NTP再生DPF孔道内沉积颗粒物的理化特性.pdf

第 41 卷（2023）第 4 期 内 燃 机 学 报 Transactions of CSICE Vol.41（2023）No.4 收稿日期：2022-09-21；修回日期：2022-11-29 基金项目：国家自然科学基金资助项目(52276115)；江苏省高等学校自然科学研究重大资助项目(21KJA470001)；江苏省研究生科研与实践创新计划资助项目(KYCX21_3354)作者简介：卢奕睿，硕士研究生，E-mail：.通信作者：施蕴曦，博士，副教授，E-mail：.DOI:10.16236/ki.nrjxb.202304036 NTP 再生 DPF 孔道内沉积颗粒物的理化特性 卢奕睿，施蕴曦，蔡忆昔，朱 衎，何 勇，周 银(江苏大学 汽车与交通工程学院，江苏 镇江 212013)摘要：利用低温等离子体(NTP)喷射系统对已捕集颗粒物(PM)的柴油机颗粒捕集器(DPF)进行了低温(100)再生试验，并对 DPF 孔道内不同再生阶段的颗粒沉积物取样分析，通过热重分析仪(TGA)、透射电子显微镜(TEM)及拉曼光谱分析仪探究了 DPF 孔道内颗粒沉积物的氧化特性、纳米结构及石墨化程度的理化特性变化规律结果表明：随着 NTP 再生 DPF 阶段的推进，DPF 孔道内颗粒沉积物中元素碳(EC)组分的最大氧化速率温度(Tmax)和燃尽温度(Te)均明显降低颗粒物团絮结构中较为薄弱的部分在 NTP 氧化作用下先断裂，分解成链状结构；初级碳颗粒的平均微晶长度减小，平均微晶层面间距增大由于 NTP 活性物质 O 不断键入 PM 中，在 PM微晶边缘处生成新的含氧官能团，使得 PM 样品的无序程度及无定型碳含量增加，PM 的氧化活性提高 关键词：柴油机颗粒捕集器；低温等离子体；再生；颗粒物 中图分类号：TK421.5 文献标志码：A 文章编号：1000-0909(2023)04-0307-08 Physicochemical Properties of Particulate Matter Deposited in DPF Channels During Regeneration by Non-Thermal Plasma Lu Yirui，Shi Yunxi，Cai Yixi，Zhu Kan，He Yong，Zhou Yin(School of Automotive and Traffic Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China)Abstract：A low-temperature(100)regeneration test of a diesel particulate filter(DPF)which has captured par-ticulate matter(PM)were carried out using a non-thermal plasma(NTP)injection system.The particles deposited in the DPF channels at different regeneration stages were sampled and analyzed by thermogravimetric analy-sis(TGA)，transmission electron microscope(TEM)and Raman spectroscopy to investigate the oxidation charac-teristics，nanostructure and graphitization degree of particulate sediments.The results show that as the DPF regen-eration process proceeds，the maximum oxidation rate temperature(Tmax)and burnout temperature(Te)of the elemental carbon(EC)components in the DPF channels are significantly reduced.The weaker part of the floc struc-ture of PM is broken first during the oxidation of NTP and then is decomposed into chain structure.The average microcrystalline length of primary carbon particles decreases and the average microcrystalline layer spacing in-creases.As the NTP active substance O atoms are continuously bonded into the PM，new oxygen-containing func-tional groups are generated at the edge of PM microcrystalline，which increases the disorder degree and amorphous carbon content of PM samples and improves the oxidation activity of PM.Keywords：diesel particulate filter(DPF)；non-thermal plasma；regeneration；particulate matter 柴油机颗粒捕集器(DPF)是目前国际公认降低柴油机颗粒物(PM)排放最为有效的手段，其捕集效率可达 95%以上1，已成为后处理集成系统中的标配 发动机排气通过强迫对流穿过 DPF 多孔壁面，PM 通过扩散沉积、流动拦截、惯性碰撞及重力沉降机理沉积在多孔壁面的表面和内部2 PM 的持续沉积会堵塞 DPF 孔道，导致 DPF 背压增大、柴油机油耗增加且性能下降，影响发动机的正常运行 因而需 308 内 燃 机 学 报 第 41 卷 第 4 期 要适时清除孔道内 PM，其再生是 DPF 技术的关 键3PM 的燃烧需要相对较高的温度，一般在650以上，可通过外加设备来提高 DPF 的温度，如喷油、电加热或微波加热等再生方法，称为主动再 生4 然而 PM 表面吸附的氧化物在高温作用下会与DPF 本体发生固体扩散反应，生成热膨胀系数不同的产物，在再生过程中产生裂纹；且高温产生的热冲击易导致 DPF 局部烧融或破裂，要求温度梯度需保持在 35/cm 以下5 为了降低 DPF 的再生温度，也可通过在燃油中添加催化剂或在 DPF 壁面涂覆催化剂来降低 PM 的起燃温度，这种再生方式称为被动再生6 被动再生可将 DPF 的再生温度降低到 200400，但需反复涂覆、添加催化剂，操作繁杂，成本较高，且存在 DPF 再生不完全等问题7 低温等离子体(NTP)中具有强氧化活性的 O、O3以及一些活性基团，可对柴油机排气中有害物质进行去除8-10 Chang 等11研究了不同放电电压下等离子体系统对发动机排放的去除效果，结果表明：当放电电压从 0kV 增加到 7kV 时，羰基化合物总排放降低幅度在 10%左右，NOx、PM 和 CO 污染物总排放约减少了 25%，CO2总排放轻微升高 Langhorst 等12将 NTP 直接通入柴油机排气道内，并监测氧化后PM 的数量、粒径分布和 NOx变化，结果表明：PM 的氧化量与负荷相关，PM 最大去除量为 10%基于NTP 对 PM 去除效果的诸多验证，NTP 技术被运用于 DPF 的再生研究 Kuwahara 等13通过评估 DPF前、后端面的压差来判断 DPF 完全再生的可能性，结果表明：DPF 的 PM 捕集量为 0.81g、NTP 活性物质 O3注入速率为 34.8g/h 时，经 2h 可实现完全 DPF再生Shi 等14-15进行了不同初始再生温度(17300)条件下 NTP 再生 DPF 的试验，发现在试验温度下，以氧气源电离产生的 NTP 活性物质可与 PM进行氧化分解反应，且最佳反应温度为 80 NTP再生 DPF 过程中的 DPF 内部峰值温度及温度梯度分别为 215及 4.28/cm，远低于 DPF 使用温度的失效极限值(1200及 35/cm)，有利于延长 DPF的使用寿命 Grundmann 等16利用 X 射线光电子能谱仪及傅里叶红外光谱仪技术探测了平行板式 NTP氧化分解 PM 的过程，对不同气源(空气源或氧气源)条件下生成的 NTP 活性物质(O3及 NO2)氧化分解PM 的化学反应机理方程式进行了初步总结，并指出臭氧是氧化分解 PM 的主要物质 随着现代分析测试技术的发展，学者们对 PM 的理化性质变化进行了探究 Sadezky 等17通过不同分峰方式对含碳颗粒的拉曼信号进行拟合，结果表明：五峰拟合效果最好，其中 G、D1、D2 和 D4 峰采用洛伦茨曲线拟合，D3 峰采用高斯曲线拟合，并指出 PM的石墨化结构程度与氧化活性密切相关，石墨化程度越高，其氧化活性越弱 Seong 等18对柴油机 PM 的拉曼光谱采用洛伦兹-高斯曲线拟合的方式，指出 G峰半高宽(FWHM)的增大会导致颗粒物活化能升高Norton 等19和 Violi20通过高分辨透射电镜(HRTEM)对柴油机颗粒物的微观结构进行观测，指出颗粒由类石墨的有序微晶碳层及无定形碳组成 高建兵等21、Gao 等22探究了 NTP 活性粒子对PM(逃逸颗粒物、微粒聚集体与原始颗粒物)的氧化特性、纳米结构及拉曼特性的影响，结果表明：NTP作用后 PM 的氧化活性增加，颗粒的纳米结构从洋葱样结构变为核壳结构 已有研究主要关注 NTP 对排气中 PM 的直接作用，通过 NTP 去除 DPF 内部颗粒沉积物的机理研究较少 基于此，笔者利用 NTP 喷射系统对负载有 PM的 DPF 进行不同阶段的再生试验，并将 DPF 沿中轴线解剖获取不同再生阶段处的残留颗粒物样品，通过热重分析仪(TGA)、透射电子显微镜(TEM)及拉曼光谱分析仪(Raman spectroscopy)研究在 DPF 再生过程中 PM 样品的氧化活性、纳米结构及石墨化程度变化情况，以期为揭示 NTP 对孔道内沉积颗粒物的作用机理及剥除机制、完善 NTP 低温再生 DPF 的理论提供参考 1 试验装置与方法 1.1 DPF采样及再生试验 图 1 为 DPF 捕集及再生试验系统示意 试验用发动机为 4 缸、自然吸气式 YD480 型柴油机，表 1为相关技术参数 所用的 DPF 载体材质为堇青石，表 2 为 DPF 的结构参数 DPF 捕集试验主要包括测功机、柴油机、排气管路、DPF 及管路等 对 DPF 进行捕集 PM 试验时，柴油机转速为 2500r/min、负荷为 75%，连续运行240min DPF 再生试验系统主要包括温控装置、介质阻挡型 NTP 反应器、供电装置、冷却装置、气源(纯度为 99.9%的 O2)及参数测量装置 所用的 NTP 反应器为同轴圆柱式结构，阻挡介质层为石英玻璃管，以不锈钢管和钢网分别作为低压电极和高压电极 采用内部水冷、外部风冷相结合的冷却方式，控制 NTP 反应器放电区域表面温度为 2023 年 7 月 卢奕睿等：NTP 再生 DPF 孔道内沉积颗粒物的理化特性 309 6015，红外测温仪监测 NTP 反应器放电区域的表面温度 CTP-2000K 智能电子冲击机为 NTP 反应器供电 TDS3034B 数字示波器监测 NTP 反应器的工作电压及频率，电路中采用分压电容辅助测量放电电压，分压电容的电容比 C1C211000 气体质量流量计控制通入 NTP 反应器的氧气流量，O2经 NTP反应器电离后，转化为强氧化性活性粒子14(O3、O)臭氧分析仪用于监测臭氧浓度 将 DPF 置于温控装置内，控制 DPF 的再生起始温度为 100 温度巡检仪记录 DPF 再生过程中的内部温度变化，气体分析仪测量再生产物(CO、CO2)的体积分数 试验过程 中，NTP 发 生 器 在 电 压 为 16.5kV、频 率 为7.2kHz、O2流量为 5L/min 且 O3质量浓度为 90mg/L下工作 （a）DPF 捕集试验 （b）DPF 再生试验系统 图 1 DPF捕集及再生试验系统示意 Fig.1 Schematic of DPF capture and regeneration test system 表 1 柴油机技术参数 Tab.1 Technical parameters of diesel engine 参数 数值 缸径/mm 80 活塞行程/mm 90 标定转速/(rmin-1)3 000 压缩比 18 标定功率/kW 29 表 2 DPF的结构参数 Tab.2 Structural parameters of DPF 参数 数值 直径/mm 144 长度/mm 152 壁厚/mm 0.36 气孔率/%50 孔密度/(个cm-3)15.5 平均微孔孔径/m 710 最高使用温度/1 200 1.2 样品取样 图 2 为 DPF 轴向温度测点布置 图 3 为完全再生的 DPF 内部轴向温度变化 图 3 中，NTP 与 PM的氧化分解反应为放热反应，DPF 再生过程中各测点温度呈先上升后下降的趋势，且随着气体来流方向，各测点的峰值温度从上游向下游依次出现23 若某测点温度出现下降，可认为该测点位置处的氧化分解反应已基本结束，沉积的颗粒物已被去除24，以此作为 DPF 分阶段再生试验完成的判断依据 图 4 为 PM 样品命名及取样方法 可知，DPF 完全再生进程分为 4 个阶段(再生前：样品 1；再生过程：样品 2 及样品 3；完全再生：样品 4)，PM 样品13 对应的 DPF 再生时长分别为 80、220 和460min 分别将 DPF 沿中轴线进行解剖，并将残留颗粒物连同对应的 DPF 孔道壁面作为整体取样，该取样 图 2 DPF轴向温度测点分布 Fig.2Arrangement of temperature measuring points in the axial direction of DPF 图 3 DPF轴向测点温度变化 Fig.3Variation of temperature measuring points in the axial direction of DPF 310 内 燃 机 学 报 第 41 卷 第 4 期 （a）样品命名 （b）取样方法 图 4 PM样品命名及取样方法 Fig.4 Naming and sampling method of PM sample 方法可同时将滤饼层和深层碳烟层取出，能准确地探究 DPF 孔道内沉积颗粒物理化性质的变化7 PM 样品采集完成后，置于干燥箱中保存，以备分析 1.3 分析技术方法 1.3.1 热重分析 采用 TGA8000 热重分析仪(美国 Perkinelmer 公司)对 PM 样品的热重特性进行测试，仪器加热范围为-201200，升温速率为 0.1500/min 表 3为热重分析程序，N2氛围的程序设定可保证挥发性组分(VF)完全挥发，将 VF 和元素碳(EC)有效分离25 表 3 热重分析程序 Tab.3 Procedure of TGA 步骤 程序温度 气氛 1 50 恒温 1 min N2(60 mL/min)2 以 10/min 升温至 450 N2(60 mL/min)3 450 恒温 1 min N2(60 mL/min)4 以 10/min 降温至 50 N2(60 mL/min)5 50 恒温 1 min O2(20 mL/min)N2(40 mL/min)6 以 10/min 升温至 750 O2(20 mL/min)N2(40 mL/min)7 750 恒温 1 min O2(20 mL/min)N2(40 mL/min)1.3.2 透射电镜分析 将 PM 样品置于无水乙醇中，通过超声波震荡仪离心萃取 15min 制得悬浊液，滴在支持膜上用于拍摄 采用 JEOL-2100F 透射电镜(日本电子株式会社)测取 PM 中颗粒的形貌及初级碳颗粒的结构，放大倍数分别为 5 万倍和 200 万倍 透射电镜的点分辨率为 0.24nm、晶格分辨率为 0.14nm 且加速电压为80200kV 1.3.3 拉曼光谱分析 采用 DXR 型激光拉曼光谱仪(美国 Thermo Fisher 公司)对 PM 样品的石墨化程度进行测试分析，测试过程中固体二极管激光光源的激发波长为532nm、发光功率为 20mW，连续扫描 30 次，光谱扫描范围为 503400cm-1 利用显微镜对同一样品的不同区域进行测试，以保证试验样品结果的准确性 笔者根据 Sadezky 提出的五峰拟合法17，利用Origin 9.0 软件对 DPF 不同再生阶段处 PM 样品的一阶拉曼光谱进行分峰拟合 2 试验结果与讨论 2.1 NTP对 PM作用机理 以 O2为气源，经 NTP 发生器电离产生大量活性物质26(O3、O)，反应式为 3322e O()e O()guXA+33e O()O()PP+(1)3322e O()e O()guXB+33e O()O()PD+(2)3322e O()e O()guXB+3402e O()O()PS+(3)*233O OOOMMM+(4)3113222O()eO()O()AAD+(5)将 NTP 活性物质通入 DPF 中氧化分解 PM，实现 DPF 的再生 柴油机 PM 是碳烟、可溶性有机物(SOF)、无机盐和金属颗粒的混合物，其中碳烟和SOF 与 NTP 活性物质发生氧化分解反应，生成 CO和 CO2，有 224O 2HCCOCO H O+(6)3222OSOFCO(CO)OH O+(7)C OCO+(8)2C 2OCO+(9)32C OCO O+(10)3222C 2O2COO+(11)322CO OCOO+(12)2.2 沉积颗粒的氧化活性 图 5 为 PM 样品 1 的热重特性 PM 样品的质量随加热温度的变化记为 PM 样品的热重(TG)曲线；对 TG 曲线进行微分运算可获得 PM 样品质量损失率随温度的变化，记为微分热重(DTG)曲线 通过热重过程的控制策略可以较好地将 VF 和 EC 的失重过程进行分离，不存在互相干扰的情况，有利于提高分析的准确性 且在所选取的柴油机运行工况下，DPF 2023 年 7 月 卢奕睿等：NTP 再生 DPF 孔道内沉积颗粒物的理化特性 311 的内部温度为 315，在高温下 PM 中的 VF 会发生挥发，因而 DPF 孔道内最终沉积的颗粒物中主要组分为 EC 笔者对 PM 的 TG 曲线中 EC 部分进行归一化处理，研究 NTP 对 EC 氧化特性的影响 图 6 为 DPF 再生前、后不同取样位置 PM 中 EC归一化的热重特性曲线 NTP 作用后，不同位置的EC 质量最大损失率对应的温度均提前 为比较 EC的热重特性，选取 EC 氧化过程中的 3 个特定温度作为评价 PM 氧化活性的特征参数7 起燃温度(Ts)为氧化反应初期质量损失为 5%所对应的温度；最大氧化速率温度(Tmax)为单位时间内颗粒物质量损失率最大时所对应的温度(DTG 曲线的最小值点)；燃尽温度(Te)为质量损失率达到 95%时对应的温度 图 7 为 DPF 不同再生阶段处 PM 样品特征温度的变化 可知，DPF 再生前(样品 1)EC 的起燃温度Ts、最大氧化速率温度 Tmax和燃尽温度 Te分别为462.58、635.91 及 661.08 NTP 作用后，EC 的 Ts略微降低至 453.08454.75，最大氧化速率温度Tmax和燃尽温度 Te均显著降低 样品 2 中 EC 的 Tmax和 Te分别为 607.53和 633.75，样品 3 中 EC 的Tmax和 Te分别为 599.25和 631.42，且随着 DPF再生阶段的推进，EC 的 Tmax和 Te均呈逐渐降低的趋势，最大温降分别为 36.36及 29.66 当 NTP 流经 DPF，NTP 活性粒子与 PM 发生氧化分解反应，将 图 5 样品 1中 PM的热重特性曲线 Fig.5 TG curve of PM in sample 1 图 6 PM样品中 EC的热重特性曲线 Fig.6 TGA curves of EC in PM samples PM 从 DPF 孔道内剥除；同时，NTP 活性粒子会存在于沉积颗粒物表面，使得 PM 处于部分氧化状态，增加了 EC 中低燃点组分的比例27，从而降低了 EC 的被氧化难度 因而随着 NTP 与 PM 的氧化反应时间增加，PM 的特征温度向低温移动 图 7 PM样品中 EC的特征温度 Fig.7 Characteristic temperature of EC in PM samples 2.3 沉积颗粒的纳米结构 由于大小不一的球状 PM 初级碳颗粒在柴油机排气过程中发生碰撞、凝结、表面反应及堆叠等，使得颗粒物形成的微观形貌发生变化 图 8 为 DPF 不同再生阶段处 PM 样品分别在 5 万倍(左侧)及 200万倍(右侧)TEM 拍摄下的纳米结构 图 8 中，在低倍 TEM 拍摄下，PM 由十几到几十个球形初级颗粒形成链状、葡萄状或团块状结构组成 PM 样品 1 的 （a）样品 1 （b）样品 2 （c）样品 3 图 8 DPF不同再生阶段处 PM的微观形貌 Fig.8Micromorphology of PM at different regeneration stages of DPF 312 内 燃 机 学 报 第 41 卷 第 4 期 初级碳颗粒互相重叠形成团絮状结构，这是由颗粒物间的范德华力与静电引力造成的28 在 NTP 再生DPF 过程中，NTP 活性物质通过自由扩散及强迫对流进入颗粒的团絮状结构内部，团絮结构中较为薄弱的部分在 NTP 活性物质氧化作用下率先断裂，团絮状结构分解成链状结构26 因而 PM 样品 2 及样品 3中的初级碳颗粒堆叠较少，主要呈链状结构 在高倍 TEM 拍摄下，PM 初级碳颗粒呈直径约为 2030nm 的球状核壳结构，外壳由较长的微晶层堆叠而形成类似石墨层状的结构，内核则由长度较短的无序微晶杂乱堆垛而成27 PM 样品 1 中碳层间的界面清晰可辨，且初级碳颗粒的外边缘易于分辨，无定形碳组分很少 随着 DPF 再生阶段的推进，PM 样品 3 的无定形碳组分的厚度由样品 1 中的 2nm 增加至 6nm，且随着 PM 氧化程度的加深，初级碳颗粒的内核与外壳边界逐渐模糊 这主要是由于在 DPF 再生过程中，处于 PM 微晶边缘不成对的 sp2电子更容易与 NTP 活性物质中的 O 原子相结合21，使得初级碳颗粒中的微晶排列更加无序，无定形碳组分的厚度增加 初级碳颗粒是构成 PM 最基本的结构单元，引入微晶长度(La)和微晶层面间距(d)对初级碳颗粒的微观形貌进行数据化分析27 采用 Image Pro Plus6.0软件对 PM 样品中初级碳颗粒的 HRTEM 图像进行分析，图像处理过程如图 9 所示29 选取 3 处不同的分析区域，并测量约 200 个微晶的特征值分布(取平均值)，以减小误差 表 4 为 DPF 不同再生阶段处 PM 平均微晶长度 （a）分析区域的选择 （b）分析区域“二值化“处理 （c）分析区域降噪 （d）特征值（La和 d）提取 图 9 初级碳颗粒特征值的提取 Fig.9 Extraction of characteristic values of primary car-bon particles 及平均层面间距 可知，随着 DPF 再生阶段的推进，初级碳颗粒的平均微晶长度不断减小，从样品 1 中的0.5462nm 降低至样品 3 中的 0.4398nm；而平均层面间距与平均微晶长度呈相反变化趋势，从样品 1 中的 0.3375nm 增加至样品 3 中的 0.4416nm 表明NTP 再生 DPF 过程中，NTP 活性物质与 PM 反应使得初级碳颗粒中长微晶结构被破坏，分解为短微晶结构；处于初级碳颗粒微晶边缘的官能团被氧化脱除，使得内部结构变得松散，层面间距变大 这与 Vander Wal 等30研究发现的颗粒物微晶尺寸越短，微晶层面间距越大，则氧化活性越强的结论相一致 表 4DPF 不同再生阶段 PM 平均微晶长度及平均层面间距 Tab.4Average values of PM microcrystalline length and layer spacing at different DPF regeneration stages 参数 样品 1 样品 2 样品 3 平均微晶长度/nm 0.546 2 0.500 6 0.439 8 平均层面间距/nm 0.337 5 0.385 1 0.441 6 2.4 沉积颗粒的石墨化程度 图 10 为样品 1 处 PM 样品拉曼光谱分峰拟合效果 可知，PM 样品的原始拉曼光谱在 1360cm-1和1580cm-1附近出现两个强峰，分别为 D 峰和 G 峰，且两峰有一定的重合拉曼光谱的拟合曲线在1350cm-1附近出现与 D 峰峰位相同的拟合峰，定义为 D1 峰；在 1620、1500 和 1200cm-1附近显示出额外的峰，分别定义为 D2 峰、D3 峰和 D4 峰31 图 11 为 DPF 不同再生阶段处 PM 样品的 D1 峰(C 原子的晶格缺陷)和 G 峰(C 原子 sp2杂化的规则结构)的 FWHM 变化 FWHM 为吸收谱带峰值高度一半所对应的谱带全宽，D1 峰及 G 峰的 FWHM 可反映其对应分子键的多样性，FWHM 越高，则分子的化学异相性越强32 可知，在 NTP 再生 DPF 过程中，PM 样品的 D1 峰 FWHM 持续增加 这主要是由于随着 DPF 再生时间的增加，沉积颗粒物中晶体结构规则的部分被 NTP 氧化转化为带缺陷的晶体结 图 10 样品 1处 PM样品拉曼光谱分峰拟合效果 Fig.10Peak fitting effect of Raman spectrum of PM sam-ples at sample 1 2023 年 7 月 卢奕睿等：NTP 再生 DPF 孔道内沉积颗粒物的理化特性 313 构；同时，团状的 PM 被 NTP 氧化成了更小的颗粒团聚体(图 8)，带有缺陷的晶体结构数量增加，化学异相性增强 G 峰与 D1 峰的 FWHM 呈完全相反的变化趋势 NTP 与 PM 反应过程中，缺陷晶体结构与规则晶体结构之间是相互关联的，规则碳结构被氧化形成不规则碳结构，PM 中碳晶体结构发生重组31 D1 峰与 G 峰的峰强比 ID1/IG可表征 PM 样品中结构的石墨化程度33，ID1/IG越高，则微晶无序度越高 而 D3 峰与 G 峰的 ID3/IG波动较大17，利用 R3ID3/(IGID2ID3)可以更准确地表征无定形碳在 PM中的相对含量，R3越高，表明 PM 中无定形碳的含量越高29,34 图 12 为 DPF 不同再生阶段处 PM 样品的ID1/IG、R3和 Tmax变化 可知，随着 DPF 再生阶段的推进，PM 的 ID1/IG和 R3逐渐增大，样品 1 的 ID1/IG及R3分别为 2.15 和 0.48，样品 3 的 ID1/IG及 R3分别增大至 2.71 和 0.61 随着 DPF 再生阶段的不断推进，PM 样品被氧化程度加深，石墨化程度不断降低，晶格缺陷逐渐增多 由于无定形碳具有更多的氧化活性位点26，PM 样品的无序程度及无定型碳含量增加，使得 NTP 活性物质更易于在 PM 微晶边缘处生成新的含氧官能团 图 12 中，Tmax与 ID1/IG、R3曲线呈相反的变化趋势，表明晶体结构的石墨化程度直接影响 PM 的氧化活性，即沉积颗粒物的石墨化程度降低，其氧化活性增强 图 11 PM样品的 D1峰和 G峰 FWHM变化 Fig.11 Variation of FWHM of peaks D1 and G of PMsamples 图 12 PM样品的 ID1/IG、R3和最大氧化速率温度的变化 Fig.12 Variation of ID1/IG，R3 and maximum oxidation rate temperature of PM samples 3 结 论(1)随着 DPF 再生进程的推进，DPF 孔道内PM 中 EC 组分的 TG 和 DTG 曲线整体向低温逐渐偏移，最大氧化速率温度 Tmax和燃尽温度 Te均明显降低，最大温降分别为 35.36及 29.66 (2)在 NTP 作用下，DPF 孔道内 PM 由再生前的团絮结构向链状结构转变；初级碳颗粒的平均微晶长度不断减小，长微晶结构被分解为短微晶结构；平均层面间距不断变大，内部结构变得松散 (3)随着 DPF 再生时长的增加，PM 样品中 D1峰的 FWHM 增大，G 峰的 FWHM 降低，PM 样品中规则的碳结构被氧化形成不规则碳结构；无序程度和无定型碳含量增加，PM 的氧化活性增强 参考文献：1 孟忠伟，谭杰，方嘉，等.DPF 再生时出口气体和颗粒排放特性的试验J.内燃机学报，2021，39(3)：257-264.2 Schejbal M，Marek M.Modelling of diesel filters for particulates removalJ.Chemical Engineering Journal，2009，154(1-3)：219-230.3 Choi S，Oh K C，Lee C B.The effects of filter porosity and flow conditions on soot deposition oxidation and pressure drop in particulate filtersJ.Energy，2014，77：327-337.4 Rodrguez-Fernndez J，Hernndez J J，Snchez-Valdepeas J.Effect of oxygenated and paraffinic alterna-tive diesel fuels on soot reactivity and implications on DPF regenerationJ.Fuel，2016，185：460-467.5 Murtagh M J，Sherwood D L，Socha L S，et al.De-velopment of a diesel particulate filter composition and its effect on thermal durability and 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