NTP对柴油机排放物中PM热重特性的影响

摘 要 利用热重分析技术对NTP处理前后柴油机排放物中的颗粒物（PM）进行取样分析，研究了NTP活性物质对柴油机排放物中PM热重特性的影响。研究结果表明：NTP活性物质可有效氧化去除PM中的VF，并对PM样品中的固体碳有活化作用。

关键词 柴油机 颗粒物 热重特性

中图分类号：TK421.5 文献标识码：A

0 引言

柴油机具有热效率高、功率高、燃油耗低且CO2排放量低等优势，使得柴油车在欧美等发达国家日益普及，我国“十一五”汽车产业规划也表示大力支持柴油车的发展。然而柴油机排放物中的颗粒物（Particulate matter， PM）对环境和人体安全都造成了一定威胁。PM粒径较小，悬浮在大气中，并吸附有多种致癌化合物，被人体吸入后可诱发多种疾病。为此，各国纷纷制定了相应的排放法规以限定PM的排放。因此，如何降低柴油机的PM排放，对柴油车的推广以及大气污染问题的解决都有着重要的理论及现实意义。

国内外研究表明，低温等离子体（Non-thermal plasma， NTP）技术具有可同时处理多种污染物，能耗低，效率高，无二次污染等优点，并可有效降低柴油机NOX和PM的排放，同时对PM的理化特性有着积极影响。本文将采用NTP技术对特定工况下的柴油机排气进行处理，并利用热重分析（Thermo-graviatric analysis， TGA）技术研究NTP对柴油机排放物中PM热重特性的影响。

1 试验装置及方法

1.1 PM样品采集系统

PM样品采集系统主要由柴油机、NTP系统以及采样系统三部分组成。柴油机为单缸风冷直喷式，缸径为86mm，活塞行程为70mm，压缩比为19：1，排量为418cc，标定功率6.5kW，标定转速3600r/min。本试验采样工况设定如下：转速为2500r/min，扭矩为15N·m，即75%负荷工况。

NTP系统由同轴圆柱结构的介质阻挡放电型NTP发生器和等离子体电源构成，NTP发生器的内电极为外径32mm的不锈钢管，阻挡介质为内径40mm的玻璃管，外电极为包覆在玻璃管外的细铁丝网，轴向长度为50mm。柴油机排放物即在流经不锈钢管与玻璃管之间的4mm放电间隙时被高压电击穿，发生反应。本试验NTP发生器的运行工况设定为：放电电压19kV，频率7kHz。

采样系统由小型气泵、流量计、过滤器、采样器及采样管组成，本试验利用分流直接采样获取PM样品。两个采样点分别设在NTP发生器的进出气口端，采样时间为20min，采样流量为5L/min，采样滤纸为玻璃微纤维滤纸。

1.2 热重分析

热重分析采用瑞士METTLER公司的TGA/DSC1型热重分析仪，样品均取15mg左右，升温速率设为10℃/min，将样品从50℃升温到800℃，氧气流量设为50ml/min。

2 试验结果及分析

热重（Thermo-gravimetry， TG）曲线是在程序升温过程中样品质量随温度的变化情况，微商热重（Derivative thermo-gravimetry， DTG）曲线是TG曲线对温度的一阶导数，用以表征质量变化率随温度的变化情况，可清楚地反映出起始反应温度、达到最大反应速率的温度和反应终止温度。

由TG曲线可知，PM样品主要有两个失重阶段：当50≤T≤450℃时，损失的质量为挥发性物质（Volatile fraction， VF）；当温度区间为450≤T≤800℃时，损失的质量为固体碳。柴油机排放物经NTP作用后，PM样品中VF的含量降低了33.6%，表明NTP活性物质有效氧化去除了PM中的VF。由DTG曲线可知，NTP作用后PM样品中固体碳的最大质量损失速率对应的温度比处理前的降低了63.4℃，且最大质量损失速率变大。表明NTP对PM中的固体碳有活化作用，可促进PM的低温氧化。

3 结论

通过对NTP处理前后的PM样品进行热重特性分析，可以得出以下结论：

（1）NTP活性物质可有效氧化去除PM中的VF；

（2）NTP对柴油机排放物PM中的固体碳有活化作用，可促进PM的低温氧化。

参考文献

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