PODE2-4/柴油混合燃料颗粒物理化特性研究

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柴油机排放的颗粒物是造成灰霾天气的主要因素之一,会对环境造成严重污染并危害身体健康。为了减少柴油机颗粒物对环境的污染和对人体的危害,含氧燃料由于能够改善发动机的燃烧状况,减少颗粒物的排放,成为一种很有前途的解决方案。PODEn作为一种新型的可再生含氧燃料,具有很好的应用前景。就目前来看,对燃用PODEn/柴油混合燃料的柴油机颗粒物排放研究并不多见,本文将采用透射电镜(Transmission Electron Microscopy,TEM)、傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FT-IR)、X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)试验以及分形理论等对不同掺混比和不同负荷的PODEn/柴油混合燃料(PODEn与柴油以0/100、10/90、20/80的体积比进行混合,简称P0、P10和P20)的排气颗粒物表面有机官能团、碳原子的杂化比、微观形貌以及纳观结构的变化规律进行研究。利用透射电镜对颗粒物的TEM照片进行观察发现,当PODE2-4掺混比例增加时,颗粒物的整体尺寸变小,排列更紧密。当负荷减少时,颗粒物的排列也更紧密,重叠度升高。对颗粒物的高分辨率透射电镜(High Resolution Transmission Electron Microscopy,HRTEM)照片进行分析发现,随PODE2-4掺混的增加,基本碳粒子的微晶尺寸减小,层面间距和弯曲度增加,而随柴油机负荷的增加,基本碳粒子的微晶尺寸变大,层面间距和弯曲度变小。利用分形理论对TEM图进行研究发现,颗粒物的分形维数随PODE2-4掺混比例的增加或负荷的减小而变大。这些趋势使颗粒物的氧化活性获得增强。通过FT-IR对颗粒物表面脂肪族C-H分析发现,当PODE2-4掺混比例增加或负荷增加时,IC-H/IC=C比值减少,颗粒物表面脂肪族C-H官能团降低。通过XPS分析发现,当PODE2-4掺混比变大或负荷变小时,颗粒物表面的O/C比、sp~3/sp~2比、C-OH、C=O以及总含氧官能团百分比含量均随之增加,表明颗粒物表面含氧官能团和颗粒物纳观结构的无序度以及负荷的减小有利于氧化活性的提高。研究结果表明:PODE2-4的掺混或负荷的减小可以影响颗粒物的纳观结构和氧化活性,让其更易于被氧化,有利于颗粒物捕集器的再生。TEM试验和分形理论主要针对颗粒物大小和其碳层结构特征参数共同研究PODE2-4的掺混比例和不同负荷对混合燃料颗粒物氧化活性的影响规律。FT-IR和XPS试验主要针对颗粒物表面官能团含量研究其影响规律,XPS试验对颗粒物表面含氧官能团的研究结果支持了FT-IR试验中颗粒物表面C-H脂肪族官能团含量降低的结论,反之,也验证了XPS试验结论的准确性。上述试验旨在研究不同掺混比例和不同负荷下的混合燃料排气颗粒物氧化活性的强弱,探索其颗粒物捕集器再生的难易程度。
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