汽车尾气污染物时空迁移规律及其仿生净化技术研究

Environmental pollution has become a global public hazard. Tail gas is one of main reasons for heavy haze. Precious metal, metal-nonmetallic mixed material, nano rare earth and other catalyst technologies which are used at present have defects of high cost, poor adaptation, low security, etc. Therefore, it is very urgent and necessary to study and develop new principle and new technology for controlling tail gas emission and haze. The project has the following main contents: (1) X-ray software is utilized for establishing automobile tail gas time and space dynamic diffusion model, tail gas migration and haze formation regularity and characteristics are analyzed aiming at the dynamic process of generating PM2.5 by tail gas according to Boltzmann discrete method, turbulence model and Lagrangian unsteady numerical method; (2) Large fungus is selected, migration mechanism and principle with hyperaccumulation heavy metal function is studied and explored by test on the basis of former test and theoretical modeling analysis. Technology method of biomimetic preparation of heavy metals is proposed, novel tail gas control and purification system model is set up, and bionic technology method of controlling haze formation by tail gas is proposed. The project has the following innovation points: (1) research on dynamic monitoring and haze formation mechanism in the process of forming haze by tail gas pollutants has theoretical innovation for microscale, dynamic evolution, deep disclosure of formation reason and rule mastering; (2) Research and development of bionic tail gas purification technology based on biological fungus enrichment heavy metal mechanism have innovative practice performance.

环境污染已成全球公害。尾气是重度雾霾的主因之一。目前使用的贵金属、金属-非金属混合以及纳米稀土等催化剂技术具有成本高、适配差、安全性低等缺点。因此，研究开发控制尾气排放及其成霾的新原理与新技术，十分迫切与必要。本项目主要内容：（1）针对尾气生成PM2.5动态过程，根据波尔兹曼离散方法、湍流模型与拉格朗日非定场数值方法，利用X-flow软件模拟建立汽车尾气时空动态扩散模型，探析尾气迁移及成霾规律与特性；（2）在前续试验与理论建模分析基础上，选择大型真菌，试验研究探索其超富集重金属功能的迁移机制与原理，提出仿生制备富集重金属的技术方法，建立新型尾气控制与净化系统模型，进而提出控制尾气成霾的仿生技术方法。本项目的创新点：（1）尾气排放污染物成霾过程动态监测与成霾机制研究对在微观尺度、动态演变、深度揭示成因与掌握规律具有理论创新性；（2）基于生物真菌富集重金属机理研发仿生尾气净化技术具有实践创新

本项目针对汽车尾气排放污染物仿生控制技术问题，研究汽车尾气对霾形成的影响及其排放、扩散和迁移的时空动态特性，从汽车尾气排放实际道路测试入手，详细分析尾气排放与汽车运行工况的相关性。结合汽车尾气排放实时监测数据，建立并优化尾气时空动态模型，提出了一种复杂环境下多工况汽车尾气实验仿真新方法。利用大型真菌的富集机理，研究其对污染物的吸收运转机制。分析具有超富集能力的典型蕈菌的生态型差异及成因，在对比几种典型的蕈菌富集能力基础上，模拟分析典型蕈菌富集机理对重金属离子的吸附特性，研究结果对于控制汽车尾气污染物排放，缓解并治理雾霾天气，具有重要意义。. 具体研究内容包括：. （1）解析汽车尾气霾源，研究各污染物对雾霾的贡献度，以及尾气生成PM2.5的动态过程，分析汽车尾气形成PM2.5的时间、空间、体积、浓度与环境关联的边界条件，为汽车尾气排放控制与净化研究提供基础。. （2）基于车载排放实验数据分析了实际道路中各种影响排放的因素，主要包括时间、工况、速度、加速度、车辆等。结合汽车尾气排放实时监测数据，提出一种复杂环境下多工况汽车尾气测量新方法。. （3）基于粒子的格子波尔兹曼方法自适应动态细化进行离散分析方法、LES大涡模拟湍流模型与拉格朗日非定场数值方法，利用X-flow软件，建立汽车尾气排放、扩散与迁移动态模型。选取典型路段，考虑复杂车辆工况，建立汽车尾气三维时空动态模型，研究汽车尾气时空动力学特性。. （4）针对汽车尾气中的污染物，尤其是重金属，利用大型真菌（蕈菌）的富集机理，研究其对污染物的吸收运转机制。分析具有超富集能力的典型蕈菌的生态型差异及成因，在对比几种典型的蕈菌富集能力基础上，应用典型的蕈菌富集机理对尾气污染物进行仿生控制。