汽車尾氣檢測技術(shù)與處理的研究現(xiàn)狀

1、汽車尾氣檢測技術(shù)與處理的研究現(xiàn)狀嚴學治: : 汽車尾氣處理研究現(xiàn)狀部分資料查找、P P TP P T 制作王思韜：汽車尾氣處理研究現(xiàn)狀部分資料查找、P P TP P T 制作池文藝：汽車尾氣檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀部分資料查找、P P TP P T 制作王家智：汽車尾氣檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀部分資料查找、P P TP P T 制作CONTENTS01 汽車尾氣檢測技術(shù)汽車尾氣檢測技術(shù)尾氣檢測技術(shù)的相關(guān)研究及發(fā)展趨勢02 汽車尾氣處理目錄汽車尾氣催化劑汽車尾氣催化劑玻璃纖維載體玻璃纖維載體多孔陶瓷多孔陶瓷鈣鈦礦型復合氧化物鈣鈦礦型復合氧化物 FIRST 汽車尾氣檢測技術(shù)汽車尾氣檢測技術(shù)尾氣檢測技術(shù)的相關(guān)研究及

2、 發(fā)展趨勢室外遙感檢測法02底盤測功機測試法01車載尾氣檢測法03 汽車尾氣檢測技術(shù) 底盤測功機檢測法 底盤測功機，又稱轉(zhuǎn)鼓試驗臺，是一種室內(nèi)實驗設(shè)備。是以模擬汽車在實際行駛中的阻力，測定汽車的使用性能及檢測汽車的技術(shù)狀況，診斷汽車故障。底盤測功機既可以用于汽車科學試驗，也可用于維修生產(chǎn)。原理當汽車驅(qū)動輪帶動測功機滾筒及電渦流制動器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,由于磁通密度發(fā)生變化使轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生電渦流,該電渦流與磁場相互作用產(chǎn)生反向制動力矩,使定子繞主軸軸線擺動。該制動力矩通過杠桿傳遞給壓力傳感器,由壓力傳感器給出相應(yīng)的電信號,經(jīng)處理后則可顯示出瞬時驅(qū)動力值。與此同時,底盤測功機的速度傳感器給出電信號,經(jīng)處理可

3、顯示瞬時的速度值經(jīng)計算機用公式W=F1V計算則可得出瞬時的功率值。 室外遙感檢測法借助紅外和紫外線光譜技術(shù)，測試出各成分在尾氣排放物中的混合比率。 原理優(yōu)點缺點交通狀況和安置地點有苛刻的要求，且只可以測出排放氣體的濃度，因此它無法得到廣泛使用優(yōu)點是能夠在汽車正常行駛過程中完成定點檢測，自動化程度高、檢測速度快，對于強化尾氣排放相關(guān)法規(guī)有著特殊的作用車載尾氣檢測法研究及發(fā)展趨勢1.對行駛周期的研究2.建立尾氣排放化模型3.尾氣排放特征與分布規(guī)律分析4.虛擬儀器檢測技術(shù)智能化網(wǎng)絡(luò)化研究發(fā)展趨勢SECOND 汽車尾氣處理 汽車尾氣污染控制可以分為機內(nèi)和機外兩種技術(shù)。機內(nèi)凈化主要是提高燃油質(zhì)量和改善燃

4、料在發(fā)動機中的燃燒條件，盡可能減少污染物的生成；機外凈化的主要方式是安裝催化凈化器，對有害氣體進行處理是機外尾氣凈化最有效的方法，催化劑又是凈化效果的關(guān)鍵。因此開發(fā)實用高效的汽車尾氣凈化催化劑是控制汽車尾氣排放的最佳措施之一。汽車尾氣催化劑構(gòu)造圖最常用的催化器是使用蜂窩型催化(honeycombcatalyst)，載體是陶瓷蜂窩體，其外附載有高比表面積的氧化鋁涂層，其上再浸漬活性組分。所以，汽車尾氣凈化催化劑主要由載體、涂層及活性物質(zhì)三部分組成。氧化型催化劑主要催化CO和HC的氧化反應(yīng)有關(guān)反應(yīng)如下：2CO+O22CO2 4HC+5O24CO2+2H2O2NO+2CO2CO2+N2 HC+NO2

5、CO2+H2OHC+CON2+CO2+H2O 3NO+2NH32N2+3H2O2NH3N2+3H2O還原型催化劑主要催化NONOX X的還原反應(yīng)：2NO+CON2NO+CON2 2+CO+CO2 22NO2NO+H+H2 2NN2 2+ +2H2H2 2O O2NO+HCN2NO+HCN2 2+H+H2 2O+COO+CO2 2NO和H2反應(yīng)除生成無毒的N2和H2O外，尚有所不希望發(fā)生的副反應(yīng)：2NO2NO+5H+5H2 22NH2NH3 3+ +H H2 2O O 2NO2NO+H+H2 2NN2 2O+2HO+2H2 2O O從而：CO在高溫下氧化為無色、無毒的二氧化碳氣體HC化合物在高溫

6、下氧化成水(H20)和二氧化碳NOx還原成氮氣和氧氣玻璃纖維載體 把玻璃纖維制作成篩子形狀的蜂窩結(jié)構(gòu),隨后涂覆活性的 涂層到玻璃纖維的表面, 玻璃纖維載體具有以下幾點特征:玻 璃纖維具有極細的特點,在對其進行特殊的處理之后,便能使 其編制結(jié)構(gòu)擁有較大的表面積。因為玻璃纖維具有十分強的熱 傳輸以及質(zhì)量傳輸?shù)哪芰?能夠?qū)⒋呋瘍艋鲀艋男首畲?限度的提升,并且排氣阻力方面相對于整體型的催化凈化器高 一些。玻璃纖維載體在對尾氣起到催化凈化以及消音的作用之 外,還可以將尾氣中存在的微笑固體的顆粒過濾出去,同時還 可以將這些微笑固體的顆粒然繞。 需要選擇直徑大概在 9m 左右的玻璃纖維堆將其編織成為篩

7、子形狀的蜂窩結(jié)構(gòu),并且分 別采取浸涂法與溶膠-凝膠法以及 CVD 法,也就是化學氣相沉 積法。 在其玻璃纖維的表面上涂覆活性的涂層,在經(jīng)過特殊的處理之后,所編織結(jié)構(gòu)表面積能夠達到 200m2/g,但是其密度僅 有 0.75g/cm3。等離子凈化器在汽車尾氣處理中的研究進展 等離子凈化原理根據(jù)汽車尾氣成分的不同而有所差異,汽車尾氣排放中,無機物和有機物成分共有幾十 種。含量最多的有害成分主要NOx,CO,HC 和 PM 微 粒。當電子能量 10 eV,且電子能量大于尾氣分子化學 鍵的結(jié)合能時,高能的活性粒子可以直接將其分解成 單原子分子。當電子能量 90%)、高的比表面積、三 維貫通氣孔等優(yōu)點,

8、但其受到陶瓷纖維的長度和編織 性能的限制,并且三維編織技術(shù)要求高,成本昂貴,限 制了它的發(fā)展。負載在莫來石多孔纖維陶瓷表面的 La0.8Sr0.2CoO3 鈣鈦礦 型催化劑具有較好的催化活性,起燃溫度較低,600 C 左右 CO 轉(zhuǎn)化率接近 100%;在 La0.8Sr0.2CoO3 鈣鈦礦型催 化劑中摻入少量金屬 Pd,能明顯增強催化劑的催化活 性,起燃溫度也有所降低,溫度在 350 C左右,NO 與 CO 轉(zhuǎn)化率達到 100%。 2.SiC 多孔陶瓷主孔道呈三維連通網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),具有 優(yōu)異的耐熱和耐腐蝕性能、高的熱導率和使用溫度、 良好的再生性能40-41,其抗熱震性能強于堇青石蜂窩 陶瓷,特

9、別適用于溫度急劇變化和經(jīng)常變化的場合。SiC 多 孔陶瓷在不用涂覆催化劑的情況下,當通電電壓為 15 V,CO 在通氣 46 s 后開始轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化率最高為 68%,CH 轉(zhuǎn)化率最高為 78%;當電壓為 20 V,CO 從通氣 32 s 后 開始轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化率最高為 80%,CH 轉(zhuǎn)化率最高為 90%。利用其電致發(fā)熱性能可以有效實現(xiàn) CO 和 CH 的 轉(zhuǎn)化。 3.多孔金屬間化合物陶瓷載體黃學輝等44以堇青石陶瓷、金屬鎳等為原料,制備 出金屬-陶瓷復合型載體材料。研究表明,通過適當 的過渡層處理,可實現(xiàn)陶瓷與金屬基體之間的牢固結(jié) 合,用于汽車尾氣凈化以滿足高效催化轉(zhuǎn)化材料的要 求。崔洪芝等45用反

10、應(yīng)合成工藝,利用等離子束激發(fā) 并控制 Ni、Al、TiO2、B2O3 粉末之間的化學反應(yīng),制備了 多孔 NiAl/TiB2+Al2O3 復合材料載體。這種金屬間化合 物/陶瓷載體綜合了金屬載體的耐熱沖擊性、高強度和 蜂窩陶瓷的耐高溫性,內(nèi)部的孔洞結(jié)構(gòu)呈三維立體交 錯連通,孔壁粗糙,孔道曲折,具有更大的催化劑吸附 面積。用于汽車尾氣凈化催化劑載體具有起燃快、耐 高溫、抗熱震性能好、尾氣催化轉(zhuǎn)化效率高等特點。1)纖維多孔陶 瓷受到陶瓷纖維的長度和編織性能的限制,成本昂貴,且自身強度低;2)導電型復合陶瓷需要加熱設(shè)備對其 加熱以達到很好的工作狀態(tài),這就需要復雜和昂貴的 電路控制系統(tǒng),額外消耗能源;3

11、)制備成本較高,在應(yīng) 用方面并未完全成熟,有待進一步研究。存在問題鈣鈦礦型復合氧化物在汽車尾氣處理中的應(yīng)用研究進展 鈣鈦礦指晶體結(jié)構(gòu)與 CaTiO3 相同的一系列復合金屬氧化物。鈣鈦礦復合氧化物晶體的理想結(jié)構(gòu)為立方晶 系,常以 ABO3 表示, 在 ABO3 結(jié)構(gòu)中, A 位多為離子半徑較大( 0.09 nm)的稀土元素,位于立方體的中心,被 12 個氧所包圍;B 位多為離子半徑較小( 0.05nm)的過渡元素,位于立方體的頂角,與 6 個氧形成正八面體配位。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)對 A0 B0A、B 位金屬離子半徑r有一定要求:只有容限因子t(t (r r )/ 2(r r ) )在0.751.00 之

12、間才能形 成并保持穩(wěn)定的鈣鈦礦晶型6。但是,以理想結(jié)構(gòu)存在的鈣鈦礦型復合氧化物并不多見,大多數(shù)情況下,由于 A、B 位金屬離子或氧離子的缺陷,其結(jié)構(gòu)會發(fā)生扭曲而產(chǎn)生晶格畸變。鈣鈦礦催化劑用于 NOx 的選擇性還原 Hansen14等人研究了在少量氧存在的情況下 LaMnO3 系列鈣鈦礦催化劑上 C3H6 和 NO 的 SCR 性能,結(jié)果 發(fā)現(xiàn)反應(yīng)是按如下步驟進行的:NO先于氧反應(yīng)生成NO2,NO2直接與HC反應(yīng)或與HC在催化劑表面上吸附形 成的部分中間氧化物種反應(yīng)生成 CO2 和 N2,催化劑的活性主要取決于催化劑表面氧空位的數(shù)量和 B 位元素的 性質(zhì)。宋崇林等15研究了不同 B 位元素的 L

13、a 系鈣鈦礦催化劑對 CH4 和 N2O 的 SCR 催化性能,結(jié)果發(fā)現(xiàn)該系 列催化劑的催化活性順序為:LaCoO3LaMnO3LaNiO3LaCuO3LaFeO3LaVO3LaTiO3LaCrO3,由此可見, ABO3 型鈣鈦礦中 B 位離子影響其催化活性。 鈣鈦礦催化劑用于碳煙和 NOx 的同時消除Hong17等和 Wang18等的 研究表明對于同時消除 NOx 和 碳煙顆粒的催化反應(yīng),不同 B 位元素的鈣鈦礦型復合氧化物有著不同的催化 活性,且催化活性大致為:LaCoO3LaNiO3LaMnO3LaFeO3LaCrO3.王志成19等研究了 NO 對 LaMnO3 與 La0.8K0.2M

14、nO3 催化氧化碳煙的活性,結(jié)果表明 NO 的存在促進了碳煙的催化氧化,且催化劑表面的氧空位和活 性氧物種是影響催化性能的關(guān)鍵。上海交通大學的彭小圣課題組20,21研究了 La0.8K0.2CuxMn1-xO3 復合氧化物對同 時去除 NOx 和碳煙的催化性能,結(jié)果表明,該催化劑的綜合性能較好,碳煙的起燃溫度及 NO 向 N2 的最大轉(zhuǎn)化率分別為 280C和 58.0%,催化劑中起決定性作用的是表面的 Mn3+和 Cu2+。 鈣鈦礦型催化劑用于新型四效催化劑趙震課題組23研究了負載在不同比表面積的 Al2O3 上的 La0.8K0.2MnO3 鈣鈦礦型氧化物對柴油機尾氣的四效催化活性,結(jié)果表明該系列催化劑對 CO 和碳煙的燃燒活性、 生成 CO2 的選擇性及 HC 的低溫轉(zhuǎn)化率具有很大程度的提高,但是對 NO 選擇性還原為 N2 的催化性能還有待進 一步提高。 鈣鈦礦型復合氧化物催化劑以其結(jié)構(gòu)的獨特性和成分的可調(diào)性,在汽車尾氣催化凈化領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作 用,尤其在 NOx 的選擇性還原、碳煙和 NOx 的同時消除以及新型四效催化劑的研發(fā)等領(lǐng)域取得了很大的發(fā)展。 該類催化劑具有良好的高溫穩(wěn)定性能和抗 P、S 中毒性能,且 ABO3 的 A 位和 B 位都可以被一種或多種元素取 代,通過對 A 位和 B 位元