燃气发动机瞬态工况下NOx排放特征

NO_x排放控制是发展燃气汽车的核心问题.为获得增压中冷燃气发动机瞬态工况NO_x的排放特征,实验选取了6MK375N-50增压中冷燃气发动机,研究了不同转速、转矩、进气流量、进气温度及湿度对NO_x排放的影响.试验结果表明NO_x的排放随着转速的增加先升高后减缓,转速为1400 r·min-1时NO_x排放最高,转矩的增加也会使NO_x排放增加,随着进气流量的增加,NO_x排放量先增加后稳定,进气流量为180 kg·h~(-1)时NO_x排放最高,进气温度对NO_x排放也有直接影响,进气温度为31℃时NO_x排放最高,随着进气湿度的增加,NO_x排放水平降低,对试验结果的双因素方差分析得到,各影响因素对NO_x的排放影响均非常显著.对1400 r·min-1下各个工况对应NO_x进行拟合,变化规律符合公式y=a-b×ln(x+c).     

重庆市北碚大气中PM2.5、NOx、SO2和O3浓度变化特征研究

重庆是我国西南工业重镇,但长期受大气污染困扰.利用全自动在线环境监测仪器,于2012年1月—2014年2月,对重庆市北碚区大气中的典型污染物PM2.5、NO_x、SO_2和O_3进行了观测研究.结果表明:重庆北碚大气首要污染物为PM2.5,2012和2013年平均浓度分别为(67.5±31.9)和(66.6±37.5)μg·m~(-3),是国家环境空气质量一级标准35μg·m~(-3)的1.9倍,两年超过国家二级标准的天数分别为119和126 d,年超标率均大于1/3;两年NO_x,SO_2及O_3的年平均浓度分别为(57.1±24.6)和(55.1±36.6),(43.1±24.0)和(35.0±21.9)及(31.1±24.9)和(48.5±37.4)μg·m~(-3).大气污染物浓度具有明显的季节变化特征,PM2.5和NO_x冬季污染最为严重,两年冬季平均值分别比两年年平均值高33.6%、59.6%和43.2%、8.5%;O_3表现为夏高冬低;SO_2春季最高且污染最轻.大气污染物日变化显示PM2.5和NO_x浓度呈双峰日变化形式,有早晚两个峰值,与城市交通高峰相对应.SO_2和O_3浓度呈单峰日变化,前者峰值出现在午前10∶00—12∶00大气对流层被打破之后,而后者峰值出现在午后16∶00局地光化学最强之时.消减各种污染源的颗粒物直接排放,消减气态污染物SO_2和NO_x的工业排放,消减机动车NO_x和VOCs等的排放,才有可能使重庆北碚的大气污染状况得到改善.     

BED含氧燃料在不同海拔下对柴油机PM和NOx排放的影响

为研究生物柴油-乙醇-柴油(简称为BED)含氧燃料在不同海拔下对柴油机微粒(PM)和氮氧化物(NO_x)排放的影响,在一台高压共轨柴油机上分别燃用纯柴油和BED含氧燃料,在两种大气压力(81和100 k Pa)下进行了排放试验研究.结果表明,燃用纯柴油和B15E5(15%生物柴油+5%乙醇+80%柴油,体积比)燃料后,在中、低负荷时的PM排放在高气压下基本高于低气压下,最高增幅分别达到26.2%和19.0%;在全负荷时的PM排放在高气压下降低,最高降幅分别达到6.1%和17.0%.燃用B25E5(25%生物柴油+5%乙醇+70%柴油,体积比)燃料后,PM排放在高气压下降低.燃用纯柴油后,柴油机在高气压下的NO_x排放低于低气压下;燃用B15E5和B25E5含氧燃料后,在中、低负荷下的NO_x排放在高气压下降低,在全负荷下的NO_x排放在高气压下升高.在中、低负荷下NO_x排放最高降幅分别达到12.1%和15.3%;在全负荷下,NO_x排放最高增幅分别达到6.5%和5.8%.在不同大气压力下,柴油机燃用纯柴油和BED含氧燃料后,PM与NO_x排放均呈现明显的trade-off关系.相比于在低气压下,随负荷增加引起的PM排放降幅和NO_x排放增幅在高气压下增加.     

NOx和/或NH3气氛下SO2在高岭土表面非均相转化的实验研究

利用自制气溶胶反应器研究了NO_x和/或NH_3气氛下SO_2在高岭土表面的非均相转化过程,应用扫描电镜(SEM)对高岭土颗粒物形貌进行了表征.结果表明:高岭土颗粒表面的SO_2非均相转化致使其成分和形貌产生了较大变化.相同实验条件下,SO_2转化的协同作用程度由高到低依次为NH_3、NO_x/NH_3和NO_x气氛,相对湿度40%、有光照条件下,SO_2转化量增幅最高可分别达125%、75%和50%.所有气氛下,协同作用在无光照时在高相对湿度(40%~70%)区间更为突出,有光照时其显著性则体现在低相对湿度(20%~40%)区间.SO_2、NO_x、NH_3三者共存时,在高岭土颗粒表面发生的非均相反应过程既有协同作用又存在竞争反应.     

基于远程在线监控车载终端的柴油车NOx排放等级诊断研究

远程在线监控车载终端集成了远程通讯模块、卫星定位模块、发动机OBD信息解析模块,能够实时读取车辆排放相关运行信息,但无法直接判断车辆NO_x排放情况.为了快速、准确地评估车辆排放情况,诊断和监测NO_x高排放车,同时为了克服有些重型柴油车监测数据中缺失进气流量、燃油流量、车速等重要的实时信息,无法计算出车辆NO_x排放因子的问题.本文提出了由NO_x浓度分布特征驱动的高排放重型柴油车识别算法,通过远程在线监控车载终端设备获取车辆的发动机信息和SCR系统运行信息,运用NO_x浓度分布计算车辆每天NO_x排放浓度占比,通过系统聚类法对车辆NO_x排放浓度占比进行聚类,结果聚为优、良、中、差4类.利用车辆NO_x排放浓度区间分布及其聚类结果分别作为训练集的输入和输出,选择BP神经网络作为训练算法,训练获得的模型分类准确率为90%,利用训练好的模型判断在用柴油车NO_x排放等级,从而识别及监测NO_x高排放车辆.研究结果可为柴油车NO_x高排放诊断及监测提供依据,有助于监管部门能够快速识别NO_x高排放车辆.     

国Ⅳ公交车实际道路排放特征

满足国Ⅳ标准的公交车已被广泛用于北京等大城市,为了评价其相对于国Ⅲ公交车的实际减排效果,使用PEMS(车载排放测试系统)测试了4辆装有SCR(选择性催化还原)系统的国Ⅳ公交车和1辆国Ⅲ公交车在实际运行条件下的污染物排放并进行对比. 结果表明:相对于国Ⅲ公交车,装有SCR系统的国Ⅳ公交车在实际运行工况下有效降低了污染物排放,CO、THC和PM分别比国Ⅲ限值降低了60.8%、94.2%和86.2%;但由于实际运行工况中排气温度较低,致使SCR系统效率偏低,只有一辆国Ⅳ公交车NO_x排放低于国Ⅲ限值,其他3辆车的NO_x排放分别比国Ⅲ限值高187.3%、228.7%和157.3%. 国Ⅳ混合动力车的CO₂、CO和PM排放比常规动力车分别降低了42.9%、48.8%和89.5%,但NO_x排放反而增加了112.1%. 实际运行工况下,测试车辆只有12.7%的工况点分布在A转速(1478r/min)以上;而ETC工况中在A转速以上的工况点占整个循环的80.5%, 造成了满足ETC等型式认证的车辆在实际工况下NO_x排放偏高. 因此,需要对公交车的实际排放进行有效监督.      

生物炭和有机肥对菜地土壤N2O排放及硝化、反硝化微生物功能基因丰度的影响

通过室内培养试验和实时荧光定量PCR技术,研究了田间施用生物炭和有机肥对菜地土壤氧化亚氮(N_2O)排放、氨单加氧酶(amo A)和亚硝酸盐还原酶(nir S、nir K)、氧化亚氮还原酶(nos Z)基因丰度的影响,并探讨功能基因丰度对N_2O排放的影响.试验设置5个处理:CK(对照)、N(尿素)、N+BC(尿素和生物炭)、N+M(尿素和有机肥)和N+BC+M(尿素、生物炭和有机肥).结果表明,与CK处理相比,各施肥处理均降低了土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)丰度,增加了nir K、nir S和nos Z基因丰度,并提高了培养期间N_2O累积排放量.与N处理相比,N+BC处理的土壤p H值提高了11.1%,并增加了AOB、AOA、nir S、nir K和nos Z基因丰度,增幅分别为105.8%、57.3%、22.0%、176.2%和204.9%,同时显著降低了培养期间N_2O累积排放量,降幅为58.1%;N+M处理增加了nir K和nir S基因丰度,增幅分别为58.8%和7.1%,对N_2O排放的影响不显著;N+BC+M处理增加了AOB、nir K、nir S和nos Z基因丰度,增幅分别为30.7%、68.7%、6.5%和84.5%,降低了N_2O累积排放量,降幅为14.4%.生物炭通过增加amo A、nir S和nir K基因丰度间接增加N_2O排放,同时通过增加nos Z基因丰度促进N_2O还原,综合效应表现为降低了菜地土壤N_2O排放.因此,通过施用生物炭改善土壤性质,增加功能基因丰度,降低土壤N_2O排放,是一种较好的N_2O减排措施.施用有机肥可以增加反硝化作用功能基因丰度,但对N_2O减排效果不显著.     

富氧条件下等离子体协同改性NaY分子筛催化分解NO_x研究

用不同浓度的Cu、Ce和La离子交换Na Y分子筛,对比了不同改性条件下等离子体协同分解NO_x的性能.实验结果表明:Cu是NO_x催化分解的主要活性组分,对于8%Cu-Na Y催化剂,当放电电压为10 k V,放电功率为7.6 W时,NO_x转化率可达46.3%,反应产物中没有NO_2,只有11 ppm的N_2O.Ce的加入可以有效提高催化剂催化活性,对于5%Ce-8%Cu-NaY催化剂,当放电电压为7.8 kV,功率为3.6 W时,NO_x转化率可达67.3%.La的加入同样可以使催化剂活性上升,但不同La含量催化剂的NO_x转化率相差较小.     

卫星遥感在NOx总量控制中的应用

基于美国Aura卫星臭氧观测仪(OMI)提供的对流层NO_2垂直柱浓度数据,分析2015年北京世界反法西斯战争胜利70周年纪念活动期间和2016年杭州G20峰会期间NO_2柱浓度变化趋势,发现NO_2柱浓度能灵敏地捕捉到地面NO_x排放量的变化状况.因此,本文利用OMI NO_2柱浓度评估"十二五"期间及"十三五"初期我国NO_x排放量的变化状况,结果表明,"十二五"期间我国NO_2柱浓度降幅为24.98%,NO_x减排取得显著成效."十三五"初期,2016年全国NO_2柱浓度相比2015年下降3.18%,NO_x排放量继续下降.     

超细煤粉在氧化条件下NOx的释放特性实验研究

采用DTG(热重/差热分析仪)和GC-MS(气相色谱质谱联用仪)对鹤岗煤超细化煤粉进行燃烧试验,分析了粒径、氧气浓度、升温速率对NO_x释放的影响.结果表明,不同粒径的鹤岗煤在氧气浓度为20％的燃烧条件下,NO_x的析出均为单峰曲线;粒径对煤粉燃烧NO_x释放有重要影响,超细化煤粉可以减少NO_x的排放;在5、10、20 ℃/min升温条件下,随升温速率的增大NO和NO₂的析出量也增加,并且NO的最大析出速率对应的温度随着升温速率的提高也提高;随着燃烧气氛氧气浓度的增高,NO_x的析出量相应增加,并且NO_x的最大析出速率对应温度相应降低.     

基于车用氮氧化物传感器的工程机械NOx排放因子测量方法研究

为了能够低成本地获得包括工程机械在内的非道路移动机械的NO_x排放因子,基于目前广泛使用的车用氮氧化物传感器开展了NO_x排放因子的测量系统搭建和计算模型研究.基于柴油机尾气O_2浓度、NO_x浓度、环境温湿度和燃料特性等参数建立了非道路移动机械单位油耗NO_x排放因子计算模型.为了验证测量系统与计算模型,开展了4台工程机械的实际道路验证试验,并选取其中一台开展了基于车载排放测试系统(PEMS)的NO_x排放比对试验.比对和实测试验结果表明建立的NO_x排放因子测量方法具有较低的相对误差和稳定性,与车载排放测量系统的测量结果相比具有很好的相关性.被测2台挖掘机和1台推土机、1台压路机的平均单位油耗NO_x排放因子分别为(22.8±4.0)、(35.8±16.0)和(55.0±18.0)、(68.8±13.0) g·kg~(-1).基于车用氮氧化物传感器的NO_x排放因子测量结果与目前国内外已有研究的NO_x排放因子测量结果接近.     

ZnMnxCo2-xO4活化过一硫酸盐降解有机污染物

分别以Zn（CH₃COO）₂·2H₂O、Mn（CH₃COO）₃·2H₂O和Co（CH₃COO）₂·4H₂O为锌源、锰源和钴源,采用溶胶-凝胶自燃烧法成功制备了ZnMn_xCo_2-xO₄（x=0~2）复合物,并用X射线衍射和X射线光电子能谱对其进行表征.同时,还研究了Mn/Co物质的量比、催化剂用量及PMS用量对目标污染物降解的影响.结果表明,该复合物可催化活化过一硫酸钾（PMS）降解有机污染物,当催化剂中x=0.8,催化剂投加量为0.2 g·L^-1,PMS用量为0.4 mmol·L^-1（0.25 g·L^-1）时,20 μmol·L^-1（10 mg·L^-1）罗丹明B（RhB）可在15 min内完全降解.ZnMn_0.8Co_1.2O₄的高催化活性主要归功于Mn³⁺和Co²⁺的协同效应.将ZnMn_xCo_2-xO₄-PMS体系用于亚甲基蓝、结晶紫、金橙、双酚A、4-氯酚等其他污染物的降解,也取得了较好的效果.基于电子自旋共振ESR和自由基猝灭实验的结果,可以推测该反应体系中活性物种为硫酸根自由基和羟基自由基.     

人工智能助力臭氧催化剂SrFexZr1-xO3的开发

将人工智能应用于催化臭氧氧化催化剂SrFe_xZr_1-xO₃的开发过程,采用共沉淀法制备了50种不同配方的催化剂,考察聚乙二醇（PEG）投加量、煅烧时间、老化时间、氨水投加量和铁掺杂量对SrFe_xZr_1-xO₃催化剂催化臭氧降解间甲酚反应活性的影响.同时,利用人工神经网络（ANN）和响应面（RSM）对催化剂合成条件与TOC去除率和间甲酚转化率的关系进行拟合,训练集中ANN的R²值分别为0.91和0.97,高于RSM的R²值0.35和0.41;在4组测试集上ANN的均方误差（MSE）分别为9.87和17.67,远小于RSM的23.89和28.87.结果表明,ANN模型对催化剂制备过程的复杂体系具有更好的拟合和泛化能力.在ANN训练好的模型中通过枚举法寻找最优合成条件为：PEG投加量为19.00%,煅烧时间为1.25 h,老化时间为26.50 h,氨水投加量为6.21 mL,铁掺杂量为3.37%,所得催化剂为SrFe_0.13Zr_0.87O₃-B.最佳反应条件下,间甲酚转化率和TOC去除率分别达到98.52%和17.21%,优于空白组的73.46%和1.86%.     

NO_x光解测量装置的观测应用实例

将一套基于NO2光解原理自主设计的光解室与Thermo 42i系列氮氧化物分析仪的化学发光检测室联用,应用于四川资阳乡村站的外场观测中.结果发现,在进样流量170 m L·min-1、光源温度20℃、光源功率约60 W的条件下,该套自主设计的光解室对NO2的转化效率可连续30 d稳定在80%.同时,与传统钼转化炉法进行了比对,发现两种方法得到的NO浓度测量结果趋于一致(误差5%以内,R2=0.99);而NO2的测量结果则是钼转化炉法显著偏高于光解法,偏差约为3.72 ppbv(R2=0.86).将两种方法的测量差值(ΔNO2)与O3、NOz([NOz]=[NOy]-[NOx])及NO2光解速率J(NO2)等数据进行分析,推论出ΔNO2由钼转化炉中部分NOz热转化所致,且ΔNO2在NO2低浓度段偏差的不确定性也初步归因于NOz浓度测量的不确定性.利用观测中获得的HONO、HNO3、PAN浓度代表NOz对NO2进行修正后,再次与光解法测量结果比对,结果证实钼转化炉法的高估值确由部分NOz物种导致,同时证实光解法测量结果更接近NO2的真实值.     

CeWOx催化剂协同脱除氮氧化物及氯代芳香化合物的反应机制研究

多污染物协同控制是大气污染控制技术的发展方向.本文以氮氧化物（NO_x）及氯苯（CB）为典型多污染物组分,考察了不同Ce/W比例Ce WO_x催化剂协同脱除NO_x及CB的催化性能及反应特征.其中,Ce₈W₁O_x催化剂表现出最佳的催化活性,在温度为350℃时,NO_x、CB转化率均达到100%.NO_x选择性催化还原（SCR）、CB催化氧化（CBCO）和协同脱除反应（SCR+CBCO）的对比实验发现,协同反应的NO_x和CB转化均受到不同程度的抑制,尤以SCR对CBCO的抑制作用更为明显.TPSR及DRIFT表征证明NH₃和CB之间的竞争性吸附是SCR和CBCO协同反应活性下降的主要原因.Ce WO_x催化剂上CB解离生成的氯经氧空位活化形成Cl·,易导致亲电加氯反应从而促进多氯苯生成.SCR为CBCO提供了额外氢,源于NH₃吸附于Lewi...     

天津冬季一次污染过程中NOx和O3的立体分布特征

由于大气是一个复杂介质,低层大气中湍流的存在使物质和能量的交换很剧烈,污染物的扩散传输现象明显.对不同高度不同区域的低层大气做立体观测,获取气态污染物浓度分布最直接的资料很有必要.综合利用地面观测站点、系留气球和飞机平台,于2016年11月25—26日在天津武清高村一次污染天气条件下对NO_x和O₃进行立体观测,得到了污染物的地面、垂直和低空区域分布特征,并结合气象因子进行分析研究.观测结果表明,地面$\varphi $（NO_x）水平较高,日均值为230×10-9,超过了GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准的限值,反映了高村冬季较高的污染水平,主要受当地交通源排放的影响.$\varphi $（NO_x）随高度的上升呈下降趋势,受风速的影响明显,主要积聚在逆温层以下.低空$\varphi $（NO_x）市区高于郊区,而处于更远郊区的高村$\varphi $（NO_x）与市区相当,也反映了高村本地较高的NO_x污染.高村地面$\varphi $（O₃）低,日最大8 h平均值为8×10-9,反映了冬季低温辐射弱、光化学反应强度低的特点.随高度增加$\varphi $（O₃）呈上升趋势,垂直分布特征主要与温度层结有关.低空$\varphi $（O₃）呈郊区高于市区,高村（远郊区）高于近郊区的特征.研究显示,$\varphi $（NO_x）的升高导致$\varphi $（O₃）下降,这可能与高村冬季的$\varphi $（VOCs）/$\varphi $（NO_x）偏低有关,需要结合VOCs观测数据做进一步分析.      

CeO2改性MnOx/Al2O3的低温SCR法脱硝性能及机制研究

采用凝胶溶胶法制备大比表面积的Al2O3载体,等体积浸渍法配制负载MnOx和CeO2组分的CeO2-MnOx催化剂.以NH3为还原剂,一定的空气流速及合适的气体配比的条件下,考察所制备的催化剂在70～300℃范围内低温SCR法的脱硝性能及机制,同时分别对催化剂进行BET、XRD、SEM等表征实验,研究催化剂的理化性质....     

H2O2和NO互作调控SO2诱导的胡杨细胞死亡

二氧化硫(SO_2)是一种常见的大气污染物,目前关于SO_2对木本植物的毒害作用及相关机制并不清楚.本文以木本植物胡杨的愈伤细胞为材料,研究SO_2衍生物对胡杨细胞的致死效应,以及过氧化氢(H_2O_2)与一氧化氮(NO)在SO_2诱导胡杨细胞死亡中的信号调节作用.研究发现:SO_2衍生物处理(1~5 mmol·L-1)可诱发胡杨细胞死亡,且SO_2衍生物浓度越大、处理时间越长,细胞死亡率越高.2 mmol·L-1SO_2衍生物处理胡杨细胞后,胞内H_2O_2和NO水平显著升高,且H_2O_2水平的升高先于NO.一定浓度的外源H_2O_2或NO供体SNP能够提高SO_2胁迫下胡杨细胞的死亡率;而使用H_2O_2清除剂CAT和ASA、NO清除剂c PTIO、NO合成抑制剂钨酸钠后,SO_2诱导的细胞死亡率明显降低.进一步实验发现,外源H_2O_2可以提高SO_2胁迫下胡杨细胞的硝酸还原酶(NR)活性,促进胞内NO产生;而利用CAT和ASA清除H_2O_2后,细胞NR活性和NO产生均受到明显抑制.此外,SO_2胁迫下,外源SNP能够抑制抗氧化酶(CAT和APX)活性,增加胡杨细胞内的H_2O_2水平,而一定浓度的c PTIO和钨酸钠均可提高CAT和APX活性,降低胞内H_2O_2水平.结果表明:SO_2胁迫下,胡杨细胞快速产生的H_2O_2能够激活硝酸还原酶活性,促进NO生成,同时NO能够通过抑制抗氧化酶活性而提高H_2O_2水平.H_2O_2与NO互作调控SO_2诱导的胡杨细胞死亡.