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柴油机排放的常规污染物主要包括微粒(PM)、氮氧化物(NOx),还有少量的碳氢化合物(HC)等,同时还包括单环芳香烃、多环芳香烃、羰基类污染物和金属粒子等非常规污染物。非常规污染物在柴油机排气中的比例非常小,但严重危害人类健康,属于大气化学中的挥发性有机化合物,毒性较大,已经引起了许多国家环保部门的重视。 低温等离子体(Non-thermal Plasma, NTP)技术利用放电产生的活性粒子,如电子、离子、自由基和激发态粒子等,通过碰撞污染物,引发一系列物理和化学反应,分解或去除污染物,可有效降低柴油机PM、HC的排放。本试验采用课题组设计的同轴圆柱介质阻挡放电型DNTP发生器,研究了两种转速不同负荷时,工作电压峰-峰值Vp-p和工作频率对NO、NO2、 NOx浓度的影响,分析了DNTP去除NO、NO2、 NOx的作用规律及机理,并结合外标法对柴油机羰基类污染物进行了定量分析,主要研究内容如下: (1)以单缸柴油机排气为气源,探究DNTP发生器工作电压峰-峰值Vp-p、工作频率及柴油机负荷对NO、NO2和NOx浓度的影响。结果表明,DNTP发生器的放电功率随着Vp-p的增加而升高;当Vp-p较小时,工作频率对放电功率的影响很小,当Vp-p增加至17.5kV时,同一Vp-p时的放电功率随着频率的增加而升高;柴油机在2000r/min、50%负荷稳定运转时,DNTP处理后,随着Vp-p和工作频率的增加,NO浓度降低,NO2浓度升高,NOx浓度略有降低;保持DNTP发生器频率为9.4kHz、Vp-p为18kV,DNTP处理前,NO、NOx浓度均随负荷的增加而升高,NO2则随负荷的增加而降低,DNTP处理后,NO、NO2和NOx浓度的变化规律与处理前相似,其中NO、NOx浓度有所降低,而NO2浓度则升高。 (2)利用DNPH采样管对分流的柴油机排气进行样品采集,对采集的样品进行超声萃取3次、过滤、旋转蒸发并定容至10ml,继而对样品进行高效液相色谱分析(HPLC),结合外标法对羰基类污染物进行定量分析。研究结果表明,定量标准曲线线性关系良好,线性相关系数R2为0.9930~0.9999。 (3)当转速为2000r/min时,DNTP处理前,甲醛、乙醛、丙醛的比排放量随负荷的增加呈先降低后升高的趋势,丙烯醛和丙酮的比排放量随负荷的增加而降低,巴豆醛、苯甲醛、戊醛、对甲基苯甲醛和己醛的比排放量较少,75%负荷时检测不到丙醛,所有负荷都检测不到丁醛、丁酮和甲基丙烯醛;DNTP处理后,13种羰基类污染物比排放量均有所减少,甲醛、乙醛比排放量随负荷增加呈先降低后升高的趋势,50%负荷、75%负荷时的丙烯醛和丙酮去除率较高,25%负荷、50%负荷、100%负荷时的丙醛去除率较高,25%负荷、75%负荷时检测不到苯甲醛,75%负荷时检测不到戊醛,所有负荷都检测不到丁醛、丁酮和甲基丙烯醛,DNTP去除效果明显。 (4)当转速为2500r/min时,DNTP处理前,羰基类污染物的比排放量随负荷的增加总体呈先降低后升高的趋势,50%负荷、75%负荷时检测不到丁醛和丁酮;DNTP处理后,几乎所有羰基类污染物的比排放量均降低,其变化趋势与DNTP处理前相似,25%负荷、50%负荷、75%负荷时检测不到丁醛和丁酮,25%负荷、75%负荷时检测不到戊醛和己醛,50%负荷、75%负荷时检测不到对甲基苯甲醛,DNTP去除效果明显。 (5) DNTP处理前,MIRsum随着负荷的增加先降低后升高,负荷相同时,MIRsum随着转速的增加而升高,2500r/min、25%负荷时的MIRsum较高,为764,2000r/min、50%负荷时MIRsum较低,为114,DNTP处理后,2500r/min、100%负荷时的MIR较高,为179,MIRsum明显降低,平均降幅达69.2%,其中在2000r/min、75%负荷时达95.7%,MIRsum仅为5。因此,DNTP可有效降低柴油机羰基类污染物排放,减轻对环境的危害。