汽油机排气中芳香烃生成机理的实验研究

论文摘要

近十几年由于经济的发展和人民生活水平的提高,我国汽车的保有量增长很快,其对环境的污染日益加重。而无铅汽油的广泛使用,使得汽车排放物中芳香烃类物质的数量有所增加,芳香烃作为一种有机物分布广泛且往往难于降解,并具有生物积累性和三致（致癌、致畸、致突变）的慢性作用,其对生物和环境造成的危害也将愈加严重,而且芳香烃中苯及苯系物因其对人类的致癌性和致畸性较强已开始引起人们的关注。深入开展汽油机多环芳香烃与苯及苯系物的排放规律、生成机理的研究,进而减少有害物的排放,具有较大的现实意义。本文中首先参照国内外的常用方法和准则,确定了对苯系物及多环芳香烃的采样、制样和检测的方法。在此基础上进行了发动机台架实验,对三效催化器前后的排气进行了采集。利用气相色谱仪分析得到苯及苯系物的排放量,利用气相色谱-质谱联用仪分析得到多环芳香烃的排放量,并对其生成规律进行分析。为了解汽油燃烧过程中苯的生成规律,在定容燃烧弹上进行了进一步地实验研究。通过以上的研究工作,得到以下主要结论:1)在工况2600rpm 75%和100%负荷时,催化器诱导苯生成,而甲苯和二甲苯相应随之减少,由此可推断,烷基苯脱烷生成苯为催化器上苯生成的一个路径。2)发动机在大负荷时、三效催化器前的排气温度在600℃-800℃时,随着温度的升高,燃油容易高温裂解,从而促使生成更多的多环芳香烃。因多环芳香烃是由自由基团聚合而成,所以其生成量随着环数的增加而减少。而在小负荷、排气温度在200℃-600℃时,多环芳香烃的生成可能是由于燃油的未完全燃烧。3)燃烧排放物中的苯可能部分来源于淬冷作用造成的燃油的未完全燃烧。4)在燃烧过程中燃油裂解生成多种小分子中间基团,进而通过一系列反应生成苯或苯基。裂解出的小分子自由基团有两种趋势,既可促使苯的合成又可被氧化,哪一趋势占主导地位取决于各组分的浓度比例。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及问题的提出
• 1.2 汽车尾气污染现状及危害
• 1.2.1 汽车污染物的来源
• 1.2.2 常规污染物生成机理及其危害
• 1.3 芳香烃的理化性质及危害
• 1.3.1 苯及苯系物的理化性质
• 1.3.2 苯及苯系物的危害
• 1.3.3 多环芳香烃的物理化学性质
• 1.3.4 多环芳香烃的毒性
• 1.3.5 多环芳香烃的危害
• 1.3.6 多环芳香烃的来源
• 1.3.7 PAHs生成机理研究的技术路线
• 1.4 国内外研究概况
• 1.5 本文所做的主要研究工作
• 第二章 三效催化器简介及芳香烃排放物的采集与检测方法
• 2.1 三效催化器简介
• 2.1.1 三效催化器结构
• 2.1.2 三效催化器工作原理
• 2.1.3 三效催化器催化特性
• 2.1.4 研究特殊工况下三效催化器作用的必要性
• 2.2 芳香烃的采集与检测方法
• 2.2.1 色谱分析法概述
• 2.2.2 气相色谱分析仪
• 2.2.3 气相色谱工作流程
• 2.2.4 气相色谱特点
• 2.2.5 对苯及苯系物的采集及检测
• 2.2.6 气相色谱－质谱法概述
• 2.2.7 质谱法概述
• 2.2.8 质谱仪
• 2.2.9 气相色谱质谱联用仪
• 2.2.10 GC－MS工作原理
• 2.2.11 多环芳香烃的采集及检测
• 2.3 本章小结
• 第三章 汽油机芳香烃排放规律的台架实验研究
• 3.1 实验系统简介
• 3.2 测试工况及方法
• 3.2.1 实验中芳香烃的采集和分析
• 3.3 常规污染物排放规律的研究
• 3.4 苯及苯系物生成机理及排放的研究
• 3.5 多环芳香烃生成机理及排放的研究
• 3.5.1 多环芳香烃生成机理概述
• 3.5.2 催化器对多环芳香烃排放生成的影响
• 3.5.3 排气温度对多环芳香烃排放的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 定容弹燃烧过程中芳香烃排放的实验研究
• 4.1 定容燃烧弹简介
• 4.2 定容燃烧弹实验系统的构建
• 4.2.1 实验系统简介
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 苯的生成规律与分析
• 4.3.1 点火温度的影响
• 4.3.2 燃油组分对苯生成排放的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结和工作展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢