NTP协同净化柴油机后处理技术研究综述

随着排放法规的日趋严格,柴油机排放污染物治理问题亟待解决。排放污染物主要通过后处理技术逐层净化,传统后处理技术中的柴油机氧化催化转换器(DOC)、柴油机颗粒物捕捉器(DPF)、选择性催化还原(SCR)技术在净化过程中存在冷启动效果差、对过量空气系数敏感、再生效果不理想及低温工况净化效果差等问题。在此基础上,论述了基于低温等离子体(NTP)协同净化的研究进展,分析了不同方案的净化效率及其影响因素。结果表明：NTP协同DOC可提高柴油机冷启动时的净化效率,同时降低催化剂对过量空气系数的敏感性;NTP协同DPF可促进系统的再生过程;NTP协同SCR可大幅提高系统低温工况下的净化性能。     

柴油车尾气微粒等离子体净化器的设计

根据等离子体的净化机理,研究设计了一种柴油车尾气等离子体净化器,并对关键参数进行了分析与计算。净化器采用脉冲电晕等离子体技术,可以同时有效降低柴油车尾气中的NOX、PM等有害物质,满足社会对汽车环保的要求。     

稀土改性凹凸棒石协同等离子体净化硝酸尾气

硝酸生产尾气中含有的氮氧化物是大气污染源之一,研究采用等离子体协同稀土改性凹凸棒石粘土催化剂可有效净化脱除硝酸生产尾气中的NOx;同时该催化剂对氮氧化物还具有吸附功能,提高了反应物浓度和反应速率。试验研究表明随等离子体输入电压增加NOx脱除率增大,等离子体能够有效提高活性粒子和氧自由基浓度,增大催化剂的活性和吸附性能;催化剂煅烧温度对其催化活性也具有显著影响,适宜煅烧温度可增加催化剂表面活性点密度;CeO2稀土的引入,也可增强其反应活性。研究实验条件下最佳工艺参数为等离子体输入电压大于35 kV,催化剂煅烧温度在400-600℃,NOx脱除率最大。     

氧化催化转化器对降低柴油机微粒排放的影响

试验研究了3种替代贵金属催化剂的氧化催化转化器对柴油机微粒排放的影响。同时研究了催化转化器的净化效率、低温起燃性以及高温时抑制生成硫酸盐颗粒的能力。试验证明:V-Mn-Cs/-γAl2O3/堇青石蜂窝陶瓷(CC)催化转化器具有良好的净化效率,可以替代贵金属催化器;V-Mn-Cs/-γAl2O3/CC催化转化器具有很好的低温起燃性和高温抑制生成硫酸盐颗粒的能力;对该催化转化器进行了30 h的效率考察试验,其净化效率保持在较高水平。     

柴油机选择性非催化还原NO_x系统的数值模拟

柴油机尾气中的氮氧化物(NO_x)已成为城市空气的主要污染源,以40%甲胺(CH_3NH_2)水溶液为还原剂的柴油机选择性非催化还原NO_x系统的数值模拟,对解决在用柴油车尾气净化具有重要的指导意义。文章运用甲胺—选择性非催化还原技术,通过柴油车的发动机台架试验,建立了甲胺的13种物性参数数据库,将CHEMKIN建立的描述该还原过程的气相化学反应机理等文件导入到软件FireV2011中,数值模拟了SNCR系统的还原过程。结果表明:柴油机SNCR试验系统随发动机排气温度的上升,NO_x中的NO的还原率迅速提高,最高NO转化率可达到70%;数值模拟计算的NO转化率为65%,表明了文章模拟计算方法的可行性;随着反应时间的增加,NO浓度逐渐降低,表明从还原剂喷射开始的一个反应周期内,NO进行了充分的还原反应。     

低温等离子体降低柴油机微粒和NO_x排放试验研究

为降低柴油机微粒(PM)和NO_x排放,基于介质阻挡放电原理设计低温等离子体(NTP)发生器;利用NTP,对加装柴油机微粒捕集器的柴油机进行试验研究.结果表明:该工况下,柴油机微粒排放的粒径分布呈单峰分布,93%的微粒是超细微粒;柴油机微粒捕集器(DPF)对微粒数量的捕集效率约为93.8%;NTP活性气体通入后,与未通入NTP的DPF下游微粒的数量密度相比,DPF下游微粒排放的数量密度减小了68%,粒径尺寸在25.5~124.1nm减小幅度相对较大,约为80%,微粒的几何平均直径也有所减小;DPF和NTP活性气体双重作用可在降低微粒排放的同时降低NO_x排放;微粒数量密度减小98%,NO_x转化效率约为57%.     

Ni掺杂对DOC催化剂Pt/Ce-Zr的改性研究

采用浸渍法制备了一系列Ni改性的Pt/Ce-Zr-O柴油机氧化催化剂(DOC催化剂),考察其催化氧化柴油机模拟尾气时的活性和抗硫性.活性测试结果表明:掺杂Ni以后的催化剂具有较好的低温活性,且以质量分数3%的Ni掺杂量为最佳,其催化氧化丙烯(C3H6)和CO的T50分别降低了约30℃和20℃.抗硫性测试发现,掺杂Ni后可抑制硫酸盐在催化剂表面的聚集,使催化剂的抗硫性能得到提高.     

Pd(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)液相催化氧化净化磷化氢的研究

利用自主筛选的Pd(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)二元催化体系净化磷化氢,提出催化氧化机理,进行了Pd2 和Fe3 离子浓度、温度、氧含量、磷化氢浓度、气体流速等对Pd(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)催化体系净化含磷化氢尾气的影响研究.实验结果表明Pd(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)二元催化体系在低温(22-73℃)、常压条件下存在着协同催化作用,对磷化氢的脱磷效率可在150 min内保持100%.并且随氧含量增大、Pd(Ⅱ)和 Fe(Ⅲ)浓度增大催化剂稳定性增强.提出的催化氧化机理能合理地解释催化氧化净化过程中的动力学规律,进一步证明了Pd(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)催化氧化磷化氢是双氧化还原机理.     

空气净化器性能的实测与分析

在稳定污染源条件下测试了不同风量时空气净化器进出风口处和试验舱内的颗粒物浓度,分析了净化器的一次净化效率和室内颗粒物的浓度衰减过程.结果表明,净化器低档和高档风量时PM2.5净化效率分别为55.1%和59.4%,PM10净化效率分别为57.2%和61.2%,高档风量的一次净化效率比低档风量的一次净化效率约高4%;测得的净化效率与室内颗粒物浓度拟合曲线推算得到的一次净化效率吻合较好;由颗粒物发生量和净化效率导出的颗粒物浓度衰减方程,与由室内颗粒物浓度拟合得到的浓度衰减方程均能准确反映净化过程中室内颗粒物浓度的指数衰减特征;净化器适用面积不仅取决于净化性能,还与初始浓度、单位面积污染物释放量有关.     

降低柴油机NOx排放的两种Urea-SCR催化剂对比试验

采用钒基与Fe-Cu分子筛催化剂的两种选择性催化还原(SCR)催化器来降低柴油机排气中的氮氧化物(NOx)浓度(体积分数ψ),在发动机台架系统上进行试验,对比研究催化剂温度、空速、氨储存特性以及异氰酸(HNCO)的水解特性等因素对NOx转化效率的影响.结果表明,Fe-Cu分子筛催化剂温度窗口比钒基催化剂要宽,低温催化效率好.排气温度为250℃时,催化效率可达80％;排气温度为200℃时,空速对钒基催化剂的影响比分子筛的要大;排气温度为350℃以下,两种催化剂基本不受空速的影响.Fe-Cu分子筛催化剂的储氨能力在293℃和378℃时都比钒基强;钒基催化剂在低温下对异氰酸的催化水解效果比分子筛的更佳,在中高温下两者效果都很好,     

等离子体与催化剂协同脱除柴油机NO_x的研究

在模拟发动机排气条件下对等离子体与催化剂协同脱除柴油机NOx进行了测试。考察了单独等离子体、单独催化、等离子体与催化协同作用下的转化效果,分别测试了NO体积分数、还原HC体积分数、输入能量密度、催化载体类型、温度以及CO,H2,CO2等因素对NOx转化效率的影响。     

非平衡等离子体的NO净化试验

利用介质阻挡放电在常压下产生的非平衡等离子体,对模拟尾气中的NO进行了净化试验研究.研究表明,非平衡等离子体技术对NO具有明显的净化效果.试验所获得的电极材料、输入电压、O2含量、NO初试浓度以及尾气停留时间等因素对NO净化效率的影响规律,对优化设计NO净化装置具有指导作用.同时从反应机理角度分析了NO与等离子体基元反应的过程,发现最终的NO净化效果取决于两组同时存在且平行竞争的氧化和还原过程.     

多层介质阻挡放电处理柴油机尾气颗粒物

研究柴油机尾气中颗粒物(PM)的排放特性,探讨多层介质阻挡放电(DBD)反应器中的反应单元及放电功率对PM的去除影响.研究发现,随着柴油机输出功率的增加,排气温度和尾气中PM粒子数密度都上升;随着反应单元的增加,柴油机尾气在DBD反应器中的停留时间增加,PM去除率呈增加趋势.当反应单元数为40时,PM去除率为88%;随着放电功率的增加,PM去除率增加,最大可达93%;粒径200nm以下的PM比粒径大于200nm的PM更加容易去除.     

纳米三氧化二铝在柴油尾气净化中的活性评价

柴油车尾气排放的碳烟颗粒会产生了严重的环境污染问题,柴油车尾气碳烟颗粒的低温燃烧离不开高活性的催化剂。将用水热法制备出来的耐高温、中性无毒、高分散的异性纳米Al2O3颗粒直接添加在柴油中。分析评定其作为添加剂的助燃催化活性及对降低可吸入污染物尾气排放的功效。并控制粒径及形貌使助燃后的纳米Al2O3有效沉积在"后处理"装置上进一步净化尾气中微细杂质,避免PM2.5污染物流入大气,危害人体健康。项目研究中克服以往单纯依靠"后处理"装置尾气净化效果的局限性,开创使用纳米颗粒从源头上防治PM2.5产生的先例。     

低温等离子体协同催化技术降解甲苯的研究

采用低温等离子体协同催化技术降解甲苯废气,以降解率、输入反应器能量密度、能量效率及臭氧消解效果作为评级标准,对不同催化剂负载量及不同催化剂性能进行比较试验.结果发现:以γ-Al2O3为载体,催化剂负载量(质量分数)为10%MnOx时体现出的催化活性最高;纳米TiO2/γ-Al2O3与MnOx/γ-Al2O3均表现出较高的甲苯的降解率及能量效率,但MnOx/γ-Al2O3催化剂对控制反应过程中副产物的产量更为有效.     

La1-xSrxCO0．5Mn0．5O3催化剂同时去除柴油机碳颗粒和NO2的性能

采用低温燃烧法制备了Sr2 部分取代La3 的La1-xSrxCo0.5Mn0.5O3系钙钛矿型复合氧化物催化剂,用XRD,IR和BET等方法对催化剂进行了表征。利用程序升温反应(TPR)技术,对催化剂应用于柴油机常规排放物中的碳微粒和氮氧化合物(NOx)的同时催化脱除性能进行了研究。结果表明,Sr2 部分取代La3 ,催化剂表面氧空位浓度增加,同时形成B3 -B4 共存体系,催化剂对碳颗粒和NOx催化活性显著提高。催化性能测试发现,x为0.4时催化活性最好,碳颗粒与催化剂紧密接触时,燃烧温度在305-435℃,NOx的转化率可达43.7%。     

三元催化净化器

三元(三效)催化净化器是指对汽车尾气中的CO、HC和NOx同时具有净化作用的催化转化装置。目前，国外主要以铂、钯、铑等贵金属为催化剂，国内正在研制以稀土加少量贵金属为催化剂的三元催化净化器。     

浅谈汽车尾气催化净化技术及其应用条件

对汽车尾气催化净化技术进行了分析,对催化净化器进行适应性试验,指出了该类净化器的应用条件。     

La0.1Ce0.6Zr0.3O2储氧纳米固溶体微粒的制备

以Ce(NO)3·6H2O、La(NO)3·6H2O和Zr(NO)4·3H2O为原料,NH3·H2O做pH指示剂,采用溶胶-凝胶法合成了La0.1Ce0.6Zr0.3O2纳米固溶体储氧材料;运用X射线衍射(XRD)、差热分析(DTA)、比表面积吸附(BET)和透射电镜(TEM)等方法考察了样品的物相结构、比表面积以及不同温度的煅烧对样品性能的影响.试验表明,以无机凝胶为前躯体,经500℃煅烧2 h后形成了稳定的La0.1Ce0.6Zr0.3O2纳米固溶体储氧材料,其比表面积Sw=147.2 m2/g,平均粒径d=12 nm;在耐高温老化试验中,样品经1 100℃煅烧2 h后仍然保持单相,Sw=26.2 m2/g,平均粒径d=36 nm,显示出良好的耐高温老化性能.通过自制的汽车尾气净化催化剂及耐高温老化评价装置,考察了溶胶-凝胶法合成La0.1Ce0.6Zr0.3O2纳米固溶体储氧材料作为三元催化剂的催化净化效果;选用不同产地、不同组成的铈锆固溶体材料,在相同条件下附载贵金属(Pt、Pd)制备三元催化剂做汽车尾气催化剂.结果表明,La0.1Ce0.6Zr0.3O2纳米固溶体制备的三元催化剂的催化性能更好,具有较低的起燃温度和对NOx有更高的催化净化效率,即样品未老化前起燃温度为170℃,对NOx的净化效率达到了92.0%;样品经1 050℃老化2 h后,起燃温度为240℃,NOx的净化效率达到78.1%.     

利用V、K、Ca的化合物制备碳氧化催化剂

用五氧化二钒、氯化钾、氯化钙等化合物制备了用于柴油机尾气碳烟催化氧化的催化剂。以高纯石墨粉代替碳烟进行模拟试验,计算机数据处理,筛选出了一些优良方案,并用固态共熔体理论加以探讨。结果表明,以钒、钾、钙的摩尔比1：1;0．1制备的催化剂能使碳的起燃点降低到380℃左右,且去除碳效果明显,在此基础上,减少钾的含量或增加钙的含量,都会使催化剂的活性有所降低。