O3质量浓度对低温等离子体氧化柴油机PM的影响

为高效利用臭氧（O₃）氧化去除柴油机颗粒物（PM）,探究O₃自身热分解规律,分析不同O₃质量浓度的低温等离子体（NTP）气体对柴油机颗粒物的去除量和可溶性有机物（SOF）组分的影响．基于O₃热分解反应方程和Arrhenius公式推导出O₃热分解反应动力学计算公式,分析了反应温度对O₃变化的影响．搭建了低温等离子体氧化去除颗粒物的试验系统,对低温等离子体作用前、后的颗粒物去除量以及SOF进行分析．结果表明：O₃热分解的反应活化能为2.81×10⁴J/mol、温度为80～100℃时O₃具有较低的分解率和较优的反应速率．O₃质量浓度的提高对NTP氧化去除柴油机颗粒物的效果非常显著．低温等离子体对PM中SOF的作用主要体现在碳链的缩减,并在碳链中键入O．随着O₃质量浓度的增加,SOF组分中含氧基团的组分比例提高,并且组分中的含氧基团数量增多．     

O2/CO2和O2/N2氛围下煤粉富氧燃烧数值模拟

在目前煤炭依然作为能源主体的背景下，控制燃煤污染物排放有着重要意义。基于CFD数值模拟，建立伴流燃烧器模型，控制燃料、氧化剂入口流量恒定，设计了O₂/CO₂、O₂/N₂氧化剂氛围中O₂浓度在21%～40%内的多种工况，对煤粉燃烧特性及燃烧产生的污染物进行了研究。分析了不同工况下煤粉燃烧的温度分布、燃烧速率、碳烟、NO_x的生成情况。结果显示，在O₂/CO₂、O₂/N₂两种氧化剂氛围中，随着O₂浓度的上升，煤粉燃烧温度升高、燃烧速率增大，碳烟生成量均增加，同等O2浓度条件下，O₂/CO₂氛围的煤粉燃烧温度和燃烧速率均高于O₂/N₂氛围，碳烟生成量小于O₂/N₂氛围，且O₂/CO₂...     

热老化温度对碳烟氧化活性的影响

由于炽热尾气长时间冲击,柴油机微粒捕集器(DPF)中的沉积碳烟颗粒会发生热老化.本文通过改变惰性气氛下的温度,研究热老化对柴油机碳烟颗粒微观物理化学特性和氧化活性的作用规律.结果表明,随热老化温度的升高,氧化反应特征温度和表观活化能表征的碳烟颗粒氧化活性逐渐降低;氧化活性的降低来源于碳烟颗粒物理化学特性的改变,即微晶尺寸增大,微晶曲率和层间距减小,以A_D1/A_G值表征的石墨化程度提高,而以I_C—H/I_C=C峰高比表征的脂肪族C—H表面官能团相对含量降低.此外,柴油机碳烟颗粒微观结构、表面C—H官能团相对含量与碳烟氧化活性具有良好的相关性,其中微晶曲率对氧化活性影响最大.     

O2/CO2/H2O气氛下CO燃烧机理的分子动力学模拟研究

采用反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟方法研究了O₂/CO₂/H₂O气氛下CO的燃烧。结果表明：根据化学平衡原理,高浓度CO₂抑制CO的氧化,同时CO₂在高温下参与反应CO₂+H—→CO+OH,进一步抑制CO氧化。在较低温度条件下,较高浓度H₂O的三体效应显著,抑制了CO氧化。另一方面,在较高温度条件下,H₂O参与的H₂O+H—→H₂+OH和H₂O+O—→OH+OH反应占据其化学作用的主导地位,进而促进CO氧化。随着O₂浓度的增加,CO的氧化速度加快。     

碳烟边缘茚型五碳环与活性O的氧化反应机理研究

针对碳烟在火焰中的氧化，本文利用DFT方法研究活性O氧化碳烟边缘茚型五碳环结构的反应机理．在B3LYP/6-311G(d,p)和M06-2X/cc-p VQZ的计算水平下，探究活性O与C13H9自由基的详细反应路径，并基于TST计算各基元反应在500～3 000 K温度范围内的速率常数．结果表明：活性O与C13H9自由基形成的C₁₃H₉O，进一步热解后将产生CHO、CO和具有四碳环结构的PAHs.CHO的生成高度依赖温度和反应位点，其反应需克服402.7 kJ/mol的限速步能垒．C₁₃H₉O热解的氧化产物主要为CO.M1和M2热解释放CO的主反应路径为路径3和12，并产生具有四碳环结构的CS9，对应的限速步能垒分别为167.9 kJ/mol和153.8 kJ/mol.C₁₃H₉O热解的起始反应主要为C—C键断键和H转移反应，其中C—C键断键的反应路径更易发生，且反应速率也更快.     

温度与氧气浓度对NH3还原NO特性耦合影响研究

为揭示烟气温度和氧浓度对NH₃还原NO过程的影响，通过对3种典型氮氧化物机理模型的对比与验证，选取Glarborg1998机理模型对不同温度(800～1 600℃)及O₂浓度下NH₃还原NO反应进行化学反应动力学研究.结果发现：在一定O₂浓度条件下，NH₃还原NO过程仅在一定温度窗口内才能获得较高的脱硝效率，这主要是由于H能与O₂反应生成O、OH以促进NH₃分解生成NH₂，保证NH₂还原NO；温度过高会促进NH₂氧化，导致脱硝效率降低.高温条件下O₂浓度降低时，虽然抑制了OH基团的形成，但H与CO₂、H₂O反应生成OH的反应速率明显增大，促进了NH₂的生成及其对NO的还原；同时，O₂浓度降低也抑制了NH₂氧化生成NO的反应，使得高温还原性气...     

O2/N2和O2/CO2气氛下煤半焦-生物质的混燃特性及影响因素

为掌握煤半焦与生物质在O₂/N₂和O₂/CO₂条件下的混燃特性及其影响因素,采用全自动物理化学吸附仪获得了煤半焦-生物质混合燃料的孔隙结构,采用热重实验分析了两种燃料的混燃特性和反应动力学,通过多元线性回归法研究了燃料比、比表面积与混燃特性参数之间的关系。结果表明,O₂/N₂气氛下,掺混生物质可改善煤半焦的着火、燃尽及综合燃烧特性;O₂/CO₂气氛下,掺混生物质能改善煤半焦的着火特性,但会延迟其燃尽。混燃的活化能在低温区和高温区有显著差异,生物质掺混比增大,两个温区的活化能都降低;两种气氛下,低温区的活化能相近,但O₂/CO₂气氛下高温区的活化能显著高于O₂/N₂气氛下的。O₂/N₂气氛下孔隙结构对燃烧特性的影响更显著,而O₂/CO₂气氛下...     

不同进气氛围耦合废气再循环对双燃料发动机工作过程的影响

基于正庚烷、甲烷、乙烷、丙烷多组分混合物简化动力学机理耦合三维计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）数值模型,模拟研究高替代率时不同进气氛围（H₂、O₂组分）耦合废气再循环（exhaust gas recirculation,EGR）对天然气/柴油双燃料发动机低负荷工作过程的影响机理。研究表明：在不同EGR率下,进气掺氢会使缸内燃烧速率显著加快,OH活性基浓度明显升高,CH₄排放显著降低,但CO排放升高;进气掺氧后,缸压及瞬时放热率峰值、最大压力升高率、最高燃烧温度及OH活性基浓度均升高,碳烟、CO和CH₄后期氧化作用增强使其最终排放降低,但NO_x排放升高。在EGR率小于29%,掺氢比小于2.5%时,在实现较低CO、碳烟排放的同时能显著降低CH₄排放和NO₂/NO_x比例;高EGR率时,进气掺氧能降低CO、碳烟排放,并改善CH₄与NO_x     

H2O2/[Hnmp]HCOO氧化苯并噻吩类硫化物的量子化学研究

针对质子型离子液体[Hnmp]HCOO在加入H₂O₂后生成的过氧化物[Hnmp]HCOOO氧化苯并噻吩（BT）、二苯并噻吩（DBT）和4,6-二甲基二苯并噻吩（4,6-DMDBT）的氧化脱硫反应,采用密度泛函理论DFT/B3LYP-D3方法考察了这三种硫化物的反应历程。首先通过几何优化得到了[Hnmp]HCOO和[Hnmp]HCOOO的稳定结构,然后考察了[Hnmp]HCOOO氧化BT、DBT和4,6-DMDBT的反应机理,寻找可能的过渡态、中间体,计算各步反应的能量变化。结果表明,[Hnmp]HCOOO先将硫化物氧化成亚砜,然后进一步氧化成砜;在氧化过程中,DBT的反应速率是三者中最快的,与文献的实验结果一致,且H₂O₂/[Hnmp]HCOO体系的脱硫效果优于传统的H₂O₂/HCOOH体系。     

MnCePrO2-δ复合氧化物在O2及NOx气氛中对柴油机颗粒的氧化活性研究

将采用自蔓延高温燃烧合成法(SHS)制备的一系列MnCePrO2-δ复合氧化物催化剂以及贵金属Pt催化剂涂覆于空白的DPF载体上,对其同时去除柴油机尾气中碳烟颗粒物和氮氧化物反应的催化活性进行研究。结果表明: MnCePrO2-δ系列催化剂在氧化碳烟颗粒物和NO的性能上相较于贵金属Pt有明显的优势。其中,Mn0.3Ce0.5Pr0.2具有最好的催化活性,催化去除碳烟颗粒的起燃温度为296 ℃,最大氧化碳烟颗粒速率温度为418 ℃,NO的转化率达到65.6%。利用程序升温反应技术研究了气体流量和加载碳烟质量的变化对Mn0.3Ce0.5Pr0.2催化剂催化活性的影响。研究表明:当气体流量由500(mL· min-1)减小至100(mL· min-¹)时,碳烟颗粒的起燃温度和最大氧化速率温度分别降低了10 ℃和20 ℃,而加载的碳烟质量的改变对碳烟颗粒的起燃温度和最大氧化速率温度没有影响。     

钾铜铈锆复合金属氧化物催化氧化碳烟颗粒的研究

利用自蔓延高温燃烧合成法(SHS)在商用空白催化型柴油颗粒过滤器(CDPF)载体上涂覆制备了一系列CuCeZrO2-δ及KCuCeZrO_2-δ催化剂,并利用碳烟颗粒快速加载装置对CDPF载体加载,以模拟真实的柴油机碳烟颗粒情况。程序升温氧化活性测试结果显示:Cu CeZrO_2-δ催化剂在通入800×10~(-6)NO/6.5%O_2/N_2混合气时,通过在低温下氧化NO成NO_2来氧化碳烟颗粒;同时在铜(Cu)成分为90%时有最好的氧化活性;加入钾(K)之后,碳烟颗粒的低温氧化活性得到进一步改善,在K取代Cu含量的20%时活性最佳。研究表明:这两种催化剂有望取代贵金属Pt成为新型非贵金属CDPF催化剂。     

乙烯/氧气预混火焰中燃空当量比对碳烟表面官能团和氧化活性的影响

采用乙烯/氧气/氩气预混燃烧系统和毛细管取样系统并结合多种先进分析技术,研究了预混火焰燃空当量比对碳烟颗粒表面官能团及其氧化活性的影响.结果表明,随燃空当量比的增加,碳烟颗粒表面脂肪族C—H官能团和含氧官能团(C—OH和C=O官能团)的摩尔分数均呈下降趋势;而碳烟颗粒的氧化反应特征温度和表观活化能呈增大趋势,表明在较大燃空当量比下所生成碳烟颗粒的氧化活性较低;碳烟颗粒表面官能团对氧化活性有着直接作用,表面官能团含量越多,其氧化反应活性越高.碳烟颗粒表面脂肪族C—H官能团对其氧化活性影响相对较大,而含氧官能团影响相对较小.     

联合CO2捕集的生物质化学链气化制备合成气系统分析

本文提出以Fe₂O₃为载氧体、以CaO捕集CO₂的生物质化学链气化系统,利用Aspen Plus软件对该系统进行了模拟,以合成气组成（干基）、合成气氢碳比、含碳产物的碳摩尔分布、冷气效率及收率等为系统性能评价指标,重点分析了燃料反应器温度（T_FR）、载氧体Fe₂O₃与生物质碳摩尔比（Fe₂O₃/C）、水蒸气与生物质碳摩尔比（Steam/C）、CaO与生物质碳摩尔比（CaO/C）等系统参数对固体生物质化学链气化系统的影响。结果表明,在T_FR = 825℃、Fe₂O₃/C = 0.5、Steam/C = 0.71和CaO/C = 0.26条件下,合成气制备系统性能较优,合成气中H₂和CO₂含量分别为55.2%和15.4%,氢碳比为1.93,冷气效率为78.2%,被CaCO₃捕集的生物质碳为18.2%,收率（湿气基）为1.95 Nm³/kg_biomass,其中合成气中H₂和CO收率为1.24 Nm³/kg_biomass。     

下吸式固定床的生物质O2/CO2分段气化流程模拟

建立干桦木屑在下吸式固定床气化炉中的Aspen Plus气化模型,该模型预测煤气组成和煤气热值,与文献试验结果吻合良好。利用灵敏度分析模块模拟了氧碳比、CO₂/C对气化结果的影响,并提出O₂/CO₂分段气化流程,对比常规的CO₂气化特征,分析了CO₂/C对气化结果的影响。结果表明,纯氧气化时可获得高H₂和CO浓度的气化气,但其净CO₂排放量较高,氧碳比增加使碳转化率逐渐增加、冷煤气效率先增加后降低;CO₂作为气化剂时,随着CO₂/C的增加,净CO₂排放量逐渐减少,但碳转化率及冷煤气效率大幅降低;与常规CO₂气化相比,O₂/CO₂分段气化在保持低CO₂排放量的同时,可有效增加气化过程中的碳转化率及冷煤气效率。     

一种柴油机颗粒过滤器碳烟负载量的在线预估方法与试验研究

通过建立柴油机氮氧化物(NOx)排放、碳烟排放预估模型和柴油机颗粒物过滤器(DPF)内碳烟颗粒的催化氧化反应模型,探讨了一种基于质量平衡的DPF碳烟负载量在线预估方法。欧盟驾驶循环(NEDC)测试工况的排放试验结果表明,柴油机NOx和碳烟排放预估模型计算结果与试验结果的误差分别为5.1%和3.9%。在车辆实际道路行驶工况进行了DPF碳烟颗粒加载试验,结果表明,试验过程中对DPF碳烟负载量的在线预估值与试验结果的最大偏差为0.48g/L,平均偏差为0.17g/L,模型的平均预测误差为2.1%。本研究为热再生时机的准确判断提供了有效参考。     

NO2-O2气氛下柴油机碳烟氧化特性及氧化机理

通过热重分析仪及无模式函数法研究了柴油机碳烟在O_2、NO_2-O_2气氛下的氧化特性及氧化机理,并探究了NO_2对碳烟氧化反应的影响机制.结果表明:在10%O_2中添加0.1%NO_2降低了柴油机碳烟氧化反应的起燃温度和燃尽温度,并且NO_2对上述氧化反应特征温度的影响效果随升温速率(10℃/min、12℃/min、15℃/min)的增加而提高;添加0.1%NO_2促进柴油机碳烟氧化反应的进行,显著降低氧化反应本征活化能;柴油机碳烟氧化过程可分成氧化前期、氧化中期及氧化后期3个阶段;随碳烟失重比的增加,碳烟氧化反应有效活化能先增后减再不变,其原因为本征反应和气体扩散作用对氧化速率影响效果的此消彼长;碳烟失重比小于65%时,NO_2能够降低碳烟氧化反应有效活化能,碳烟失重比大于等于65%时,NO_2对有效活化能的影响逐渐消失.     

Ni-CeO2/SBA-15电催化甲苯水蒸气重整的实验研究

以甲苯为生物质气化焦油的模型化合物,以Ni-CeO₂/SBA-15为催化剂,在自行搭建的固定床电化学催化（电催化）水蒸气重整实验台上进行了甲苯的电催化水蒸气重整实验,考察了电流强度、反应温度和水/碳摩尔比（S/C）对甲苯转化率、产气组成的影响,并对该催化剂进行了长时间活性测试。结果表明,电流的引入可以显著提高催化剂对甲苯的转化效率;在电流为4 A、反应温度为800℃、S/C为3时,甲苯转化率可以达到94.7%。     

典型城市夏季VOCs污染特征及来源解析

2021年8月18日至27日通过离线采样对某市大气中的挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)浓度水平和组分特征进行分析,并通过来源解析和O₃生成活性评估探究VOCs排放源对O₃生成的影响。结果发现：采样期间环境空气中VOCs主要组分为含氧VOCs(OVOCs)和烷烃;VOCs单日浓度谷值与NO₂浓度谷值、O₃浓度峰值同时出现;VOCs的主要来源为汽车尾气排放、天然气/液化石油气(NG/LPG)的使用和挥发、工业排放和生物排放;通过O₃活性评估发现,关键物种为间乙基甲苯、乙苯、间二甲苯、1,2,3-三甲苯和异戊二烯等,烯烃、含氧VOCs类物质O₃活性较高;机动车是O₃生成影响最大的排放源。     

同时催化去除柴油机微粒和NOx的试验研究(2)

通过在γ-Al2o3小球和柴油机微粒过滤器（DPF）上涂覆复合金属氧化物催化剂Cu0.95K0.05Fe2O4和La0.9K0.1CoO3，利用程序升温反应（TPR）技术，对同时催化去除柴油机微粒（PM）和NOx反应进行了试验研究。研究结果表明，La0.9K0.1CoO3催化剂比Cu0.95K0.05Fe2O3催化剂具有更高的同时去除PM-NOx的催化反应活性，在低负荷下，柴油机的PM由于SOF含量多而使NOx降低的幅度比高负荷下的大，其燃烧温度也比高负荷下的低，同时，NO和O2的共存促进了PM的氧化燃烧。另外，PM和催化剂之间“松接触”的催化活性要比“紧接触”低。     

燃煤耦合城市污泥燃烧特性与NOx生成行为模拟

利用自定义燃烧模型对煤粉与城市污泥共燃过程进行数值模拟,研究不同掺烧比例下共燃过程的燃烧特性、NO_x体积分数空间分布和生成行为等。结果表明：污泥对煤粉第一阶段燃烧有明显的促进作用,在掺烧比例≤3%时,对煤粉第二阶段燃烧也有促进作用,而在掺烧比例≥6%时有抑制作用;在燃烧器出口附近氮存在形式丰富,大部分NH₃在该区域转换为HCN,少量转换为HNO和NH₂等,而在回流区后半段,HCN体积分数明显降低,NO体积分数上升,随着燃烧反应的进行,部分NO被还原成HCN和HNO;NO_x生成行为主要集中发生在燃料燃烧的2个阶段,在第一阶段,NO的生成过程主要为NH被O和O₂氧化以及N被O₂氧化,第二阶段主要为NH被O氧化以及N被CO₂氧化;NO被CH₃还原成HCN是2个阶段中NO被还原的主要过程。