低温等离子体对柴油机排放颗粒物组分净化效果的热重分析

摘要

为探究低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)对柴油机排气中颗粒物(particulate matter,PM)不同组分的净化效果及作用规律.利用自行设计的NTP发生器以O2为气源生成NTP活性物质并喷射入柴油机排气中,在不同的反应温度下对PM进行净化试验.通过滤膜对反应前后的PM分别进行采样并进行热重分析.热重分析中采用变气氛的控制策略实现将PM中挥发性组分(volatile fraction,VF)和元素碳(elemental carbon,EC)失重过程的区分,并利用阿伦尼乌斯(Arrhenius)法对EC进行了氧化动力学分析.试验结果表明在反应温度为120℃时,NTP对PM的去除量最大,达到了66.79％,对EC的去除量也达到了各反应温度下的最大值.经NTP处理后,VF的挥发起始温度与终止温度无明显变化,PM中VF的质量分数下降了5.86％～13.90％,变化幅度随着反应温度的升高而提高.LVF(low volatile fraction)在VF中所占质量分数明显上升,表明NTP与VF中不同组分的反应速率有明显差异.EC在NTP的作用下氧化起始温度和终止温度降低了30～40℃.EC的表观活化能在NTP处理后从175.97～210.49 kJ/mol降低至94.13～109.13 kJ/mol.依据EC曲线变化可总结出反应温度的升高对NTP处理EC过程的影响主要体现在处于半氧化态的EC质量分数的上升.该文证实了NTP能够对柴油机排气中PM进行有效去除,为NTP应用于排气处理提供了试验依据.