第32卷，第8期 2012年8月
光谱学与光谱分
析
Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.32,No.8,pp2152-2156
August，2012
柴油机PM在NTP作用下碳结构演变的拉曼光谱分析
韩文赫，蔡忆昔，李小华，王
军，王静，李康华，韦星
江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江212013
摘要利用激光控曼光谱对采集的柴油机四种工况下原机与低温等离子体(NTP)处理后的微粒(PM)样品进行定性。依据五带模型对PM样品的拉曼光谱进行分峰拟合，考察了D1FWHM和D3相对强度R3的变化规律。研究发现，原机PM石墨结构有序性随柴油机负荷的增加而增强，化学异相性减弱；NTP作用后，PM中石墨结构有序性及化学异相性较为稳定，受发动机工况影响较弱，同时样品中碳团族含量增加。利用化学动力学实验进一步研究PM碳结构演变和化学活性变化之间的关系，有望使拉曼光谱技术成为柴
油机PM快速定性的重要手段，为PM的高效脱除提供依据。关键调柴油机；微粒；排放；低温等离子体；拉曼光谱
中图分类号：TK421+.5
引言
文献标识码：A
DOl; 10. 3964/j. issn. 10000593(2012)08-2152-05
集中在NTP对柴油机PM的宏观处理效果，对NTP处理 PM的微观过程的研究较少。
拉曼光谱是研究高度无序物质结构的一种有效手段，石
与汽油机相比，柴油机具有更高的压缩比和热效率。因此在当今世界能源日益紧张的背景下，柴油机在动力输出领域的应用范围不断扩大。与此同时，柴油机有害排放引起的环境污染问题引起了世界各国的广泛关注。微粒（particulate matter，PM)是柴油机的主要有害排放物之一，主要由初级颗粒聚积体和无定型域组成；初级颗粒由纳米晶体构成，粒径在10~30nm之间；无定形域则由多环芳烃和其他有机、无机成分混合面成.2]。初级颗粒和聚积体的结构和化学成份主要取决于颗粒生成和排放通道中的演变过程。PM被人体吸人后可诱发呼吸系统疾病，其中所含的多环芳烃已被证实具有致癌作用")，此外，PM对大气环境，气候和生态系统也有诸多消极影响。为此，很多国家限制柴油机PM排放的法规日益严格，多种针对柴油机PM的后处理技术也应运而生。
目前连续再生捕集(CRT)和柴油机颗粒捕集器(DPF)是控制柴油机PM的主流技术]，能够满足当前排放法规对 PM的质量控制目标，但对潜在危害更大的超精细颗粒（粒径小于100nm)的浓度控制效果较差。因此为了满足未来更为严格的排放法规，有必要研究开发新型的后处理技术。近年来，国内外学者对利用低温等离子体(nonr-thermalplasma， NTP)技术降低柴油机PM开展了大量研究工作(-7)，但主要
收搞日期：2012-03-09，修订日期：2012-06-16
墨晶体晶格振动产生的拉受信号对结构的无序度非常敏感。 Rosen和Novakov首先应用拉曼光谱研究证实了柴油机PM 中类石墨结构的存在?)，随后国外相关学者对PM拉曼光谱信号相关参数与PM碳结构的关系进行了进一步的研究9.明。对比柴油机不同工况下产生的PM在NTP作用前后拉曼光谱的变化，并据此分析了PM中碳结构的演变规律，这将有助于揭示PM在NTP中的氧化过程，进面为 NTP及其他PM后处理技术的优化、创新提供依据，以满足未来更为严格的排放法规。
实验部分 1.1PM采样
采用分流直接采样获取PM样品，采样系统如图1所示。实验使用一台风冷单缸直喷式柴油机，缸径86mm，活塞行程70mm，压缩比20，标定功率6.5kW，标定转速 3600r·min-，支路排气稳压后进人NTP反应器，在反应器前后端各设一个采样点，分别获取原机样品和NTP处理后样品。
NTP反应器为介质阻挡放电型（dielectricbarrierdis charge，DBD)，内电极采用外径为32mm的无缝不锈钢管；
基金项目：国家自然科学基金项目(51176067)，教育部博土点基金项目(20103227110014)，江苏省自然科学基金项目（BK2010330)和江苏省
高校优劳学科建设工程项目资助
作者介：韩文韩，1986年生，江苏大学汽车与交通工程学院博士研究生万方数据
e-mail; myujs@yahoo, cn; winnerhan666@163. com