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。     

双介质低温等离子体反应器工作参数优化及空气放电光谱分析

为研究工作参数对双介质低温等离子体反应器性能的影响,建立了双介质阻挡放电型低温等离子体反应器试验系统,观察空气放电产生的NO、NO2体积分数随放电频率、放电电压峰-峰值及空气流量等因素的变化。结果表明:不同放电频率时,双介质低温等离子体反应器气体放电反应机理不同;放电频率为7 k Hz时,NO、NO2均随放电电压峰-峰值线性增长;放电频率为8 k Hz时,随着放电电压峰-峰值的增大,NO先不变后增长,NO2线性增长;放电频率为9 k Hz时,随着放电电压峰-峰值的增大,NO始终维持在较低水平,NO2先不变后增长;NO、NO2体积分数随空气流量的增大而减小,不同空气流量时,NOx总体变化规律不会改变;双介质低温等离子体反应器放电频率为9 k Hz,放电电压峰-峰值为9~23 k V时,可产生较多的活性物质,同时避免大量副产物的生成。该研究可为利用NTP技术降低柴油机排放污染物提供参考。     

水冷式低温等离子体反应器的性能试验

为有效控制放电区温度,对自行设计的水冷式低温等离子体反应器进行试验,研究了该NTP(non-thermal plasma)反应器的性能,分析了放电区表面温度为60、90、120和150℃时,工作电压、工作频率和空气流量等因素对放电功率、O3和NO2体积分数的影响,并探讨了等离子化学反应机理。结果表明,反应器的放电功率随工作电压、工作频率和放电区表面温度的升高而增大;空气流量对放电功率的影响较小;当放电区表面温度不同时,O3和NO2体积分数随工作电压和工作频率的变化规律呈现不同趋势;当放电区表面温度不变时,O3和NO2体积分数随空气流量先增大后降低;降低放电区表面温度可以有效提高O3和NO2体积分数。研究结果为进一步研究间接低温等离子体技术降低柴油机排放和再生微粒捕集器提供依据。     

低温等离子体耦合Fe2O3催化剂去除粮食仓储环境中磷化氢

为了探究低温等离子体（Non-Thermal Plasma,NTP）耦合催化剂对粮仓中磷化氢（PH3）的去除效果,该文采用介质阻挡放电低温等离子体与催化剂耦合的反应装置,研究了NTP与Fe2O3催化剂耦合对PH3去除率的影响,并对耦合反应后的催化剂进行表征,分析产物及反应机理。结果表明,载体和催化剂与NTP耦合改变了NTP的放电状态,提高了PH3去除率;不同载体负载Fe2O3后,在输入功率超过53 W时,NTP与Fe2O3催化剂耦合对PH3去除率均高于无填充,Fe2O3/Al2O3与NTP耦合效果最好,去除效率达到了100%。耦合前后催化剂的表征结果表明,耦合反应之后,Fe2O3/Al2O3催化剂的比表面积降低了11.23%,Fe3+/(Fe2++Fe3+)含量提高了21.06%,Osur/(Olatt+Osur+Oads)含量减少了2.24%,Fe含量降低了4.69%,P含量增加了4.34倍。产物分析表明耦合后生成的主要产物为磷酸。研究结果表明NTP耦合Fe2O3/Al2O3催化剂具有很好的PH3去除效果,为粮食仓储行业去除磷化氢提供理论依据。     

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。     

低温等离子体用于液体食品的低温杀菌

介绍了一项新的非热(或低温)巴氏杀菌技术——低温等离子体(NTP)的初步研究结果。NTP一般由高压电场下的气体介质放电所诱发。该文作者的一项美国专利技术成功的在液体介质中诱发NTP。该研究表明这项新的NTP技术可以在常温下和极短的时间内杀死液体食品中的病源菌包括大肠杆菌O157:H7和沙门氏菌。实验中,NTP可使接种在橙汁和牛奶细菌总数降低5个对数值,而对橙汁中的维生素C和牛奶的氧化值影响甚微。能量消耗估算为1～2J/mL,比之于热杀菌和其它低温杀菌技术能耗率要低得多     

催化剂存储还原柴油机NO_x排放的试验

为了验证NSR催化剂对柴油机NOx排放的存储还原性能,该文采用浸渍法制备了一系列NSR催化剂:x Ce(25-x)Ba/γ-Al2O3(x为质量分数,且x=8~12)和Pt10Ce15Ba/γ-Al2O3催化剂,并利用X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪和透射电子显微镜对其性能进行表征;通过台架试验,研究了10Ce15Ba/γ-Al2O3和Pt10Ce15Ba/γ-Al2O3催化剂对NOx排放的存储还原性能。结果表明,Ba O和Ce O2的粒径变化范围为5~20 nm。随着x值增加,Ce O2晶粒尺寸变大且分散性变差;当x=10时,Ba O晶粒尺寸细小且分散性最好。当柴油机负荷低于50%时,10Ce15Ba/γ-Al2O3催化剂对NOx主要以吸附为主,NOx脱除率最高达80%;当柴油机负荷高于50%时,NOx开始脱附并被还原成N2,NOx脱除率最高为60%。与10Ce15Ba/γ-Al2O3催化剂作用相比,Pt10Ce15Ba/γ-Al2O3催化剂对NOx的吸附和脱除性能较好,其中柴油机负荷低于50%时,NOx脱除率接近100%,柴油机负荷高于50%时,NOx脱除率最高为75%。研究结果对NSR催化剂的开发以及在排放后处理领域的应用具有指导意义。     

轻型柴油机预混合低温燃烧路径优化试验及分析

为探索轻型车用柴油机在中小负荷率工况下实现超低排放的预混合低温燃烧策略,以某四缸轻型车用柴油机为样机,在中小负荷率工况下,进行了喷射正时、废气再循环率(exhaust gas recirculation,EGR)、进气温度、喷射压力、预喷射等不同控制参数对柴油机预混合低温燃烧影响的试验研究。证明适时早喷射可延长预混合期实现预混合燃烧,改善柴油机碳烟排放;采用高比例EGR技术降低进气氧浓度能有效控制预混合燃烧温度,可有效降低NOx排放,同时可推迟由早喷射造成的过早的燃烧相位;在适时早喷射结合高比例EGR的基础上,协同优化喷射压力、进气温度与预喷射参数改善NOx和碳烟排放Trade-off关系,以实现超低排放的预混合低温燃烧;通过预混合低温燃烧路径优化后,10%、25%和50%负荷率工况NOx排放与原机相比分别降低97.8%、80.7%和62.1%,碳烟排放分别降低76%、93.9%和47.1%。3个负荷率工况下优化后的有效燃油消耗率比优化前略有上升。研究结果为轻型柴油机预混合低温燃烧过程的优化及污染物排放控制技术提供了理论基础。     

CO2激光与外源NO对低温胁迫小麦的防护效应

以冬小麦‘小堰22号’为试验材料,研究了CO2激光与外源一氧化氮(NO)复合作用对低温胁迫(4℃)下小麦幼苗自由基双氧水(H2O2)、超氧阴离子(O2?)浓度,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)、一氧化氮合成酶(NOS)活性,一氧化氮(NO)及蛋白质含量,及幼苗生长发育的影响。结果表明:与单独低温胁迫相比,外源NO处理后低温胁迫和CO2激光处理后低温胁迫都显著降低了H2O2和O2?浓度,提高了SOD、CAT、POD、APX、NOS活性,NO和蛋白质含量,促进幼苗生长发育。外源NO处理后再进行CO2激光辐射,虽然可以降低低温胁迫下幼苗H2O2和O2?浓度,提高SOD、CAT、POD、APX、NOS活性及NO和蛋白质浓度,促进幼苗生长发育,但其保护效应明显低于外源NO处理后低温胁迫和CO2激光处理后低温胁迫的效果。上述结果说明,NO对低温胁迫的防护效应优于NO和CO2激光复合处理。因此,建议在农业生产中单独采用NO处理或者CO2激光处理,可以促进农作物对低温胁迫的抗性。     

低温等离子体对柴油机排放颗粒物组分净化效果的热重分析

为探究低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)对柴油机排气中颗粒物(particulate matter,PM)不同组分的净化效果及作用规律。利用自行设计的NTP发生器以O2为气源生成NTP活性物质并喷射入柴油机排气中,在不同的反应温度下对PM进行净化试验。通过滤膜对反应前后的PM分别进行采样并进行热重分析。热重分析中采用变气氛的控制策略实现将PM中挥发性组分(volatile fraction,VF)和元素碳(elemental carbon,EC)失重过程的区分,并利用阿伦尼乌斯(Arrhenius)法对EC进行了氧化动力学分析。试验结果表明在反应温度为120℃时,NTP对PM的去除量最大,达到了66.79%,对EC的去除量也达到了各反应温度下的最大值。经NTP处理后,VF的挥发起始温度与终止温度无明显变化,PM中VF的质量分数下降了5.86%~13.90%,变化幅度随着反应温度的升高而提高。LVF(low volatile fraction)在VF中所占质量分数明显上升,表明NTP与VF中不同组分的反应速率有明显差异。EC在NTP的作用下氧化起始温度和终止温度降低了30~40℃。EC的表观活化能在NTP处理后从175.97~210.49 k J/mol降低至94.13~109.13 k J/mol。依据EC曲线变化可总结出反应温度的升高对NTP处理EC过程的影响主要体现在处于半氧化态的EC质量分数的上升。该文证实了NTP能够对柴油机排气中PM进行有效去除,为NTP应用于排气处理提供了试验依据。     

温度对Mn-Ce/γ-Al2O3催化氧化柴油机尾气NO性能的影响

通过溶胶-凝胶法制备了xMnyCe/γ-Al_2O_3(x∶y为摩尔比,x=4,6,8,10;y=10)催化剂。利用X射线衍射(X-raydiffraction,XRD)和X射线光电子能谱(X-rayphotoelectronspectroscopy,XPS)对催化剂的理化性能进行了表征,并在管式固定床反应器中考察了在不同温度下催化剂对NO的催化氧化活性影响规律。结果表明,NO转化率随着温度的升高而增加,在300℃时达到峰值,随后受热力学控制,NO转化率随温度的升高有所降低。在250~350℃温度区间,xMn10Ce/γ-Al_2O_3(x≥6)催化剂都表现出较好的NO催化氧化活性。其中,6Mn10Ce/γ-Al_2O_3催化剂的低温催化活性较好,在200℃时对NO的转化率达44.8%,300℃时高达83.6%。Mn-Ce/γ-Al_2O_3催化剂的NO氧化性能由强到弱为:6Mn10Ce/γ-Al_2O_38Mn10Ce/γ-Al_2O_310Mn10Ce/γ-Al_2O_34Mn10Ce/γ-Al_2O_3。     

主要人为排放源中氮氧化物~(15)N自然丰度的测定

氮氧化物(NO_x=NO+NO_2)因其对环境和人类健康的威胁,成为大气中需要严格控制的一种痕量组分。首次运用化学转化法,通过将主要人为排放源废气中的氮氧化物(NO_x)转化为氧化亚氮(N_2O),测定气体中NO_x的15N自然丰度,即氮稳定同位素比值(δ15N-NO_x)。利用酸性氧化剂将NO_x氧化为硝酸(NO_3~-),并通过三氯化钒(VCl_3)和叠氮钠(NaN_3)的共同作用将其转化为N_2O,利用带有自动预浓缩装置的稳定同位素比值质谱计(PT-IRMS)测定δ15N-NO_x。该方法的测量精度可达0.09‰,所需样品量仅为7μg(以氮计),对火力发电站、机动交通工具等人为排放源均适用,测量精度和准确度可满足NOx相关研究的需求。     

利用钾吸收基因表达评价葡萄叶面喷施钾肥效果和喷施浓度

【目的】叶面喷施钾肥可以快速、 高效地为葡萄补充钾营养,促进葡萄的高产和优质,已经被广泛应用于葡萄生产中。本实验通过对葡萄叶面喷施不同种类及浓度钾肥,测定葡萄叶片和果实等生理指标变化,以及钾吸收相关基因的表达变化,从生理和基因水平上评价这些钾肥的喷施效果,为葡萄生产中钾肥的施用提供一定指导。【方法】本实验以‘夏黑’葡萄为试材,选择两个葡萄生长关键时期盛花期和果实膨大期分别对葡萄叶片喷施0.2%、 0.5%和0.8%三种浓度的K2SO4、 K2CO3、 K2SO4·2MgSO4和KCl。然后对葡萄叶片和新梢的生长率,坐果率,叶绿素含量,单粒重,可溶性固形物等生理指标进行统计分析,并利用荧光定量PCR技术分析4个钾吸收相关基因VvHAK13、 VvKEA2、 VvSIRK和VvSORK的表达情况。【结果】叶面喷施4种钾肥后,葡萄叶片和新梢的生长率,坐果率,叶绿素含量,单粒重,可溶性固形物等各项生理指标均有不同程度的提升。钾肥种类不同,最适喷施浓度不同,同种钾肥在葡萄盛花期和果实膨大期的最适喷施浓度也有所不同,四种钾肥在果实膨大期的最适喷施浓度普遍高于盛花期。四个钾吸收相关基因在喷施不同种类及浓度钾肥后也表现出不同的表达模式,总体来讲VvKEA2、 VvSIRK 、 VvSORK的表达上调,而VvHAK13的表达下调。果实膨大期,需喷施较高浓度的钾肥,钾吸收相关基因才表现出较强烈的响应,而在盛花期则只需喷施较低浓度的钾肥。综合生理指标和基因表达两方面结果,得出4种钾肥效果依次为K2SO4·2MgSO4＞K2SO4＞K2CO3＞KCl。盛花期K2SO4和K2CO3的最适喷施浓度为0.5%,K2SO4·2MgSO4和KCl的最适喷施浓度为0.2%; 果实膨大期K2SO4、 K2SO4·2MgSO4和KCl的最适喷施浓度为0.5%,K2CO3的最适喷施浓度为0.8%。【结论】葡萄叶面喷施钾肥可以有效促进葡萄叶片和果实的生长发育,四种钾肥的效果依此为: K2SO4·2MgSO4＞K2SO4＞K2CO3＞KCl。盛花期K2SO4和K2CO3的最适喷施浓度为0.5%,K2SO4·2MgSO4和KCl的最适喷施浓度为0.2%; 果实膨大期K2SO4、 K2SO4·2MgSO4和KCl的最适喷施浓度为0.5%,K2CO3的最适喷施浓度为0.8%。适宜的喷施浓度可以有效提高钾吸收相关基因的表达,是其提高钾吸收利用的机理之一。     

Net fluxes of mineral nutrients,water, and carbohydrate influenced by manganese in root and shoot of Cucumis sativus L. 1

An experiment was conducted with cucumber (Cueumis sativus L., cv. Sumter) plants in the vegetative phase of growth to determine effects of manganese deficiency (0.2 μM Mn) and toxicity (182 μM Mn) on fluxes of several mineral nutrients, water, and carbohydrate in the root and shoot, beginning 43 d after germination. Plants were sampled every three days from 34 to 58 d after germination. First and second derivatives of regression equations were used to estimate fluxes and study source/sink phenomena of dry weight (DW), fresh weight (FW), H₂O, Cu, Fe, Mn, Zn, N, P, and K in root and shoot tissues.

With Mn sufficiency (1.8 μM Mn), both root and shoot acted as sinks for of each of the 10 dependent variables through 58 d. In contrast, Mn deficiency caused net loss of K and N from the root beginning at 53 and 56 d, respectively, and net loss of P and Fe from the shoot beginning at 57 and 58 d, respectively. With Mn toxicity, net loss of Cu, N, and K from the root began at 46, 46, and 51 d, respectively, and net loss of Fe from the shoot began at 55 d. Both Mn deficiency and toxicity increased the shoot:root ratio (S:R) of K and decreased the S:R of Fe, compared to Mn‐sufficiency. Manganese deficiency decreased the S:R of DW and H₂O, and Mn toxicity increased the S:R of FW, DW, H₂0, and N. Under the conditions of this experiment, acute Mn toxicity affected fluxes more severely than did Mn deficiency.     

澳大利亚东部地区酸性硫酸盐表土的一些重金属的特征

Forty-five acid sulfate topsoil samples (depth < 0.5 m) from 15 soil cores at 11 locations along the New South Wales coast, Australia, were selected to investigate the chemical behavior of Zn, Mn, Cr, Co and Pb in these soils. The amount of HCl-extractable Mn was much smaller than the mean value of the total Mn documented for other soils. This may be attributed to enhanced mobilization of Mn from the soils under the extremely acidic and seasonally flooded conditions encountered in the investigated soils. The pH-dependency of soluble Zn and Mn was strongly affected by the availability of acid reactive Zn and Mn compounds. There were fairly good relationships between soluble Zn and acid reactive Zn compounds, and between soluble Mn and acid reactive Mn compounds. Soluble Zn and soluble Mn concentrations were important controls on exchangeable Zn and Mn concentrations, respectively. In contrast to the suggestion by other authors that adsorption of Co was closely associated with Mn oxides present in soils, the exchangeable Co in the investigated acid sulfate soils was not clearly related to the abundance of Mn minerals. In addition to the fact that there are few Mn minerals present in the soils, this might also be because the availability of cation exchange sites on the crystal surfaces of Mn oxides was reduced under extremely acidic conditions.     

多层二次风配风对玉米秸秆颗粒燃烧降低NOx产率及结渣的影响

秸秆类生物质具有碱金属及灰分含量高的特性,燃烧时灰分容易团聚结块而影响燃烧室内的配风及燃料的燃烧。本文设计了一种具有多层二次风配风的生物质燃烧试验装置,以玉米秸秆颗粒为燃料,研究了不同一二次风分级配比、多层二次风配比对烟气中CO、NOx等污染物浓度、燃烧效率及灰分结渣率的影响规律。结果表明：当采用一二次风分级配风时,能够显著降低烟气中NOx的浓度,烟气中CO和NOx的浓度变化趋势相反,呈现一种竞争关系。二次风位置较高或下层二次风量的减少,都易导致玉米秸秆颗粒燃烧不完全,CO浓度显著提升。与对照组相比,二次风多层配风下,燃烧室内各测点的温度和烟气中NOx浓度均有所降低,最低NOx浓度排放放生在W1工况（空气系数为1.2,一、二次风配比为60%：40%时,下、中、上二次风按（1/2,0,1/2））,约150 mg/m3。当采用二次风多层配风时,结渣率大幅度下降,最低为4.5%。W1工况的NOx浓度和结渣率均较低,综合评价为最优工况。常用的硅比指数G、碱酸比、Na含量指数、碱性指数Alc等4种结渣指数,均不能正确预测因燃料燃烧区温度T1变化而造成的结渣倾向变化,为此在硅比指数G中引入燃料燃烧区温度T1作为变量,修正后的硅比指数Gt可以很好地对玉米秸秆颗粒因燃料燃烧区温度T1引起的结渣倾向变化进行预测。     

氧气/空气源低温等离子体发生器的性能对比分析

为对比不同气源的介质阻挡放电型低温等离子体发生器的性能参数,分别以氧气和空气为气源,对发生器进行了静态对比试验,研究了放电电极面积、放电电压峰峰值、气体体积流量对放电功率、单周期电荷传输量、O_3浓度、O_3产量和O_3产率的影响。结果表明,当放电电极面积增大时,放电功率和单周期电荷传输量均线性增大,但空气源对应的放电功率和单周期电荷传输量及其增长速率较低;此时,氧气和空气源的O_3浓度整体呈上升趋势而O_3产率则呈下降趋势。当放电电压峰峰值增大时,氧气和空气源的放电功率和单周期电荷传输量均显著增大,且后期增大速率加快;O_3浓度均先升后降而O_3产率则逐渐减小,高浓度和高产率不可兼得。不同放电频率下,氧气源的最大臭氧浓度大于55 mg/L,空气源的最大臭氧质量浓度在4~8 mg/L之间。当气体体积流量增大时,氧气源的放电功率和单周期电荷传输量均先上升后趋于平缓,而空气源的放电功率和单周期电荷传输量则逐渐增大;氧气源的O_3浓度下降,O_3产量上升直至平缓,而空气源的O_3浓度则先增后减,O_3产量逐渐上升但上升速率放缓;氧气源和空气源的O_3产率均随气体体积流量的增大而缓慢上升。以氧气为气源时,气体体积流量不宜超过10 L/min;以空气为气源时,气体体积流量可选取为9 L/min左右。研究结果可为低温等离子体喷射系统优化及柴油机颗粒物捕集器的再生研究提供参考。