NTP低温再生DPF过程中颗粒物演化规律及温度自洽机制研究

The research of this project is focused on the key scientific problem of PM evolution and temperature self-consistent in the process of DPF (Diesel Particulate Filter) low temperature regeneration based on NTP (Non-thermal Plasma). The bench test system is constructed to study the collection characteristics of particulate matter (PM) with different particle sizes and components for DPF and explore the influence of PM deposition characteristics on DPF filtration mechanism. The DPF regeneration experiments at different stages are carried out utilizing NTP injection system. The macro morphology, microstructure and oxidative activity of PM deposited in DPF are investigated by modern analysis determination techniques to explore the stripping mechanism of NTP on PM and the PM evolution of oxidation decomposition. The DPF complete regeneration tests under stable and dynamic temperature control are conducted respectively. The response characteristic of PM reaction temperature with the source temperature is studied and the dynamic association mechanism among the reaction path of NTP active substance, PM decomposition and the reaction temperature are analyzed. The dual influence mechanism of the reaction temperature self-consistent on the pyrolysis of NTP active material and the decomposition of PM is to be revealed. The expected research achievement of the project is promising to provide theoretical and experimental basis for the low temperature and high efficiency of DPF regeneration.

项目拟围绕NTP低温再生DPF过程中颗粒物的演化规律及反应温度自洽等科学问题开展研究工作。构建DPF捕集颗粒物的台架试验系统，研究DPF对不同粒径、组分颗粒物的捕集特性，探寻颗粒物沉积特性对DPF过滤机制的影响规律；利用NTP喷射系统对DPF进行不同阶段的再生试验，通过现代测试分析技术研究DPF孔道内颗粒沉积物的宏观形貌、微观结构及氧化活性的变化规律，探究NTP对颗粒物剥离的作用机理及颗粒物氧化分解的演变规律；结合稳态温度和动态温度控制下的DPF完全再生试验，研究DPF孔道内颗粒沉积物的反应温度随控源温度的响应特性，剖析NTP活性物质O3和NO2的反应路径、颗粒物分解规律与反应温度的动态关联机制，揭示反应温度自洽对NTP活性物质热解与颗粒物分解的双重影响机制。项目预期研究成果可为NTP低温、高效再生DPF奠定理论和试验基础。

DPF作为国Ⅵ阶段后处理集成系统中的标配，是目前降低PM排放最为有效的技术手段，其再生是该技术的关键。传统的再生方法由于自身存在的缺点，使用均受到限制。研发适合国情的高效DPF再生技术是我国未来柴油机排放控制领域面临的一个重要机遇和挑战。NTP技术可有效分解柴油机排气中的PM，显著降低DPF的再生温度，且无需催化剂，为DPF再生提供了新的研究途径。.项目通过构建DPF捕集PM的台架试验系统，研究了DPF工作-再生循环过程中对PM质量和数量的捕集特性，结合DPF前后端PM的粒径分布及不同模态PM的数浓度变化规律，揭示颗粒物沉积特性对DPF过滤机制的影响规律；开展NTP喷射系统对DPF的分阶段低温再生试验，通过分析测试技术研究了NTP再生DPF进程中沉积颗粒物的演化规律，从时间和空间的角度对NTP作用前后PM的宏观形貌、微观结构、氧化特性、表面官能团、SOF组分等变化进行分析，探明NTP对DPF孔道内颗粒沉积物的剥离机理；通过NTP活性物质在线测试系统，分析等离子态臭氧的热分解规律，解析等离子态臭氧热分解反应动力学特性；并以此为基础，进行稳态和非稳态再生温度下的DPF再生试验。通过分析颗粒物分解速率、分解产物与反应温度的动态响应规律，探明NTP活性物质与颗粒物的反应温度自洽机制，优化NTP再生DPF的温度控制策略。.研究结果表明，DPF孔道过滤壁面的深层碳烟减小了微孔孔径，残留灰分显著提高了DPF的捕集效率。将滤饼层和深层碳烟层作为整体进行取样，有利于更为准确的探究DPF孔道内颗粒沉积物的演变过程。随着DPF再生进程的推进，NTP活性物质中O原子键入，生成氧化中间产物C-O、C=O等官能团，PM的氧化活性持续提高；PM团絮结构中较为薄弱的部分率先断裂，形成链状结构，NTP氧化分解PM是不断脱除碳原子的过程。动态温度（初期恒温，后期降温）控制可以有效提高NTP活性物质利用率及PM分解率，实现DPF的低温（≤200℃）、高效再生。.依托项目资助，发表学术论文25篇（其中，Nature Index收录期刊论文1篇，SCI收录13篇，EI收录1篇），参加各类重要学术会议10次，授权或公开发明专利8件，软件著作权3项。