CH₄是天然气的主要成分，CH₄转化是实现天然气清洁、高效转化的关键。然而，CH₄的化学性质较稳定，不易被活化。介质阻挡微等离子体技术结合非平衡等离子体和微反应器的优势，具有低功耗、高密度、高稳定性等特点，为CH₄温和、高效转化提供了新路径。本文采用介质阻挡微等离子体反应器转化CH₄制低碳烃，对反应器结构、工艺参数、反应动力学等进行了研究。实验发现CH₄等离子体转化存在三个阶段，即CH₄转化增长阶段、CH₄转化稳定阶段、CH₄转化下降阶段。利用热电偶对反应器外壁温度进行测量，发现反应前10min反应器外壁温度不断上升，最高温度稳定在220℃。对纯CH₄体系、CH₄/Ar体系、反应器并联体系转化CH₄制低碳烃的电源参数及工艺参数进行研究，发现增加输入功率、减小放电频率、延长停留时间等能够提高CH₄的转化率。对9个不同的介质阻挡微等离子体反应器中CH₄转化进行考察，结果发现电极间距较小的反应器具有较高的能量效率和较高的CH₄转化率。添加惰性气体Ar，不仅能够提高CH₄的转化率，而且能够抑制积碳。反应器并联后，气体在单个反应器内的停留时间延长，CH₄转化率提高到40.1%。添加填充物使气体放电模式由单纯的自由基反应机理转变为复杂的等离子体-催化剂协同转化机理，从而对CH₄的转化率及产物的选择性产生影响。添加γ-Al2O3和石英棉填料能够提高产物C₂H₂和C₂H₄的选择性。Pd/Al2O3催化剂的加氢效果明显，产物C₂H₆的选择性提高，但其活性受到温度的影响。在自由基反应机理的基础上，建立了不同CH₄浓度下，介质阻挡微等离子体转化CH₄的动力学模型，此动力学模型可对一定输入能量下的CH₄转化率进行预测。低浓度时CH₄转化率与输入能量呈指数函数关系，而高浓度时CH₄转化率与输入能量成线性关系。对不同反应器中CH₄转化动力学进行研究，发现电极间距较小时，气体放电产生自由基的速率较大。此外，提出了一个非线性回归模型，用于CH₄等离子体转化反应的优化设计，此模型能够分析各实验参数之间的交互作用以及进行显著性分析。