乙烯/氧气预混火焰中燃空当量比对碳烟表面官能团和氧化活性的影响

发布时间：2021-02-24 16:10

　　采用乙烯/氧气/氩气预混燃烧系统和毛细管取样系统并结合多种先进分析技术,研究了预混火焰燃空当量比对碳烟颗粒表面官能团及其氧化活性的影响.结果表明,随燃空当量比的增加,碳烟颗粒表面脂肪族C—H官能团和含氧官能团（C—OH和C=O官能团）的摩尔分数均呈下降趋势;而碳烟颗粒的氧化反应特征温度和表观活化能呈增大趋势,表明在较大燃空当量比下所生成碳烟颗粒的氧化活性较低;碳烟颗粒表面官能团对氧化活性有着直接作用,表面官能团含量越多,其氧化反应活性越高.碳烟颗粒表面脂肪族C—H官能团对其氧化活性影响相对较大,而含氧官能团影响相对较小. 

【文章来源】：燃烧科学与技术. 2016,22(05)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

试验装置示意

所归属的官能团可参考文献[9]．脂肪族C—H官能团主要是指键接在芳香环上的甲基、亚甲基等官能团．从参考文献的分析可以看出，本文乙烯预混火焰所生成碳烟颗粒样品在2,850,cm-1、2,920,cm-1以及2,950,cm-1附近分别出现了对应脂肪族C—H官能团的特征峰．此外，从图2可以看出，乙烯预混火焰碳烟颗粒中不同官能团特征峰之间发生严重重叠，难以区分.在红外谱图中为了半定量分析脂肪族C—H官能团和C＝C官能团的含量，本文利用Origin软件对3,000～1,550,cm-1区间内的红外光谱图进行分峰拟合[10]，如图3所示．同时，本文以2,920,cm-1所对应的特征峰峰面积AC—H来表征脂肪族C—H官能团在预混乙烯碳烟颗粒中的含量，以1,597,cm-1所对应的特征峰峰面积AC＝C来表征C＝C官能团在碳烟颗粒中的含量，则脂肪族C—H官能团的相对含量可表示为AC—H/AC＝C．图2预混乙烯火焰碳烟颗粒的红外光谱图图3碳烟颗粒红外谱图拟合示意图4为在不同取样高度下，AC—H/AC＝C随燃空当

挠跋欤?目前，针对乙烯预混燃烧火焰中所生成碳烟颗粒的研究还不够全面、深入，为了进一步完善碳烟颗粒的形成机理，本文基于McKenna燃烧器产生特定的预混乙烯燃烧火焰，并利用毛细管取样系统对不同燃空当量比条件下生成的碳烟颗粒进行取样，结合傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)和同步热分析仪(TGA)等先进分析技术对碳烟颗粒表面官能团和氧化活性进行深入研究．研究结果为碳烟颗粒物微观理化特性的认知及其控制技术的发展提供了有价值的理论依据和实践经验．1试验装置及测量方法1.1试验装置图1为本文乙烯预混火焰试验系统示意图，该系统主要由McKenna标准预混燃烧器(Holthuis&As-sociates，美国)、精密光学位移台(北京北光世纪仪器有限公司)、恒温水箱(宁波天恒仪器厂)、质量流量控制器(北京七星华创电子股份有限公司)、PC控制系统等组成[7]．同时，本文采用毛细管取样系统进行燃烧颗粒的取样．如图1所示，将带有小孔的不锈钢毛细管插入火焰中，不锈钢毛细管的小孔对准火焰中心线；同时不锈钢毛细管的下游与真空泵相连，在真空泵的吸引下使火焰中生成的气固两相燃烧产物经小孔吸入取样系统，并将其中的碳烟颗粒捕集在滤纸上；为终止燃烧产物的继续反应及避免碳烟颗粒的聚并，其毛细管小孔的上游通入了一定流量的氮气，对进入毛细管的燃烧产物进行稀释．本文采用取样毛细管的外径为3,mm，毛细管小孔的直径为0.125,mm．较小的毛细管小孔可以很好地达到控制稀释比的目的，因此可以较迅速地淬灭碳烟的物理化学反应，防止对碳烟颗粒样品造成污染．最终取出的碳烟颗粒样品烘干并密封保存以备后续分析使用．图1试验装置示意

【参考文献】：
期刊论文
[1]预混火焰中温度对碳烟表面官能团和氧化活性的影响[J]. 马翔,宋崇林,汪晓伟,宋金瓯,吕刚.  燃烧科学与技术. 2014(02)



本文编号：3049621