活性炭對壓燃式發動機排放煙度的吸附行為分析

姚衛華++彭樟林++陳孟

摘要：根據不同活性炭氣體通透性和塵埃吸附性，選用果殼活性炭、椰殼活性炭、木質活性炭，分析其對自然吸式車用直噴壓燃式發動機TY2100IT的排氣煙度吸附行為。結果表明，活性炭對排放煙度具有明顯的吸附效果，但從吸附效果和經濟性雙重角度考慮，果殼活性炭為3種活性炭之最佳，可作為吸附材料之首選，且用量在200 g左右最理想。

關鍵詞：壓燃式發動機；排放煙度；活性炭；吸附行為

中圖分類號：U464；X701 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）10-1857-02

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.10.014

Analysis on the Adsorption Behavior of Activated Carbon to the Smoke of Compression Ignition Engine

YAO Wei-hua1， PENG Zhang-lin2， CHEN Meng2

（1.Jiangxi Vocational College of Agricultural Engineering，Zhangshu 331200，Jiangxi，China；

2.Jiyang College，Zhejiang Agriculture and Forestry University，Zhuji 311800，Zhejiang，China）

Abstract： According to the gas permeability and dust absorption of different activated carbon， this experiment selected cashew nut shell activated carbon， coconut shell activated carbon， wood activated carbon， exhaust smoke adsorption behavior of the natural suction vehicle direct injection compression ignition engine TY2100IT was investigated. Results showed that the adsorption effect of activated carbon on the emission of smoke was obvious， but out of consideration for the adsorption effect and economy of double angle， cashew nut shell activated the best adsorption effect of three kinds of active carbon， as the adsorption material of preferred， and the amount in about 200 g was ideal.

Key words： compression ignition engine； discharge smoke； activated carbon； adsorption behavior

與同等功率的裝配點燃式發動機相比，壓燃式發動機由于形成混合氣和燃燒的特點，其煙度微粒的排放為裝配點燃式發動機的30～50倍[1]，因此減排壓燃式發動機及汽車尾氣中的煙度具有十分重要的意義。而活性炭具有微晶結構，微晶排列完全不規則，晶體中有微孔、過渡孔、大孔，且幾乎95%以上的表面積都在微孔，微孔是決定活性炭吸附性能高低的重要因素，并且活性炭具有高的比表面積和外表面積，比表面積一般都在1 000 m2/g以上。獨特而又豐富的微孔直接分布于固體表面，使吸附質分子不需穿過大孔、過渡而直接到達微孔的吸附部位，縮短了吸附行程，吸附速率很快，大量微孔得到充分利用，效率較高，是一種良好的吸附劑[2]。而且活性炭的結構穩定，吸附所需能量小，可以循環再生。

1 材料與方法

1.1 材料

選用果殼活性炭、椰殼活性炭、木質活性炭3種為吸附材料。壓燃式發動機燃油為0#柴油。

儀器裝備：NHT-1不透光度計、壓燃式發動機（TY2100IT型）、自制發動機微粒捕集器。

1.2 方法

根據GB3847-2005《車用壓燃式發動機和壓燃式發動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法》標準進行試驗，即要求標準實施后的經型式核準批準生產的在用車，應按自由加速-不透光煙度法的要求進行試驗，每種活性炭的用量為0～800 g，每次試驗的階梯量為200 g，共5次試驗。

2 結果與分析

2.1 果殼活性炭對排放煙度的吸附行為

果殼活性炭對排放煙度的吸附行為見圖1。由圖1可知，在用量小于200 g時隨著用量增加煙度排放急速降低，在用量大于200 g時趨于平穩并伴隨少許向上波動，即用量在200 g左右時出現明顯拐點，且光吸收系數（K）值最低，為2.0 m-1左右。表明果殼活性炭對排放煙度減排起著一定作用，使排放煙度降低60%，且在200 g時效果較明顯。

2.2 椰殼活性炭對排放煙度的吸附行為

椰殼活性炭對排放煙度的吸附行為見圖2。由圖2可知，在用量小于200 g時隨著用量增加使煙度排放急速降低，在用量大于200 g時趨于平穩，即用量在200 g左右時出現明顯拐點，且光吸收系數（K）值最低，為2.7 m-1左右。表明椰殼活性炭對排放煙度減排有一定作用，使排放煙度降低46%，且在用量大于200 g時效果比較顯著。椰殼活性炭對排放煙度的吸附行為規律與果殼活性炭類似，但吸附能力較果殼活性炭稍差。

2.3 木質活性炭對排放煙度的吸附行為

木質活性炭對排放煙度的吸附行為見圖3。由圖3可知，木質活性炭隨著用量增加煙度排放逐漸降低，且沒有出現明顯拐點，在800 g用量時光吸收系數（K）值最低，為2.4 m-1左右。表明木質活性炭對排放煙度減排有一定作用，使排放煙度降低52%，但當用量為800 g時效果才比較明顯。

2.4 3種活性炭對排放煙度吸附行為的比較

3種活性炭對壓燃式發動機排放煙度的吸附行為對比結果見圖4。由圖4可知，3種不同的活性炭對于排放煙度的吸附效果也不同，用量從0～800 g每200 g階梯增加時，果殼活性炭、椰殼活性炭對壓燃式發動機排放煙度的吸附行為強于木質活性炭，且在200 g左右用量時效果較明顯，其中果殼活性炭的吸附行為相對來說更強于椰殼活性炭，且相對木質活性炭經濟性更為突出。

3 小結與討論

根據活性炭對壓燃式發動機排放煙度吸附行為的試驗分析，可知活性炭對排放煙度具有明顯的吸附效果，結果符合活性炭的較強吸附機理，但從吸附效果和經濟性雙重角度考慮，果殼活性炭為3種活性炭之最佳，可作為吸附材料之首選，且用量在200 g左右最理想。

試驗結果中的個別回升現象可能因為操作不當，導致柴油燃燒不完全，從而排放煙度增加；也可能由于活性炭沒有均勻分布在微粒捕集器當中，排放煙度沒有與活性炭充分接觸而未被吸附。

活性炭臨界吸附的溫度為45～50 ℃，在溫度比臨界吸附的溫度低時活性炭所具有的吸附效力下降[3]，而一般來說柴油機的排氣溫度在500 ℃以下[4]，故使用活性炭作為吸附材料可行。

活性炭的活性會隨著工作時間的增加而下降，最后會達到一定的平衡狀態[5]，在過濾過程中，會導致排氣背壓升高，致使發動機性能開始惡化[1，6]。因此必須定期除去顆粒，使活性炭恢復到原來的工作狀態，故活性炭的連續再生是必要的。

參考文獻：

[1] 龔金科.汽車排放及控制技術[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2] 許 偉，劉軍利，孫 康.活性炭吸附法在揮發性有機物治理中的應用研究進展[J].化工進展，2016（4）：1223-1229.

[3] 譚 斌.活性炭的吸附作用同吸附時間和用量的關系探討[J].湖南中醫學院學報，1980（3）：63-64.

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[5] 陳安良，陶 菲.活性炭吸附的應用研究[J].化學工程與裝備，2011（11）：164-166.

[6] 王逢瑚，郭秀榮，馬 巖，等.柴油車尾氣微粒捕集器技術研究現狀及發展趨勢[J].小型內燃機與摩托車，2010，39（1）：92-96.