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低温等离子体与催化剂协同净化汽车尾气中的有害成分进行了相关研究

2016-12-28

根据对现有的尾气处理技术的分析,介绍了一种尾气处理的新技术:介质阻挡放电低温等离子体技术。对等离子表面处理机技术的原理和基本结构进行了探讨,并分别就低温等离子体技术与多种不同的催化净化技术结合进行了具体研究。研究表明,低温等离子体净化技术与现有的催化净化技术结合,可以克服现有催化净化技术的不足,有效提高发动机尾气颗粒物、碳氢化合物和氮氧化物的净化效率,且具有广泛的应用前景。本文采用方瑞的NTP技术与催化剂协调作用的方法对净化汽车尾气中的有害成分进行了相关研究。

主要研究内容体现在以下几个方面:
 

1.采用低温燃烧法合成了La1-xAXCoO3(A:Ce,K)系钙钛矿型复合氧化物催化剂。采用梯度升温的方法,对催化剂除去汽油机尾气中的有害成分NOx、 CO和HC的催化性进行了研究。结果表明,La1-xCexCoO3系列催化剂对HC化合物以及CO的催化氧化反应更为明显:La1-xCexCoO3系列催化剂则对NOx催化还原效果比较理想。此外,Ce,K的掺杂量对催化性有较大的影响。 

2.根据实验研究内容建立了科学合理的模拟实验系统,利用NTP技术进行了初步实验研究。首先探讨了NTP技术对NOx的净化机理,在常温条件下以介质阻挡放电(DBD)产生低温等离子体。建立低温等离子体处理NOx化学反应过程的数学模型,并利用Matlab编程求解微分方程组进行数值模拟,实验证明了模型的合理性。其次,利用NTP对HC化合物和CO的去除效果进行了研究,结果表明,低温等离子体对HC化合物和CO的去除率都较为理想。 

3.对介质阻挡放电产生低温等离子体净化试验装置进行了探讨和分析,自行设计出适合本实验的介质阻挡放电NTP发生器。该发生器的内外两腔均为等离子体产生区域,并且通过改变环形不锈钢丝的有效长度可以改变外腔的有效放电区域。低温等离子体含量的增加能够增强对有害气体的处理能力。此外,本装置的尾部设计为可拆卸的、放置催化剂的结构。 

4.催化剂选用La0.8K0.2CoO3型钙钛矿催化剂,在电源电压稳定在15kV,频率稳定在20kHz的条件下进行催化剂与低温等离子体协调净化实验,通过对比试验表明,单一靠催化剂或NTP技术净化有害气体都具有一定的局限性。NTP与催化剂协调净化害成分效果明显,对HC化合物的有效去除率高达73.6%,对CO的去除率也达到41.3%,对NOx的去除率也高达51.7%。 最后,本文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汽油机排放物的深入研究进行了探讨与展望。

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