柴油車顆粒物催化再生技術(shù)研究文獻(xiàn)綜述柴油車顆粒捕集器（DPF）是目前降低柴油機(jī)排放污染物最有效的裝置，并且已經(jīng)得到了廣泛運(yùn)用。DPF通過孔壁中的極小空隙濾芯捕集排氣中的碳煙顆粒及可溶性有機(jī)物來減少PM的排放，對(duì)柴油機(jī)排放的小顆粒具有很好的捕集效果。由于DPF的工作環(huán)境十分惡劣又需要保持較高的顆粒物捕集效率，所以其材料要求很高，耐高溫、抗震、熱膨脹系數(shù)小。目前普遍使用的DPF材料有碳化硅SiC、鈦酸鋁Al2O3·TiO2、合金泡沫、堇青石Mg2Al4Si5O18等。DPF的過濾機(jī)理主要含三種：攔截機(jī)理、慣性碰撞機(jī)理和擴(kuò)散機(jī)理[16][17]:攔截機(jī)理：當(dāng)流線上PM與捕集微孔之間的中心距離小于孔徑時(shí)，PM即被微孔攔截。慣性碰撞機(jī)理：PM隨氣流流過孔壁后，PM因?yàn)橘|(zhì)量遠(yuǎn)大于氣流會(huì)偏離原氣流的流線，最后顆粒物碰撞壁面而被捕集。擴(kuò)散機(jī)理：PM受到氣體分子的碰撞影響，一旦碰到微孔，即會(huì)向其擴(kuò)散聚集，PM即被捕集。DPF只是捕集PM的物理手段，被捕集到的PM聚積在微孔上，微孔會(huì)逐漸被堵塞，這時(shí)候柴油機(jī)背壓上升，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性會(huì)隨之下降。因此，為了讓發(fā)動(dòng)機(jī)和DPF正常運(yùn)行，需要及時(shí)清楚沉積的PM，即DPF的“再生”。本文中研究用催化再生的方式，催化再生是被動(dòng)再生方式的一種，利用化學(xué)手段降低再生反應(yīng)的活化能，讓顆粒物在相對(duì)較低的溫度下就可以被分解燃燒掉，目前常用的催化劑有鉑、鈀、銅、鉛及錳等貴金屬及金屬化合物[18],這種方式具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)性好，近年來，得到飛速發(fā)展。國外對(duì)DPF的研究啟動(dòng)得早，并早早的運(yùn)用到了重型柴油機(jī)上，不斷取得突破和發(fā)展，如今重型柴油機(jī)所用的大尺寸蜂窩陶瓷載體絕大多數(shù)份額都被美國Corning公司和日本NGK公司占有，兩者也手握大部分DPF結(jié)構(gòu)的專利，他們的產(chǎn)品具有明顯的優(yōu)勢(shì)，過濾效率最高可達(dá)98%。我國對(duì)DPF的研究從上世紀(jì)80年代方才開始，且由于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)環(huán)境加之環(huán)保意識(shí)的淡薄，發(fā)展得比較緩慢，進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國經(jīng)濟(jì)騰飛并開始重視環(huán)境問題，頒布了相應(yīng)的法律法規(guī)，DPF的研究飛速發(fā)展，并已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用。（1）德國弗賴堡理工大學(xué)的ChristianSinger和SvenKureti等人，研究了火焰噴霧熱解法制備的氧化錳在貧氧條件下對(duì)模型煙灰printexu的氧化性能[19]，催化劑在250℃的緊密接觸條件下顯示出碳煙氧化，證明其具有優(yōu)異的活性，催化研究表明，O2組分對(duì)氧化速率有很大影響，而O2對(duì)起燃溫度幾乎沒有影響，此外，O2比例的增加導(dǎo)致碳煙/催化劑混合物的溫度升高，導(dǎo)致局部熱點(diǎn)的形成和碳煙氧化的自加速，此外，原位LRS分析表明，碳煙中非晶和石墨體的氧化速率相當(dāng)相似?？紤]等溫條件，建立了氧化錳催化劑上碳煙氧化的整體動(dòng)力學(xué)模型，該模型證明了O2含量、碳煙BET比表面積和活性碳位數(shù)對(duì)碳煙催化氧化速率的影響，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)CO2示蹤的預(yù)測(cè)，驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性，最后，基于表觀活化能，假設(shè)催化劑表面或亞表面氧轉(zhuǎn)移到碳煙中代表碳煙氧化的速率限制步驟。（2）四川中自尾氣凈化有限公司范婷婷、李云和廖傳文等人發(fā)明了一種用于柴油車尾氣中PM凈化的催化劑[20]——Pt-Pd/Co2O3/CeO2-ZrO2，這種催化劑碳煙的起燃溫度低，而且抗老化性能好，能夠?qū)崿F(xiàn)催化劑在在高溫的再生環(huán)境中保持活性。（3）上海交通大學(xué)的鄒谷初基于Co3O4制備了兩種鈷–稀土體系的催化劑（Co-La及Co-Ce）[10]，測(cè)試了其在氧氣氣氛下催化氧化碳煙及NOx氣氛下去除碳煙與的性能，探討了其影響催化性能的因素及其催化機(jī)理，在兩種體系中擇優(yōu)(Co–Ce)負(fù)載電子傳遞材料Ag做進(jìn)一步的改性，成功開發(fā)了高性能碳煙催化氧化材料。（4）軍事交通學(xué)院的唐粵清、張春潤和井雷等人研究了正常排氣溫度下乙醇能否較好地被氧化以及乙醇氧化釋放的能量能否使DPF入口溫度達(dá)到顆粒物起燃溫度[21],得出了以下的結(jié)論：DOC入口溫度對(duì)乙醇氧化效率影響較大，在DOC溫度大于235℃的情況下,DOC氧化乙醇升溫效率較高，可以開始進(jìn)行乙醇噴射；DOC入口溫度滿足乙醇氧化的初始溫度時(shí)，可以通過噴射乙醇快速將DOC出口即DPF入口溫度升高至DPF再生溫度，滿足DPF再生需要。圖1.2唐粵清、張春潤和井雷等人設(shè)計(jì)的乙醇氧化輔助DPF再生系統(tǒng)原理該再生系統(tǒng)能滿足DPF再生的需求，并且對(duì)原始排氣溫度的要求相對(duì)有所降低，對(duì)于DPF車載實(shí)時(shí)再生具有更廣的適應(yīng)性，對(duì)DPF再生技術(shù)的研究具有一定的借鑒意義（5）重慶材料研究院的劉奇、陳德茂和劉慶賓等人采用共沉降法制備了不同成分的復(fù)合氧化物與鈣鈦礦型涂層[21]，將此涂層負(fù)載于堇青石和SiC蜂窩陶瓷載體上制成柴油車尾氣四效凈化器，研究了催化器對(duì)柴油車尾氣的凈化效果、陽離子表面活性劑、無機(jī)觸變劑等添加劑對(duì)涂層性能的影響。通過N2吸附法、X射線衍射法(XRD)、差熱分析法(DTA)等方法對(duì)催化劑涂層比表面積、熱穩(wěn)定性等進(jìn)行了測(cè)試評(píng)價(jià)；模擬柴油車尾氣中顆粒物組成(C)，采用DTA方法測(cè)試了復(fù)合催化劑對(duì)顆粒物起燃溫度的降低程度；并通過柴油發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，得除凈化后的尾氣HC、CO、顆粒物以及NOx的排放分別為0.03g/kW.h、0.17g/kW.h、0.007g/kW.h和4.78g/kW.h；使復(fù)合催化劑將碳煙的起燃溫度降低至411℃，對(duì)微粒過濾器的再生非常有利。（6）中國礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院的何緒文、於俊杰和中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心的康守方、郝鄭平等人針對(duì)柴油車排放顆粒物的控制，研制可以應(yīng)用于柴油車排放碳煙顆粒物催化再生復(fù)合氧化物催化材料[22]，通過運(yùn)用熱分析儀（TGA）和程序升溫氧化反應(yīng)裝置（TPO）對(duì)復(fù)合氧化物催化材料的活性進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究了催化材料的原子配比、組成、催化材料與碳顆粒物質(zhì)量比H2O的加入、焙燒溫度對(duì)催化活性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，雙重分金屬氧化物催化劑中，Cu-Mo-O有較好的活性、多組分金屬氧化物催化劑中,Cu-K-Mo-O在原子比Cu:K:Mo=1:1:2,催化劑與碳顆粒質(zhì)量比5：1時(shí)活性最好，其碳顆粒物起燃溫度為327℃，同時(shí)H2O和焙燒溫度對(duì)該催化劑的影響最小，是應(yīng)用于柴油車排放顆粒物控制再生的良好催化材料。（7）廣西大學(xué)的熊毅通過臺(tái)架實(shí)驗(yàn)與模型仿真分析相結(jié)合的方法對(duì)催化型顆粒捕集器（CatalyzedDieselParticulateFilter）的不同涂覆量的壓降變化、加載過程、再生特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析[23]。通過仿真分析得出了19g/l涂覆量載體的平衡點(diǎn)溫度350℃，29g/l涂覆量載體的平衡點(diǎn)是325℃。在375℃以下的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，載體再生效果不斷增強(qiáng)。根據(jù)碳煙的沉積量來變化，可以進(jìn)一步判斷再生的順序。為催化型顆粒捕集器的被動(dòng)再生性能、貴金屬催化劑涂覆量的控制提供了一定的理論和實(shí)踐指導(dǎo)依據(jù)。（8）桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院的韋夏夏、譚宗勇和陳夢(mèng)寅等人研究了活性組分方式對(duì)V2O5-WO3/TiO2催化劑SCR性能的影響[24]，通過調(diào)變助劑組分改善其低溫窗口特性，并在穩(wěn)態(tài)的工況條件下考察了制備蜂窩催化劑樣品低溫SCR催化性能，成功挖掘出具有滿足國六排放柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣NOx轉(zhuǎn)化的催化劑。（9）江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院的張禮斌、劉帥和丹佛動(dòng)力系統(tǒng)（江蘇）有限公司的李艷等人運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)軟件（CFD）軟件，對(duì)改進(jìn)結(jié)構(gòu)后的選擇性催化還原催化器進(jìn)行了三維穩(wěn)態(tài)流動(dòng)數(shù)值模擬，并對(duì)比分析改進(jìn)前后四種不同結(jié)構(gòu)的催化器內(nèi)流動(dòng)特性，得到了不同結(jié)構(gòu)下壓力、溫度、流速和NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系。提出當(dāng)催化還原催化器長度為180mm，寬度為160mm，角度為36.5°的時(shí)候，管內(nèi)壓力、溫度、流速達(dá)到最佳狀態(tài)且NOx的轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最高值[25]。（10）合肥工業(yè)大學(xué)的吳恒研究了雙催化還原催化器串聯(lián)催化器直徑、長度、載體壁厚以及載體孔數(shù)目等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)NOx轉(zhuǎn)化效率和排氣背壓的影響規(guī)律，對(duì)雙催化還原催化器串聯(lián)進(jìn)行了臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，提出催化器直徑越大、長度越短、載體壁厚越薄的催化器性能較好，載體孔的數(shù)目改變會(huì)讓催化器的NOx轉(zhuǎn)化效率和排氣背壓呈現(xiàn)出此消彼長的趨勢(shì)[26]。參考文獻(xiàn)[1]李興虎．柴油車排氣后處理技術(shù)[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2016[2]胡沛.柴油機(jī)顆粒捕集器再生控制策略設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[D].重慶.重慶大學(xué),2018.[3]PeterFlorchinger，UweZink，WillardCutler，etal．DPFregeneration-concepttoavoiduncontrolledregenerationduringidle[C]//SAE2004-01-2657，2004．[4]AlrikssonM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