Разработка способа определения состава отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и исследование капиллярных колонок с диоксидом кремния для разделения смесей углеводородов

• Автор: Смирнов, Петр Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 203 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Состав отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и методы их анализа

1.2. Газохроматографические методы анализа бензинов

1.3. Капиллярные адсорбционные и адсорбционно-абсорбционные колонки в газовой хроматографии

2 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 Объекты исследования

2.2. Сорбенты и колонки

2.3 Методика определения параметров хроматографического процесса

2.4. Методика газохроматографических экспериментов по изучению свойств адсорбентов и подбору оптимальных условий разделения
2.5. Методика газохроматографических экспериментов по изучению характеристик капиллярных колонок
2.6. Возможности применения новых капиллярных колонок. Методика газохроматографического анализа бензинов
2.7. Методика газохроматографического исследования реакции каталитического восстановления диоксида азота, подбора условий его конверсии для газохроматографического разделения неорганических газов в отработавших газах
3 ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ АДСОРБЕНТОВ И КАТАЛИЗАТОРОВ, ОБОСНОВАНИЕ ИХ ВЫБОРА ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ АНАЛИЗА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
3.1. Адсорбционные и хроматографические свойства углеродных адсорбентов Б-2 и БАУ
3.2. Влияние температуры на разделение смеси метана и оксида углерода (II) на колонке с цеолитом

3.3. Адсорбционные и хроматографические свойства поверхностнослойного адсорбента на основе наночастиц диоксида кремния (аэросила)
3.4. Исследование реакции каталитического восстановления диоксида азота и подбор условий его конверсии для газохроматографического разделения неорганических газов в отработавших газах
3.5. Разработка способа газохроматографического разделения неорганических газов и метана в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания автомобилей
4 ИЗУЧЕНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ И ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОТКРЫТЫХ КАПИЛЛЯРНЫХ КОЛОНОК НА ОСНОВЕ НАНОЧАСТИЦ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ АНАЛИЗА СЛОЖНЫХ СМЕСЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ
4.1. Адсорбционные и хроматографические свойства открытых капиллярных колонок типа PLOT на основе наночастиц диоксида кремния
4.2. Сорбционные и хроматографические свойства открытой капиллярной колонки типа SCOT на основе аэросила А-175, модифицированного нематическим 4-метокси-4'-этоксиазокси-бензолом
4.3. Применение открытых капиллярных колонок типа PLOT и SCOT на основе аэросила в анализе бензинов
5 РАЗРАБОТКА ГАЗО-АДСОРБЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ АНАЛИЗА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ
5.1. Способ определения состава отработавших газов двигателей внутреннего сгорания автомобилей
5.2. Применение газохроматографической системы для прямого определения содержания углеводородов в отработавших газов автомобилей
5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
6 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Значительный и все возрастающий вклад в загрязнение атмосферы вносят выбросы автотранспорта, что пагубно сказывается на здоровье человека и оказывает вредное влияние на все другие живые организмы. Содержание основных загрязняющих веществ в отработавших газах (ОГ) легковых автомобилей с бензиновыми двигателями нормируется Правилами № 49 и № 83 Европейской экономической комиссии при Организации объединенных наций (ЕЭК ООН), зафиксированными в отечественном ГОСТ Р 41.83-2004. Выполнение этих современных экологических требований невозможно без применения каталитических нейтрализаторов отработавших газов. Оценку эффективности каталитических систем проводят на испытательных стендах, определяя с помощью газоанализаторов концентрации нормируемых токсичных веществ (СО, 1тОх, суммарное содержание углеводородов) при разных режимах работы двигателя автомобиля. Следует отметить, что использование газоанализаторов в анализе отработавших газов не дает детальной информации об их составе. Кроме того, состав ОГ во многом зависит от марки и качества бензина. В связи с этим совершенствование системы аналитического контроля при исследовании новых катализаторов-нейтрализаторов отработавших газов является актуальной задачей. Газовая хроматография является основным аналитическим методом в анализе сложных смесей, содержащих летучие неорганические и органические соединения. В виду сложности состава ОГ, содержащих агрессивные неорганические газы, использование газо-адсорбционных колонок, в том числе капиллярных, в многоколоночной схеме анализа, является более оправданным, чем традиционных газо-жидкостных.
Возможности газовой хроматографии могут быть существенно расширены при использовании капиллярных газо-адсорбционных колонок. Колонки этого типа термически стабильны, сочетают высокие селективные свойства по отношению к различным смесям и высокую эффективность разделения, позволяют успешно решать некоторые аналитические задачи по разделению неорга-
сорбционной хроматографии, с последующим определением (идентификацией) разделенных соединений с помощью масс-спектрометрии, ИК-спектроскопии, ЯМР-спектроскопии, или их комбинаций, например, с эле-ментспецифическим атомно-эмиссионным детектором [55 - 58].
Применяя гибридные методы, можно в известной мере приблизиться к решению главной проблемы экологической аналитической химии - проблемы достоверной идентификации токсичных химических соединений, особенно летучих органических соединений, которые составляют не менее 80% всех загрязнений окружающей среды, при определении загрязняющих веществ. Эта проблема имеет принципиальное значение, так как ошибка на стадии идентификации делает дальнейший анализ бессмысленным. Наибольшее распространение для обнаружения и идентификации загрязняющих веществ получил метод хромато-масс-спектрометрии, в том числе и в стандартных методиках. Разделяющая способность хроматографии и возможности для идентификации у масс-спектрометрии при прямом сочетании этих двух методов позволяют добиться надежной идентификации компонентов сложных смесей загрязняющих веществ практически любого происхождения. Также достаточно широкое распространение получили методики включающие использование газоанализаторов с ИК-детектором. На сегодняшний день они являются стандартными для анализа отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и позволяют с высокой точностью определять содержание компонентов на уровне ррш.
1.2. Газохроматографические методы анализа бензинов
Состав ОГ в значительной мере зависит от состава исходного топлива. На сегодняшний день автомобильные бензины являются основным видом топлива двигателей внутреннего сгорания. Вследствие большого разнообразия видов автомобильных двигателей, их режимов работы, а также климатических условий эксплуатации автомашин существует несколько марок автомобильных бензинов. Бензин - это нефтяная фракция, основу которой со-