排气余热辅助低温等离子体再生柴油机颗粒捕集器试验

为探究低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)对无外加热源的柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)的再生过程与再生效果,搭建了排气余热辅助NTP再生DPF的试验系统。借助发动机停机后的排气余热,利用DBD(dielectric barrier discharge)型NTP发生器,对处于降温过程的DPF进行再生试验研究。结果表明:随着DPF温度的下降,NTP中O3的分解反应减弱,PM(particulate matter)氧化反应加剧,DPF内部出现温度不降反升的现象,氧化区域自DPF前端逐渐向后端延伸,DPF径向中点处氧化反应最为剧烈,DPF轴向剖面上残余积碳呈现?形。再生后DPF内部残余积碳中可溶性有机成分SOF(soluble organic fraction)明显减少,且NTP处理能够降低PM中SOF及DS(dry soot)的表观活化能。整个再生过程中,DPF内部大量积碳被氧化去除。排气余热辅助的NTP再生技术,实现了对无外加热源的DPF的有效再生,使得DPF排气背压下降达69%。该文证实了排气余热辅助NTP再生DPF的可行性,为NTP再生DPF技术的应用提供了试验依据。     

CeO2纳米颗粒催化柴油燃烧氧化特性分析

为了深入了解柴油中添加Ce O2纳米催化剂后生成颗粒的氧化特性,该文配制了Ce O2质量分数分别为0、50、100 mg/kg的纳米催化燃油,利用微粒分级采样装置采集柴油机燃用3种燃料生成的颗粒样品,采用扫描电镜研究了Ce O2质量分数对颗粒形貌特征的影响,通过热重分析方法研究了升温速率、Ce O2质量分数对颗粒氧化特性的影响并采用Coast-Redfern方法计算了颗粒的活化能。结果表明:颗粒群为团簇状结构,粒径范围在20~70 nm之间;随着Ce O2质量分数增加,颗粒平均粒径减小,粒径向小粒径方向移动,计盒维数增大。随着升温速率的增加,颗粒氧化过程出现滞后现象,氧化反应区域变宽,初始氧化温度、峰值失重温度和氧化终止温度增高,失重率峰值变小。升温速率对颗粒反应活化能影响较小。升温速率相同时,随着Ce O2质量分数的增加,颗粒的反应活化能、初始氧化温度、峰值失重温度和氧化终止温度均降低,Ce O2质量分数越高,降幅越大。Ce O2纳米催化剂添加到柴油后,使颗粒粒径变小,并能促进颗粒的氧化,降低颗粒起燃温度,可有效降低柴油机微粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)再生温度和延长再生周期,对柴油机排气净化具有重要的意义。     

柴油机燃烧甲醇/生物柴油尾气颗粒物热解特性分析

采集了甲醇/生物柴油(5%、10%、15%)混合燃料在柴油机燃烧的尾气颗粒。采用热重分析仪和切线法、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)热解动力学方法,研究颗粒挥发及氧化规律,分析了颗粒热解特征温度和活化能。结果表明:随着甲醇掺混量的增加,颗粒中H_2O的质量分数由2.6%增加到3.5%,可溶有机物(soluble organic fraction,SOF)质量分数由26.1%增加到32.5%,SOF的质量变化速率增大,对应的峰值温度后移;在O_2氛围中,SOF挥发阶段与在N2氛围中的表现基本一致,但质量变化速率明显增大;碳烟(soot)质量减小,由70.3%减少到63.8%,soot质量变化率峰值增大;SOF析出温度变化较小,soot起始燃烧温度明显降低,由488℃降低到458℃,SOF起始燃烧温度与燃尽温度均有所降低,颗粒的热解总反应时间缩短;颗粒的热解反应活化能由140.3 k J/mol降低117.3 k J/mol,颗粒的热解性能增强,颗粒更易被氧化。研究结果可为甲醇/生物柴油燃烧颗粒的处理及柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)再生提供依据。     

能量密度对低温等离子体辅助催化转化柴油机颗粒物和NOx的影响

为了研究低温等离子体辅助催化后处理技术对柴油机有害排放物的作用效果,基于介质阻挡放电理论设计了低温等离子体（NTP）发生器,研究了NTP发生器工作电压随能量密度的变化关系。以涂覆γ-Al2O3的蜂窝状陶瓷为载体,采用柠檬酸凝胶法制备了LaMnO3催化剂,建立了NTP辅助LaMnO3催化试验系统。在台架试验基础上,研究了能量密度变化对NTP辅助LaMnO3催化技术转化（颗粒物）PM和NOx的影响规律。试验结果表明：在相同频率作用下,NTP发生器的能量密度随着工作电压的升高而增加;与原机相比,NTP辅助LaMnO3催化技术作用后NO浓度显著降低,NO2浓度显著增加,NOx浓度降低;随着能量密度的增加,碳烟转化效果越明显,碳烟的不透光烟度最高降低约83%。结果表明NTP辅助LaMnO3催化技术可有效转化PM和NOx,在柴油机排气后处理领域有着广泛的研究前景。     

EGR废气组分对柴油机颗粒氧化活性的影响

针对不同EGR废气组分条件下产生的颗粒,采用热重分析的方法,分析了EGR废气组分对颗粒中主要物质含量的影响;考察了颗粒中挥发物析出温度、soot组分着火温度等4个特征温度、燃烧特性指数以及活化能的变化规律。结果表明,与引入废气和N2时相比,只通入CO2时产生颗粒的失质量百分数所占比例最大,颗粒中水分和可溶有机物(soluble organic fraction,SOF)含量增加明显,soot组分含量有较大幅度降低;在颗粒氧化过程中的高温反应阶段,与引入废气和N2时相比,只通入CO2时产生颗粒中soot组分的质量变化率峰值和峰值对应温度均最小;氧化特性参数的计算结果表明,与引入废气和N2时相比,只通入CO2时产生颗粒的挥发物析出温度TSOF1、挥发物起始燃烧温度TSOF2、soot组分着火温度Ti、soot组分燃尽温度Th均最低,燃烧特性指数增加明显,反应活化能最低。说明引入CO2后,颗粒中soot组分在达到相同失质量百分数时,所需的温度较低,反应所需能量较小,EGR废气中的CO2可以显著提高颗粒自身的氧化能力和反应活性,改善颗粒的氧化燃烧性能。     

排气温度和催化基质特性对柴油机排放的影响(英文)

为了提高催化器CDPF(catalyzed diesel particulate filter)去除NOx和PM的性能,该文运用催化试验、发动机台架试验及模拟计算,研究了排气温度和催化器的基底材料特性对NOx还原和PM氧化的影响特性。通过活性评价和表征试验发现,由于La2Cu0.7Fe0.3O4表面具有较高的氧空位浓度和较强的晶格氧移动特性,所以300°C～500°C时具有较好的催化活性,且350°C～500°C时碳化硅较堇青石能更好地催化还原NO。发动机台架试验表明,由于碳化硅具有更高的孔隙率和更好的热交换特性,在1 600 r/min的75%和90%负荷工况时,碳化硅CDPF具有更好地催化去除NOx和PM的特性规律。模拟计算结果显示,具有较高过滤孔密度和比表面积的CDPF,由于较低的内部传质阻力和较高的传质特性,所以能较好地还原NOx和氧化PM。研究结果可为优化柴油机后处理器CDPF的催化性能提供科学依据。     

低温等离子体协同纳米催化技术降低柴油机NOx排放

针对目前国内外开展的利用低温等离子体协同催化(NPAC)技术转化NOx排放的热点科学问题,采用柠檬酸络合法制备了一种La0.8K0.2Mn0.5Co0.5O3(LKMCO)纳米催化剂,协同低温等离子体(non-thermalplasma,NTP)发生器建立了NPAC系统。通过发动机台架试验,研究了NPAC技术转化柴油机NOx排放的影响因素,重点分析了NTP能量密度和排气温度对转化NOx的影响规律。结果表明:在NTP不同放电频率工作下,O2浓度与原机相比明显降低,降幅最高为5.17%;随着能量密度的增加,NO2浓度升高,NO浓度降低。在放电频率为14.0kHz条件下,当能量密度大于80J/L时,NO2和NO浓度开始转化;在温度为280～350℃时,LKCMO催化剂发挥活性,NPAC技术作用下NOx转化效率得以显著提高。     

生物过滤法去除死猪堆肥排放臭气效果的中试

为研究生物过滤法去除死猪堆肥发酵处理过程产生臭气以及挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)的可行性,开展了死猪和猪粪混合堆肥试验,分析了死猪堆肥过程臭气浓度特性和VOCs组分特征,对生物过滤法去除臭气中VOCs的工艺关键参数-停留时间进行优化试验。死猪堆肥过程中排放VOCs种类达37种,其中主要致臭组分为三甲胺、二甲基硫、二甲基二硫、二甲基三硫;以腐熟猪粪堆肥作为滤料(添加3%活性污泥),在停留时间为30~100 s的条件下,生物过滤法对死猪堆肥排放臭气去除率达90%以上;停留时间60~100 s的条件下对VOCs中主要致臭组分的去除效率达82.2%~100%,生物过滤法去除死猪堆肥过程臭气浓度和VOCs的优化停留时间为60 s。研究结果能为死猪堆肥发酵过程排放臭气的处理和控制技术进一步研发提供科学依据。     

低温等离子体发生器工作参数优化

低温等离子体（non-thermal plasma,NTP）发生器放电产生的活性物质可有效去除柴油机颗粒捕集器（diesel particular filter,DPF）中沉积的颗粒物（particulate matter,PM）,而发生器的工作参数直接影响活性物质的浓度,选取合适的工作参数有利于活性物质的产生。该文以空气为气源,考察了放电区表面温度、放电电压、放电频率、空气流量4个因素对NTP发生器产生活性物质浓度的影响。以O3质量浓度作为试验指标,进行了正交试验设计,并对试验结果进行单因素影响规律的分析、极差分析以及方差分析。研究表明：较低的放电区表面温度和放电频率有利于O3的生成,O3质量浓度随着空气流量的增大先升高后降低,随放电电压的变化没有明显的增减趋势;放电区表面温度、空气流量为显著因素,放电电压和放电频率为不显著因素;各因素对试验结果影响的大小顺序为：空气流量＞放电区表面温度＞放电频率＞放电电压;NTP反应器产生活性物质的较优组合是：放电区表面温度40℃、放电电压19 kV、放电频率7 kHz、空气流量5 L/min。研究结果对开发用于分解柴油机PM的NTP系统、优化NTP技术再生DPF的研究有重要的指导意义。     

保护性耕作对黄土高原旱地土壤总磷及组分的影响

为了探明保护性耕作对土壤总磷及磷组分的影响,依托在陇中黄土高原旱地区设立的保护性耕作长期定位试验,采用Tiessen土壤磷素分级法,系统研究了传统耕作(T)和5种保护性耕作方式—免耕(NT)、传统耕作秸秆还田(TS)、免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作地膜覆盖(TP)、免耕地膜覆盖(NTP)下0—5,5—10,10—30cm土层总磷和各磷组分分布特征。结果表明:(1)较之T处理,5种保护性耕作方式均可提高0—10cm土层总磷含量,尤以NTS处理表现最明显,10—30cm土层NTS、TS处理总磷含量显著高于T处理,而NT、NTP、TP处理显著低于T处理;(2)NTS、NTP、NT处理可不同程度地提高0—10cm土层活性无机磷组分Resin—Pi、NaHCO_3—Pi的含量,尤其以NTS、NTP效果最显著,但10—30cm土层NTP处理2种磷组分分别较T处理低39.2%,13.6%;(3)保护性耕作对NaOH—Pi的影响没有明显规律;(4)D.HCl—Pi、C.HCl—Pi和Residual—P对耕作方式的响应不明显;(5)NTS、TS处理可以显著提高0—30cm土层有机磷组分NaHCO_3—Po、NaOH—Po、C.HCl—Po含量,NTP处理也可以提高NaHCO_3—Po和NaOH—Po含量,但该处理下稳定态的C.HCl—Po较T处理低11.5%;(6)各处理总磷和多数磷组分在土壤剖面呈自上而下逐渐递减分布规律,且在10—30cm土层同种覆盖条件下免耕处理的降幅大于耕作处理,无机磷组分Resin—Pi、NaHCO_3—Pi、NaOH—Pi的降幅明显,而有机磷组分NaHCO_3—Po、NaOH—Po的降幅相对较小;(7)Resin—Pi、NaHCO_3—Pi、NaHCO_3—Po对有效磷和作物产量都具有正向作用且贡献较大,免耕秸秆覆盖方式促进3种磷组分积累的效果最明显,从土壤磷素角度看它是最适合本地区农业可持续发展的保护性耕作方式。