基于超聲波清洗的三元催化器回收工藝可行性研究

楊向前 黃云波

摘 要： 針對汽車維修企業(yè)特點，本文討論了一種基于超聲波清洗技術(shù)的三元催化器回收工藝，通過試驗和數(shù)據(jù)分析，驗證了回收工藝的可行性，得出關(guān)于超聲波清洗介質(zhì)、溫度、時間等參數(shù)的最佳數(shù)值，供企業(yè)進行參考使用。

關(guān)鍵詞： 三元催化器、超聲波清洗技術(shù)、回收工藝、汽車維修企業(yè)、雙怠速測試

【中圖分類號】 TH6022 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A【文章編號】 2236-1879（2017）20-0202-02

0引言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，汽車尾氣排放帶來的環(huán)境污染日益嚴(yán)重，三元催化器成為汽車上必不可少的設(shè)備，它將汽車排放的尾氣轉(zhuǎn)化成無毒無害的氣體，大大減少了汽車尾氣對環(huán)境的污染。對于由三元催化器失效引起的尾氣不達(dá)標(biāo)車輛狀況，汽車維修企業(yè)一般采用更換新配件來解決，舊產(chǎn)品則荒廢于倉庫中，造成較大的浪費。引起三元催化器失效的原因有高溫失活、化學(xué)中毒、積碳、堵塞等，通過適當(dāng)?shù)奶幚恚蟛糠謴U舊三元催化器可再次利用，節(jié)約企業(yè)及車主維修成本。因此，課題組設(shè)計了一種適合于汽車維修企業(yè)的三元催化器回收工藝，并進行了試驗。

1.超聲波清洗技術(shù)簡介

超聲波是一種頻率大于20千赫茲，人耳無法識別的聲波，它在液體中能夠以縱向波的形式進行傳遞，并引起質(zhì)點的振動，且振動強度隨著超聲波頻率的增加而極速增加，產(chǎn)生較大的非線性作用力。在這個過程中，液體介質(zhì)會在負(fù)壓區(qū)形成無數(shù)個微小氣泡，而在正壓區(qū)突然閉合破裂，產(chǎn)生上千個大氣壓力，這稱之為“空化效應(yīng)”。在這種效應(yīng)的連續(xù)作用下，附著在清洗件表面的污物被反復(fù)沖擊、剝離、乳化，最終脫落。由于“空化效應(yīng)”能夠滲入物件表面的凹槽、微孔等常規(guī)清洗方法不能企及的隱蔽處，因此，超聲波清洗技術(shù)能夠?qū)⒐ぜM行更為徹底的清洗，而且整個過程完全屬于物理效應(yīng)過程，對工件設(shè)備及周圍環(huán)境無任何污染作用。通過超聲波清洗機的發(fā)生器產(chǎn)生電磁信號，換能器再將這些振動信號轉(zhuǎn)變?yōu)槌曊駝樱瑐魅氤暡ㄇ逑床壑校瑢ξ锛M行清洗，此即超聲波清洗機的作用過程。

2.三元催化劑回收工藝可行性試驗設(shè)計

2.1 設(shè)計理念。

通過文獻(xiàn)查閱及企業(yè)實地考察，課題組發(fā)現(xiàn)，超聲波清洗技術(shù)在汽車零配件的清洗（如噴油器）方面具有低成本、易于批量化操作且清洗效果好的特點，并且，已有不少小型零配件企業(yè)嘗試?yán)贸暡ㄇ逑醋鰹槿呋D(zhuǎn)換器回收加工工藝的前期處理手段。因此，課題組嘗試結(jié)合現(xiàn)代汽車維修企業(yè)的一些常用設(shè)備、工具，設(shè)計一套基于超聲波清洗技術(shù)的三元催化器回收工藝，并進行試驗分析，驗證其可行性。

2.2 試驗準(zhǔn)備及過程設(shè)計。

試驗選擇在溫州交通技校進行，結(jié)合校實訓(xùn)設(shè)備特點及對比汽車維修企業(yè)設(shè)備配置情況，課題組選擇了尾氣分析儀和試驗車輛進行雙怠速測試，利用故障解碼器數(shù)字轉(zhuǎn)速顯示功能，控制雙怠速排放檢測時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速，超聲波清洗機用于對三元催化器進行參數(shù)選擇清洗試驗，舉升機、常用拆裝工具等，另外，需要對氧傳感器進行檢查，以保證空燃比控制的準(zhǔn)確性。整個試驗過程按照設(shè)備準(zhǔn)備與檢查→樣品篩選→初始雙怠速試驗→超聲波參數(shù)選擇及雙怠速試驗→數(shù)據(jù)分析→結(jié)果確認(rèn) 等幾個工序來進行。

2.3 主要試驗過程。

2.3.1 樣品的初步篩選。

本次催化器樣品由合作企業(yè)提供，為了能讓試驗順利進行，首先要對廢舊三元催化器進行初步篩選，通過觀察、查看貼標(biāo)，確定三元催化器的里程數(shù)及外部構(gòu)造。對于行駛里程達(dá)10萬公里以上的廢舊三元催化器，由于考慮到可能已經(jīng)達(dá)到使用有效期限，很難達(dá)到清洗效果，所以不予考慮。另外，對有明顯機械破損、手搖有明顯脫落物聲音以及表面有熱燒結(jié)現(xiàn)象的三元催化器，也不予考慮。最終篩選出了10個失效催化器樣品，加上企業(yè)提供的10個普通催化器，共計20個樣品。

2.3.2 超聲波清洗參數(shù)選擇試驗。

本試驗采用的超聲波清洗機是珠海飛鷹電器有限公司的產(chǎn)品，驅(qū)動功率為2600W，額定功率6000W，考慮到人力、物力、時間的投入問題，課題組不對頻率進行細(xì)化篩選，選擇常用的小顆粒清洗頻率—40KHZ。用10個失效樣品和10個正常樣品，分別進行溫度、介質(zhì)、時間三種參數(shù)的清洗試驗對比。

試驗分為三個階段，第一個階段，對20個樣品進行清洗前雙怠速測試，記錄數(shù)據(jù)，保持時間、溫度等參數(shù)不變的情況下，分別使用專用清洗劑和水溶液，對1號、2號失效樣品進行清洗后，再進行雙怠速測試，對比清洗前后數(shù)值變化。第二階段，采用第一階段效果較好的介質(zhì)，保持其他參數(shù)不變，分別在40℃、50℃、60℃、70℃、80℃五種溫度情況下對3-7號樣品進行清洗和雙怠速測試，對比分析清洗前后的雙怠速測試數(shù)值。第三階段，采用前兩個階段確定的最佳清洗參數(shù)，分別以10分鐘、20分鐘、30分鐘的時間段對8-10號失效樣品進行清洗時間效果測試和雙怠速測試，同樣用清洗前后雙怠速測試數(shù)值進行對比分析，確定最佳參數(shù)。最后，采用相同工序?qū)?0個正常催化器進行清洗試驗，對比普通催化器的清洗效果，進一步完善試驗過程。

3.結(jié)果分析

根據(jù)最終數(shù)據(jù)分析可知，采用專用清洗劑，選用適當(dāng)溫度、清洗時間，除1號樣品無明顯質(zhì)量提升外（該樣品本身可能有內(nèi)部破損或存在不可逆化學(xué)中毒情況），無論是失效或者正常使用的三元催化器，都有或多或少的轉(zhuǎn)化效率提升，以高怠速試驗數(shù)據(jù)為例，如圖1、圖2所示，其中HC的轉(zhuǎn)化率最高提升了20.6%，CO的轉(zhuǎn)化率最高提升了23.3%，NOX的轉(zhuǎn)化率最高提升了7.3%（由于雙怠速試驗溫度）。可以預(yù)示，日常維修保養(yǎng)過程中，適當(dāng)?shù)膶θ呋鬟M行清洗保養(yǎng)，完全可以延長三元催化器的使用壽命。而如果選用超聲波清洗技術(shù)進行清洗，參考本研究內(nèi)容及研究結(jié)果，建議在超聲波頻率為40kHz的情況下，清洗介質(zhì)選擇常溫下使用的專用清洗劑（如本課題研究中使用的啟龍牌清洗劑），清洗溫度控制在60℃左右，清洗時間控制在20分鐘左右。

4.結(jié)束語

本研究針對汽車維修企業(yè)的特點設(shè)計三元催化器回收工藝，由于試驗場地及設(shè)備簡陋、研究人員水平有限等原因，必然會有很多實際沒有考慮到的問題，試驗過程也不可能涉及到所有的約束條件，需要進一步去完善。現(xiàn)將試驗過程中的一些經(jīng)驗教訓(xùn)以及未來展望陳述如下：

1.在雙怠速檢測方法的運用上，由于環(huán)境濕度、大氣壓力等因素對測量數(shù)據(jù)結(jié)果會有影響，而本次研究在數(shù)據(jù)測試方面，都是在維修車間進行，無法對這些因素的變化加以控制，在以后的研究改善方面，運用相關(guān)實驗設(shè)備對這些因素加以控制，會得到更精確的結(jié)果。

2.本研究對超聲波清洗的相關(guān)參數(shù)值只做了粗略的選擇測試，如在溫度上，選擇了40℃、50℃、60℃、70℃、80℃這幾個溫度進行測試，每種溫度也只是選擇了兩個樣品進行試驗，如果參與同種測試試驗的樣品數(shù)量增加，測試的溫度可以精確到1℃，整個試驗的精確度都能得到大的提高。

3.對于經(jīng)過特定條件控制清洗過的樣品，用雙怠速測試法測試其催化效果有無提升固然簡單，但是這是間接由數(shù)據(jù)分析的方法反映出來，如果能夠利用電子顯微鏡等手段對三元催化器陶瓷載體表面進行微觀觀察分析，就能夠較為直觀的對清洗結(jié)果進行說明，使結(jié)果分析更加精確。

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