房 菲

（商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南商丘 476000）

汽車尾氣排放檢測(cè)與催化轉(zhuǎn)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)建設(shè)

房 菲

（商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南商丘 476000）

當(dāng)前汽車尾氣是造成大氣污染的主要污染源之一，機(jī)動(dòng)車污染在大氣污染扮演的角色也尤為突出。根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)階段大氣污染的狀況以及相關(guān)的科研成果，對(duì)大氣污染的控制進(jìn)行研究分析，運(yùn)用當(dāng)前全球先進(jìn)的SCR煙氣脫硝技術(shù)，創(chuàng)建與之相配套的尾氣檢測(cè)與催化劑制備、溫度控制、氣體配制、催化轉(zhuǎn)化以及反應(yīng)檢測(cè)等在內(nèi)的整體性的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。利用真實(shí)機(jī)動(dòng)車排放的尾氣進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，從而讓學(xué)生通過具體的實(shí)踐檢測(cè)能夠?qū)C(jī)動(dòng)車污染排放和工況之間的聯(lián)系有更加深刻的了解。根據(jù)不同類別的催化劑、操作升溫的過程以及發(fā)生反應(yīng)的時(shí)間等參照數(shù)據(jù)而產(chǎn)生出不同的催化效果進(jìn)行對(duì)比，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生對(duì)于科學(xué)研究的興趣和熱情，觸發(fā)學(xué)生科學(xué)思維的擴(kuò)展，從而能夠有效地推動(dòng)大氣實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)方面優(yōu)秀創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

汽車尾氣；排放檢測(cè)；催化轉(zhuǎn)化；教學(xué)實(shí)驗(yàn)建設(shè)

汽車排放的尾氣是現(xiàn)階段國內(nèi)產(chǎn)生大氣污染的最主要的污染源之一。其中，大氣污染成分中NOx，它是PM2.5的主要前體物之一，它會(huì)造成氣候變化異常，產(chǎn)生酸雨和霧霾等多種污染問題?，F(xiàn)階段我國國內(nèi)的汽車使用數(shù)量和使用概率在不斷變得攀升，造成了汽車尾氣排放的NOx不斷的增多，致使其排放治理工作的開展也是越發(fā)的艱巨。大氣污染控制工程是當(dāng)前國家重點(diǎn)發(fā)展和支持的專業(yè)項(xiàng)目之一，該專業(yè)的教學(xué)目標(biāo)旨在培養(yǎng)大氣污染控制方面的優(yōu)秀專業(yè)人才。鑒此。在高職高校開展實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其中涉及到汽車尾氣排放和控制方面相關(guān)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而促進(jìn)專業(yè)人才的培養(yǎng)和發(fā)展。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與技術(shù)原理

汽車尾氣排放檢測(cè)與催化轉(zhuǎn)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一共是有五個(gè)小系統(tǒng)構(gòu)成的，如：尾氣排放檢測(cè)系統(tǒng)、催化劑制備系統(tǒng)、溫度控制和反應(yīng)系統(tǒng)、氣體流量配氣系統(tǒng)以及反應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中有尾氣排放檢測(cè)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)是整個(gè)汽車排放控制過程中最為關(guān)鍵的一節(jié)。一般汽車在怠速的情況下，其發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)往往會(huì)呈現(xiàn)不完全燃燒的現(xiàn)象，而這是機(jī)動(dòng)車排放的尾氣中CO和HC的成分含量相比較而言是偏高的，但NOx的排放量相對(duì)而言是很低的。汽車尾氣排放檢測(cè)與催化轉(zhuǎn)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)利用尾氣五氣分析儀，來對(duì)家用機(jī)動(dòng)車在怠速與高怠速等各種工況情況下HC、NO、CO、CO2和O2這五種氣體的成分含量進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來比較不同工況下的尾氣排放狀況，然后再進(jìn)行剖析，找出原因。如圖1所示：

針對(duì)于機(jī)動(dòng)車排放的尾氣中成分的檢測(cè)，最主要的成分是NO，由此可以運(yùn)用選擇性催化還原法進(jìn)行檢測(cè)。這種煙氣脫硝技術(shù)主要利用氨作為其還原劑，目的是要把NO進(jìn)行選擇性地將其還原成N2。其中NH3是擁有相對(duì)比較高的選擇性，如處在某種溫度限定內(nèi)，它將會(huì)和NO產(chǎn)生反應(yīng)，其還能夠不被其中煙氣中的氧所氧化。與此同時(shí)，其中會(huì)有少量的NO2也會(huì)被還原成N2。由此，SCR煙氣脫硝技術(shù)相比較無選擇性的還原劑脫硝產(chǎn)生的效果要好。

圖1 汽車尾氣排放檢測(cè)與催化轉(zhuǎn)化綜合教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

NH3-SCR的實(shí)驗(yàn)操作原理如下：

汽車尾氣排放檢測(cè)與催化轉(zhuǎn)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)中涉及到的溫控系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)和反應(yīng)系統(tǒng)都是自主操作設(shè)計(jì)；與此同時(shí)還可以借助與之相關(guān)的企業(yè)的技術(shù)在對(duì)其做進(jìn)一步的加工。參照以上的實(shí)驗(yàn)操作的反應(yīng)原理，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得出配氣的成分有NO、O2、NH3、N2；而其中的N2被視為平衡氣體。最后可以將實(shí)驗(yàn)氣體利用反應(yīng)爐進(jìn)行催化，并完成還原以后，再借助先進(jìn)的煙氣分析儀將余下的NO做進(jìn)一步的測(cè)試，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算催化轉(zhuǎn)化效率并探討影響因素。

2 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果

高職高校的學(xué)生利用汽車尾氣排放檢測(cè)與催化轉(zhuǎn)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)操作了汽車尾氣排放檢測(cè)及氮氧化物催化轉(zhuǎn)化效率測(cè)驗(yàn)。學(xué)生在完成教學(xué)實(shí)驗(yàn)制定的內(nèi)容后，其可以自主的進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并且進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。譬如，汽車尾氣排放檢測(cè)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是要讓學(xué)生在怠速和高怠速這兩種工況狀態(tài)下，對(duì)汽車尾氣成分的排放特點(diǎn)進(jìn)行探究和分析。在怠速狀態(tài)下的機(jī)動(dòng)車排放的尾氣中CO和HC的成分濃度相對(duì)而言是偏高的，但NOx的排放量相對(duì)而言是很低的；與此同時(shí)，在高怠速狀態(tài)下汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸燃燒溫度是比較高的，同時(shí)其中尾氣成分中的CO含量是相對(duì)而言是偏低的，與此同時(shí)NO成分含量相對(duì)而言是偏高的。除此之外，譬如NO催化轉(zhuǎn)化進(jìn)行檢測(cè)模塊，其中涉及到的配氣量分別為NO的配量是30mL/ min，NH3配量是30mL/min，O2配量是20mL/min，N2配量是420mL/min，同時(shí)還要保持總氣量為500mL/min。根據(jù)實(shí)驗(yàn)前設(shè)計(jì)的操作流程，首先將催化劑從按照常溫5℃/min的溫度逐漸有層次的上升到200℃，在升至到200℃時(shí)，要將其保持穩(wěn)定十分鐘后；然后再把通氣閥從旁通移至通向催化劑，從200℃開始對(duì)NO的濃度采取實(shí)時(shí)觀測(cè)，測(cè)量要直至450℃時(shí)的NO的濃度為止；溫度上升的幅度為8.3℃/min，每2min記錄一次濃度分析儀上顯示的數(shù)據(jù)；并要保持測(cè)量30min，并記錄催化劑溫度和處理后氣體NO濃度。

3 結(jié)束語

這次實(shí)驗(yàn)基于汽車排放尾氣這一典型的大氣污染來源，運(yùn)用全球先進(jìn)的選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)，針對(duì)國內(nèi)現(xiàn)階段大氣污染狀況以及相關(guān)的科研成果，對(duì)大氣污染的控制進(jìn)行研究分析，主要目的是把科研內(nèi)容和理論有效地、規(guī)范地運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)中。

1）本次實(shí)驗(yàn)取得的成果是基于研究型實(shí)驗(yàn)為鏈接點(diǎn)，以流動(dòng)源污染控制科研活動(dòng)中涉及到的相關(guān)研究?jī)?nèi)容及過程為參照，在經(jīng)過精密的提煉與歸納，制定出包括排放測(cè)驗(yàn)、催化劑制備以及大氣污染物控制核心技術(shù)等方面的配置同時(shí)又能夠?yàn)楦呗毟咝У膶W(xué)生開設(shè)實(shí)踐操作的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)；

2）利用真實(shí)汽車作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，同時(shí)還讓學(xué)生來控制汽車的不同轉(zhuǎn)速，并與尾氣排放結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。在完成制定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，學(xué)生還可以根據(jù)不同的工況在做新一輪的檢測(cè)對(duì)比。根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)證明，本次實(shí)驗(yàn)取得的成果能夠讓學(xué)生不再對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容感到乏味和枯燥，從而激發(fā)高職高校學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)探索與科研分析的興趣，提高學(xué)生的科研能力。這在教學(xué)方法和教學(xué)成效方面有了新的突破。

[1] 高翔，劉坤，王海東.汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器的研究進(jìn)展[J].廣東化工，2014，（23）：78-79.

[2] 胡昌俊.汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器的評(píng)定研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2014.

[3] 任盼盼.汽車尾氣三效催化劑性能評(píng)定的研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2013.

[4] 梁?jiǎn)l(fā).探討汽車尾氣排放檢測(cè)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012，（3）：209.

Automobile Emission Detection and Experimental Construction of Catalytic Transformation

Fang Fei

At present，automobile exhaust is one of the main pollution sources causing air pollution.The role of motor vehicle pollution in air pollution is also prominent.According to the current situation of domestic air pollution and related research results to the control of air pollution research and analysis，the use of the current global advanced SCR fl ue gas denitrif i cation technology to create matching with the exhaust gas detection and catalyst preparation，temperature control，gas formulation，and catalytic conversion reaction for detecting the integrity of the teaching and the like，including all aspects of the experimental system.The use of real motor vehicle emissions of the exhaust test，so that students through the specific practice of testing to motor vehicle emissions and the relationship between the working conditions have a more profound understanding.According to different types of catalysts，the process of heating and the reaction time and so on the reference data to produce different catalytic effects to contrast，cultivate and stimulate students interest in scientif i c research and enthusiasm to trigger the expansion of scientif i c thinking of students，Which can effectively promote the atmosphere of experimental courses in the construction of outstanding innovative talents.

automobile exhaust；emission detection；catalytic transformation；teaching experiment construction

X734.2-4；G642

B

1003–6490（2017）03–0130–02

2017–03–08

房菲（1983—），女，河南商丘人，實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向?yàn)榉治鰴z測(cè)。