颗粒捕捉器

导读您的爱车上是否安装了GPF（汽油车尾气颗粒捕捉器）？可以去翻翻随车配备的使用说明书，如果在目录页发现了GPF警报、GPF再生等字样，那么恭喜您，您需要认真和GPF打交道了：）众所周知，悬浮在空中的细小颗粒污染物对环境和人类健康有着极大的危害。随着中国汽车保有量突飞猛进，汽油车排放的细小颗粒物也在增加。《GB18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（以下简称国六）b阶段的推进，对汽车尾气中颗粒物的排放限值做出了严格要求。真正的国六标准2020年7月1日起，国六标准a阶段已在全国全面实施，国六b阶段预计2023年开始正式实施。为什么要实施两步走的路线，主要原因当然是一步到国六的技术难度较大，给汽车厂商、零部件供应商等提出了严峻的现实挑战。 国六a相比国五，气体排放污染物（CO、CH、NOx等）仅取国五最严值。而国六b相对国六a：1、气体排放限值又严格了50%左右，2、增加了细小颗粒物排放的要求。3、技术中性，即轻型车不分燃料种类和发动机技术路线，都需要满足相同的气态污染物和颗粒物排放要求。4、实际驾驶排放（RDE），对车辆污染物在实际工况下的排放水平也进行了监管和限值要求。可以说国六b阶段才是真正意义的国六新标准。 国六汽车中为什么要装这个GPF柴油车上早已部署尾气颗粒捕捉器（DPF）。虽然汽油车的颗粒物排放不如柴油车显著，但近年的研究发现，之前为了降低燃油消耗和CO2排放而从进气道喷射（PFI）改进为缸内直喷（GDI）技术，汽油发动机缸内油气混合时间变短，容易形成局部浓区，导致细小颗粒物的排放量增大。 汽油车颗粒捕捉器（GPF）是当前有效地控制汽油车颗粒排放的技术手段，已经在满足国六b排放标准的汽车上得到广泛应用。 GPF的结构特点GPF（汽油车尾气颗粒捕捉器）技术过滤机理与DPF（柴油车尾气颗粒捕捉器）基本相同，由蜂窝状陶瓷组成，通过交替封堵蜂窝状多孔陶瓷过滤体，使排气气流从孔道壁面穿过，通过扩散、碰撞和拦截等方式过滤和减缓颗粒物排放，使之有时间能够在高温GPF中进一步燃烧分解。 在国五车辆升级国六过程中，仅升级GPF可能会引起其他污染物排放的恶化，在设置上，需搭配改进的三元尾气催化剂（TWC）同时使用。采用壁面涂覆的GPF产生部分的三元催化效果是一个很好的设计。 什么是再生，怎么再生长时间市区低速行驶，可能会使GPF壁面上沉积大量颗粒物，导致车辆出现“怠速抖动，油耗上升，动力下降”等问题，这就是被国六车主吐槽的GPF老化报警问题。 再生过程也不复杂，只需要高速行驶并滑行交替，使GPF核心温度高于650℃，有了足够的氧气，就会燃烧沉积的颗粒物，自动再生。一般推荐的做法，把车开上高速，油门踩到底加速，让车辆高速运转起来，随后松开油门滑行，减少燃料供应，保证排气中有足够的氧气以燃烧沉积颗粒，如此循环几次，就可达到GPF再生的能力。 岛津电子探针测试GPF使用岛津电子探针分析了某GPF试样，电子图像观察显示，此GPF载体为蜂窝型空隙状陶瓷，壁面两侧有明显涂覆层（图1）。图1 GPF背散射电子像 随后对GPF外表面的涂覆层进行了微区成分定性测试（图2），发现了Rh、Pd等贵金属活性催化成分，以及作为储氧剂、分散剂、稳定剂等作用的金属和稀土氧化物成分。 图2 GPF涂层微区成分定性分析结果 对主要元素进行了面分布特征测试，结果（图3）显示Mg、Al、Si、Fe等硅铝酸盐成分主要分布于陶瓷载体基体，载体有一定的孔隙度，这是GPF的主体结构。在壁面两侧的涂覆层中，Al、Zr（一般是其氧化物）作为热稳定剂和分散剂，Rh、Pd等是有效的活性催化贵金属，La、Ce等稀土（一般是其氧化物）作为储氧剂使用。一般来说，Rh可对汽油车尾气中的NOx进行还原催化，尾气气体中的HC和CO可通过Pd催化氧化反应，改善尾气排放污染。可见，采用涂覆的GPF可产生类似三元催化剂的效果，是一个很好的设计。 图3 元素面分析结果 具有涂覆层GPF的测试特点出于成本考虑，贵金属活性成分一般含量很低，所以在测试时对仪器的灵敏度要求较高，同时由于添加的稀土元素特征X射线峰位之间非常接近，一般的能谱仪（EDS）也不足以满足能量分辨率的需求，岛津电子探针对此类样品的测试有着足够的优势，同时满足灵敏度和分辨率的测试要求。 岛津电子探针（EPMA-1720& EPMA-8050G） 岛津电子探针EPMA通过配置统一四英寸罗兰圆半径的、兼具灵敏度和分辨率的全聚焦分光晶体，以及52.5°的特征X射线高取出角，使之对于微量贵金属元素如Pd、Rh等以及稀土元素如Ce、La等都能够轻松地测试和表征。 如果您对汽车尾气催化剂TWC感兴趣，或者对电子探针测试微量元素、稀土元素对比扫描电镜上的能谱仪测试效果感兴趣，可参考扩展阅读。 结语使用岛津电子探针对汽车尾气颗粒捕捉器GPF试样进行了观察和解析，确认了其具有涂覆层的结构。结果显示GPF载体为有一定孔隙度的硅铝酸盐陶瓷材料，而涂覆层含有La、Ce等稀土和Rh、Pd等贵金属活性成分，具有三元催化效用。岛津电子探针兼具高灵敏度、高分辨率特性，可对GPF微观结构进行有效表征。 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

“中国在气候变化方面扮演着非常重要的作用。比如，中国在太阳能光伏领域具有非常好的成本优势。但中国人均耕地少，同时缺乏天然气的储备，中国在粮食、能源方面要实现自给自足，就要做出更多努力。”11月3日，第五届世界顶尖科学家论坛的先导论坛——第二届世界顶尖科学家碳大会（以下简称碳大会）在上海科学会堂举行，2013年诺贝尔化学奖得主迈克尔莱维特在会上作上述表示。近两年，高温热浪、暴雨、干旱等极端天气在全球各地频繁发生，引起世界各地对气候变化的强烈关注。本届碳大会上，来自全球多个国家的科学家分享了自己的研究成果，并就新技术应用、低碳教育以及国际合作等进行了交流讨论。本届碳大会分为三个独立主题议程——“碳策”未来，聚焦于“碳达峰、碳中和”战略与国际科技合作前瞻；“零碳”未来，聚焦于碳中和技术前沿与实现零碳发展的科学路径；“绿能”未来，聚焦于绿色能源革命与低碳可持续发展。“双碳”背景下，能源技术备受关注论坛上，2019年沃尔夫农业奖得主大卫齐尔伯曼提到了生物经济“脱碳”解决方案。他解释说，生物经济就是要充分利用发酵、基因编辑等生物技术和农业、林业、牧业等自然资源技术，帮助我们从不可再生经济向以可再生资源为基础的经济过渡，同时帮助我们更好地适应这一转变过程。他还提到，生物燃料是太阳能之外非常具有发展潜力的领域，也是非常有效率的能源。生物燃料一方面可以减少温室气体的排放，降低化石能源的价格和化石能源开采的成本，同时有助于提高粮食生产率。“双碳”战略背景下，能源结构将发生重要变化。中国工程院院士贺克斌就提到，在“碳中和”背景下，到2060年，可再生能源、新能源占比将超过70%，其中太阳能和风能是非常重要的内容。贺克斌提到，全球太阳能和风能资源分布极不均衡，特别是在时间和空间上。他认为，“如果要在全球范围内解决能源分配的问题，或许应该设计出一个跨国、跨大陆的能源网络。”前沿新技术助力碳捕捉、碳转化有没有一种新材料可以实现碳捕捉？2018年沃尔夫化学奖得主奥马尔亚基在“零碳”未来主题论坛上提到，材料设计中可以利用机体的分子结构实现碳捕捉。“实现碳捕捉，对材料有一些最低的要求。比如，表面积要非常大、能量要非常大，非常好的水稳定性等。”奥马尔亚基也介绍了新材料实现碳捕捉的前沿技术。比如，有些材料能够从生产水泥的气体之中实现高效率的碳捕捉，这种材料的网状结构非常规则，吸收能力也非常强。“如何把二氧化碳转化成新能源、可再生能源呢？”2015年麦克阿瑟天才奖得主杨培东表示，电催化的过程可以把二氧化碳变成三氧化碳，或者其他的一些物质。他比较了生物催化剂和合成催化剂的优劣势，如生物催化剂能够实现100%的选择性，但是生产效率比较低。而合成的电催化剂，特别是纳米颗粒的催化剂，生产效率高，可以实现工业级生产。“化学转换的过程有比较高的选择性，同时也要考虑到过程中分离的成本、新技术的成本等。”杨培东说道。“气候变化是一个复杂的问题，需要全球不同的科学家们关注不同的领域。”在“碳策”未来主题论坛上，中国科学院院士朱彤表示，中国已经取得了非常好的成绩，但是，也有一些国家还没有办法实现从依赖传统能源到使用可再生能源的转变。不管是从技术的角度，还是从经济的角度，都存在更大的挑战。这需要全球共同努力。

p style="text-align: center "img width="600" height="397" title="hx.jpg" style="width: 600px height: 397px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/deebce0e-6551-46d2-a871-3ff53707f64f.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//pp　　近年来，“灰霾”影响了市民日常生活，也让越来越多市民关注一个专业术语“PM2.5”。/pp　　国家“千人计划”专家、暨南大学教授周振创办的中国第一家专业质谱公司——广州禾信仪器股份有限公司(以下简称“禾信仪器”)，花大力气转化科研成果，研发制造的空气PM2.5监测“神器”已在全国100多座城市应用。/pp　　近日，记者实地探访了位于广州科学城的禾信仪器，利用空气PM2.5监测“神器”在线单颗粒气溶胶质谱仪，可在一小时内精确地“捕捉”到污染源，破解了空气污染治理的世界性难题。/pp　　●南方日报记者 吴少敏 杜玮淦/pp　　实习生 屠乐天/ppstrong　　1 创办中国第一家专业质谱公司/strong/pp　　如果一项工作做到极致，满分是1分的话，那么研发质谱仪的每一项成果都要达到0.9分以上，且最终要数十个甚至上百个0.9分的叠加，才能做出一台质谱仪——周振形象地说明了质谱仪研发的难度。/pp　　“咚”……至今，想起那声清脆钟声，周振依然心潮澎湃。今年4月，周振带着15人团队在北京敲钟，见证禾信仪器挂牌新三板这一里程碑时刻。/pp　　从零开始，到缔造一家高科技上市企业，周振用了13年时间 但“做中国人的质谱仪器”的梦想，却早已在他心中燃烧了26年。/pp　　1991年，在厦门大学读仪器工程专业的周振，开始接触到质谱仪。据介绍，质谱仪用于观测“看不见的世界”，直接测量物质的原子量和分子量，是现代科学研究最重要的基础工具之一，也代表着一个国家在高精尖科学技术的水平。据统计，在国民经济发展中，环境、药物、食品和国家安全等60%以上的领域，都涉及使用质谱仪进行监测检测。但国内使用的质谱仪，几乎全部依赖进口，每年进口额达到上百亿元。/pp　　“为什么不研发中国人自己的质谱仪?”周振心中一直有这样的疑问。而随着研究的深入，周振发现：质谱仪的研发是一项系统工程，涉及数理化、机械、电子、计算机、真空、材料等各个科学领域。“如果一项工作做到极致，满分是1分的话，那么研发质谱仪的每一项成果都要达到0.9分以上，且最终要数十个甚至上百个0.9分的叠加，才能做出一台质谱仪。”周振形象地说明了质谱仪研发的难度。/pp　　在厦门大学获得化学博士学位后，1998年周振赴德国攻读物理学博士，继续向高精尖的质谱仪器研发前进。周振说，在德国他得到无网反射飞行时间检测器和垂直引入式飞行时间检测器专家的指导，并在2000年成功研制了垂直引入式飞行时间质谱仪，技术指标为当时国际同类仪器的最高水平。/pp　　从2000年起，周振开始往返于欧美与中国，希望把这一技术在中国实现产业化。在2002年的中国广州留学人员科技交流会上，周振做了一个报告，提出“做中国人自己的质谱仪器”的目标。周振说，中国科学院院士傅家谟院士在听完周振的研发思路之后，很快便决定支持他们研发国产质谱仪，并个人资助20万元作为启动经费。”/pp　　2004年，周振从美国携带家眷，拎着一箱资料和一箱价值10万元的零件，带上10万元存款，来到广州创办中国第一家专业质谱公司——禾信仪器。/ppstrong　　2 破解追溯PM2.5污染源难题/strong/pp　　没有质谱仪之前，要找到PM2.5的污染源，要离线采样、实验室分析、模型计算等，需要耗费数百万元和半年时间。但现在通过在线单颗粒气溶胶质谱仪，一小时内就能精确地“捕捉”到PM2.5的污染源。/pp　　走进禾信仪器的办公楼，墙上的红字映入眼帘——做中国人的质谱仪器。/pp　　在质谱仪研发实验室内，安静却紧张忙碌。技术人员正在使用一台在线单颗粒气溶胶质谱仪，测试空气中的PM2.5成分。空气一穿过，仪器屏幕上快速地显示出多种有机物、重金属等污染物质的变化信息。/pp　　“没有质谱仪之前，要找到PM2.5的污染源，不仅需要耗费数百万元，而且花费半年时间。”周振说，“现在通过在线单颗粒气溶胶质谱仪，一小时内就能精确地“捕捉”到PM2.5的污染源。”/pp　　在成功研发出在线单颗粒气溶胶质谱仪前，周振走过了一段艰辛的创业路。像很多创业公司一样，很快遇到了资金、人才瓶颈。公司里只是一个4人团队，账户上有百万元研发资金，但两年后遭遇资金寒流，公司账户上只剩下2万元。“一边勒紧裤腰带过日子，一边没日没夜搞研发。”周振用这句话说明创业期迈过的“坎”。/pp　　拐点出现在2009年。这一年，周振入选了国家“千人计划” 差不多同期，广州科技风险投资给了第一笔股权资金500万元，公司的资金压力慢慢缓和。/pp　　2010年，周振团队推出国内尖端商品化质谱仪器——在线单颗粒气溶胶质谱仪，应用于环境监测，解决灰霾污染源在线解析这一世界性难题。2014年，环保部下发了《关于开展第一阶段大气颗粒物来源解析研究工作的通知》，寻找污染物源头的工作拉开序幕，大部分省会城市要在2015年底，地级以上城市要在2016底摸清PM2.5的主要来源，利用在线单颗粒气溶胶质谱仪进行PM2.5在线源解析，成了关键突破点。/pp　　“没有质谱仪之前，我们检测空气的PM2.5污染源，要离线采样、实验室分析、模型计算等，需要耗费数百万元和半年时间。现在通过在线单颗粒气溶胶质谱仪，一个小时内就能精确地‘捕捉’到空气中PM2.5的污染源。”周振说。/pp　　如今，在线单颗粒气溶胶质谱仪已在100座城市应用，监测空气中的PM2.5污染源，为国家治理环境节约上百亿元，并且在多个盛会中，在监测空气质量方面发挥了不可替代的作用。/ppstrong　　3 打造质谱仪研发世界级“军团”/strong/pp　　近两年来，广东出台多项激励科技创新的政策，给高校科研人员“松绑”，引导高水平大学、高水平理工科大学建设单位和科研人员，主动对接服务企业转型升级和区域经济发展，为创新驱动发展提供人才、智力和技术支撑。/pp　　在实验室里，周振指着另外一台大型质谱仪说，“历时6年时间研发，这台国家重大科学仪器设备即将‘出生’。”/pp　　2011年，禾信仪器牵头启动国家重大科学仪器设备开发专项，吸引了14家知名大学和研究所参与，研发国内首台广泛用于制药、临床试验等领域的新型高分辨率杂化质谱仪。/pp　　像这样，由一家民营企业牵头国家重大科学仪器设备开发专项，联合高校和科研院所研发新型高分辨率杂化质谱仪，并不多见。近两年来，广东出台多项激励科技创新的政策，给高校科研人员“松绑”，引导高水平大学、高水平理工科大学建设单位和科研人员，主动对接服务企业转型升级和区域经济发展，为创新驱动发展提供人才、智力和技术支撑。/pp　　“现在大学教授有成果就可以大胆地转化。”周振笑着说，公司迅速发展、快速上市，得益于暨南大学高水平大学建设的大刀阔斧改革：学校下大决心、花大力气鼓励科研成果转化，彻底破解产学研的“两张皮”问题。其中，周振发挥了双重“身份”优势——既是大学教授又是企业老板的他，打通了科研成果转化的“最后一公里”，实现了政府引导、高校科研成果、市场前沿、用户应用及社会贡献的无缝对接，服务于地方经济社会、创新驱动发展。/pp　　禾信仪器研发投入占营业额的36%，坚持以技术为发展驱动力。如今，团队成员从当初4人增加到今天的240人，其中博士14人、硕士78人、国外兼职教授3人、院士顾问5人，形成了国内最大的质谱仪研发、生产和销售“军团”。/pp　　禾信仪器发挥灵活机制，多方合力研发新一代质谱仪。至今，禾信仪器承担了3项国家“63”计划、2项国家重大科学仪器设备开发专项、4项省部级重大科技项目，并与多所顶尖高校和科研院所合作，完成中国新一代质谱仪自主创新研发。/pp　　“用一颗火热中国心，做中国人的质谱仪器。”周振表示，未来几年内还将推出两三款商品化质谱仪器，整体技术水平都属于国内首台或国际首创。/pp /p