尾气净化催化剂中实时监测SCR系统反 应后的氮氧化合物气体浓度，评价催化剂对NOX的转 化率检测方案(近红外光谱仪)

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动态反应趋势线： 关键词 摘要 根据权威部门研究报告， NO、NO，是发动机排放出对城市大气污染的主要气态来源，在目前环境空气日益恶化的情况下，汽车尾气的排放显得空前重要。本文讲述了使用AntarisIGS专业气体分析仪在发动机尾气净化催化剂评价中的应用。通过实时监测SCR系统反应后的氮氧化合物气体浓度，评价催化剂对NOX的转化率，以此进行催化剂的研究提供技术数据居撑。 引言 随着我国经济的快速发展，机动车的保有量越来越大，同时环境的污染也日益严重。根据2015年国家环保部对我国大气污染防治9个重点城市的源解析。研究结果表明，机动车、工业生产、燃煤、扬尘等是当前我国大部分城市环境空气中颗粒物的主要污染来源，约占85%一90%。其中，北京、杭州、广州、深圳的首要污染来源是机动车，机动车排放占城市大气污染物排放量30%以上，北京等大城市则已经超过50%。机动车排放污染物主要有两类，一类是颗粒物排放；一类是气态物质排放，二者排放的氮氧化物和颗粒物超过90%。颗粒物会对人体肺部功能造成影响，是PM2.5的主要来源之一。NOx主要导致酸雨和光化学烟雾，在水系中的沉降会造成富营养化；其中二氧化氮(NO2)可以引起胸部绷紧，降低肺功能，使呼吸道对室内尘埃过敏，通过破坏其自然净化功能，可能增加滤过性毒菌的易感性，降低人体对感染的抵抗力。因此，汽车尾气净化催化剂的研究与发展变的空前重要，目前国内外广泛开发应用的催化剂由铂(Pt)、铑(Rh)、钯(Pd)等贵金属组成，对于NOX的直接消除途径是选择性催化还原反应(Selective Catalytic Reduction)，整个系统工作原理：尾气从涡轮出来后进入排气混和管，在混和管上安装有尿素计量喷射装置，喷入尿素水溶液，尿素在高温下发生水解和热解反应后生成NH， 在SCR系统催化剂表面利用NH，还原NOX，排出N，多余的NH3也被还原为N，，防止泄漏。化学反应如下： 尿素水解： (NH，)，CO+H，O→，NH+CO， NH3氧化： 4NH+30，→2N，+6H，O 本文简述了Antaris IGS在汽车尾气净化催化剂中NO、NO，的应用研究中的作用，定量检测NO、NO，和NH3反应后各气体组分的含量，以此来评价尾气净化催化剂。 仪器配备： AntarisIGS专业气体分析仪，该设备是全新的采用傅里叶变换(FT-IR)的多组分专业气体分析仪，可同时分析超过100多种的气体成分，采用的是赛默飞世尔科技分子光谱部 (Nicolet)极其卓越的FT-1R技术，该设备具有高灵敏度，高稳定性，适合于在各种现场环境，如工地、车间和气体泄漏现场，同时也适合于实验室，或中间过程控制的现场。同时由于其硬件的高精度重复性，使仪器能方便地进行校准，以及方法模型转移，数据高速传输和过程控制。同时专门配备了双光路光学系统，在分析连续流动气体的过程中应可以使用仪器内部光路自动采集背景信号，采集背景时无需将气体池中样品气体排出，从而不影响气体池中气体的分析，最终得到实时、准确的连续流动气体 含量。光学台双光路设计还使光谱仪可进行无差错认证，同时进行气体校准时无需移开气体池，该设计尤其适合动态连续采集。除此以外， Antaris IGS还可根据气体实时的温度和压力修正检测结果。 分析流程： 催化剂研究工作过程：调制气体-――进入净化反应器——Antaris IGS气体分析-――分析数据传输到气体分析系统――计算出转化率 该检测系统如图一所示： 图一 Antaris IGS发动机尾气净化催化剂检测过程示意图 实际采集发动机尾气或模拟汽车发动机尾气成分以及环境，通过选择性催化还原反应技术术在统(SCR)，将有害气体处理如NO， NO.等，反应后看氮氧化合物的含量即可计算出其转化率。 结果与讨论： Antaris IGS检测到的气体光谱图如图二： 图二尾气红外光谱图 随着反应器升温的过程，以及随反应时间的延续，实时监测NO、NO，、N，O以及NH，的浓度如下表。当检测到氮氧化合物浓度达到稳定后，则反应完成，此时计算出氮氧化合物的转化率。实时气体检测结果数据如表一。 表一 Antaris IGS检测结果报告 Data collection date & time H，0% NO ppm NO， ppm N，Oppm NH， ppm NOX ppm 2012-12-04135444 GMT+0800 0.33 423.75 68.70 1.86 14.59 492.45 2012-12-04135505 GMT+0800 0.29 184.81 43.25 4.83 13.73 228.06 2012-12-04135526 GMT+0800 0.29 117.81 30.28 5.02 15.00 148.09 2012-12-04135547 GMT+0800 0.26 85.92 21.34 5.72 15.06 107.26 2012-12-04135608 GMT+0800 0.28 68.17 15.52 5.71 14.88 83.69 2012-12-04135629 GMT+0800 0.28 54.04 12.13 5.79 15.32 66.17 2012-12-04135650GMT+0800 0.28 46.75 9.51 5.98 14.89 56.26 2012-12-04135711 GMT+0800 0.28 39.23 7.53 6.06 15.15 46.76 2012-12-04 135733 GMT+0800 0.30 34.42 6.53 6.39 14.15 40.94 2012-12-04135754 GMT+0800 0.27 30.87 5.50 6.20 14.69 36.36 2012-12-04135815GMT+0800 0.26 29.66 5.01 6.27 14.24 34.68 2012-12-04135836 GMT+0800 0.28 26.05 4.46 6.17 14.06 30.50 2012-12-04135857 GMT+0800 0.27 24.29 4.14 6.31 14.70 28.44 2012-12-04135919 GMT+0800 0.29 22.63 3.38 6.44 13.87 26.01 2012-12-04135940 GMT+0800 0.28 21.45 3.11 6.58 13.54 24.57 2012-12-04140002 GMT+0800 0.28 20.13 2.66 6.46 13.54 22.78 实验次数 Antaris lIGS专业气体分析仪除了可以实时监测NO、NO，、N，O、NH，外，还可以同时分析H，O、CO、CO，、SO，、CH、CH2、CH4、C，H等具有红外活性的气体。 AntarisIGS专业气体分析仪具有高稳定性、高精度以及快速扫描等特点，可以及时分析出混合气体中各成分含量。最高采样频率可达5张/秒，非常适合快速动态分析。操作简单，无消耗品，最大程度降低了检测成本。AntarisSIGS是尾气净化催化剂研究与汽车尾气检测的良好工具! ( Antaris IGS提供RESULT-工业标准的软件平台，是一款基于Workflow(工作流程)理念而设计的新型分析操作软件。非常简单、直观的操作界面，尤其适合工业使用。该软件可使样品采集、数据分析、生成报告、存档、数据传输等所有步骤在严格控制的SOP规程下““0”误差的自动运行。 ) 软件可为不同级别的人员设置不同权限。终端操作无需培训，只需一键即可完成，在运行过程会自动提示操作人员，然后按确认按钮即可开始下一步操作，对日常操作人员要求不高。 a) 光谱软件在设计中已考虑尽量避免操作错误，如不同操作层次的工作人员可看到四种层次的软件模式，以避免随意更改截止函数，相位校准和分辨率 ( b)四种操作层面：操作员、管理者、模型开发者、系统管理者 ) ( c)提供全套TQ量量软件：包括各种测量技术，如峰高、峰面积、峰比率，传统的匹配技术，如：相似度匹配，差别分析等 ) ( d) 各种定量功能： B - L， CLS， SMLR， PLC， PCR e)提供快速操作模式 ) f) 多颜色状态指示标记 ( 1.苗娟，魏学锋等， 《城市道路交通机动车尾气污染研究进展》， ： 环境科学导刊，2009，28(3)：76- 78 ) ( 2.赵秋伶，徐小健，蔡秀琴， 《汽车尾气净化催化剂及载体的研究进展》，广州化工，2009年37卷第8期 ) @2016赛默飞世尔科技。版权所有。所有商标属于赛默飞世尔科技及其子公司。规格、条款和定价或按情况改变。不是所有的国家都能购买到所有的产品。欲知详情，请咨询您当地的销售代表。 赛默飞世尔科技 热线电话：80081051184006505118sales.cad@thermofisher.com S CIENTIFIC SCIENTIFICwww.thermofisher.comPart of Thermo Fisher Scientific Antaris IGS专业气体分析仪，该设备是全新的采用傅里叶变换（FT-IR）的多组分专业气体分析仪，可同时分析超过100多种的气体成分，采用的是赛默飞世尔科技分子光谱部（Nicolet）极其卓越的FT-1R技术，该设备具有高灵敏度，高稳定性，适合于在各种现场环境，如工地、车间和气体泄漏现场，同时也适合于实验室，或中间过程控制的现场。同时由于其硬件的高精度重复性，使仪器能方便地进行校准，以及方法模型转移，数据高速传输和过程控制。同时专门配备了双光路光学系统，在分析连续流动气体的过程中应可以使用仪器内部光路自动采集背景信号，采集背景时无需将气体池中样品气体排出，从而不影响气体池中气体的分析，最终得到实时、准确的连续流动气体含量。光学台双光路设计还使光谱仪可进行无差错认证，同时进行气体校准时无需移开气体池，该设计尤其适合动态连续采集。除此以外，Antaris IGS还可根据气体实时的温度和压力修正检测结果。