新型汽車尾氣凈化器

寧方慧

新型汽車尾氣凈化器

寧方慧

（德州學(xué)院，山東 德州253000）

為了將汽車尾氣凈化的更加徹底，減少對(duì)環(huán)境和大氣的污染以及對(duì)人類健康的危害，利用凈化器催化劑載體材料的吸收與氧化還原氣體的性能和等離子凈化器的NOx、CO、HC和PM等活性粒子的凈化原理，提出并介紹結(jié)合等離子凈化器與催化劑載體材料的創(chuàng)新型汽車尾氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

汽車尾氣；凈化器；等離子凈化器

我國目前控制汽車尾氣污染的主要技術(shù)是在排氣系統(tǒng)上安裝三元催化凈化裝置。對(duì)比早期的凈化裝置,在處理污染物方面低溫等離子技術(shù)凈化處理范圍廣泛、轉(zhuǎn)換率高而且不會(huì)再次產(chǎn)生其他污染。因此等離子凈化技術(shù)是汽車尾氣凈化中的一種十分理想的凈化技術(shù)。文章分析了等離子凈化技術(shù)對(duì)汽車排放系統(tǒng)中尾氣的凈化機(jī)理以及催化劑載體的性能，綜合以前的研究對(duì)尾氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步創(chuàng)新和完善。

1　設(shè)計(jì)原理

（1）等離子凈化機(jī)理。由于汽車尾氣的不同成分低溫等離子凈化機(jī)理是不同的。汽車排放的尾氣中有幾十種無機(jī)物和有機(jī)物成分。其中有害成分HC、NOx、PM微粒和CO是含量最多的。當(dāng)電子能量多于結(jié)合能（尾氣分子化學(xué)鍵），同時(shí)還高于10eV的時(shí)候，活性粒子中具有高能量的可把電子分解成單原子分子。而氧化還原反應(yīng)為主要作用則是在電子的能量不足10eV時(shí)。由此可見，在汽車尾氣的凈化中，活性粒子的能量與氣體鍵能是至關(guān)重要的，我們可以利用這些能量把尾氣中的有害成分轉(zhuǎn)換成植物的養(yǎng)料和對(duì)人身體無害的成分。常見的活性粒子的能量有：NO為 6.56eV（1eV=1.602× 10-10J），CO為11.12eV，電子為0-20eV，粒子為0-2eV等等。

（2）催化劑載體的性能。常見的催化劑載體有：陶瓷載體、金屬蜂窩載體、玻璃纖維載體。其中陶瓷載體價(jià)格便宜、制造簡(jiǎn)單且表面積大；金屬蜂窩載體比起陶瓷載體表面積更大、體積更輕；玻璃纖維載體比起陶瓷載體和金屬載體凈化效率更高、過濾效果更好。而他們的缺點(diǎn)為：陶瓷載體容易磨損和失活；金屬蜂窩載體的費(fèi)用往往要高一些；而玻璃纖維載體的制造工藝則麻煩一些。

（3）新型等離子凈化器。新型的等離子凈化器主要部分是螺旋梯度放電等離子凈化器，其對(duì)尾氣的凈化處理起主要作用；而凈化器催化劑載體則是輔助等離子凈化器更好的處理尾氣中的污染物，將等離子凈化器來不及處理的廢氣進(jìn)行再次凈化。

2　設(shè)計(jì)方案

等離子凈化反應(yīng)器主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　螺旋梯度放電等離子反應(yīng)器的示意圖和剖面圖

螺旋梯度放電等離子反應(yīng)器的放電形式隨工作參數(shù)的變化而變化，可根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境情況調(diào)控控制系統(tǒng)。例如：電管內(nèi)等離子的濃度由電源電壓的強(qiáng)弱來決定，環(huán)境相對(duì)較差就需要高電壓產(chǎn)生高濃度的等離子，而環(huán)境相對(duì)較好就需要低電壓。放電的強(qiáng)度和均勻程度需要電源的改變頻率來滿足要求。因此使用等離子反應(yīng)器，一個(gè)靈敏的控制系統(tǒng)和可以滿足放電要求的電源是必不可少的。這三部分也就構(gòu)成了等離子凈化反應(yīng)系統(tǒng)。等離子凈化反應(yīng)系統(tǒng)是由螺旋梯度放電等離子凈化反應(yīng)器、電源以及控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成，如圖2所示。

圖2　等離子凈化反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本設(shè)計(jì)方案把上圖中的4代表的空心管狀電介質(zhì)放電管進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將凈化器催化劑載體（陶瓷載體、金屬蜂窩載體和玻璃纖維載體等等）添加在空心管狀電介質(zhì)放電管的內(nèi)層，使得在氣體與等離子反應(yīng)的同時(shí)，也可與電管內(nèi)壁上的催化劑載體反應(yīng)，大大減少尾氣中有害分子的排出。

面對(duì)日益惡劣的工況，等離子凈化反應(yīng)器可以根據(jù)不同的工況以及各種基本運(yùn)行狀況，搭配合適的凈化器催化劑載體，更加針對(duì)性地凈化處理尾氣，為汽車尾氣治理提出了一種新的研究方向。當(dāng)然基于目前汽車催化劑載體的研究和生產(chǎn)現(xiàn)狀，新型的多孔陶瓷催化劑載體中的纖維多孔陶瓷和導(dǎo)電型的SIC多孔陶瓷也需要多加關(guān)注。若是把這種導(dǎo)電性載體添加在電管內(nèi)部，關(guān)于載體所導(dǎo)的電量的多少是否能夠檢測(cè)出和是否能解決等離子凈化反應(yīng)器的車載電源無法滿足等離子凈化汽車尾氣所需能量的問題以及其他亟待解決的相關(guān)問題，還是需要我們做進(jìn)一步的研究和探討，從而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車尾氣的凈化處理。

［1］白希堯，張芝濤.高壓非平衡等離子體化學(xué)及其應(yīng)用基礎(chǔ)研究［J］.物理，2013，29（7）：406-410.

［2］樊少軍，杜中勇，張立恒.等.離子凈化器在汽車尾氣處理中的應(yīng)用［J］.汽車工程師，2014，（2）：60-63.

［3］李青.汽車尾氣凈化用催化劑的結(jié)構(gòu)與特性［J］.環(huán)境保護(hù)，1998，（22）：5901.

［4］黃育新，廖雄銘，王少明，等.機(jī)動(dòng)車尾氣催化凈化裝置技術(shù)進(jìn)展［J］.資源節(jié)約與環(huán)保，2015，（11）：86.

［5］徐學(xué)基，諸定昌.氣體放電物理［M］.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2011.

［6］金佑民，樊友三.低溫等離子體物理基礎(chǔ)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1983.

［7］張建華.汽車尾氣等離子凈化器及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究［D］.山東：山東大學(xué)，2012.

［8］宋婧，曾令可.汽車尾氣凈化器用催化劑載體的研究現(xiàn)狀［J］.陶瓷，2007，（9）：13-15.

New Type of Automobile Exhaust Purifier

NING Fang-hui
（Texas College，Texas，Shandong 253000，China）

In order to purify more thorough1y of automobi1e exhaust，reduce po11ution of the environment and atmosphereand the harm to human hea1th，this paper uses purification princip1e of NO2，CO，HC，PM of p1asma purifier and puts forward and introduces design scheme of innovative auto tai1 gas purification system which combines p1asma purifier with cata1yst support materia1s.

automobi1e exhaust；purifier；p1asma purifier

U465

A

2095-980X（2016）03-0076-02

2016-02-25

寧方慧，主要研究方向：汽車工程。