基于Raman与FTIR对掺甲烷乙烯/氢气扩散火焰碳烟有序度和官能团的研究

摘要

以甲烷、乙烯、氢气混合扩散火焰碳烟为研究对象,采用激光共聚焦拉曼光谱(Raman)和傅里叶红外光谱(FTIR)研究了不同掺甲烷比例下乙烯、氢气混合火焰碳烟有序度及官能团的分布特性,分析了碳烟石墨化和官能团分布,揭示了掺甲烷对乙烯/氢气(氢气比例30％)层流扩散火焰的碳烟生成影响规律.Raman研究表明在甲烷掺混比为3％ 和7％ 时,在火焰高度低于4cm位置生成的碳烟有序程度显著降低,表明在此区域存在明显的碳烟生成协同效应;甲烷掺混比增大超过10％ 时,协同效应基本消失,碳烟有序度上升.FT IR研究表明掺混甲烷对碳烟官能团组成影响明显.掺混甲烷后脂肪族官能团相对含量整体提高.随着甲烷掺杂比的增大,C H 2相对含量增大到一峰值后减小.碳烟中芳香族官能团含量随着火焰高度的上升含量下降明显.掺混3％ 和7％ 甲烷,芳香族官能团在2和3 cm火焰高度时,芳香族官能团的含量明显上升.掺混甲烷比高于10％ 时,芳香族官能团的含量则有所降低.表明少量甲烷掺混使得CH3和C3 H3生成有了新的途径,CH3和C3 H3增加,而C2 H4和C2 H2减少不明显,从而促进了多环芳香烃(PAHs)的生成.继续增加甲烷因为稀释作用会抑制C2 H2生成从而减少PAHs的生成,芳香族相对含量降低,因而降低了碳烟的生成.研究揭示了甲烷对乙烯/氢气层流扩散火焰中碳烟形成的相互作用:在低甲烷掺混比时存在协同效应促进碳烟生成,而在高甲烷掺混比时协同效应消失.