纳米三氧化二铝在柴油尾气净化中的活性评价.pdf

北京石油化工学院学报
第21卷第1期
Vol 21 No. 1
Journal of Beijing Institute of
2013年3月
Mar.2012
P
纳米三氧化二铝在柴油尾气净化中的活性评价
郝保红,蒋濛璠,段秋桐,朱铃
(北京石油化工学院机械工程系,北京102617)
摘
要:柴油车尾气排放的碳烟颗粒会产生了严重的环境污染间题,柴油车尾气碳烟颗粒的
低温燃烧离不开高活性的催化剂。将用水热法制备出来的耐高温、中性无毒、高分散的异性纳米Al2O)3
颗粒直接添加在柴油中。分析评定其作为添加剂的助燃催化活性及对降低可吸人污染物尾气排放的功
效。并控制粒径及形貌使助燃后的纳米AO。有效沉积在“后处理”装置上进一步净化尾气中微细杂
质,避免PM2.5污染物流入大气,危害人体健康。项目研究中克服以往单纯依靠“后处理”装置尾气净
化效果的局限性,开创使用纳米颗粒从源头上防治PM2.5产生的先例。
关键词:纳米三氧化二铝;添加剂;活性;柴油;尾气
中图法分类号:TQ174
文献标志码:A
汽车主要分为汽油车、柴油车和代用燃料接添加在柴油中,模拟纳米三氧化二铝在柴油
车,汽车柴油机化将是未来汽车发展的主要方车中的燃烧,进行催化助燃性能的测试。初步
向。但柴油机尾气含有碳烟颗粒物(PM)、检测柴油燃点及尾气种类及含量,了解纳米添
NOx、CO)和烃类(HC)等。用颗粒过滤器收加剂对柴油燃点的影响因素,掌握柴油燃点的
集碳娳颗粒,同时碳烟颗粒在髙活性碳烟燃烧变化规律。并检测尾气排放中PM2.5的含量。
催化剂的作用下被氧化为CO2,这是减少碳烟
颗粒物污染的最直接有效的排放后处理方法。
3实验结果分析
直接在柴油中添加纳米三氧化二铝可有效降低3.1纳米A2O3添加剂的筛选优化
汽车尾气排放的数量和种类,从根本上解决尾
筛选优化前期实验水热法制备出的不同条
气排放超标问题。对推进纳米科技的深人发展件下的纳米三氧化二铝的前躯体 ALOOH,经
以及解决全球性关注的环境保护问题具有深远过设置不同实验温度烧结得到不同形态的纳米
的科学意义和现实价值3。
三氧化二铝
1实验仪器
3.2纳米A2O3作添加剂的活性实验
在催化燃烧去除碳烟颗粒物的过程中,催
Sx-1012箱式电阻炉及控制箱;SX:x10-化剂与碳颗粒物的接触方式是影响碳烟颗粒物
12箱式电阻炉控制箱; THIMADZU/XRD氧化温度的重要因素,催化剂与碳烟颗粒之间
7000LX射线衍射仪,岛津国际贸易(上海)有的接触被认为是一个很重要的反应速率限制因
限公司生产;SSX-550型扫描电子显微镜,素。实验室研究碳烟颗粒与催化剂之间的接触
Q600同步热分析仪
有2种:一种是紧密接触;另一种是松散接触,
2实验方法
催化剂在松散接触时的活性总是低于紧密接触
时的活性。在研究催化剂催化活性时必须考虑
选择几种理论上认为理想的纳米颗粒,直的一个重要因素就是选择合适的催化体系,使
催化剂在松散接触时的催化活性接近于在紧密
收稿日期:2011-10-01
作者简介:郝保红(19682つ),女,博土,副教授,研究方向为纳接触时的催化活性。表示催化剂活性的碳烟颗
米材料的制备研发,E-mail:haobaohong@bipt.edu.cn
粒燃烧温度的方式也有多种,在热分析仪上进
第1期
郝保红等,纳米三氧化二铝在柴油尾气净化中的活性评价
行催化剂活性的评价,以样品开始失重10%时间为12.54min。加入添加剂后,碳烟颗粒物
的温度T。、失重90%时的温度T0和样品失重的起燃温度T明显降低,失重90%时的温度
速率最大时的温度T。作为催化剂活性评价的T。也明显降低。最大失重速率tm大幅减少
标准,样品失重温度越低,催化剂活性越好。在特别是73#号纳米三氧化二铝样品,经焙烧温
程序升温氧化装置催化剂活性评价中,定义碳度为1050℃的烧结之后添加到柴油中时,表
烟颗粒物的起燃温度⌒,和碳颗粒物的最大燃现出了较好的活性。碳烟的起燃温度由525℃
烧速率温度Tm,以T和Tm作为催化剂活性下降到312℃,也就是说碳烟的燃点下降了
评价的标准,T和Tm越低,催化剂活性越好。213℃;燃烧时间由12.54min减少到6.70
min,即:碳烟的燃烧时间缩短了5.84min。另
外78#号焙烧温度是1050℃,用该温度下烧结
出来的产物作添加剂,碳烟的燃烧速度提高的
最快,燃烧时间由12.54min减少到3.43min
1.0
碳烟的燃烧时间缩短了9.11min,表明纳米.
020040060080
氧化二铝晶型不同,在柴油中所起的作用也不
图1未加纳米三氧化二铝添加剂的碳烟燃烧情况同。由表1还可知,高温烧结出来的纳米三氧
碳烟颗粒在未加任何添加剂时空燃情况如
化二铝添加剂对柴油碳烟的起燃温度、失重
图1所示,质量随温度的升高不断下降。相把90%时的温度和最大失重速率降低的效果比中
图1可以看出,碳烟开始失重10%时的温度温烧结出来的催化助燃效果要好一些。
T=T=525℃,时间1o=50.61min;失重3.3XRD射线衍射分析
90%时的温度T。=650℃,t9o=63.15min;碳3.3.1根据谢乐公式( Scherrer)计算粒径
烟失重最大速率tm=12.54min。得
使用XRD7000ver5.0软件,根据谢乐公式
计算粒径大小
在做完空燃实验后,开始依次做纳米三氧
(2)
化二铝添加在磯烟颗粒中的实验。将纳米三氧
Bcos 6
化二铝晶体与碳烟颗粒充分研磨混合,以1:1式中,K为 Scherrer常数,其值为0.89:D为晶
的比例放入坩埚中进行热重分析实验,结果如粒尺寸,nm;3为积分半高宽度,在计算的过程
表1所示。
中,需转化为弧度,rad;O为衍射角;入为X射
线波长,为0.154056nm。
表1碳烟燃烧实验数据
纳米三氧化二铝的粒径大小计算结果见
品名称
T9o/C
表
73-710℃
429
6.72
73#1050℃
400
6.70
表2纳米三氧化二铝粒径计算结果
78#710C
537
78#1050℃
样品名称20/(")粒径/(A)平均粒径/(A)
30.3516
188.96
81#710C
73#710
203.64
81#1050C
34.7900
未加添加剂
525
640
12.54
由表1可知,纳米三氧化二铝对碳烟的燃
73=105030.2900
352.36
烧明显起到了催化助燃作用。说明这3种条件
31.9167
下制备出的前驱体A1OO0H,经过焙烧得到的
78#710
290.96
这6种添加剂,均在柴油尾气净化中起到了催
1.8930
311.35
78#105045.
化助燃的作用。根据添加剂的活性评价标准,
66.9150
样品起燃温度和最大燃烧速率越低,催化剂活
31.7690<