陳祎 程靜峰 季亮

摘要：顆粒物是柴油機的主要污染物之一，柴油機顆粒捕集器是目前降低顆粒物排放最為有效的手段之一，是應對愈發(fā)嚴格的排放法規(guī)的必然選擇。目前，柴油機顆粒捕集器技術基本趨于成熟，但其再生成為了新的研究重點。本文介紹了一種全新的柴油機顆粒捕集器再生技術，即低溫等離子體再生技術。國際研究表明低溫等離子體技術在柴油機顆粒捕集器的再生領域有著極大的前景。

關鍵詞：柴油機；PM；NTP

引言

近年來，隨著《第六階段輕型汽車污染物排放限值及測量方法》的實施，車用柴油機的排放已成為問題。柴油機的顆粒物（Particulate matter， PM）和氮氧化物（NOX）排放較多，尤其是PM的排放，不僅易造成霧霾和能見度下降等環(huán)境問題，也嚴重危害人類健康，易引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病[1-2]。因此，降低柴油機的PM排放，尤為迫切。

相較于國V，國VI階段對顆粒物排放限值加嚴了百分之三十左右。由于排放法規(guī)的日益嚴格，僅通過提高燃油質量和優(yōu)化燃燒過程的方法已不能滿足排放法規(guī)的要求，必須加裝先進的后處理裝置[3]。低溫等離子體技術憑借轉化效率高、裝置簡單、無二次污染等特點，成為目前柴油機排氣后處理領域的研究熱點[4-5]。

1 NTP處理PM的研究現狀

1.1顆粒物的主要成分

柴油機PM的成分，主要由干碳煙、可溶性有機成分（Soluble organic fraction，SOF）、硫酸鹽和金屬物質組成[6]。干碳煙是在高溫缺氧的情況下，燃油經熱裂解形成小分子不飽和烴，小分子不飽和烴通過環(huán)化反應生成多環(huán)芳香烴形成的。

1.2低溫等離子體技術

低溫等離子體（Non-Thermal Plasma，NTP）是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質第四態(tài)。NTP中的活性物質與PM發(fā)生一系列復雜物理化學反應，從而分解去除PM。NTP技術有處理效率高、裝置簡單、能耗低、抗顆粒干擾能力強等優(yōu)點，處理柴油機的排氣有明顯的優(yōu)勢。

1.3 低溫等離子體技術處理柴油機顆粒物排放的研究現狀

大量試驗證明NTP可降低柴油機排氣中的PM，Babaie等人利用DBD放電產生臭氧處理柴油機排氣中的PM，他通過研究PM、臭氧和二氧化碳的相互關系，發(fā)現在去除PM的過程中，臭氧發(fā)揮了主要的作用，而且當放電功率較高時，臭氧濃度可達幾百ppm，PM的去除效率可達到50%以上[7]。M. Okubo 等人還提出了利用低溫等離子體結合顆粒捕集器DPF去除PM的新思路，柴油機顆粒捕集器（Diesel Particulate Filter， DPF）是目前降低柴油機PM排放最有效的技術之一，捕集效率可達90%以上[8]。但隨著PM在DPF中的沉積，DPF會發(fā)生堵塞，造成排氣背壓升高，油耗增加，進而影響發(fā)動機的正常運行。目前再生DPF的方法主要有電加熱再生、噴油再生、催化再生和連續(xù)再生，但都存在一定問題。因此，尋求一種新型高效再生DPF的方法是很有必要的。M. Okubo 等利用壓縮空氣作為氣源通入到針-板式NTP反應器中產生活性物質，然后將其噴入DPF系統(tǒng)，通過監(jiān)測DPF兩端的壓差和氣體成分的變化來判斷DPF的再生情況。研究結果表明，利用等離子體噴射系統(tǒng)在200℃就可以實現DPF再生；當溫度控制在280℃時，連續(xù)工作2.5小時，PM去除率可達61%。

2結論

相較于其它凈化技術，低溫等離子體技術在降低柴油機排放的顆粒污染物方面有著巨大的優(yōu)勢，國內外學者對使用NTP凈化柴油機排氣已取得了一定的成果。相較于其它方法，NTP對氧化排氣中的PM有著明顯的效果。但目前大多數有關NTP處理柴油機排氣污染物的研究仍停留在理論和試驗階段，離實際車載應用還存在很長的一段路要走。繼續(xù)提高NTP的凈化效率，提高NTP發(fā)生器與柴油機的匹配性，結合新型催化劑探究NTP與催化劑的協(xié)同催化氧化PM，依舊是低溫等離子體凈化柴油機排氣的發(fā)展趨勢。

參考文獻：

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[8]Masaaki Okubo， Naoki Arita， Kuroki Tomoyuki， et al. Carbon particulate matter incineration in diesel engine emissions using indirect nonthermal plasma processing [J]. Thin Solid Films， 2007， 515：4289-4295.