汽車尾氣排放檢測與催化轉化教學實驗建設

房 菲

（商丘職業技術學院，河南商丘 476000）

汽車尾氣排放檢測與催化轉化教學實驗建設

房 菲

（商丘職業技術學院，河南商丘 476000）

當前汽車尾氣是造成大氣污染的主要污染源之一，機動車污染在大氣污染扮演的角色也尤為突出。根據國內現階段大氣污染的狀況以及相關的科研成果，對大氣污染的控制進行研究分析，運用當前全球先進的SCR煙氣脫硝技術，創建與之相配套的尾氣檢測與催化劑制備、溫度控制、氣體配制、催化轉化以及反應檢測等在內的整體性的教學實驗系統。利用真實機動車排放的尾氣進行測驗，從而讓學生通過具體的實踐檢測能夠對機動車污染排放和工況之間的聯系有更加深刻的了解。根據不同類別的催化劑、操作升溫的過程以及發生反應的時間等參照數據而產生出不同的催化效果進行對比，培養和激發學生對于科學研究的興趣和熱情，觸發學生科學思維的擴展，從而能夠有效地推動大氣實驗課程建設方面優秀創新型人才的培養。

汽車尾氣；排放檢測；催化轉化；教學實驗建設

汽車排放的尾氣是現階段國內產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，它會造成氣候變化異常，產生酸雨和霧霾等多種污染問題。現階段我國國內的汽車使用數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的艱巨。大氣污染控制工程是當前國家重點發展和支持的專業項目之一，該專業的教學目標旨在培養大氣污染控制方面的優秀專業人才。鑒此。在高職高校開展實踐實驗教學，其中涉及到汽車尾氣排放和控制方面相關的教學實驗，從而促進專業人才的培養和發展。

1 實驗設計與技術原理

汽車尾氣排放檢測與催化轉化教學實驗系統，該實驗系統一共是有五個小系統構成的，如：尾氣排放檢測系統、催化劑制備系統、溫度控制和反應系統、氣體流量配氣系統以及反應測量系統。該實驗檢測中有尾氣排放檢測環節，該環節是整個汽車排放控制過程中最為關鍵的一節。一般汽車在怠速的情況下，其發動機的氣缸內往往會呈現不完全燃燒的現象，而這是機動車排放的尾氣中CO和HC的成分含量相比較而言是偏高的，但NOx的排放量相對而言是很低的。汽車尾氣排放檢測與催化轉化教學實驗系統利用尾氣五氣分析儀，來對家用機動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行檢測，根據檢測結果來比較不同工況下的尾氣排放狀況，然后再進行剖析，找出原因。如圖1所示：

針對于機動車排放的尾氣中成分的檢測，最主要的成分是NO，由此可以運用選擇性催化還原法進行檢測。這種煙氣脫硝技術主要利用氨作為其還原劑，目的是要把NO進行選擇性地將其還原成N2。其中NH3是擁有相對比較高的選擇性，如處在某種溫度限定內，它將會和NO產生反應，其還能夠不被其中煙氣中的氧所氧化。與此同時，其中會有少量的NO2也會被還原成N2。由此，SCR煙氣脫硝技術相比較無選擇性的還原劑脫硝產生的效果要好。

圖1 汽車尾氣排放檢測與催化轉化綜合教學實驗系統構成示意圖

NH3-SCR的實驗操作原理如下：

汽車尾氣排放檢測與催化轉化教學實驗中涉及到的溫控系統、配氣系統和反應系統都是自主操作設計；與此同時還可以借助與之相關的企業的技術在對其做進一步的加工。參照以上的實驗操作的反應原理，從實驗結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。最后可以將實驗氣體利用反應爐進行催化，并完成還原以后，再借助先進的煙氣分析儀將余下的NO做進一步的測試，可根據實驗結果計算催化轉化效率并探討影響因素。

2 實驗過程及結果

高職高校的學生利用汽車尾氣排放檢測與催化轉化教學實驗系統操作了汽車尾氣排放檢測及氮氧化物催化轉化效率測驗。學生在完成教學實驗制定的內容后，其可以自主的進行設計實驗內容并且進行實踐驗證。譬如，汽車尾氣排放檢測，這個實驗是要讓學生在怠速和高怠速這兩種工況狀態下，對汽車尾氣成分的排放特點進行探究和分析。在怠速狀態下的機動車排放的尾氣中CO和HC的成分濃度相對而言是偏高的，但NOx的排放量相對而言是很低的；與此同時，在高怠速狀態下汽車發動機的氣缸燃燒溫度是比較高的，同時其中尾氣成分中的CO含量是相對而言是偏低的，與此同時NO成分含量相對而言是偏高的。除此之外，譬如NO催化轉化進行檢測模塊，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，同時還要保持總氣量為500mL/min。根據實驗前設計的操作流程，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，要將其保持穩定十分鐘后；然后再把通氣閥從旁通移至通向催化劑，從200℃開始對NO的濃度采取實時觀測，測量要直至450℃時的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據；并要保持測量30min，并記錄催化劑溫度和處理后氣體NO濃度。

3 結束語

這次實驗基于汽車排放尾氣這一典型的大氣污染來源，運用全球先進的選擇性催化還原煙氣脫硝技術，針對國內現階段大氣污染狀況以及相關的科研成果，對大氣污染的控制進行研究分析，主要目的是把科研內容和理論有效地、規范地運用到實驗實踐教學中。

1）本次實驗取得的成果是基于研究型實驗為鏈接點，以流動源污染控制科研活動中涉及到的相關研究內容及過程為參照，在經過精密的提煉與歸納，制定出包括排放測驗、催化劑制備以及大氣污染物控制核心技術等方面的配置同時又能夠為高職高效的學生開設實踐操作的實驗系統與實驗活動；

2）利用真實汽車作為實驗對象，同時還讓學生來控制汽車的不同轉速，并與尾氣排放結果進行對比分析。在完成制定的實驗內容后，學生還可以根據不同的工況在做新一輪的檢測對比。根據實驗教學證明，本次實驗取得的成果能夠讓學生不再對實驗教學內容感到乏味和枯燥，從而激發高職高校學生對實驗探索與科研分析的興趣，提高學生的科研能力。這在教學方法和教學成效方面有了新的突破。

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

[2] 胡昌俊.汽車尾氣催化轉化器的評定研究[D].上海：上海師范大學，2014.

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

[4] 梁啟發.探討汽車尾氣排放檢測[J].中國新技術新產品，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，實驗師，主要研究方向為分析檢測。