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过氧化氢(H202)是用途广泛的绿色氧化剂。氢氧直接反应是近年来H202合成领域的研究热点。本论文在课题组前期关于H2/O2等离子体法直接合成H2O2的研究基础上,采用发射光谱和同位素示踪等技术重点研究了在H2/O2爆炸限内安全合成H2O2的机理。还对Ar分子催化合成H202以及在高氧浓度下放大合成H2O2等进行了初步研究。论文取得了如下主要结果和结论：1.反应器结构对H2/O2等离子体反应的安全性具有显著的影响。自冷却双介质阻挡放电(DDBD)反应器的安全性最高,其允许的02浓度可接近30mol%。该反应器具有放电电流弱、放电均匀弥散且气体温度低的放电特性。其高安全性的根本原因是H2/O2等离子体的电子密度低。该反应器可用02浓度为10mol%-25mol%的H2/O2混合气(爆炸极限内)合成H2O2。由于O2浓度增加,合成H202的收率及能量效率得到提高。2.H2/O2等离子体中H202主要是通过链终止反应H+O2→HO2和HO2+HO2→H2O2+O2生成。H2O主要通过支链反应H+O2→OH+O和O+H2→OH+H及链传递反应H2+OH→H20+H生成。自冷却DDBD反应器中电子密度低,O2和H2的活化度均较低,有利于链终止反应生成H2O2。而自冷却SDBD反应器中氢氧的活化度较高,有利于支链反应和链传递反应,从而导致H2O的生成和链式爆炸。3.电子能量对H2和O2分子的活化也有重要影响。能量E<l eV和E>2eV的电子能活化02分子。但能量为1eV<E<2eV的电子能够选择性地活化H2,有利于链终止反应生成H202。这为进一步改善H2/O2等离子体合成H202选择性及安全性提供了可能。4.添加气(Ar、He或N2)对H2/O2混合气的放电及其等离子体反应具有显著的影响。其中,Ar的加入使放电更均匀,降低了放电电压,有利于提高合成H202的时空产率和能量效率。当Ar流量为100ml/min时,合成H202的时空产率达到57.8gH202/1.h,能量效率达到16.1g/kW.h,与不添加Ar相比分别提高了158%和156%。研究发现,亚稳态At*(1s3和1s5)能够通过直接与H2分子反应形成复合物,从而选择性地促进H2解离,对H2/02等离子体合成H202表现出明显的单分子催化效应。5.发明了新一代以金属粉末(MP)为高压电极的DDBD电反应器(MP-DDBD),使H2/02等离子体合成H202实现了安全、不间断操作。基于该反应器进一步设计了多管并联放大合成H202反应装置,并以02浓度为15mo1%的H2/02混合气为原料成功进行了150小时的连续合成H202实验。在实验过程中,装置操作安全,反应结果稳定。产物H202浓度达到65wt%,杂质含量达到了电子级(SEMI Grade1)H202的标准。