納米添加劑對燃料催化燃燒機理的研究.pdf

1、隨著時代發(fā)展和社會進步,人們在對能源需求迅速增長的同時,對能源利用過程中的環(huán)境保護也提出了更高的要求。催化燃燒技術(catalytic combustion)是由“氣相燃燒的多相催化過程”發(fā)展而來,是對傳統(tǒng)有焰燃燒(flame combustion)方式的改進。將納米技術應用于催化燃燒這一全新的研究領域,在20世紀90年代初,一些國內外學者相繼開始了這方面的研究工作,對納米顆粒材料作為燃油添加劑所起到節(jié)能減排作用做了一些考察驗證工作,結

2、果發(fā)現(xiàn)納米顆粒的加入有助于改善發(fā)動機性能,尤其是貴金屬納米催化劑。催化劑的作用主要可歸結為三個方面:一是提高反應速度,增加反應速率；二是決定反應路徑,有優(yōu)良的選擇性；三是降低反應溫度。研究者認為納米顆粒在燃油添加劑領域中具有廣闊的應用前景。
　　 本文主要由四大部分組成,即基本理論介紹、甲烷(CH4)分子在納米鉑(Pt)表面吸附的模擬研究分析、CH4預混合催化燃燒過程化學動力學模型的建立及分析以及發(fā)動機臺架試驗。
　　

3、首先,系統(tǒng)地介紹量子化學理論和化學動力學方法的基本原理。
　　 其次,對CH4在納米金屬顆粒Pt上吸附進行分子動力學模擬分析,討論CH4的鍵長以及電子能量在納米粒子Pt上的變化,結果表明在吸附過程中短橋位置的費米能級發(fā)生了右移,CH4的分子構型發(fā)生了改變,C-H鍵長變長,鍵角變化不明顯,在吸附過程中伴有電子在CH4和Pt之間的轉移；金屬內部的成鍵作用被削弱。
　　 應用化學動力學方法,構建了預混合催化燃燒模型,對CH4分

4、子在納米粒子Pt上的催化燃燒產(chǎn)物以及催化燃燒機理進行細致分析,結果表明:催化燃燒可以降低CH4燃燒產(chǎn)物中NO和CO,同時還能夠降低系統(tǒng)的溫度。在有貴金屬納米催化劑存在的時候,CH4催化燃燒的機理可能是:CH4解離吸附為甲基或亞甲基,它們與吸附氧作用直接生成CO2和H2O,或者生成化學吸附的甲醛,甲醛再與吸附氧進一步反應生成CO2和H2O。
　　 最后,在發(fā)動機臺架上對汽油機使用含與不含添加劑的燃油時進行等工況下負荷特性油耗率對比