汽车尾气排放检测与催化转化教学实验建设

房 菲

（商丘职业技术学院，河南商丘 476000）

汽车尾气排放检测与催化转化教学实验建设

房 菲

（商丘职业技术学院，河南商丘 476000）

当前汽车尾气是造成大气污染的主要污染源之一，机动车污染在大气污染扮演的角色也尤为突出。根据国内现阶段大气污染的状况以及相关的科研成果，对大气污染的控制进行研究分析，运用当前全球先进的SCR烟气脱硝技术，创建与之相配套的尾气检测与催化剂制备、温度控制、气体配制、催化转化以及反应检测等在内的整体性的教学实验系统。利用真实机动车排放的尾气进行测验，从而让学生通过具体的实践检测能够对机动车污染排放和工况之间的联系有更加深刻的了解。根据不同类别的催化剂、操作升温的过程以及发生反应的时间等参照数据而产生出不同的催化效果进行对比，培养和激发学生对于科学研究的兴趣和热情，触发学生科学思维的扩展，从而能够有效地推动大气实验课程建设方面优秀创新型人才的培养。

汽车尾气；排放检测；催化转化；教学实验建设

汽车排放的尾气是现阶段国内产生大气污染的最主要的污染源之一。其中，大气污染成分中NOx，它是PM2.5的主要前体物之一，它会造成气候变化异常，产生酸雨和雾霾等多种污染问题。现阶段我国国内的汽车使用数量和使用概率在不断变得攀升，造成了汽车尾气排放的NOx不断的增多，致使其排放治理工作的开展也是越发的艰巨。大气污染控制工程是当前国家重点发展和支持的专业项目之一，该专业的教学目标旨在培养大气污染控制方面的优秀专业人才。鉴此。在高职高校开展实践实验教学，其中涉及到汽车尾气排放和控制方面相关的教学实验，从而促进专业人才的培养和发展。

1 实验设计与技术原理

汽车尾气排放检测与催化转化教学实验系统，该实验系统一共是有五个小系统构成的，如：尾气排放检测系统、催化剂制备系统、温度控制和反应系统、气体流量配气系统以及反应测量系统。该实验检测中有尾气排放检测环节，该环节是整个汽车排放控制过程中最为关键的一节。一般汽车在怠速的情况下，其发动机的气缸内往往会呈现不完全燃烧的现象，而这是机动车排放的尾气中CO和HC的成分含量相比较而言是偏高的，但NOx的排放量相对而言是很低的。汽车尾气排放检测与催化转化教学实验系统利用尾气五气分析仪，来对家用机动车在怠速与高怠速等各种工况情况下HC、NO、CO、CO2和O2这五种气体的成分含量进行检测，根据检测结果来比较不同工况下的尾气排放状况，然后再进行剖析，找出原因。如图1所示：

针对于机动车排放的尾气中成分的检测，最主要的成分是NO，由此可以运用选择性催化还原法进行检测。这种烟气脱硝技术主要利用氨作为其还原剂，目的是要把NO进行选择性地将其还原成N2。其中NH3是拥有相对比较高的选择性，如处在某种温度限定内，它将会和NO产生反应，其还能够不被其中烟气中的氧所氧化。与此同时，其中会有少量的NO2也会被还原成N2。由此，SCR烟气脱硝技术相比较无选择性的还原剂脱硝产生的效果要好。

图1 汽车尾气排放检测与催化转化综合教学实验系统构成示意图

NH3-SCR的实验操作原理如下：

汽车尾气排放检测与催化转化教学实验中涉及到的温控系统、配气系统和反应系统都是自主操作设计；与此同时还可以借助与之相关的企业的技术在对其做进一步的加工。参照以上的实验操作的反应原理，从实验结果中得出配气的成分有NO、O2、NH3、N2；而其中的N2被视为平衡气体。最后可以将实验气体利用反应炉进行催化，并完成还原以后，再借助先进的烟气分析仪将余下的NO做进一步的测试，可根据实验结果计算催化转化效率并探讨影响因素。

2 实验过程及结果

高职高校的学生利用汽车尾气排放检测与催化转化教学实验系统操作了汽车尾气排放检测及氮氧化物催化转化效率测验。学生在完成教学实验制定的内容后，其可以自主的进行设计实验内容并且进行实践验证。譬如，汽车尾气排放检测，这个实验是要让学生在怠速和高怠速这两种工况状态下，对汽车尾气成分的排放特点进行探究和分析。在怠速状态下的机动车排放的尾气中CO和HC的成分浓度相对而言是偏高的，但NOx的排放量相对而言是很低的；与此同时，在高怠速状态下汽车发动机的气缸燃烧温度是比较高的，同时其中尾气成分中的CO含量是相对而言是偏低的，与此同时NO成分含量相对而言是偏高的。除此之外，譬如NO催化转化进行检测模块，其中涉及到的配气量分别为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，同时还要保持总气量为500mL/min。根据实验前设计的操作流程，首先将催化剂从按照常温5℃/min的温度逐渐有层次的上升到200℃，在升至到200℃时，要将其保持稳定十分钟后；然后再把通气阀从旁通移至通向催化剂，从200℃开始对NO的浓度采取实时观测，测量要直至450℃时的NO的浓度为止；温度上升的幅度为8.3℃/min，每2min记录一次浓度分析仪上显示的数据；并要保持测量30min，并记录催化剂温度和处理后气体NO浓度。

3 结束语

这次实验基于汽车排放尾气这一典型的大气污染来源，运用全球先进的选择性催化还原烟气脱硝技术，针对国内现阶段大气污染状况以及相关的科研成果，对大气污染的控制进行研究分析，主要目的是把科研内容和理论有效地、规范地运用到实验实践教学中。

1）本次实验取得的成果是基于研究型实验为链接点，以流动源污染控制科研活动中涉及到的相关研究内容及过程为参照，在经过精密的提炼与归纳，制定出包括排放测验、催化剂制备以及大气污染物控制核心技术等方面的配置同时又能够为高职高效的学生开设实践操作的实验系统与实验活动；

2）利用真实汽车作为实验对象，同时还让学生来控制汽车的不同转速，并与尾气排放结果进行对比分析。在完成制定的实验内容后，学生还可以根据不同的工况在做新一轮的检测对比。根据实验教学证明，本次实验取得的成果能够让学生不再对实验教学内容感到乏味和枯燥，从而激发高职高校学生对实验探索与科研分析的兴趣，提高学生的科研能力。这在教学方法和教学成效方面有了新的突破。

[1] 高翔，刘坤，王海东.汽车尾气催化转化器的研究进展[J].广东化工，2014，（23）：78-79.

[2] 胡昌俊.汽车尾气催化转化器的评定研究[D].上海：上海师范大学，2014.

[3] 任盼盼.汽车尾气三效催化剂性能评定的研究[D].上海：上海师范大学，2013.

[4] 梁启发.探讨汽车尾气排放检测[J].中国新技术新产品，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，实验师，主要研究方向为分析检测。