介质阻挡放电低温等离子体净化脱除柴油机排放物的初步研究

摘要

本文对利用介质阻挡放电低温等离子体技术净化处理柴油机排放物进行了相关的初步研究。主要有两方面： 第一，根据实验研究内容建立了科学合理的柴油机颗粒物发生、处理及其采集模拟系统，进行了初步实验研究。从介质阻挡放电(DBD)理论对低温等离子体净化试验装置进行探讨分析，设计出介质阻挡放电低温等离子体试验装置。利用自制的介质阻挡放电试验装置，采用交流高压高频电源产生等离子体，对柴油机排放物进行后处理净化试验。初步实验结果表明，使用介质阻挡放电低温等离子体可有效脱除柴油机颗粒物，脱除效率可以达到79％(质量比m/m)，THC脱除效率将近20％，同时NOx也有所降低。扫描电子显微镜(SEM)观测结果显示，多数颗粒物的粒径都有所减小。 第二，本文针对柴油机颗粒物所含有机化合物的微量成分分析，建立了检测分析柴油机排放颗粒物中有机化合物成分的高灵敏度、高效便捷的方法——热脱附浓缩GC/MS分析。实验中，首先，设计制作了热脱附浓缩装置，其基本原理是在一定载气流速下，对样品高温加热使得有机化合物发生非平衡热脱附，然后进入冷阱中的小段毛细管色谱柱进行浓缩，一定时间后转换冷阱状态停止浓缩，利用瞬间加热将浓缩样品发射到分析色谱柱进行GC/MS分析。其次，使用热脱附浓缩装置，以小型柴油发电机组作为颗粒物发生源，利用介质阻挡放电低温等离子体净化处理排放物，在一定工况条件下采集颗粒物样品；然后，对颗粒物样品进行热脱附与浓缩处理后，直接进行气相色谱-质谱联用分析。结果表明：a.比较传统的索氏萃取浓缩法，使用热脱附浓缩气相色谱方法，对低温等离子体处理前后的柴油机排放颗粒物进行检测分析比较，是非常有效的，具有高灵敏度、准确、高效率的突出优点。b.由于这种方法的高灵敏度，检测到了颗粒物所含有机化合物的新成分。GC/MS定性分析结果表明，在颗粒物所含有机化合物中，除了含有较高碳数的脂肪烃化合物、芳香族化合物如：苯、甲苯、二甲苯等低沸点易挥发的化合物外，还发现了微量的低碳数醛类化合物。 本文最后，对应用低温等离子体技术及其与催化剂协同作用净化处理柴油机排放物的深入研究进行了探讨与展望。

目录

文摘

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第一章绪论

§1.1汽车与柴油机的发展及其环境保护概述

§1.2柴油机的排放物的形成、特性及其控制技术

1.2.1柴油机的排气污染物的特点

1.2.2氮氧化物(NOx)

1.2.3柴油机排放颗粒物的物化特性

1.2.4柴油机排放的碳氢化合物

1.2.5现代柴油机NOx和颗粒物的排放控制技术及其发展

§1.3等离子体技术的基本特性及其在汽车尾气处理中的应用

1.3.1等离子体的发展、基本特性和应用

1.3.2利用低温等离子体技术降低内燃机有害排放物的现状与发展

§1.4本文的研究内容及意义

第二章低温等离子体技术净化脱除柴油机排放物的机理

§2.1低温等离子体概述及其净化柴油机排放物的基本原理

2.1.1产生低温等离子体的气体放电类型

2.1.2电晕放电(PCD)的原理及其特点

2.1.3介质阻挡放电(DBD)基本原理

2.1.4实验放电方式及其反应装置参数的表征与分析

§2.2低温等离子体技术净化柴油机排放物的机理分析

2.2.1 NTP净化柴油机排放物的现状及其机理分析

2.2.2 NTP净化柴油机排放物的反应

§2.3本章小结

第三章建立柴油机排放物净化试验模拟系统

§3.1柴油机排放的特点与试验系统的设计原则

§3.2试验模拟系统的组成

3.2.1柴油机排放物发生部分

3.2.2颗粒物采集部分

3.2.3 NTP反应装置、电源和系统控制

3.2.4尾气排放物检测部分

§3.3本章小结

第四章建立实验研究的检测分析方法

§4.1颗粒物的物理分析

§4.2氮氧化物和碳氢化合物的检测分析

4.2.1氮氧化物(NOx)的分析

4.2.2总碳氢化合物(THC)的检测

第五章实验与结果讨论

§5.1NTP净化柴油机排放物的条件实验的设计

5.1.1实验目的

5.1.2实验条件分析

5.1.3实验方案设计

5.1.4实验方法

§5.2条件实验与结果讨论

5.2.1颗粒物的净化脱除

5.2.2反应器NTP处理前中后的实验现象

5.2.3颗粒物形貌分析

5.2.4柴油机THC和NOx排放物的脱除效果

§5.3本章小结

第六章柴油机排放颗粒物中有机化合物的检测分析

§6.1检测分析颗粒物中有机化合物的意义

§6.2检测分析颗粒物中有机化合物的方法

6.2.1颗粒物中可溶有机物(SOF)成份分析

6.2.2颗粒物中有机化合物微量成份的热脱附浓缩-GC/MS分析

§6.3颗粒物中有机成分的检测分析

6.3.1优选颗粒物中有机成分的检测分析方法

6.3.2颗粒物中微量有机成分的GC/MS检测分析

6.3.3 NTP处理前后颗粒物中微量有机成分的检测分析

§6.4本章小结

第七章结论与展望

§7.1全文结论

§7.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢