一种对不同工况下碳烟组织形貌测试的预处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及柴油机排放的检测分析领域，主要涉及一种对不同工况下碳烟(DS)组织形貌测试的预处理方法。
【背景技术】
[0002]由于柴油机具有低油耗、高热效率及良好的可靠性等特点，世界范围内的车用发动机出现柴油机化趋势；由于柴油机混合气形成和燃烧的固有特点，排气中主要的有害排放物是NOx和微粒PM，和汽油机相比，柴油机NOx的排放量和汽油机基本处于相同数量级，而PM的排放量约为汽油机的30~50倍；柴油机PM则主要由3部分成分组成，即碳烟(DS)、可溶有机物(SOF)、无机盐类及其它的一些聚合物，SOF是吸附在碳烟上的高沸点有机物，无机盐主要是柴油中硫成分产生的硫化物。
[0003]由于柴油机尾气中的颗粒物对人体健康有很大的危害，影响青少年肺功能的发育、新生婴儿的体质量、神经元功能，缩短人群的寿命等；特别是直径小于10 μπι的颗粒(PMlO)，因其细小而不受人鼻腔的阻挡，可直接进入人体，粒径小于I ym的颗粒，可在肺部深处长期停留，不易被排除体外，并可随血液循环进入全身各个器官，是颗粒物中对人体健康威胁最大的一类，因此，世界各国相继出台排放法规，限制柴油机颗粒物排放。
[0004]根据相关研究，柴油机碳烟与颗粒物具有很强的相关性，因此往往从碳烟的测试着手进行研究；而由于碳烟会吸附尾气中的液体和气体(主要为SOF和无机盐)，会使碳烟的组织形貌分析产生较大误差，因此在研究前对碳烟进行有效的预处理是十分必要的；负荷工况的不同会影响碳烟上吸附的SOF和无机盐含量，SOF在中小负荷时排放量较大，在大负荷时排放较小；而DS的排放在中小负荷较小，大负荷时排放较大；为了更真实的反映碳烟的组织形貌，需根据不同负荷工况进行相对应的预处理，通过预处理可以消除碳烟中的SOF和无机盐，减少颗粒物团聚现象和层叠现象，提高碳烟组织形貌的清晰度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种能够有效去除不同工况下碳烟中SOF和无机盐成分，减轻颗粒物团聚现象和层叠现象，提高碳烟组织形貌测试清晰度的预处理方法。
[0006]1.根据本发明的一方面，提供了一种对不同工况下碳烟(DS)组织形貌测试的预处理方法。所述预处理方法包括:
(1)从柴油机尾气中采集PM，恒温干燥，称取部分PM样品，将其倒入试管中，加入适量二氯甲烷溶液；
(2)超声震荡，离心机分离；
(3)倒出上层溶液，再次加入适量二氯甲烷；
(4)重复上述(2)(3)步骤若干次后，倒出上层溶液，将试管静置于试管架上，利用移液枪将试管中溶液滴于硅片或铜网上制得样品。
[0007]利用扫描电镜(SEM)，透射电镜(TEM)对硅片或铜网上的样品进行测试以获得DS的组织形貌特征。
[0008]2.根据本发明的一方面，PM在干燥箱中干燥时间在20~35h，干燥温度在35~50°C。
[0009]3.根据本发明的一方面，所述试管容量为10~15ml试管，PM样品质量为0.06—0.1Omg0
[0010]4.根据本发明的一方面，所述二氯甲烷纯度彡99%，二氯甲烷用量为PM/CH2C12=0.lmg/9ml~0.lmg/12ml0
[0011]5.根据本发明的一方面，中、小负荷工况(0~85%)下超声震荡时间在18~23min，大负荷工况(85~100%)下超声震荡时间在23~30min。
[0012]6.根据本发明的一方面，离心机转速在18000~23000r/min，离心时间在4~5min。
[0013]7.根据本发明的一方面，倒出上层溶液，剩余溶液在0.5~lml，再次加入二氯甲烷。
[0014]8.根据本发明的一方面，重复次数要求小负荷工况(0~25%)下在6~10次，中等负荷工况(25~85%)下在4~6次，大负荷工况(85~100%)下重复次数在3~4次。
[0015]9.根据本发明的一方面，移液枪滴于硅片或TEM铜网上的溶液为1~3滴。
[0016]10.根据本发明的一方面，提供一种对不同工况下碳烟(DS)组织形貌测试的预处理方法，所述方法包括下述步骤:通过上述预处理方法对柴油机颗粒物(PM)样品进行预处理，得到上清液作为样品，利用扫描电镜(SEM)，透射电镜(TEM)测定DS的组织形貌。
[0017]11.根据本发明的一方面，超声震荡时间过短，碳烟团聚现象得不到有效改善，超声震荡时间过长，易导致碳烟过于分散，不利于对组织形貌的观察；大负荷工况下PM中碳烟所占比例较大，需更长的震荡时间使其得到良好的分散。
[0018]12.根据本发明的一方面，重复次数少，则碳烟中的SOF残留过多，达到所述重复次数即可有效消除SOF和无机盐；随着负荷增大，PM中SOF所占比例减小，只需较少的重复次数便能有效除去碳烟中的SOF和无机盐。
【附图说明】
[0019]图1为未处理样品的SEM图。
[0020]图2为处理后样品的SEM图。
[0021]图3为未处理样品的TEM。
[0022]图4为处理后样品的TEM图。
【具体实施方式】
[0023]下面通过实施例详述本发明，但本发明不限于下叙述的实施例。
[0024]实施例1
从柴油机尾气中采集l~2mgPM，将其保存培养皿中，放入干燥箱40°C干燥24h，从培养皿中称取0.08mgPM样品，将其倒入1ml试管中，加入二氯甲烷溶液至9ml，然后超声震荡20min，用离心机20000r/min离心5min，倒出上层溶液，直至剩余溶液1ml，再次加入二氯甲烷至9mL ;重复上述步骤5次，倒出上层溶液，将试管静置于试管架上，利用移液枪将试管中溶液滴2滴于硅片或铜网上制得样品，利用扫描电镜(SEM)，透射电镜(TEM)测定样品的组织形貌。
[0025]对比例I
从从柴油机尾气中采集l~2mgPM，称取0.08mgPM样品，将其倒入1ml试管中，加入二氯甲烷溶液至9ml，摇动试管5min，将试管静置于试管架上，利用移液枪将试管中溶液滴2滴于硅片或铜网上制得样品，利用扫描电镜(SEM)，透射电镜(TEM)测定样品的组织形貌。
[0026]由图1、2可见，未处理前油性物质粘结在一起，表面轮廓模糊。处理后PM粘结状现象减轻，呈现一种疏松多孔的形态，表面结构也变得更加明显。
[0027]由图3、4可见，处理后团聚现象和层叠现象有效减轻，图像更为清晰。
【主权项】
1.一种对不同工况下碳烟组织形貌测试的预处理方法，其特征在于所述预处理方法包括如下步骤: (1)从柴油机尾气中采集PM，恒温干燥，称取部分PM样品，将其倒入试管中，加入适量二氯甲烷溶液； (2)超声震荡，离心机分离； (3)倒出上层溶液，再次加入适量二氯甲烷； (4)重复上述(2)(3)步骤若干次后，倒出上层溶液，利用移液枪将试管中溶液滴于硅片或铜网上制得样品。2.根据权利要求1所述的预处理办法，其特征在于:PM恒温干燥20~35h，干燥温度35?50 cC ο3.根据权利要求1所述的预处理办法，其特征在于:所述试管容量为10~15ml，PM样品质量为 0.06-0.1Omg04.根据权利要求1所述的预处理办法，其特征在于:所述二氯甲烷纯度多99%，二氯甲烷用量为 PM/CH2C12=0.lmg/9ml~0.lmg/12ml。5.根据权利要求1所述的预处理办法，其特征在于:中、小负荷工况(0~85%)下超声震荡时间在18~23min，大负荷工况(85~100%)下超声震荡时间在23~30min。6.根据权利要求1所述的预处理办法，其特征在于:离心机转速在18000~23000r/min，离心时间在4~5min。7.根据权利要求1所述的预处理办法，其特征在于:倒出上层溶液，剩余溶液在0.5~lml，再次加入二氯甲烷。8.根据权利要求1所述的预处理办法，其特征在于:重复次数要求小负荷工况(0~25%)下在6~10次，中等负荷工况(25~85%)下在4~6次，大负荷工况(85~100%)下重复次数在3?4次。9.根据权利要求1所述的预处理办法，其特征在于:移液枪滴于硅片或铜网上的溶液为1~3滴。10.一种对不同工况下碳烟(DS)组织形貌测试的预处理方法，其特征在于所述方法包括下述步骤:通过权利要求1~9中任一权利要求所述的预处理方法对柴油机颗粒物(PM)样品进行预处理，得到上清液滴于硅片或铜网作为测试样品，利用扫描电镜(SEM)，透射电镜(TEM)对硅片或铜网上的样品进行测试以获得DS的组织形貌特征。
【专利摘要】本发明提供了一种对不同工况下碳烟组织形貌测试的预处理方法。所述预处理方法包括：从柴油机尾气中采集适量柴油机颗粒物(PM)，恒温干燥，称取部分PM样品，将其倒入试管中，加入适量二氯甲烷；然后用超声震荡，离心机分离；倒出上层溶液，再次加入适量二氯甲烷；重复上述步骤，若干次后，倒出上层溶液，将试管静置于试管架上；利用移液枪将试管中溶液滴于硅片或铜网上制得样品，对硅片或铜网上的样品进行检测以获得DS的组织形貌。根据本发明的办法，可以有效消除DS中的SOF和无机盐成分，且可以减少颗粒物团聚现象和层叠现象，具有操作简单，易控制并重复再现等优点。
【IPC分类】G01N23/22, G01N1/28
【公开号】CN105067648
【申请号】CN201510452802
【发明人】雷利利, 殷俊晨, 王攀, 罗鹏, 谷文业
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月29日