光子—离子协合催化材料活化油节能减废研究

论文摘要

光催化材料、离子材料在环保领域得到应用,但是其催化效果不很明显,为了提高其效果,本文研究了具有活化空气、活化油的光子-离子协合催化材料（简称协合催化材料）,它是集光催化、离子催化、辐射催化为一体的新型功能材料。该材料在废渣利用和内燃机的节能减废等方面有较好效果,具有广阔的应用前景。协合催化粉体是由稀土元素掺杂具有光催化功能的纳米TiO2与具有离子催化功能的电气石粉体复合而成的,协合催化粉体具有较强的产生自由基和负离子的能力。将协合催化粉体与具有辐射性的含钍（Th）的稀土废渣共同制备成协合催化材料。由于协合催化材料在原来光催化材料和离子催化材料的基础上添加了稀土废渣和多种变价金属离子,因此该材料在无日光的条件下,在辐射催化作用下,电子-自由基-分子之间存在一个长期循环的过程,循环的效率和产生负离子的量取决于金属离子的氧化-还原电位即变价的难易程度。协合催化材料不仅解决了光催化反应量子效率低的问题,还具有活化空气、活化油等功能。为了进行内燃机节能和减废实验,制备了活化空气的板块协合催化材料和活化油的球粒状协合催化材料。将协合催化材料活化空气、活化油的技术应用在发动机上,通过在小型柴油机、大型内燃机车上的试验表明,柴油的油耗有所降低,废气的排放下降的也比较明显,能够达到活化燃油节能减废的目的。协合催化材料发生γ衰变放出的γ射线是光子,光子传递给物质的分子或原子的同时,在物质中产生电子、离子和激发分子。它们将迅速通过化学键断裂,离子分离反应,产生自由基。将协合催化材料应用在柴油改性方面,柴油经过协合催化材料活化后,通过ESR波谱分析,柴油中的一些分子转化为活性粒子自由基,利于组织混合气燃烧,可以减少NOx、CO等污染性气体的产生;活性分子增多,分子之间的运动加剧,柴油的温度上升,分子间作用力减小,分子间结合比较疏松,体积增加,密度减小,因此柴油的温度比普通柴油的温度高;密度减小;粘度相应减小;十六烷指数有所提高;表面张力下降。柴油的这些性质的改善有利于其完全燃烧,减少废气的排放,因此说明协合催化材料能够活化柴油,改善柴油的燃烧品质,达到减少废气和节省燃油的目的。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究内容
• 2 国内外发展概况
• 2.1 改善内燃机燃烧以降低油耗和减少有害物排放的技术
• 2.1.1 柴油车尾气污染技术的进展
• 2.1.2 国外柴油性质对排放物影响的研究成果
• 2.1.3 国外柴油质量标准发展趋势
• 2.1.4 我国柴油清洁化进程
• 2.1.5 改善柴油机排放措施
• 2.2 稀土材料在能源环境领域中的应用
• 2.2.1 稀土在汽车尾气净化中的作用
• 2.2.2 稀土催化材料在石油化工中的应用
• 2.3 催化材料的发展近况
• 2.3.1 光催化技术研究概况
• 2.3.2 离子催化研究概况
• 3 协合催化材料的制备及其作用机理
• 3.1 原料
• 3.1.1 主要原料的选择
• 3.1.2 功能添加剂的选择
• 3.2 协合催化粉体的制备
• 2溶胶'>3.2.1 制备稀土掺杂纳米 TiO₂溶胶
• 3.2.2 协合催化粉体的制备
• 3.3 协合催化粉体的表征
• 3.3.1 X射线衍射（XRD）分析
• 3.3.2 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 3.3.3 电子自旋共振（ESR）实验
• 3.4 协合催化材料的制备
• 3.4.1 协合催化材料的制备
• 3.4.2 协合催化材料的特性表征
• 3.5 协合催化陶瓷的制备
• 3.5.1 微孔球粒状陶瓷的制备
• 3.5.2 活化空气的协合催化材料的制备
• 3.6 协合催化材料的作用机理
• 2光催化反应'>3.6.1 TiO₂光催化反应
• 2'>3.6.2 稀土元素掺杂纳米TiO₂
• 3.6.3 协合催化材料协合催化反应
• 3.7 协合催化材料应用前景
• 3.8 本章小结
• 4 协合催化材料节能减废实验
• 4.1 协合催化材料在台架实验机上实验
• 4.1.1 实验设备及方案
• 4.1.2 实验结果及讨论
• 4.2 协合催化材料在北京型内燃机车的实验
• 4.2.1 实验设备及方案
• 4.2.2 实验结果
• 4.3 交通部汽车运输行业能源利用检测中心实验
• 4.4 协合催化材料节能减废实验结果分析
• 4.5 本章小结
• 5 协合催化材料节能减废机理
• 5.1 协合催化材料节能减废理论分析—“预处理”理论
• 5.1.1 活化空气
• 5.1.2 活化油
• 5.1.3 活化空气、活化油“预处理”理论
• 5.2 协合催化材料改善柴油品质的实验表征
• 5.2.1 协合催化材料对柴油自由基的影响
• 5.2.2 协合催化材料对柴油物性的影响
• 5.3 实验结果讨论
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集