.3%，同时CO2转化率为21.2%。

3.3 DBD中CO2的甲烷重整

CO2的甲烷重整是2种温室气体生成合成气的过程[52]，过程见式(6)。但是当CO2/CH4的比例过大时会生成C2H4和C2H6等高碳产物[53]。

CO2+CH4→2CO+2H2，D=247.3kJ/mol (6)

Zeng等[28]研究了负载型/g-Al2O3(=Ni，Co，Mn和Cu)金属催化剂在等离子体内对CO2的甲烷重整过程的影响，发现Ni/g-Al2O3和Mn/g-Al2O3与等离子体的协同作用明显提高了CH4的转化率。在放电功率为7.5 W，气体流量为50mL/min时，使用Ni/g-Al2O3催化剂获得最大CH4转化率为19.6%。此外，他们通过对比单独等离子体、单独催化和等离子体催化3种反应过程，以获得对协同效应的新认识。这里用的催化剂为Ni-/Al2O3(＝K、Mg和Ce)，发现K和 Ce作为助剂可以使催化剂表面的酸性增强，而催化剂表面的酸性位有助于甲烷重整过程中CH4的活化，提高了CH4转化率、H2产率和能量效率[54]。Amin等[55]研究了在CO2的甲烷重整反应中，镧系元素对Ni/γ-Al2O3催化剂的结构和活性的影响。发现在Ni/γ-Al2O3催化剂中加入镧系元素可以提高比表面积和还原性。但是CH4和CO2的初始转化率较低，这可能是由于添加镧系助剂后催化剂具有较小的孔径。

Pham等[56]以La2O3/γ-Al2O3为催化剂，在DBD反应器中进行CO2的甲烷重整。结果表明，在等离子体中La2O3/γ-Al2O3明显提高CO2转化率，但是对CH4不起作用。由于碳沉积和C2、C3和C4等分子的形成，碳平衡远没有达到100%，这可能是因为催化剂的对产物选择性不高。Ray等[57]在DBD中进行CO2的甲烷重整反应，对比填充Ni/γ-Al2O3和 Ni-Mn/γ-Al2O3催化剂和不填充时的反应效率，发现CO2和CH4转化率的顺序为Ni-Mn/γ-Al2O3>Ni/γ-Al2O3>DBD(不填充)，在填充Ni-Mn/γ-Al2O3时获得CO2和CH4最大转化率分别为13.2%和28.4%，CO和H2的产率分别为7%和10.5%，能量效率为2.76mmol/kg。

等离子体中加入催化剂可能使反应在催化剂表面进行，产生新的反应途径，从而提高反应速率。Ni在CO2加氢制甲烷和重整反应中都表现出较好的催化性能。Cu不但在传统热催化合成甲醇中性能优异，在等离子体中合成甲醇过程中也有较好的催化性能。可以看出等离子体中添加合适的催化剂对CO2转化率和能量效率都有极大的提高。

4 结论

1）从对给气流量、放电功率、放电间隙、放电长度、介质材料的厚度、放电频率等参数的研究可以看出，给气流量和放电功率对CO2转化率影响最大，而放电间隙、放电长度、介质材料的厚度、放电频率次之。以上参数对CO2转化率和能量效率的影响已经比较清晰，缺乏的是微观层面的进一步分析，以设计出更好的DBD反应器和更佳的反应条件。

2）从对Ar、He、N2等稀释气体的研究可以看出，这几种稀释性气体由于改变了反应物浓度，可以用来提高CO2转化率。Ar最适合用来提高CO2转化率，He、N2次之。Ar能形成新的反应途径，在浓度提高到1/3时，CO2转化率最大。N2浓度达到50%时，CO2转化率最大。但是他们对提高CO2转化量的帮助有限，且不提高能量效率。并且N2会产生较多副产物。

3）对加氢和重整等反应所用催化剂的研究表明，合适的催化剂能产生新的反应途径，明显提高CO2转化率和能量效率。因此，对催化剂的进一步研究格外重要。除了发展更多活性更好的催化剂，对机理的研究也很重要。金属和载体的相互作用对活性的稳定和活性位置的分布起关键作用，等离子体和催化剂的协同作用对反应途径产生关键影响，对这些作用的明确认识还需要进一步分析工作。

关于DBD转化CO2的进一步研究，主要在于加深对反应机理的认识和制备廉价环保且活性较高的催化剂。而通过水热合成等方法制备的具有规则结构的催化剂(如片状、花状、棒状等)在DBD转化CO2的研究中很少看到，应是未来研究的方向。

[1] Rogelj J，Den E M，Höhne N，et al．Paris agreement climate proposals need a boost to keep warming well below 2℃[J]．Nature，2016，534(7609)：631-639．

[2] 毛健雄．燃煤电站CO2减排技术的探讨[J]．分布式能源，2017，2(1)：35-43．

[3] Zheng Y，Wen Q，Li F，et al．Energy related CO2conversion and utilization：Advanced materials/ nanomaterials，reaction mechanisms and technologies [J]．Nano Energy，2017，4：512-539．

[4] 孔飞，王思韬，马翊洋，等．等离子体改性对环氧树脂材料表面电荷动态特性的影响[J]．广东电力，2018，31(8)：161-166．

[5] Bogaerts A，Kozak T，van Laer K，et al．Plasma-based conversion of CO2：current status and future challenges [J]．Faraday Discussions，2015，183：217-232．

[6] Sergey Y S，Hwaung L，Song H K，et al．The decomposition of CO2in glow discharge [J]．Journal of Chemical Engineering，2002，19(4)：564-566．

[7] Horvath，G，Skalny J D，Mason N J．FTIR study of decomposition of carbon dioxide in DC corona discharges[J]．Journal of Physics D：Applied Physics，2008，41(22)：207-225

[8] Abramski K M，Colley A D，Baker H J，et al．Power scaling of large area transverse radio frequency discharge CO2lasers[J]．Applied Physics Letters，1989，54(19)：1833-1835．

[9] Wang W Z，Mei D H，Tu X，et al．Gliding arc plasma for CO2conversion：better insights by a combined experimental and modelling approach[J]．Chemical Engineering Journal，2017，330：11-25．

[10] Chen G X，Godfroid T，Britun N，et al．Plasma-catalytic conversion of CO2and CO2/H2O in a surface-wave sustained microwave discharge[J]．Applied Catalysis B：Environmental，2017，214：114-125．

[11] Sadat H，Dubus N，Tatibouet J M．Temperature runaway in a pulsed dielectric barrier discharge reactor [J]．Applied Thermal Engineering，2012，37：324-328．

[12] Snoeckx R，Bogaerts A．Plasma technology：a novel solution for CO2conversion[J]．Chemical Society Reviews，2017，46(19)：5805-5863．

[13] Mei D H，Tu X．Conversion of CO2in a cylindrical dielectric barrier discharge reactor：effects of plasma processing parameters and reactor design[J]．Journal of CO2Utilization，2017，19：68-78．

[14] Ray D，Saha R，Subrahmanyam C．DBD plasma assisted CO2decomposition：influence of diluent gases[J]．Catalysis，2017，7(9)：244-250．

[15] Wang L，Yi Y H，Guo H C，et al．Atmospheric pressure and room temperature synthesis of methanol through plasma-catalytic hydrogenation of CO2[J]．ACS Catalysis，2017，8(1)：90-100．

[16] Nunnally T，Gutsol K，Rabinovich A，et al．Dissociation of CO2in a low current gliding arc plasmatron[J]．Journal of Physics D：Applied Physics，2011，44(27)：274-290．

[17] Fridman A．Plasma Chemistry[M]．New York：Cambridge University Press，2008．

[18] Chen P，Shen J，Ran T C，et al．Investigation of operating parameters on CO2splitting by dielectric barrier discharge plasma[J]．Plasma Science and Technology，2017，19(12)：123-128．

[19] Snoeckx R，Heijkers S，Wesenbeeck Van K，et al．CO2conversion in a dielectric barrier discharge plasma：N2in the mix as a helping hand or problematic impurity [J]．Energy & Environmental Science，2016，9(3)：999-1011．

[20] Xu S J，Whitehead J C，Martin P A．CO2conversion in a non-thermal，barium titanate packed bed plasma reactor：the effect of dilution by Ar and N2[J]．Chemical Engineering Journal，2017，327：764-773．

[21] Zeng Y X，Tu X．Plasma-catalytic hydrogenation of CO2for the cogeneration of CO and CH4in a dielectric barrier discharge reactor：effect of argon addition [J]．Journal of Physics D：Applied Physics，2017，50(18)：184-190．

[22] Mei D H，Zhu X B，He Y L，et al．Plasma-assisted conversion of CO2in a dielectric barrier discharge reactor：understanding the effect of packing materials [J]．Plasma Sources Science & Technology，2015，24(1)：11-15．

[23] Ray D，Subrahmanyam C．CO2decomposition in a packed DBD plasma reactor：influence of packing materials[J]．RSC Advances，2016，6(96)：93997-93999．

[24] Tu X，Whitehead J C．Plasma-catalytic dry reforming of methane in an atmospheric dielectric barrier discharge：understanding the synergistic effect at low temperature[J]．Applied Catalysis B：Environmental，2012，125：439-448．

[25] Kattel S，Yan B H，Chen J G，et al．CO2hydrogenation on Pt，Pt/SiO2and Pt/TiO2：importance of synergy between Pt and oxide support[J]．Journal of Catalysis，2016，343：115-126．

[26] Li K，Yin C，Zheng Y，et al．DFT Study on the methane synthesis from syngas on a Cerium-Doped Ni (111) surface[J]．Journal of Physical Chemistry C，2016，120(40)：23030-23043．

[27] Choe S J，Kang H J，Kim S J，et al．Adsorbed carbon formation and carbon hydrogenation for CO2methanation on the Ni (111) surface：ASED-MO study[J]．Bulletin of the Korean Chemical Society，2005，26(11)：1682-1688．

[28] Zeng Y X，Zhu X B，Mei D H，et al．Plasma-catalytic dry reforming of methane over γ-Al2O3supported metal catalysts[J]．Catalysis Today，2015，256：80-87．

[29] 黄秋实．Ni基催化剂与等离子体协同作用下的CO2甲烷化[D]．大连：大连理工大学，2017．

[30] 杨志强．低温等离子体协同催化CO2甲烷化反应研究[D]．大连：大连理工大学，2014．

[31] Zeng Y X，Tu X．Plasma-catalytic CO2hydrogenation at low temperatures[J]．IEEE Transactions on Plasma Science，2016，44(4)：405-411．

[32] Falbo L，Martinelli M，Visconti C G，et al．Kinetics of CO2methanation on a Ru-based catalyst at process conditions relevant for power-to-gas applications [J]．Applied Catalysis B：Environmental，2018，225：354-363．

[33] Garbarino G，Bellotti D，Finocchio E，et al．Meth-anation of carbon dioxide on Ru/Al2O3：catalytic activity and infrared study[J]．Catalysis Today，2016，277：21-28．

[34] Mebrahtu C，Abate S，Perathoner S，et al．CO2methanation over Ni catalysts based on ternary and quaternary mixed oxide：a comparison and analysis of the structure-activity relationships[J]．Catalysis Today，2018，304：181-189．

[35] Lim Y G，McGregor J，Sederman A J，et al．Kinetic studies of CO2methanation over a Ni/γ-Al2O3catalyst using a batch reactor[J]．Chemical Engineering Science，2016，141：28-45．

[36] Ocampo F，Louis B，Roger A C，et al．Methanation of carbon dioxide over nickel-based Ce0.72Zr0.28O2mixed oxide catalysts prepared by sol-gel method[J]．Applied Catalysis A：General，2009，369：90-96．

[37] Le A T，Kim S M，Lee S H，et al．CO and CO2methanation over supported Ni catalysts[J] Catalysis Today，2017，293/294：89-96．

[38] Jwa E，Lee S B，Lee H W，et al．Plasma-assisted catalytic methanation of CO and CO2over Ni–zeolite catalysts[J]．Fuel Processing Technology，2013，108(6)：89-93．

[39] Mei D H，Zhu X B，Wu C F，et al．Plasma- photocatalytic conversion of CO2at low temperatures：understanding the synergistic effect of plasma- catalysis[J]．Applied Catalysis B：Environmental，2016，182：525-532．

[40] Ahmad W，Younis M N，Shawabkeh R，et al．Synthesis of lanthanide series (La，Ce，Pr，Eu & Gd) promoted Ni/γ-Al2O3catalysts for methanation of CO2at low temperature under atmospheric pressure[J]．Catalysis Communications，2017，100：121-126．

[41] 张丽．等离子体和助剂改性镍基催化剂二氧化碳甲烷化研究[D]．天津：天津大学，2015．

[42] Mihet M，Lazar M D．Methanation of CO2on Ni/- Al2O3：influence of Pt，Pd or Rh promotion [J]．Catalysis Today，2016，304：286-290．

[43] Liu Q，Gu F N，Gao J J，et al．Ni/Al2O3-ZrO2catalyst for CO2methanation：the role of γ-(Al,Zr)2O3formation[J]．Catalysis Today，2018，306：294-299．

[44] Lim J Y，McGregor G，Sederman A J，et al．The role of the Boudouard and water-gas shift reactions in the methanation of CO or CO2over Ni/γ-Al2O3catalyst [J]．Chemical Engineering Science，2016，152：754-766．

[45] Mebrahtu C，Abate S，Chen S M，et al．Enhanced catalytic activity of Fe-promoted Ni over γ-Al2O3nanosheets for CO2methanation[J]．Energy Technology ，2017，6(6)：1196-1207．

[46] Benrabbah R，Cavaniol C，Liu H，et al．Plasma DBD activated ceria-zirconia-promoted Ni-catalysts for plasma catalytic CO2hydrogenation at low temperature [J]．Catalysis Communications，2017，89：73-76．

[47] Nizio M，Albarazi A，Cavadias S，et al．Hybrid plasma- catalytic methanation of CO2at low temperature over ceria zirconia supported Ni catalysts[J]．International Journal of Hydrogen Energy，2016，41(27)：11584-11592．

[48] 聂望欣，邹秀晶，汪学广，等．介孔γ-Al2O3负载的高分散Ni-Ce-Zr氧化物的制备及其二氧化碳甲烷化研究(英文)[J]．物理化学学报，2016，32(11)：2803-2810．

[49] Bie C D，Dijk J V，Bogaerts A．CO2hydrogenation in a dielectric barrier discharge plasma revealed [J]．Journal of Physical Chemistry C，2016，120(44)：1123-1129．

[50] Studt F，Behrens M，Kunkes E L，et al．The mechanism of CO and CO2hydrogenation to methanol over Cu-based catalysts[J]．Chem Cat Chem，2015，44(27)：182-190．

[51] Eliasson B，Kogelschatz U，Xue B，et al．Hydroge- nation of carbon dioxide to methanol with a discharge- activated catalyst[J]．Industrial & Engineering Chemistry Research，1998，37(8)：3350-3357．

[52] Bradford M C J，Vannice M A．CO2reforming of CH4[J]．Catalysis Reviews，2007，41(1)：1-42．

[53] Bie C D，Dijk J V，Bogaerts A．The dominant pathways for the conversion of methane into oxygenates and syngas in an atmospheric pressure dielectric barrier discharge[J]．Journal of Physical Chemistry C，2015，119(39)：22331-22350．

[54] Zeng Y X，Wang L，Wu C F，et al．Low temperature reforming of biogas over K-，Mg- and Ce-promoted Ni/Al2O3catalysts for the production of hydrogen rich syngas：understanding the plasma-catalytic synergy [J]．Applied Catalysis B：Environmental，2018，224：469-478．

[55] Amin M H，Putla S，Hamid S B，et al．Understanding the role of lanthanide promoters on the structure：activity of nanosized Ni/-Al2O3catalysts in carbon dioxide reforming of methane[J]．Applied Catalysis A：General，2015，492：160-168．

[56] Pham M H，Goujard V，Tatibouët J M，et al．Activation of methane and carbon dioxide in dielectric-barrier discharge-plasma reactor to produce hydrocarbons— influence of La2O3/γ-Al2O3catalyst[J]．Catalysis Today，2011，171：67-71．

[57] Ray D，Reddy P M K，Subrahmanyam C．Ni-Mn/γ- Al2O3assisted plasma dry reforming of methane [J]．Catalysis Today，2017，309：212-218．

Recent Advances of CO2Conversion Based on DBD

DING Honglei1,3, GUO Detong1,3, PAN Weiguo1,3, DING Chenggang2,3, GUO Shiyi2,3, PAN Yanxing1,3, ZHOU Qi1,3,DU Wei1,3

(1. Shanghai University of Electric Power, Yangpu District, Shanghai 200090, China; 2. Shanghai Electric Power Station Environmental Protection Engineering Co., Ltd., Jingan District, Shanghai 201600, China; Shanghai Environmental Protection Engineering Technology Research Center, Yangpu District, Shanghai 200090, China)

In order to convert CO2more efficiently, many scholars have carried out research on various CO2conversion methods. Dielectric barrier discharge (DBD) is one of the important methods of CO2conversion and utilization, it can reduce CO2under the condition of low temperature and normal pressure. In order to design a better DBD reactor, reaction conditions and catalysts, this paper summarized the researches on CO2conversion based on DBD in recent years. The effects of process parameters, diluting gases and catalysts on CO2conversion and energy efficiency in different studieswere analyzed. It was found that the catalyst can greatly improve the efficiency of CO2conversion by DBD, and introduced some commonly used catalysts in DBD. Finally, the possible development trend of CO2conversion by DBD was briefly analyzed.

dielectric barrier discharge (DBD); CO2conversion; plasma; catalyst

10.12096/j.2096-4528.pgt.19009

国家重点研发计划项目(2018YFB0604204)。

Project Supported by National Key Research and Development Program(2018YFB0604204).

2019-01-16。

丁红蕾(1968)，女，博士，副教授，主要从事大气污染控制技术的研究，hlding2005@zju.edu.cn；

郭得通(1992)，男，硕士研究生，主要从事等离子体脱除CO2 的研究，本文通信作者，157881686@qq.com。

丁红蕾

(责任编辑 辛培裕)