TDLAS测量CO2的温度影响修正方法研究

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术测量CO₂浓度时,由于测量氛围温度变化的影响引起气体吸收谱线的线强和线型发生变化,最终导致浓度测量存在较大误差。为了克服温度变化对浓度测量的影响,选用中心波长在1 580 nm的DFB激光器,基于直接吸收法,模拟电厂尾部烟道内的高浓度二氧化碳气体环境,研究了在常温(298 K)和变温(298~338 K、间隔10 K)不同温度工况下CO₂浓度的测量。结果显示,常温浓度测量的最大相对误差为-5.26%,最小相对误差为1.25%,相对误差均方值为3.39%,验证了TDLAS测量系统在常温下有着良好的测量精度和稳定性,但其在变温测量时浓度测量结果误差较大,其最大相对误差已经超过25%。为了修正温度变化对浓度测量结果的影响,适应工业测量的需要,在变温测量基础上利用最小二乘法拟合出测量系统在不同温度下的浓度与气体吸收的修正关系式。经过修正后,CO₂浓度测量的相对误差降到5%以下,相对误差均方值降到3.5%以下。修正结果表明,所提出的修正方法可以有效抑制温度变化对浓度测量结果的影响,显著提高了测量系统在变温环境下的测量精度和稳定性,为TDLAS系统测量CO₂浓度的现场应用提供了理论支持和技术保障。     

TDLAS直接吸收法测量CO_2的基线选择方法

本文基于可调谐半导体激光吸收谱线(TDLAS)技术的直接吸收测量,选用中心工作波长为1 580 nm的DFB激光器,在室温及大气常压条件下检测了模拟烟气中的CO_2浓度;采用去峰拟合法和纯N2线拟合法获得基线后反算出了CO_2的浓度,并将反算结果进行了对比。结果表明:采用纯N2线拟合法反算出的浓度的最大相对误差为2.64%,均方值为1.69%;采用去拟合法反算出的浓度的最大相对误差为9.81%,均方值为7.81%。以纯N2吸收谱线作基线的纯N2线拟合方法反算出的浓度的准确度较高,可以为CO_2浓度测量的基线选择提供参考。     

基于BP神经网络和激光诱导击穿光谱的燃煤热值快速测量方法研究

作为煤质评价的重要指标之一,热值的快速、准确测量对电厂燃煤锅炉的优化燃烧和经济运行至关重要。采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术结合BP神经网络定量分析模型和聚类分析,以35个煤粉样品作为研究对象进行热值的定量分析。基体效应对LIBS光谱数据的显著影响,针对基于某类煤粉样品所建立的定标曲线不能直接用于不同煤种的定量分析,采用K-means聚类方法根据热值、灰分、挥发分把样品分为三类对训练集和预测集样品进行优化选择。通过谱线强度和热值变量相关性分析,同时考虑特征谱线的物理意义,最终提取12条元素谱线的峰值强度作为输入参数,建立BP神经网络模型对燃煤热值进行预测。定标结果表明,建立的神经网络模型具有良好的定量分析能力,定标曲线拟合度R2为0.996,热值预测值的相对误差低于3.42%,多次重复测量的相对标准偏差在4.23%以内。对聚类分析中3类样品具有不同的预测能力,采用峰值强度作为输入参数时,能够在一定程度上减弱试验参数波动和基体效应造成的影响。定量分析结果的重复性和准确性可以通过对不同类别的煤种分别建立BP神经网络模型来进一步改善。LIBS技术结合BP神经网络可以对煤粉热值进行定量分析,在现场在线/快速检测领域具有很好的应用价值和潜力。     

毛细管柱气相色谱法测定液化石油气中二甲醚含量

建立毛细管柱气相色谱法测定液化石油气中二甲醚含量的分析方法。采用静止进样法直接进样,用PLOT–Q毛细管色谱柱进行分离,以FID检测器进行检测,外标法进行定量分析。液化石油气中二甲醚的含量(体积分数)在0%~20.0%范围内与其色谱峰面积呈良好线性关系,线性相关系数r=0.999 9,方法检出限为0.05%(体积分数),测定结果的相对标准偏差小于5%(n=6),回收率在98.2%~102.9%之间。该方法与校正面积归一法测定结果相一致。该方法准确、快速、简便,适用于液化石油气中二甲醚含量的检测。     

基于纳米铜/石墨烯包覆光子晶体光纤的 硫化氢气体传感性能研究

提出一种基于纳米铜/石墨烯包覆光子晶体光纤的硫化氢传感方法.将两根单模光纤分别与实心光子晶体光纤进行粗锥熔接,形成马赫-曾德干涉结构.先在光子晶体光纤表面包覆石墨烯薄膜,再在石墨烯薄膜的表面沉积纳米铜形成复合敏感薄.当复合敏感薄膜吸附硫化氢气体时,其自身折射率发生改变,导致光子晶体光纤中纤芯与包层的光程差发生变化,干涉波谷发生偏移.建立气体浓度与波长偏移关系,实现硫化氢的低浓度检测.研究表明:该传感器的灵敏度为8.5pm/ppm,检测限为3.85ppm,在硫化氢浓度为0～80ppm范围内呈现良好的线性和选择性,其输出光谱呈现蓝移,响应时间和恢复时间分别约为92s和119s.该传感器成本低、结构简单、制作容易,有望应用于硫化氢气体的探测.     

基于原子和分子谱线分析的LIBS快速测量CO_2

作为温室气体的主要成分,CO_2的排放控制有利于应对全球气候变暖以及生态环境变化,对CO_2的快速检测具有重要意义。目前检测CO_2的方法有滴定法,电化学法,气相色谱法,红外吸收光谱法等,但对应用于工业现场的在线监测还存在着不足。激光诱导击穿光谱(LIBS)具有远程测量,无需或仅需简单预处理,多组分同步测量等优点,本文提出将其应用于CO_2在线监测,期望发展适用于工业过程碳排放的在线监测技术。利用质量流量控制器控制纯度为99.99%的CO_2和N2配比形成不同CO_2浓度的混合气体模拟烟气环境,经过混气瓶充分混合后送入密封样品池进行LIBS测量实验。研究不同延迟时间下C247.86nm和CN38.34nm谱线的演化规律,验证了等离子体形成过程中存在部分CO_2分子解离反应生成CN分子,在CO_2定量分析时应考虑CN分子谱线的影响,并获得同步测量C原子和分子谱线的最佳延迟时间为800ns。在此基础上,由于等离子体演化过程中,各种信息相互影响,分析指标与多个测量参数存在关系,综合考虑C原子、CN碎片及修正高浓度影响下的自吸收效应,采用多元回归分析方法建立了CO_2定量分析曲线,其拟合度R~2和斜率分别达到了0.978和0.981,结果表明相比单个指标直接定标,该方法提高了定量分析模型的可靠性,验证了LIBS技术快速测量CO_2的可行性。     

生物质固体成型燃料热值和碳元素预测模型的建立

建立生物质固体成型燃料热值和碳元素预测模型。利用秸秆类生物质固体成型燃料的测试数据,以工业分析中的水分、灰分、挥发分和固定碳含量指标为4个自变量,分别以低位热值、高位热值和碳元素分析为因变量,通过多元线性回归模型(MLR)方法建立多元线性回归预测模型。内部检验和外部检验说明3组模型在应用域范围内均具有理想的预测能力,拟合效果良好,其中高位热值预测模型的R^2和R^2_(prep)分别为0.900和0.730,与已有研究相比,相对残差范围减小为–2.59%~2.26%,可为工业用途的生物质固体成型燃料的热值和碳元素分析快速做出反映。     

电感耦合等离子体质谱法测定固体生物质燃料中重金属

为开展重金属监测及环境保护,本文建立了电感耦合等离子体质谱法测定固体生物质燃料中重金属方法。对样品全消解酸溶法进行了实验研究,确定了微波消解酸体系和微波消解程序。采用Ge和In作为内标元素消除仪器干扰,方法线性关系良好,线性系数>0.999,检出限为0.001～0.089mg/kg。采用标准物质对方法准确性和稳定性进行验证,各元素测定值均在标准证书值范围内,相对标准偏差在0.36%～3.96%,Hg的加标平均回收率为104.7%。通过3家实验室协同实验验证了方法准确性,并给出了方法精密度。     

基于Ni-MOF-74衍生物Co/NiO的高灵敏光纤CO传感器

提出了一种基于Ni-MOF-74的CO光纤气体传感器.通过离子置换的掺杂方式,将Ni-MOF-74中部分Ni离子置换为Co离子,生成Co/Ni-MOF-74,再通过煅烧生成Co/NiO.Co/NiO具有多个活性位点,且对CO分子具有特异性吸附能力,集成Co/NiO的光纤传感系统在CO体积分数为0～60×10-6时,灵敏度可达到60.58 pm/10-6,检测限为179.76×10-9.此外,该传感器还具有较高的浓度-波长线性拟合度(拟合系数R2=0.97176)及较好的选择性和时间稳定性,在低体积分数CO检测中有巨大的应用潜力.     

密度泛函理论方法研究锂离子电池电解液体系分子-离子结构

采用密度泛函理论方法,研究锂离子电池碳酸丙烯酯（PC）基电解液体系中锂盐离子与溶剂分子静电相互作用形成的可能结构. 计算结果表明,电解液中溶剂分子-离子的结构取决于体系的溶剂分子数. 在PC基电解液,Li⁺最多只能与4个PC溶剂分子相结合,锂盐阴离子与带正电的PC分子烷基基团相结合,而不以自由离子形式存在. 本文的计算结果能很好地解释文献报道的实验结果.