基于光谱诊断的烃类火焰碳烟形成机理研究综述

碳烟主要是烃类燃料不完全燃烧生成的产物,其对人类健康、空气质量以及燃烧装置的使用寿命都会产生有害影响。碳烟生成是一个复杂的物理化学过程,控制碳烟排放,需要克服碳烟生成和燃烧过程中物理和化学演化的巨大差异,这些差异表现为对碳烟纳观结构和表面官能团随碳烟氧化活性反应变化的深入探索研究。近些年,研究人员对碳烟的生成机理开展了系列研究,对碳烟生成各个物理化学反应阶段有了一定认识。结合光谱诊断技术可深入了解燃烧系统碳烟形成过程,确定碳烟颗粒分子组成、精细结构、浓度分布等特征,也可从碳烟结构变化、黑体辐射强度等方面详细了解碳烟形成过程。该文旨在阐述光谱诊断技术对烃类火焰碳烟表征的研究进展和发展趋势,探讨LIBS, LII和LIF等作为诊断工具在包含背景辐射的火焰中检测碳烟生成过程产生辐射强度准确性等问题。主要介绍了烃类火焰碳烟的形成机理(从前驱体产生、生长到颗粒生成、凝聚,最后进行颗粒氧化)。总结了探测碳烟性质光谱诊断方法的应用以及光谱诊断技术对燃烧过程中碳烟表征的研究现状,包括对碳烟体积分数、温度和基于图像处理的碳烟结构表征,反应碳烟前驱体(多环芳烃)、反应气氛、温度等对碳烟颗粒物生成的影响。最...     

枪口焰烟光学特性测试研究

针对狙击作战中对狙击手的探测、定位及告警的需求,开展了枪口焰烟光学特性测试研究。根据枪口焰烟文献资料与光学测量设备的性能参数,设计了枪口焰烟光学特性外场测试详细方案。对某5.8 mm与7.62 mm口径弹道步枪的枪口焰烟光学特性进行了外场测试。测试结果表明,枪口焰烟辐射主要集中在2μm～5μm,持续时间约为6 ms,辐射能量最大值出现在2 ms附近,5.8 mm弹道步枪枪口焰烟在中波和长波的辐射强度均高于7.62 mm。枪口焰烟光学特性的测试结果为枪口焰烟的探测及武器发射药的改进提供了重要依据。     

基于烟酰腙Schiff碱的Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)配合物的合成、晶体结构和性质

采用缓慢挥发法合成了2个烟酰腙类Schiff碱配合物[Cu(Py)(HL¹)]₂ (1)和[Ni(L²)₂] (2), 其中, H₃L¹=2, 4-二羟基苯甲醛缩烟酰腙, HL₂=2-乙酰基吡啶缩烟酰腙。采用元素分析、红外光谱、紫外光谱、荧光光谱和热重分析以及X-射线单晶衍射分析进行了表征。结果表明, 1和2的晶体均属单斜晶系, P2₁/c空间群;1的晶胞参数a=0.739 86(12) nm, b=1.903 7(3) nm, c=1.154 86(19) nm, β=105.090(3)°, V=1.570 5(4) nm³;该化合物是中心对称的双核配合物, 每个Cu(Ⅱ)离子都处于畸变四方锥配位环境;结构基 元通过π-π相互作用和O-H…N氢键形成三维超分子。2的晶胞参数a=2.034 0(5) nm, b=1.183 2(3) nm, c=1.020 7(3) nm, V=2.456 1(11) nm³;中心离子Ni(Ⅱ)的配位数为6, 它处于畸变八面体配位环境。配合物有很高的热稳定性, 分解温度分别为315 ℃ (1)和358 ℃ (2)。     

不同微波膨胀烟梗的化学感官特性研究

研究不同来源包括产地、部位、年份、品种的烟梗原料经相同的微波膨胀工艺处理后的常规化学成分、致香成分、主流烟气(主要包括抽吸口数、焦油、烟碱及一氧化碳释放量)及感官特性差异,指导微波膨胀梗丝在产品中的配伍应用,为建立不同来源微波膨胀梗原料的品质特征评价体系及微波膨胀梗丝的工业应用提供依据。结果表明:不同产地来源的微波膨胀梗丝常规化学成分、致香成分、主流烟气存在差异。不同年份的微波膨胀梗丝间感官质量无明显差异,不同产地、品种、部位来源的微波膨胀梗丝总体感官质量存在差异。     

苯酰亚胺结构对PET阻燃抗熔滴及抑烟的贡献

通过本体聚合方法合成了一系列侧链含苯酰亚胺结构的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)共聚酯.研究发现,苯酰亚胺单元的引入不仅提高了共聚酯的玻璃化转变温度(T_g)和高温成炭性,并且大大降低了共聚酯高温下的热分解速率.随着苯酰亚胺含量的增加,共聚酯表现出更高的氧指数(LOI)值和更好的阻燃抗熔滴效果.锥形量热测试结果表明,苯酰亚胺结构的引入可以有效地降低共聚酯的峰值热释放速率(p-HRR)、峰值烟释放速率(p-RSR)和总烟释放量(TSR).通过对纯PET和共聚酯燃烧测试后残炭的结构和形貌分析,发现苯酰亚胺结构有助于共聚酯形成石墨化程度更高的致密炭层,这些炭层起到隔热隔氧和抑制有机可燃烟气挥发的作用,在不引入传统阻燃剂的情况下,赋予共聚酯很好的本征阻燃性及抑烟性.     

密闭微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定烟用香精中多种微量元素

烟用香精对卷烟的香、吃味和质量稳定有重要影响,为了有效控制香精质量,降低卷烟主流烟气中有害元素的含量,采用密闭微波消解-电感耦合等离子体质谱法同时测定了烟用香精中铍、钒、铬、锰、镍、铜、锌、砷、硒、锶、钼、镉、铊和铅14种元素,方法的线性相关系数0.999 5~1.000 0,相对标准偏差1.3%~9.5%(n=5),检出限0.003~0.13μg.L-1,加标回收率88.1%~109.3%。结果表明方法能够满足微量元素的分析要求。用实验方法测定了38个牌号烟用香精中铍、钒等14种元素的含量。结果发现:(1)香精中锰、锌、锶的含量较高,硒、镍、铬、铜次之,铍、铊、钼、镉、钒、铅和砷的含量最低,其平均值均小于0.1μg.g-1。(2)锰、镉、锶的含量在不同香精之间差别较大,其变异系数分别为276.4%,238.7%,243.8%。     

煤粉燃烧过程碳烟生成的激光测量研究

燃煤锅炉生成的碳烟不仅会增强火焰辐射、影响燃烧外,还排放到大气环境中带来严重危害。为了进一步了解其生成机理从而更好地对其生成量及特性进行控制,对煤粉燃烧过程中颗粒周围碳烟的分布规律进行定量的研究十分必要。本文自行设计了注射式微量给粉装置,成功实现了0.1 g/h量级给粉率下的连续给粉,并通过改进多元扩散燃烧器和以及结合激光诱导白炽光(Laser Induced Incandescence)技术,首次实现了对单颗粒煤粉燃烧过程中碳烟分布的定量测量,发现对于70μm左右的煤粉颗粒,碳烟分布直径约为1 mm。此外还通过控制气氛,研究了含氧量对碳烟生成的影响,发现随着氧含量的上升,碳烟总浓度下降并且峰值出现更早的规律。     

K促进的纳米片状水滑石衍生CoAlO金属氧化物催化碳烟燃烧

采用水热法合成了负载K的纳米片状水滑石衍生CoAlO金属氧化物,其表现出优异的催化碳烟燃烧活性.氢气-程序升温还原（H₂-TPR）实验结果表明,K与Co之间的相互作用提高了催化剂的氧化还原性能.X射线光电子能谱（XPS）分析结果表明,K的负载增大了表面Co²⁺/Co³⁺的比例,促进了氧空位的产生,提高了催化剂对气相氧的吸附能力.碳烟-程序升温还原（Soot-TPR）实验结果表明,K的负载增加了表面吸附氧数量.动力学实验结果表明,K的负载增加了单位质量催化剂上的活性氧数量、反应速率和转化频率（TOF）,从而提高了催化剂的本征活性.另外,碳烟颗粒可以分散在纳米片的层间,与活性位点的接触效率得到提高,也有利于提高催化碳烟燃烧活性.     

基质固相分散-全二维气相色谱-质谱法分析电子烟烟液中的化学成分EI北大核心CSCD

建立了基质固相分散-全二维气相色谱-飞行时间质谱(MSPD-GC×GC-TOFMS)检测电子烟烟液中化学成分的分析方法。采用硅藻土为分散剂处理电子烟烟液,以二氯甲烷为提取溶剂震荡提取其中的化学成分,提取溶液用GC×GC-TOFMS分析。结果表明:基质固相分散方法可有效降低样品基质中丙二醇和丙三醇对目标成分的干扰;全二维气相色谱具有更高的分辨率和灵敏度,分析结果更可靠;方法重复性好,各成分测定的相对标准偏差小于9.9%;方法准确度高,考察了6种化合物的加标回收率在90.8%~114.8%之间。     

三维有序大孔二氧化钛表面超细钯纳米颗粒的构筑及其增强柴油炭烟催化燃烧性能（英文）

柴油机排放颗粒物(主要成分是炭烟)是城市大气PM2.5中一次颗粒物的主要来源和二次颗粒物形成的重要组分,严重危害大气环境和人类健康.利用颗粒物捕集器与催化剂相结合的连续过滤再生技术是满足柴油车国VI炭烟颗粒物排放标准的最有效技术,目前该技术所面临的挑战是研发在排气温度的柴油炭烟颗粒物催化氧化催化剂.柴油炭烟催化燃烧反应的本质是典型的气(氧气)-固(炭烟颗粒)-固(催化剂)三相深度氧化反应,因此我们研究组提出了高活性柴油炭烟燃烧催化剂设计应该遵循优化固-固接触与强化活化分子氧能力二者相结合的研究思路.为满足此设计思路的要求,本课题组前期采用孔径大于200 nm的三维有序大孔(3DOM)结构氧化物作为载体,利用大孔效应来实现PM在催化剂内部的有效扩散,从而提高催化剂与PM的接触效率.采用具有强活化分子氧能力的负载型贵金属(Au,Pt)纳米颗粒或贵金属-氧化物复合纳米颗粒作为活性位来提高催化剂对分子氧的活化能力,进而设计了多个系列高活性催化剂,并形成了担载贵金属纳米颗粒的可控制备方法与装置.然而,Au和Pt昂贵的价格限制了其广泛应用.价格相对便宜的Pd具有与Pt相似的催化性能,是其良好替代品.但是,目前关于3DOM氧化物表面负载型Pd纳米颗粒结构和尺寸与柴油炭烟催化燃烧性能之间的相关研究仍然较少.基于此,本文采用气泡辅助膜还原法制备了3DOM二氧化钛(TiO_2)担载超细Pd纳米颗粒催化剂.利用XRD,Raman,BET,SEM,TEM,ICP,XPS和H2-TPR等技术手段对催化剂进行表征,并以模拟柴油炭烟为研究对象,利用程序升温氧化反应(TPO)对催化剂的活性进行评价,深入探讨了催化剂的制备、结构及物化性质与炭烟催化燃烧反应性能之间的关系.XRD和Raman结果表明,TiO_2载体由锐钛矿(主)和金红石(次)两种物相组成.SEM照片显示,所制催化剂为规整的有序大孔结构,球形孔互相贯通,孔径均一,大孔腔平均尺寸为280 nm,孔窗尺寸为109 nm,这种三维有序大孔TiO_2的结构能够增强炭烟颗粒与催化剂之间的接触效率.TEM表征显示,平均粒径为1.1 nm的超细半球型Pd纳米颗粒高度分散于TiO_2载体的内壁上,两者间的优化界面面积有利于增加活化O2的活性位密度,这些活性位源于Pd与TiO_2间强相互作用.H2-TPR和XPS表征印证了上述观点,具有1.1 nm超细Pd颗粒的Pd/3DOM-TiO_2催化剂表现出强的低温氧化还原特性和丰富的表面吸附氧物种.在TPO测试中,相对于担载5.0 nm Pd颗粒的催化剂,具有1.1 nm尺寸超细Pd颗粒的Pd/3DOM-TiO_2催化剂展示了高的催化炭烟燃烧活性,T10,T50和T90分别为295,370和415 oC,且在5次TPO测试过程中表现出良好的催化和结构稳定性.这种具有3DOM结构和超细Pd纳米颗粒的纳米催化剂能够有效降低Pd的使用量,在催化炭烟燃烧的实际应用中大有潜力.