脉冲放电等离子体甲烷氯化制氯代甲烷
甲烷和氯气发生取代反应方程式
甲烷和氯气发生取代反应方程式甲烷和氯气是两种非常常见的化合物，它们在许多化学反应中都会扮演着十分重要的角色。
其中，甲烷和氯气发生的取代反应非常常见，这个反应的方程式是什么呢？下面我们来一起探讨。
一、反应过程甲烷和氯气发生取代反应的化学方程式如下：CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl这里的“+”代表两种化合物相加，而“→”则代表反应过程的进行。
根据这个方程式可以看出，甲烷和氯气在取代反应中会拉开大幕。
在这个反应过程中，甲烷和氯气分别是反应的底物，而产物是氯甲烷和氢氯酸，其中氯甲烷是有机化合物，氢氯酸则是无机盐酸。
整个反应过程非常的简单，但是背后的化学知识却十分复杂。
二、反应机制甲烷和氯气发生取代反应的机制是自由基取代反应。
在反应的初期，氯气会被紫外线辐射激活，生成氯自由基（Cl•）。
Cl2 → 2Cl•由于这里的化学反应是以气体状态下进行的，在紫外线照射下，分子会受到激发，其中一个原子就会获得足够的能量，从而变成自由基。
而这个自由基也会在甲烷周围寻找一个稳定的反应物，从而与甲烷发生取代反应。
具体的反应路径如下：Cl• + CH4 → HCl + CH3•CH3• + Cl2 → CH3Cl + Cl•由此可以看出，甲烷和氯气发生取代反应时，需要先通过紫外线激发产生氯自由基，然后再通过自由基和甲烷的结合，最终生成氯甲烷和氢氯酸，反应是一个复杂的机理。
三、反应特点甲烷和氯气发生取代反应的特点是比较活泼的，而且反应速度也很快，产物的生成量也较大。
这是因为在反应的初期，氯自由基的生成速度非常快，而生成的自由基会立即和甲烷结合，与其发生取代反应，反应的速率非常快。
此外，甲烷和氯气发生取代反应还有一个特点，那就是反应是可以重复进行的。
也就是说，如果反应中生成了一定量的氯甲烷和氢氯酸，反应就可以继续进行，从而产生大量的产物。
这个特点在工业化生产中非常重要，因为它可以有效地提高产物的产出量。
四、总结甲烷和氯气发生取代反应是一种重要的化学反应，它具有较快的反应速度和较高的产物生成量，是工业生产中非常常见的反应。
一种一氯甲烷制备方法
一种一氯甲烷制备方法
一氯甲烷（CH3Cl）的制备方法一般可以通过以下两种途径实现：
1. 鳞片亚硫酸钠还原氯仿的方法
将氯仿（CHCl3）溶于水中，然后加入一定量的鳞片亚硫酸钠（Na2S2O3）。
在搅拌的过程中，反应物会产生化学反应生成一氯甲烷和氯化钠（NaCl）。
反应方程式如下：
CHCl3 + Na2S2O3 + H2O →CH3Cl + NaCl + Na2SO4 + HCl
反应结束后，需要用酸碱中和法使反应液中的氢氧化钠（NaOH）中和没有反应的氯化钠。
完成中和后，再用蒸馏法提取制得的一氯甲烷。
2. 氢氯酸催化甲烷与氯气的反应制备
将甲烷（CH4）在一定的温度和压力下与氯气（Cl2）反应，然后加入适量的氢氯酸（HCl）作为催化剂，得到一氯甲烷。
反应方程式如下：
CH4 + Cl2 + HCl →CH3Cl + H2 + Cl2
反应过程中需要控制温度和压力，并采用蒸馏法提取制得的一氯甲烷。
该方法可
以产生高纯度的一氯甲烷，但是需要消耗大量的氮气和氢气，并且对反应体系的条件要求较高。
一氯甲烷的制取
一氯甲烷的制取
一氯甲烷是一种有机化合物，也被称为氯甲烷。
它是一种无色、易挥发的液体，具有较强的溶解性和不稳定性。
一氯甲烷广泛应用于化学工业、医药、农业等领域，因此其制取方法备受关注。
一氯甲烷的制取方法有多种，其中最常用的方法是通过甲烷和氯气的反应制取。
具体步骤如下：
1. 将甲烷和氯气混合，使其在一定温度下反应。
反应式为：CH4 + Cl2 →CH3Cl + HCl。
2. 反应后，将产生的混合气体通过冷却器冷却，使一氯甲烷液体凝结出来。
3. 将液体一氯甲烷通过蒸馏纯化，得到高纯度的一氯甲烷。
需要注意的是，一氯甲烷的制取过程中需要控制反应温度和反应时间，以避免产生不必要的副产物。
此外，反应过程中产生的氢氯酸需要及时处理，以避免对环境造成污染。
总之，一氯甲烷是一种重要的有机化合物，其制取方法需要严格控制反应条件，以保证产品质量和环境安全。
甲烷和氯气的取代反应
甲烷和氯气的取代反应引言取代反应（substitution reaction）是有机化学中的一类重要反应类型，通过将一个官能团取代为另一个官能团来构建和改变分子结构。
甲烷和氯气的取代反应是其中的一种经典反应。
本文将对这一反应进行全面、详细、完整且深入地探讨。
文章将分为以下几个部分进行讨论：1.甲烷和氯气的物理性质及结构特点2.甲烷和氯气的反应机理3.实验条件及操作方法4.反应的应用领域甲烷和氯气的物理性质及结构特点甲烷（CH4）•分子式：CH4•结构特点：甲烷是一种无色无味的气体，其分子结构由一个碳原子和四个氢原子组成。
在空气中，甲烷是一种温室气体，并且作为一种可燃气体广泛应用于工业生产和日常生活中。
氯气（Cl2）•分子式：Cl2•结构特点：氯气是一种黄绿色的气体，具有刺激性气味。
氯气由两个氯原子组成，在自然界中主要存在于含氯化合物中。
氯气是一种极强的氧化剂，在化学工业中应用广泛，例如用作消毒剂、漂白剂等。
甲烷和氯气的反应机理甲烷和氯气的取代反应是指氯气分子中的一个氯原子取代甲烷分子中的一个氢原子，生成氯代烷（卤代烷）产物。
反应方程式如下：CH4 + Cl2 -> CH3Cl + HCl该反应是一个自由基反应，具体的反应机理如下：1.开始反应前，氯气分子 Cl2 吸收能量，断裂成两个氯原子Cl•。
2.一个氯原子Cl•与甲烷分子 CH4 发生反应，形成一个甲基自由基CH3•和氢气H•。
反应式为：CH4 + Cl• -> CH3• + HCl。
3.甲基自由基CH3•与另一个氯原子Cl•反应，生成氯代甲烷 CH3Cl 和一个氯离子 Cl-。
反应式为：CH3• + Cl• -> CH3Cl。
4.最后，生成的氯代甲烷 CH3Cl与H• 结合生成氢氯酸 HCl。
反应式为：CH3Cl + H• -> CH3 + HCl。
实验条件及操作方法甲烷和氯气的取代反应可以在实验室中进行，下面是一种常见的操作方法：实验材料： - 沸石（催化剂） - 氯气（Cl2） - 甲烷（CH4）实验步骤： 1. 取一个反应瓶，将一定量的沸石加入其中，作为催化剂。
脉冲电晕等离子体条件下甲烷氧化偶联反应
脉冲电晕等离子体条件下甲烷氧化偶联反应
张秀玲;阮桂色
【期刊名称】《低温与特气》
【年(卷),期】1998(000)004
【摘要】采用脉冲晕等离子体技术，考察了甲烷在氧气存在下的氧化偶联反应。
在实验条件下，从Ｏ２／ＣＨ４比率，等离子体功率，气体停留时间３个方面考察了甲烷的转化率和Ｃ２收率的变化，结果表明：有少量氧存在时，在适当注入功率及较小的气体流量下，Ｃ２收率可达１３．７５％。
【总页数】3页(P48-50)
【作者】张秀玲;阮桂色
【作者单位】大连轻工业学院分析中心;大连理工大学化工学院等离子体化学实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TQ221.11
【相关文献】
1.脉冲电晕等离子体反应器能量注入效率 [J], 任先文;吴彦;赵君科
2.气相色谱法评价脉冲电晕等离子体条件下甲烷脱氢偶联反应 [J], 张秀玲;朱爱民
3.脉冲电晕等离子体作用下CH4/H2反应的机理 [J], 代斌;陈韩飞;洪成林;李金平;宫为民;张秀玲;张家良
4.脉冲电晕等离子体作用下甲烷偶联反应的研究：Ⅱ.反应添加气的影响 [J], 朱爱民;张秀玲
5.脉冲电晕等离子体反应器能量注入效率研究 [J], 任先文;吴彦;赵君科;李杰;涂国锋;王保健;胡新康
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消毒处理副产物
氯氯消毒主要是通过次氯酸的氧化作用来杀灭细菌，次氯酸是很小的中性分子，只有它才能扩散到带负电的细茵表面，通过细菌的细胞壁穿透到细菌内部，起氧化作用破坏细菌的酶系统，而使细菌死亡。
但对于水中的病毒、寄生虫卵的杀灭效果较差，需要在较高值消毒剂浓度乘以接触时间才能达到理想的除菌效果。
然而，氯在水中的作用是相当复杂的，它不仅可以起氧化反应，还可与水中天然存在的有机物起取代或加成反应而得到各种卤代物。
研究发现氯在进行饮用水预氧化和消毒时与水中某些有机物发生氧化反应，同时发生亲电取代反应，产生易挥发和不易挥发的氯化有机物如三氯甲烷等，这些有机化合物有许多是致癌物或诱变剂而常规处理工艺对于氯化产生的副产物不能有效去除。
二氧化氯二氧化氯的消毒机理主要是氧化作用，能较好杀灭细菌、病毒，且不对动植物产生损伤，杀菌作用持续时间长，受影响小，可除臭、去色，二氧化氯是一种强氧化剂，对细菌的细胞壁有较好的吸附和穿透性能，可以有效地氧化细胞酶系统，快速地控制细胞酶蛋白的合成，因此在同样条件下，对大多数细菌表现出比氯更高的去除效率，对很多病毒的杀灭作用强于氯是一种较理想的消毒剂，二氧化氯可以与多种无机离子和有机物发生作用，可以去除水中的多种有害物质，还可以将水中溶解的还原态铁、锰氧化，对去除铁和锰很有效，同时对于硫化物、氰化物和亚硝酸盐也有一定的氧化去除效果。
二氧化氯几乎不与水中的有机物作用而生成有害的卤代有机物，二氧化氯在净水过程中产生的副产物包括两部分，一部分是被其氧化而生成的有机副产物；另一部分是本身被还原以及其它原因而生成的无机副产物。
与氯相比，二氧化氯净化的有机副产物较少且毒性较轻，二氧化氯主要的消毒副产物为亚氯酸盐和氯酸盐，它们对人体健康有潜在的危害，世界卫生组织对亚氯酸盐在水溶液中的质量浓度建议控制在以200L下，而对氯酸盐的毒性还在进一步的研究之中，另外，二氧化氯本身也有害，且不能贮存，需现场制备。
氯胺氯胺消毒是氯衍生物的消毒方法之一，由于氯胺消毒作用缓慢，它不能作为基本杀菌消毒剂，曾一度停用，但由于氯胺能避免或减缓氯与水中有机污染物质的某些化学反应，从而使消毒后水中氯化副产物的生成量显著降低，氯胺消毒被广泛认为是控制消毒副产物形成的有效手段。
甲烷与氯气的取代反应现象
甲烷与氯气的取代反应现象英文回答：Methane (CH4) and chlorine gas (Cl2) can undergo a substitution reaction. In this reaction, one or more hydrogen atoms in methane are replaced by chlorine atoms. This reaction is also known as chlorination.The reaction between methane and chlorine gas is an example of a radical substitution reaction. It involves the breaking of a covalent bond in methane and the formation of a new covalent bond with chlorine. The reaction proceeds through a series of steps involving the formation and reaction of free radicals.The first step is the initiation step, where chlorine gas is broken down into chlorine radicals (Cl•) by absorbing energy, usually in the form of light or heat. This can be represented as:Cl2 → 2Cl•。
The second step is the propagation step, where the chlorine radical reacts with methane to form a methyl radical (CH3•) and hydrogen chloride (HCl). This can be represented as:CH4 + Cl• → CH3• + HCl.The methyl radical then reacts with another molecule of chlorine gas, producing a chloromethane (CH3Cl) molecule and a chlorine radical. This can be represented as:CH3• + Cl2 → CH3Cl + Cl•。
甲烷与氯气反应的方程式
甲烷与氯气反应的方程式甲烷与氯气反应的方程式是CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl。
甲烷是一种简单的碳氢化合物，由一个碳原子和四个氢原子组成。
它是一种无色、无臭的气体，在常温下非常稳定。
氯气是一种黄绿色气体，具有刺激性气味。
它可以作为氧化剂参与许多化学反应，包括与甲烷的反应。
甲烷与氯气的反应是一种取代反应，其中氯气中的氯原子取代了甲烷中的氢原子。
这种反应需要提供能量（例如光照、加热或催化剂）来打破甲烷的C-H键，并使氯原子与甲烷相互作用。
甲烷中的一个氢原子被氯引发断裂形成一个氯自由基（•Cl）。
这个自由基具有一个未成对电子，非常活泼，很容易与其他分子发生反应。
在氯自由基的作用下，甲烷的其余氢原子逐个被氯取代。
CH4 + •Cl → •CH3 + HCl•CH3 + Cl2 → CH3Cl + •Cl这个反应存在竞争反应，即氯气直接与甲烷反应生成一氯甲烷（CH3Cl），或是与反应中间产物甲基自由基发生反应生成二氯甲烷（CH2Cl2）和三氯甲烷（CHCl3）。
最终，甲烷中的所有氢原子都可能被氯取代，生成氯甲烷和氯化氢。
除了氯甲烷和氯化氢外，反应中还可能生成少量的甲醛（CH2O）和二甲胺（CH3NH2）。
这是因为在生成中间产物甲基自由基的过程中，甲基自由基与氧气或氨发生反应形成这些产物。
需要注意的是，甲烷与氯气反应属于非控制爆炸反应，因为在反应中产生的自由基会继续引发其他分子的反应，形成连锁反应。
这也是为什么甲烷与氯气混合会产生爆炸性混合物的原因之一。
总而言之，甲烷与氯气反应的方程式是CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl。
这个反应是一种取代反应，其中氯气中的氯原子取代了甲烷中的氢原子。
在反应过程中，还可能生成一些其他的产物，如氯甲烷、氯化氢、甲醛和二甲胺。
该反应是一种非控制爆炸反应，需要小心操作。
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第４Ｏ卷第２期 ２０１２年４月 浙江工业大学学报
ＪＯＵＲＮＡＩ ＯＦ ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＩ ＯＧＹ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．２
Ａｐｒ．２Ｏ１２
脉冲放电等离子体甲烷氯化制氯代甲烷 祝成凤，黄立维，张永霞。何联候 （浙江工业大学生物与环境工程学院，浙江杭州：ｊ１００３２）
摘要：采用脉冲电晕放电等离子体活化手段在线一筒式反应器中，进行甲烷氯化合成氯代甲烷反应． 考察了原料气Ｖ（ＣＩ。）：Ｖ（ＣＨ ）值、电晕放电脉冲电压和电晕放电重复频率参数对甲烷转化率及 氯代甲烷选择性的影响．反应物及各产物通过气相色谱法进行在线分析．实验结果表明：常温常压 下，在脉冲电晕等离子体作用下，甲烷和氯气反应可以生成氯代甲烷．甲烷的转化率随加入能量强 度的增加而提高．提高氯气／甲烷摩尔比，多氯甲烷的产率也提高．当反应气总流速为１００ ｍＬ／ｍｉｎ， Ｖ（Ｃ１ ）：Ｖ（ＣＨ ）＝＝：１．２：１，脉冲放电电压为１７．５ ｋＶ，放电频率为８０ Ｈｚ时，甲烷的转化率为１０．５ ，
一氯甲烷、二氯甲炕、三氯甲烷和四氯甲烷的选择性分别为６７．６ ，１７．７ ，１３．３％和１．４ ９／６． 关键词：脉冲电晕放电；等离子体；甲烷；氯代甲烷 中图分类号：Ｘ７４３ ：之献标志码：Ａ 文章编号：１００６ ４３０３（２０１２）０２—０１６１—０４
Ｃｈｌｏｒｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｅｔｈａｎｅ ｂｙ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｌａｓｍａ ＺＨＵ Ｃｈｅｎｇ ｆｅｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｌｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ８Ｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ． ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧ Ｙｏｎｇ—ｘｉａ，ＨＥ Ｉ ｉａｎ—ｈｏｕ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００３２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｈｌｏｒｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ ｂｙ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｄｉｓｃｈａｌ’ｇｅ ｉｎ ａ ｗｉ ｒｅ—ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｒｅａｃｔｏｒ ｗａｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． ｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ａ：Ｅ Ｖ（ＣＬ２）ｔｏ Ｖ（ＣＨ４）， ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｖｏｌｔａｇｅ。ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｏｎ ｍｅｔｈａｎｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ ｍｅｔｈａｎｅｓ（ＣＭＳ）ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｗｅｒｅ ｆｏｃｕｓｅｄ ｏｎ．Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｆｒｏｍ ｍｅｔｈａｎｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｏｎ—ｌｉｎｅ ｇａｓ—ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ（ＧＣ）．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｍｅｔｈａｎｅ ｃｏｕｌｄ ｒｅａｃｔ ｗｉｔｈ ｃｈｌｏｒｉｎｅ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ＣＭＳ ｂｙ ｐｕｌｓｅｄ ｃｏｒｏｎａ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｌａｓｍａ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｉｔ ｖｖａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｉｎｐｕｔ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｏｒ． Ｔｈｅ ｃｈｌｏｒｉｎａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｅｄｅｄ ｍｏｒｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ Ｃ１２／ＣＨ４ ｍｏｌｅ ｒａｔｉｏ．Ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ ｗａｓ １０．５ ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ ｍｅｔｈａｎｅｓ ｗｅｒｅ ６７．６ ，１７．７ ，１３．３％ａｎｄ １．４ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＣＣ・ｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｖ（Ｃ１２）：Ｖ（ＣＨ４）一 １．２：ｌ，ｔｏｔａｌ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｏｆ １０Ｃ ｍＬ／ｍｉｎ，ｐｕｌｓｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ １７．５ ｋＶ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ８０ Ｈｚ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｕｌｓｅ ｃｏｒｏｎａ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ；ｐｌａｓｍａ；ｍｅｔｈａｎｅ；ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ ｍｅｔｈａｎｅｓ（ＣＭＳ） 甲烷是天然气中最主要的成分，同时也是一种 主要的温室气体，其全球变暖潜能是ＣＯｚ的２１倍 多口］．因此，将甲烷转化为甲烷氯化物等高附加值的 化工产品，既可有效利用能源，又可减少温室气体的 排放，对环境保护具有重要意义．甲烷氯化物是一氯 甲烷（氯甲烷）、．二氯甲烷、三氯甲烷（也称氯仿）和四 氯化碳四种产品的总称，简称ＣＭＳ，为重要的化工 原料和有机溶剂．工业上主要采用甲烷法和甲醇法
收稿日期：２０１０－１２ ２１ 作者简介：祝成风（１９８４一），女，湖北孝感人，硕士研究生，研究方向为大气污染控制等，Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｃ｛一１３５９＠１６３．ｃｏｒｎ．通信作者：黄立维教 授，Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｌｗ＠ｚｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ． 浙江工业大学学报 第４Ｏ卷 制取ＣＭＳ（ ，但存在反应条件苛刻（高温、高压和催 化剂等）的问题【。 ．而脉冲电晕等离子体可以在常 温常压Ｆ将甲烷和氯气直接合成ＣＭＳ，因此是一条 理想的ＣＭＳ生产路线． 近年来，冷等离子体技术在甲烷转化方面的研 究日益活跃 刊，共对反应物分于的活化几乎不引起 体系温度变化，反应物分子叮以在室温或接近室温 的条件下被活化，在ｆ一分温和的条件下完成化学反 应．Ｚｈａｏ Ｇｕｉｂｉｎｇ等 通过进行不同类型等离子体 反应器甲烷转化制Ｃ 烃的研究，得出脉冲电晕放电 是一种低温甲烷转化潜在的替代方法．姜涛等 研 究比较了电晕放电和无声放电两种形式下甲烷和二 氧化碳的转化特性，不同放电形式得到不同的产物， 电晕放电反应的产物主要是合成气，而无声放电的 产物除合成气外，还有烃类和含氧化合物．Ａｎｔｏｎｉｕｓ Ｉｎｄａｒｔｏ等 研究甲烷氧化制甲醇，在 烷转化率和 烷氧气进料比柑同条件下，等离子体过程比热过 程生成更多的甲醇．目前甲烷转化研究主要集中在 纯ＣＨ 转化，ＣＨ ／ｃ（）。重整和ＣＨ 部分氧化制含 氧有机物（主要是甲醇）等，尚无等离子体甲烷氯化 方面的研究． 笔者利用脉冲电晕放电方法，在室温和常雎下 将甲烷、氯气和氩气的混合气体进行等离子体活化， 通过甲烷和氯气等离子体反应直接合成氯代甲烷． 重点考察了反应气配比、脉冲放电电压和放电频率 对甲烷氯化反应的影响． １ 实验部分 实验装置流程如图１所示．气体等离子体由脉 冲高压电源通过储能电容和旋转火花隙对反应物进 行高压电晕放电获得．脉冲电压的峰值和重复频率 可调，反应器采用线筒式电极结构，反应器壳体为硬 质玻璃．反应在室温和常压下进行，原料气甲烷、氯 气与缓冲气氩气流量分别由流量计控制，经混合器 ４ ¨ －一僭 １２ ｌ Ａ ｒ；２（、Ｈ ４；３（：ｌ ２；４减压阀；５转子流量计；６混合罐 ７ 电晕反应器；８ 商ｆ正电源｝９碱液；ｌ０氧化钙； １１气相色谱仪；１２红外光谱仪 图１ 实验装置流程图 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｅｔ—ｕｐ 混合均匀后进入高压脉冲电晕反应器，反应产物经 吸收装置和干燥装置后进入红外光谱和气相色谱进 行在线分析．
２结果与讨论 ２．１ 甲烷氯化产物分析 用ＦＴ—ＩＲ傅立叶红外光谱仪（ＡＶＡ＇Ｉ、ＡＲ ３７０） 对反应产物进行鉴定，并采用ＳＰ ６８９０气相色谱仪 （ＦＩＤ，５０ ｒｎ×０．３２ Ｆｉｌｍ×３．０／ｘｍ ＳＥ３Ｏ毛细管柱）对 反应物及产物进行跟踪分析．在室温、常压、１７．５ ｋＶ 和８０ Ｈｚ条件下，对组成为 （Ｃ１：）： （ＣＨ ）一１．２ ：１的混合气的放电产物进行ＦＴ—ＩＲ与ＧＣ分析鉴 定，结果见图２，３．根据分析结果可知，用甲烷和氯 等离子体在室温和常压下直接反应可以产生氯代甲 烷，且一氯甲烷，二氯甲烷，三氯甲烷和四氯化碳的 摩尔分数依次降低．
＿。。］１ｌＩ ～一 １ 一 ４氯代甲 ｌ
＼＼甲烷／／
波数／ｃｍ 图２ 甲烷氯化等离子体反应产物红外光谱图 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ＦＴ－ＩＲ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ ｃｈｌｏｒｉｎａｔｉｏｎ
图３ 甲烷氯化等离子体反应产物分布 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ ｃｈｌｏｒｉｎａｔｉｏｎ 甲烷的氯化反应是一种在气相进行的自由基反 应．由于Ｃｌ—ＣＩ键键能（２４３ ｋＪ／ｍｏ１）比Ｃ—Ｈ键键 能（４ｌ３ ｋＪ／ｔｏｏ１）小，在等离子条件下，Ｃｌ—Ｃｌ键较 易均裂生成具有未成对电子的ｃｌ原子（自由基），反 应即由此开始：
如 ∞ 如 加 毒 第２期 祝成风，等：脉冲放电等离子体甲烷氯化制氯代甲烷 Ｃｌ：Ｃｌ一２Ｃ卜 △Ｈ一２４２．６０ ｋＪ／ｍｏｌ （１） Ｃｌ・非常活泼，有夺取一个电子形成稳定八隅体 的倾向，故与ＣＨ 分子相碰撞即发生反应：
Ｃ卜＋ＣＨ 一ＨＣｌ＋ＣＨ３・ △Ｈ一８．４０ ｋＪ／ｍｏｌ （２） ＣＨ。・的化学活性很高，它与ｃｌ 分子作用即生 成ＣＨ。Ｃｌ和新的Ｃ卜：
ＣＨ。・＋Ｃｌ２一ＣＨ３ＣＩ＋Ｃ卜 △Ｈ一一１１１．８Ｏ ｋＪ／ｔｏｏｌ （３） 这个新的Ｃ１・又可与ＣＨ 作用，生成ＣＨ。・；或 与ＣＨ。Ｃ１作用，生成ＣＨ Ｃ１・：
ＣＨ。Ｃ１＋Ｃ１・一ＣＨ２Ｃ１・十ＨＣｌ （４） ＣＨｚＣ卜再与Ｃｌ２作用，生成ＣＨ Ｃ１。和Ｃ１・： ＣＨ２Ｃ卜＋Ｃｌ２——＋ＣＨ Ｃｌ ＋Ｃ１・ （５） 如此循环反应，直至生成ＣＨ。Ｃ１，ＣＨ Ｃ１ ， ＣＨＣｌ３，ＣＣｌ ［１Ｏ １２］．
在等离子体作用下氯化反应的关键步骤是高能
电子和自由基等的产生，即在等离子体内产生的高 能电子与氯气及甲烷分子发生非弹性碰撞＿＿Ｉ ，氯气 分子发生键断裂，生成活性物种Ｃ１・；甲烷分子发生 活化或断键反应，生成ＣＨ。・，ＣＨ。・，ＣＨ・和Ｈ・等 自由基；活性物种Ｃ卜与ＣＨ。・或ＣＨ。・，ＣＨ・等各 种自由基作用，最终使甲烷氯化生成甲烷氯化物． ２．２原料气配比对甲烷氯化反应的影响 图４考察了反应气配比对甲烷氯化反应的影 响．反应条件：总反应气流速为１００ ｍＩ ／ｒａｉｎ，脉冲 放电电压为１７．５ ｋＶ，脉冲放电频率为８ｏ Ｈｚ．由图 ４可知，随着Ｖ（Ｃ１２）：Ｖ（ＣＨ ）由Ｏ．４：１增加到 １．６：１，甲烷的转化率先是逐渐增加后略有降低，氯 代甲烷的选择性分布如下：一氯二氯甲烷均是先增 加后降低，三氯四氯甲烷则是先降低后增加．当 Ｖ（Ｃ１ ）：Ｖ（ＣＨ ）一１．２：１时，甲烷转化率和主要 产物一二三氯甲烷总选择性达到最大，分别为 １０．５％，６７．７ ９／５，１７．６ ９／６和１３．３ ．分析出现这一结 果的原因是：在其它条件不变的情况下，等离子体中 注入的功率密度（功率／体积）是相同的，随着 Ｖ（Ｃ１ｚ）：Ｖ（ＣＨ ）值的增加，一方面由于体系中ＣＩ 浓度升高，等离子体内所产生的活性物种ｃｌ・增多， 进而生成ＣＨ。・和ＣＨ ・自由基也愈多，即甲烷的转 化率和一氯、二氯甲烷的选择性升高．另外，随着 Ｖ（Ｃ１ ）： （ＣＨ ）值不断增加，电子密度随之增大，