掺杂纳米CeO_2基材料应用研究新进展

从介绍CeO2的结构和功能特性出发,综述了掺杂纳米CeO2基材料的制备、性能及其在固体氧化物燃料电池、汽车尾气探测及净化催化处理、防紫外线材料以光催化剂等方面的应用研究最新进展.     

不同浓度Pt掺杂CeO2储氧材料的第一性原理研究

随着汽车业的高速发展,汽车尾气污染已引起社会的广泛关注。高性能稀土储氧材料CeO2是汽车尾气净化催化剂的关键材料,决定着催化剂的性能和寿命,是各国在汽车尾气净化催化剂领域竞争的焦点。用基于密度泛函理论的第一性原理方法,考虑CeO24 f电子的在位库仑作用,计算并分析了不同浓度金属Pt掺杂对二氧化铈原子结构、电子结构和化学特性的影响。     

经过预处理后柴油机颗粒物氧化活性的变化

为评价常用的通过热重分析方法计算动力学参数的准确性,在不同发动机工况下采集了不同种类的柴油机颗粒物,在N₂氛围中进行了预处理,通过分析颗粒物预处理前后微观形态、结构参数的变化,间接评价预处理过程对颗粒物活性、反应动力学计算结果的影响. 80%负荷采集的原始颗粒和微粒聚集体样品的微观形态由洋葱状变为壳核结构,且原始颗粒的粒径显著减小,100%负荷采集的原始颗粒的微观形态变化不明显;三种颗粒物样品经过预处理后微晶的层间距均大幅度减小,且80%负荷下采集的原始颗粒减小程度最大. 80%负荷下采集的微粒聚集体和100%负荷下的原始颗粒的微晶平均长度略微增大,曲率增加显著,而80%负荷下原始颗粒的微晶长度增加较为显著,曲率略微减小.经过预处理后,颗粒物的氧化活性显著降低,间接表明经过预处理的柴油机颗粒物的动力学参数与原始颗粒物的参数有一定差异.      

钾盐负载Ce0.5Mn0.5O2催化氧化碳烟的活性及稳定性分析

为了降低柴油机碳烟的氧化温度,采用柠檬酸溶胶凝胶法制备了KNO3和KOH负载的nK-Ce0.5Mn0.5O2(n=0.05、0.20、0.50)催化剂.利用热重(thermogravimetric,TG)、程序升温氧化(temperature programmed oxidation,TPO)等试验来研究其对柴油机碳烟...     

废气再循环对柴油机颗粒结构特征与氧化活性的影响

为探究废气再循环（EGR）对柴油机颗粒结构特征与氧化活性的影响规律,采集了不同废气质量分数的F-T柴油、生物柴油和柴油3种燃料的燃烧颗粒,运用粒径谱仪（EEPS）、透射电镜（TEM）、热重分析仪（TGA）等方法,探究了颗粒物的结构特征与氧化活性。结果显示,随着废气质量分数的增加,颗粒物平均粒径、分形维数D_f、基本粒子的层面间距d和微晶曲率T_f升高,微晶尺寸L_a、氧化特征温度和表观活化能E_a降低,颗粒物结构更加紧凑,团聚程度增加,碳层有序性减弱,颗粒稳定性变差,氧化活性增强,表明采用EGR技术可降低颗粒捕集器（DPF）的再生温度。废气质量分数相同时,柴油产生的颗粒物平均粒径最大,比F-T柴油升高了3.3%～7.1%;燃用生物柴油的颗粒物基本粒子碳层排列更加无序,氧化反应活性较强;当颗粒基本粒子具有更宽的d、更短的L_a和更大的T_f时,颗粒氧化活性更强。     

锌掺杂对纳米TiO2光催化活性的影响

采用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛和锌掺杂二氧化钛光催化剂，傅立叶变换红外光谱表征结果显示，随着焙烧温度升高，红外吸收峰进一步分裂；热重分析结果表明，掺锌后粒子表面对水的吸附能力增强；X射线衍射分析和Scherrer公式计算结果表明，随着温度的升高TiO2粒子半径增长加速，其结果与电子扫描显微镜和BET比表面积表征结果一致；光催化降解亚甲基蓝实验结果表明，掺锌2％(质量分数)的二氧化钛催化剂在530℃焙烧后催化活性最高。     

Pt/CeO_2-ZrO_2催化剂低温催化氧化低浓度正己烷废气

采用浸渍法制备了堇青石蜂窝陶瓷负载Pt/CeO2-ZrO2催化剂,测定了其低温催化氧化活性。结果表明,Pt/CeO2-ZrO2催化剂具有良好的催化活性,Pt负载量大的催化剂活性越好,6%Pt/CeO2-ZrO2催化剂的T50为240℃、T90为272℃,空速为20000h-1,对正己烷净化转化率可达100%,适合正己烷工业废气净化处理。     

TiO2表面掺杂CeO2和NiO及光催化活性研究

以硫酸镍、硝酸铈为掺杂剂,在TiCl4水解过程中,以沉淀包覆或机械混合的掺杂方法制备了改性TiO2粉体,进行了X射线衍射表征和光催化活性评价。晶粒的长大受到了抑制,在450℃焙烧下,掺镍样品的平均粒径由未掺杂纯样品的38.2 nm减小到11.5 nm（机械混合）和8.4 nm（沉淀包覆）,掺铈样品的平均粒径则分别减小到30.5 nm和14nm;镍掺杂导致了样品在焙烧温度450℃时便有金红石相析出,而铈掺杂的样品和纯样品在相同温度下没有金红石相;通过甲苯在样品上的光催化氧化过程,证实了掺杂对样品的光催化性能有影响。在纯样品和掺镍、掺铈的样品上,130 min后甲苯的质量浓度由初始的80 mg/m3分别下降到20、2.5和8.6 mg/m3。     

CeF_3分解制备CeO_2/CeF_3催化剂的丙烷氧化脱氢性能

通过分解条件的控制从CeF3制备CeO2/CeF3催化剂.X-射线衍射(XRD)、Raman、低能离子散射谱(LEIS)对制备得到的催化剂进行表征和定量估算,发现CeO2覆盖在CeF3上,随着焙烧温度的升高,CeF3催化剂由外而内分解程度加大.CeF3制备的CeO2/CeF3催化剂的丙烷氧化脱氢(ODHP)性能显著优于CeO2,CeO2覆盖层厚度的增加导致表面F/O摩尔比下降,F-隔离活性位的作用减弱,丙烯选择性由56.3%降低到42.2%.在反应过程中,CeF3核为表面CeO2覆层源源不断地提供F-,进而使催化剂保持较好的ODHP反应性能和稳定性.     

好氧污泥氨氧化活性对雌激素降解效率的影响研究

采用驯化后的硝化菌富集培养物(NEC)及实际污水厂的硝化活性污泥(NAS)降解雌酮(E1)和17α-乙炔基雌二醇(EE2), 通过初始氨氮浓度的变化及氨氧化菌活性的抑制改变污泥氨氧化活性, 并考察氨氧化活性对雌激素降解活性的影响。结果表明, NEC中雌激素的降解活性主要来自氨氧化菌, 亚硝酸盐对雌激素的硝基化作用及异养菌的代谢作用均较弱, 氨氧化菌对雌激素的共代谢得到证实。在NAS中, 氨氧化菌抑制剂烯丙基硫脲并未完全抑制E1和EE2的降解活性, 表明雌激素降解由氨氧化菌与异养菌共同完成, 而氨氧化菌的共代谢降解显然更为高效。     

氧化催化转化器对柴油机颗粒物排放特性的影响

以某高压共轨重型柴油机为样机,研究氧化催化转化器(Diesel Oxidation Catalyst,DOC)对柴油机颗粒排放规律的影响.研究结果表明,各工况下,DOC后测点颗粒物质量浓度相对于前测点均有所下降,降幅随转速升高而减小,随着负荷的增大变化不大;外特性下,DOC对总颗粒、核态颗粒和聚集态颗粒的转化率均随着转速增加而波动下降,其平均转化率分别为21.5%,26.2%和15.4%;最大转矩转速1 400r·min-1负荷特性下,DOC对总颗粒、核态颗粒、聚集态颗粒的转化率均随着负荷的增大先下降再上升,其平均转化率为34.6%,38.8%和27.3%;DOC对核态颗粒物的转化率高于聚集态颗粒物,在粒径为9~12nm的范围内转化率达到最高,其他粒径范围内转化率大多介于20%~40%之间.     

柴油机排气颗粒吸附与结构特征试验研究

针对柴油机排气颗粒的吸附能力以及与吸附相关的结构特征研究不足的现状,对柴油机不同工况排气颗粒的吸附能力和结构特征进行了测量与分析。通过柴油机试验台架采集了柴油机不同工况(100%负荷下转速分别为1 500、2 700、3 600r/min)下的排气颗粒,采用氮气吸附法对柴油机排气颗粒的吸附性能进行了测量,通过多点BET法、DFT法、FHH法分别对柴油机排气颗粒的比表面积、孔隙结构、分形维数进行了表征,探讨了颗粒的结构特征参数随柴油机转速的变化规律,并运用透射和扫描电镜对颗粒结构特征参数随柴油机转速变化的规律进行了分析。结果表明:柴油机排气颗粒具有吸附能力,氮气吸附等温线属第II类等温吸附趋势,随着柴油机转速的增加,颗粒吸附能力增强;颗粒的孔径分布呈多峰连续分布,孔径分布于8～80nm,属中孔和大孔范畴;当柴油机转速为1 500、2 700、3 600r/min时,比表面积分别为65.408、78.562、101.885m2/g,孔容积分别为0.093、0.113、0.152mL/g,分形维数分别为2.551 5、2.561 3、2.584 9,平均孔径分别为14.483、13.236、...     

柴油/含水甲醇组合燃烧对柴油机性能的影响

为研究粗甲醇对柴油／甲醇组合燃烧发动机性能的影响，在纯甲醇中掺入10％的水以模拟粗甲醇，通过进气管喷射甲醇以形成均匀预混和气，进入气缸由柴油引燃的组合燃烧方式进行了试验，并与燃用纯甲醇进行了对比、结果表明，组合燃烧含水10％的甲醇对发动机性能的影响与组合燃烧纯甲醇的效果相差不多．但前者使用经济性较好．说明采用组合燃烧方式后，发动机对醇类燃料的适用性较强，这种方式可为柴油机燃用甲醇提供了一种技术途径。     

基于粗集理论的柴油机典型故障的磨粒识别

利用铁谱技术分析柴油机的典型故障，建立柴油机的典型故障与磨粒类型的关系，在此关系的基础上，基于粗集理论确定典型故障模式识别的最优决策规则，通过试验结果验证了最优决策规则的准确，为铁谱技术的智能诊断提供了依据．     

滞燃期对F-T柴油机的性能影响分析

为分析滞燃期参数对柴油机的性能影响规律,本文对比研究了某型增压中冷柴油机燃用0#柴油、F-T柴油以及二者不同掺混比例的燃油时,在不同工况下燃烧最高压力、最高压力升高率、排气温度以及油耗率随滞燃期的变化规律。结果表明：在同一种工况下随着F-T掺混比例的增加,滞燃期缩短,F-T较0#柴油最高降幅35%;最高燃烧压力降低、降低幅度2.1%～6.3%;压力升高率上升缓慢;排气温度有升高趋势,最大增幅为8.4%;燃油经济性小幅增加。     

燃料添加剂对柴油机烟粒燃烧的影响

考察了燃料添加剂对降低柴油机烟粒燃点温度的效应。含金属添加剂的柴油机烟粒被收集在金属纤维过滤器上,把原状烟粒样品移入实验室反应器,用模拟柴油机排气进行燃烧试验。实验结果表明,当烟粒中含有Pd或Cu时,烟粒的燃点温度可降至430℃左右(普通柴油机烟粒的燃点温度约600℃);Pd的添加还可大大降低烟粒一次燃烧产物中CO的分率。文中还对金属(催化剂)/烟粒接触程度和添加剂溶液中可燃性部分对烟粒燃烧的影响作了讨论。     

调整参数对柴油机性能影响的试验研究

采用多因素正交回归旋转设计方法进行柴油机优化设计和调整．以N485Q柴油机为研究对象，选用配气相位、进气门间隙、排气门间隙、转速和负荷等5个因素作为调整因子，设计因素5水平试验方案．建立柴油机功率、油耗率和烟度随调整参数而变化的数学模型，定量描述各调整参数对柴油机动力性、经济性和碳烟排放的影响．通过对模型的主效应分析，确定对柴油机性能影响程度较大的因素；通过模型的交互效应分析，找出配气相位和气门间隙对柴油机烟度排放的交互影响．     

DOC对柴油机排放特性影响的研究

在柴油发动机台架上,通过HT350动态测功机、AM4000等仪器测量了柴油机氧化催化转换器(DOC)前后2个固定转速5个工况点的排放特性,分析了DOC对HC,CO,NOx,PM等影响,并用DRI碳分析仪分析了PM的碳质组分.结果表明,DOC能大幅降低HC,CO的排放,DOC前后NOx总量变化不大;DOC对颗粒物数量浓度降幅为25%～40%,其中核膜态降幅为16%～36%;随负荷增加DOC对颗粒物总数量浓度、核模态数量浓度降幅逐渐减小,积聚模态降幅逐渐增加;DOC通过降低HC促进SOF氧化从而达到催化氧化有机碳OC,OC对占PM总降幅贡献率在67%以上,EC最高仅为9%.     

增压柴油机耦合条件下的环境影响研究

将增压柴油机与冷却系统综合考虑,分析了大气环境对增压柴油机与冷却系统的影响机制,提出了增压柴油机与冷却系统的耦合建模方法.采用GT-Suite软件建立了耦合仿真模型,并通过实验数据对模型进行了校核.在此基础上通过改变环境条件,得到了不同环境条件下增压柴油机的性能变化规律,并与非耦合模型进行了对比分析.结果表明,采用耦合模型能够考虑环境变化引起的冷却系统变化对增压柴油机的影响,在典型环境地区,耦合模型受环境影响要明显大于非耦合模型,用两种模型计算所得到的结果差异最大可达15%左右.     

低温合成纳米TiO2及其气相光催化氧化性能

以TiCl4为前驱体 ,采用控制水解法 ,在常温下合成出平均粒径为 2 5nm的锐钛型纳米TiO2 ,并在不同温度下进行热处理 .利用XRD、BET、DRS、TEM等手段对纳米TiO2 进行了表征 ,以丙酮作为目标降解物 ,考察其气相光催化氧化性能。结果表明 ,常温下制备的纳米TiO2 具有明显的量子尺寸效应。经过 6 0 0℃热处理的样品活性最好。比表面积与晶化度的适当平衡导致光催化活性的提高