【摘 要】
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柴油车对机动车污染物排放的贡献尤为突出,颗粒物减排应当引起足够的重视,装载CDPF(Catalyst Diesel Particulate Filter,CDPF)是控制柴油车颗粒物排放最有效的方法。颗粒物的理化特性决定了其对大气能见度和人体健康的影响程度,从物理的角度,核模态颗粒物不但可以通过人体的呼吸直达肺部并沉积下来,甚至可进入血液循环并流向大脑和心脏,对人体的呼吸、免疫系统产生危害,聚集态
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柴油车对机动车污染物排放的贡献尤为突出,颗粒物减排应当引起足够的重视,装载CDPF(Catalyst Diesel Particulate Filter,CDPF)是控制柴油车颗粒物排放最有效的方法。颗粒物的理化特性决定了其对大气能见度和人体健康的影响程度,从物理的角度,核模态颗粒物不但可以通过人体的呼吸直达肺部并沉积下来,甚至可进入血液循环并流向大脑和心脏,对人体的呼吸、免疫系统产生危害,聚集态颗粒物是导致大气能见度下降的重要因素。从化学的角度,颗粒物中有机碳(OC)和元素碳(EC)为颗粒物的主要组分,不同的有机组分对环境和人体的危害也存在着差异,EC具有很强的吸附能力,易吸附有毒物质并为其化学反应提供场所;OC中对人体危害较大的成分为直链烷烃和多环芳烃,且排放的种类较多,直链烷烃具有很强的生物毒性,可对人体的神经系统、呼吸系统和皮肤粘膜产生危害,多环芳烃对生物体具有极强的致癌性。选取12辆重型柴油车和9种在用CDPF采用实验室底盘测功机和全流稀释定容采样系统(CVS)开展了CDPF对柴油车颗粒物理化特性影响试验,研究了CDPF对常规污染物、颗粒物物理特性和颗粒物化学特性的影响情况,分析了行驶工况与常规污染物和颗粒物物理特性减排效果的关系,探究了CDPF设计参数对颗粒物理化特性的影响,进一步从颗粒物理化特性角度找出适用于中国整体在用重型柴油车的CDPF。结果表明:装载CDPF后常规气态污染物HC、CO、NOx平均排放因子分别为(0.2±0.1)、(1.2±1.5)和(17.5±7.8)g km-1,CDPF对HC和CO的减排率分别84.8%和56.5%,对NOx基本无影响;装载CDPF后颗粒物数量及质量排放因子分别为(3.1±2.1)×1014km-1和(12.8±5.7)mg km-1,减排效率分别为85.5%和96.4%。随着的粒径逐渐增大,颗粒物数量及质量减排效果也越来越好,粒径越小减排效果越差,此现象在高速工况下更加明显。装载CDPF前后碳质组分占颗粒物比例未发生较大的改变,约占64%,有机碳OC的排放因子为6.8 mg km-1,元素碳EC的排放因子为1.4 mg km-1,减排率分别为94.0%和98.8%。测得直链烷烃分布于C12~C36之间,装载CDPF前后直链烷烃都主要分与C16~C26之间,两侧分布较少,总体减排率达67.2%。测得8种多环芳烃中,多以三环四环为主,装载CDPF后PAHs的排放因子为11.6μg km-1,减排率90.2%,毒性降低91.6%。CDPF体积越大,核膜态颗粒物数量及质量减排能力提高,聚集态颗粒物数量和质量无明显影响。OC的减排效果随体积增大有变好的趋势,不同体积对EC、直链烷烃和多环芳烃无明显影响。CDPF贵金属负载量越大,对30 nm以上的颗粒物数量和质量的减排能力提升,但对30nm以下颗粒物数量和质量颗粒物减排能力有所下降。贵金属负载量越大对EC的减排能力也有所提升,对OC、直链烷烃和多环芳烃无明显影响。增大钯(Pd)的比例会提升CDPF对各粒径段颗粒物的减排能力,但加入铑(Rh)后减排能力有所降低。OC减排效果与贵金属配比相关性较弱,EC的减排效果随贵金属中Pd占比的增加而增大,但加入Rh后减排效果下降。贵金属配比对直链烷烃总体减排效果较小,提高Pd的占比可较少增加直链烷烃的减排效果,但加入Rh后减排能力下降,对多环芳烃排放因子及其毒性无明显影响。考虑成本与核膜态颗粒物数量、聚集态颗粒物数量、有机碳和元素碳的减排效果得出最优CDPF设计参数体积为5 dm3,铂钯铑贵金属总体负载量为0.3 g L-1,贵金属铂(Pt):钯(Pd):铑(Rh)配比为5:1:0。
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