中文摘要：

利用放电等离子体技术在水中固定氮气制硝酸，此过程以电能作为唯一的能源，以空气和水作为基本原料，反应过程无需辅以高温、高压，直接在液相生成硝酸，是一种绿色、无污染的固氮新方法。本申请拟采用两级放电连续流体系，通过电源调整、催化电极和导电粒子研制以及反应器结构设计和工艺参数优化，提高氮气的转化率和转化效率，大幅度降低能耗；对放电区域等离子体形态和密度进行鉴定，结合中间产物和基团分析结果，探明等离子体化学过程，解析氮、氧、水分子在放电过程中的交互作用、转化途径，揭示固氮规律；分析两级放电反应器的瞬态流动特性和主要反应过程，测定传质参数和重要动力学数据，分别建立相应的传质－反应数学模型；分析输入能量、能量密度以及各级物料输入输出特点，分析总过程的重要影响因素，利用计算机模拟技术，对放电等离子体技术在水中固定氮气制硝酸总工艺流程进行过程模拟与定量设计，将其发展成为具有广阔市场潜力的绿色固氮新技术。

结论摘要：

等离子体具有特殊的反应活性，使一些难以进行的反应在等离子场获取能量，促使反应分子活化，生成各种活性物种，从而在较缓和的条件下完成反应，获得目标产物。我们针对放电等离子体的形成特点，设计了耦合的放电等离子体固定氮气制硝酸体系，硝酸产率在最初的基础上提高约10倍，能量效率提高约3倍，能耗降低超过70%，大大提高了等离子体固氮制硝酸效率，同时获取了有利于进一步提高固氮效率的电源、反应器、固氮流程等基础数据；等离子体的反应极为复杂，我们在产物形成的基础上，对固氮体系的传质-反应进行了系统研究，获取了固氮体系的动力学和传质参数，建立了固氮体系动力学模型以及体系放电参数与固氮产率之间的关系；液相杂质对固氮过程具有一定的影响，当液相有有机物存在时，会对固氮过程产生一定的影响，我们对液相等离子体与有机物的交互反应也进行了深入研究。