《柴油機排氣顆粒物與氮氧化物氧化反應的基礎研究》是依託天津大學，由賓峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：柴油機排氣顆粒物與氮氧化物氧化反應的基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：賓峰
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
柴油機氧化催化器（DOC）+顆粒物氧化催化器（POC）是柴油機尾氣淨化的有效手段之一，但其中的PM-NOx氧化反應機理和NO2生成/轉化機制尚需深入研究。項目針對DOC+POC技術中的基礎理論問題開展研究，旨在建立NOx催化氧化反應及柴油機顆粒物氧化反應中間產物的評價方法，闡明反應條件對NOx氧化反應及O2/NOx-PM反應活性和選擇性的影響規律，提出兩個反應的微觀反應機理；建立柴油機富氧排氣條件下NOx氧化反應和O2/NOx-PM反應的理論模型及其與排氣流體動力學的耦合模型，闡明反應條件、NOx生成/轉化規律、顆粒物淨化效果之間的相互關係；確定真實柴油機運行條件下，反應條件對顆粒物淨化效率和NO2排放量的影響規律，提出顆粒物淨化系統設計參數和柴油機運行條件的最佳化策略。以上工作將為兼顧顆粒物高效淨化及NO2二次污染物控制的柴油機DOC+POC後處理技術發展提供必要的理論指導。
結題摘要
柴油機氧化催化器+顆粒物氧化催化器是柴油機尾氣淨化的有效手段之一，但是相關的反應機理尚需深入研究。本項目採用先進的離子交換、溶膠-凝膠製備方法分別合成了分子篩型、鈣鈦礦型催化劑，並使用先進的理化特性表征手段，研究了催化劑理化特性對催化活性的影響規律，構建了催化劑針對碳煙氧化反應的微觀機理，篩選出性能優良的催化劑。採用發動機台架試驗評價了真實發動機排氣條件下篩選後催化劑對柴油機顆粒物的淨化性能，進一步驗證了鈣鈦礦型催化劑的活性演化規律及催化反應機理。主要結論如下：（1）在O2+N2氣氛條件下，顆粒物在空氣氣氛下燃燒CO、CO2同時產生並達到最大值。添加Zr後的催化劑CuZr-Z催化顆粒物活性增強。在O2+NO+N2氣氛條件下，與CO2濃度峰相比，CO 濃度峰位有不同程度提前。Cu/ZSM-5、CuZr/ZSM-5催化劑均表現出良好的催化活性，起燃溫度均處於柴油機排溫範圍內。（2）系列A、B位同時取代催化劑中，La0.8Ce0.2Mn0.7Bi0.3O3催化劑表現出最佳的碳煙氧化反應催化活性，在空氣氣氛下，T10、Tm和T90分別為314、375和393 ºC。在NOx氣氛下，La0.8Ce0.2Mn0.7Bi0.3O3催化劑可以實現NOx和顆粒物的同時脫除。顆粒物在NOx氣氛下的氧化遵循Langmuir-Hinshelwood機制。一方面，經過游離態硝酸鹽的氧化顆粒物表面上含氧碳物種產生自由碳位，其中包括穩定性較好的羧基，內酯和酸酐。另一方面，La0.8Ce0.2Mn0.7Bi0.3O3催化劑上吸附的NO+O2在MnOx表面上形成了硝酸鹽遵循如下活性順序：螯式硝酸鹽＞橋式硝酸鹽＞單齒硝酸鹽＞自由離子硝酸鹽。這些活化了的硝酸鹽在石墨基邊緣可以進攻羧基，內酯類和酸酐等含氧官能團。這些官能團和硝酸鹽可以進一步轉化成CO2、NO和N2。（3）塗敷La0.8Ce0.2Mn0.7Bi0.3O3催化劑的POC在發動機台架上的研究結果表明，POC與DOC聯用後對HC和CO的去除效率都能達到90%以上；在高速滿負荷下POC20對顆粒物的去除效率為89.8%，其中對顆粒物的氧化效率為38.7%，對顆粒物中SOF和乾顆粒物組分的去除效率分別為98.0%和92.9%。排氣流經POC後，NOx的濃度會有一定程度的降低，說明POC20可以實現顆粒物和NOx的同時脫除。
