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柴油机Nox排放破坏生态环境,严重威胁人类的健康。随着人们环保意识的增强,世界各国制定了严格的排放法规,限制柴油机的Nox排放。为了满足严格的排放法规要求,在机内净化的基础上结合后处理技术成为世界各国研究者研究的重点。低温等离子体(Non-thermalPlasma,NTP)辅助催化技术作为一种全新的后处理技术,具有无二次污染以及低温活性较好等优点,得到各国研究者的普遍关注。本文基于介质阻挡放电(DielectricBarrierDischarge,DBD)理论,设计了一套NTP发生器,并对NTP发生器的放电参数进行了研究。通过溶胶-凝胶法制备了两种钙钛矿催化剂,对催化剂的结构、形貌、成分以及比表面积进行了表征。通过柴油机台架试验,研究了在柴油机排气环境中,NTP辅助钙钛矿催化剂转化柴油机Nox排放的作用效果。本文主要开展了以下几个方面研究工作:
(1)基于DBD理论,设计了一套NTP发生器,利用O-VLissaious图形法测量发生器放电功率,对NTP发生器的放电参数进行了研究。研究结果表明:随着放电频率的增大,NTP发生器的工作电压范围先增大后减小;在工作电压不变的情况下,随着放电频率的增大,放电功率先增大后减小,且随着工作电压的增大,放电功率峰值对应的频率减小。随着放电频率的增加,NTP发生器的起始工作电压先减小后增加。随着气体流量的增加,放电功率变化不明显。
(2)通过溶胶-凝胶法制备了La0.8K0.2MnO3(LKMO)和La0.8K0.2Mn0.5Co0.5O3(LKCMO)两种钙钛矿催化剂,对催化剂的结构、形貌、成分与比表面积进行了表征。结果表明:溶胶-凝胶法制备的LKMO和LKCMO两种催化剂纯度较好,没有出现其它杂质,且形成了所需的钙钛矿结构。LKMO和LKCMO催化剂的粒径分别为21.7nm和28.3nm,对应的比表面积分别为23.4m2/g和6.4m2/g。催化剂均匀地涂覆在蜂窝陶瓷涂层的表面,LKMO和LKCMO催化剂都呈现多孔的结构,这样的结构有利于Nox的吸附还原。
(3)通过柴油机台架试验,对NTP辅助钙钛矿催化剂处理Nox的作用规律进行了研究,分析了NTP辅助钙钛矿催化剂处理柴油机Nox排放的机理。结果表明:在温度为200～350℃的范围内,Nox浓度降低,LKCMO催化剂对Nox的转化效果比LKMO催化剂明显。在NTP的作用下,增加了排气中NO2的含量,由于NO2的活性较强,提高了Nox的转化效率。随着负荷的增加,Nox转化率先增加后减小,NTP辅助LKMO和LKCMO催化剂对Nox的最大转化率分别为10.55%和15.25%。