CN101294873B - 利用机动车发动机进气系统作动力的大气采样方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种利用机动车发动机进气系统作动力的大气采样方法及装置,涉及大气采样技术,提供了一种以机动车发动机为动力系统的大气采样装置和一种利用改造的机动车空气滤清器滤芯为大气颗粒物采样装置的方法。本发明具有无需附加外接动力设备,针对面源污染物的检测成本低、易于实现等优点,同时具有重要的实用价值。本发明利用发动机正常工作时产生的负压为动力,在不影响车辆正常使用的前提下,完成大气样品的采集工作。本发明适于各种粒径的大气颗粒物中持久性有机污染物(二恶英类、多氯联苯、DDT等)、重金属(汞、铅等)等物质的采集分析。

Description

利用机动车发动机进气系统作动力的大气采样方法及装置
技术领域
本发明涉及大气采样技术领域,是一种新型大气采样的方法及其装置。
背景技术
大气采样器是用来捕集大气中的污染物质的一种装置,目前用于大气采样的装置可分为主动式和被动式两种,主动式大气采样器其工作原理是空气在采样泵的抽力作用下通过滤膜和吸附材料,使其中的污染物质富集在滤膜和吸附材料上。常规的大气采样器所使用的滤膜多采用超细玻璃纤维制成。根据不同的采样要求可选择不同颗粒透过率的玻璃纤维滤膜,而常用的吸附材料为一定密度要求的聚氨酯(PUF)。
机动车发动机常用的空气滤清器滤芯有纸质干式滤芯、聚氨酯滤芯、纤维滤芯等几种。纸质干式空气滤清器的滤芯采用经过树脂处理的微孔滤纸制成,滤纸多孔、疏松、折叠,有一定的机械强度和抗水性,具有滤清效率高、结构简单、重量轻、成本低、保养方便等优点,是目前应用最广泛的机动车用空气滤清器。聚氨酯滤芯空气滤清器的滤芯采用柔软、多孔、海绵状的聚氨酯制成,吸附能力强,这种空气滤清器具有纸质干式空气滤清器的优点,但机械强度低,在轿车发动机中使用较为广泛。
国内外有很多对机动车空气滤清器以及大气采样器的改进专利,但未见有将两者结合运用于大气采样过程之中的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用机动车发动机进气系统作动力的大气采样方法及装置,可以方便的对大气进行采样,方法简便、装置成本低廉,有较高的实用价值。
为达到上述目的,本发明的技术解决方案是:一种利用机动车发动机进气系统作动力的大气采样方法,使用机动车发动机空气滤清装置;其包括步骤:
a)首先对过滤单元的滤膜和吸附单元的材质为XAD-2树脂或聚氨酯的吸附材料进行预处理;
b)对处理好的滤膜和吸附材料进行装配后,进行气密性试验;
c)将安装好的装置与机动车发动机进气系统相连,并固定在车辆之上;
d)记录大气采样所需参数;
e)实施采样,记录采样期间的天气状况,车辆行驶里程,油耗和空气流量;
f)收集样品,停止采样,回收滤膜和吸附材料,如为下进气方式,还需将托盘集尘器一并回收,检查其外观特征,并对回收的滤膜、吸附材料和集尘器作标记;
g)记录大气采样结束时参数;
h)将收集的滤膜和吸附材料(如为下进气方式,还需回收托盘集尘器)带回实验室,对于不同的目标化合物,参照国标、行业标准或标准方法的规定进行样品的前处理,并将处理好的样品,进样实验分析。
所述的方法,其所述a)步骤,当滤膜和吸附材料为XAD-2树脂时:
使用索氏提取器,依次以甲醇、丙酮、正己烷和二氯甲烷为溶剂提取至少24小时;然后依次以正己烷,丙酮,甲醇各提取至少4小时;最后以大量去离子水淋洗,避光低温储存以备使用。
所述的方法,其所述a)步骤,当滤膜和吸附材料为聚氨酯时:
净化聚氨酯时,使用索氏提取器以丙酮提取至少16小时,每小时进行至少4个循环,备用;或
使用甲苯,丙酮,乙醚和正己烷淋洗至少50次,再进行索氏提取,然后置于真空干燥器中,在室温下干燥2-4小时至无残余溶剂味道后,备用。
所述的方法,其所述乙醚和正己烷配比,以体积比:1∶5~10。
所述的方法,其所述将处理好的滤膜和吸附材料进行装配前,还包括烘干,称重,或加采样内标。
所述的方法,其还包括当盛装滤膜和吸附材料的容器回用时,使用乙醚和正己烷清洗,乙醚和正己烷净化溶剂的体积比:百分之5到10。
所述的方法,其所述d)、g)步骤中,大气采样参数为:初始日期、里程、每百公里燃油消耗量、流量、天气状况、车辆行驶里程、耗油量、车辆行驶的路线图。
所述的方法,其所述f)步中,如为下进气方式,还需将托盘集尘器一并回收,检查其外观特征,并对集尘器作标记;
h)步中,如为下进气方式,还需回收托盘集尘器,并提取样品。
一种所述的方法使用的装置,包括机动车发动机空气滤清器;其在机动车发动机进气系统中,设有气体流量计,气体流量计的探头位于空气滤清器后端管道中。
所述的装置,其当机动车发动机进气系统为下进气方式时,还包括集尘装置,其形状应与采样装置形状相匹配,材质为不锈钢,托盘状集尘装置位于空气滤清器前端进气口处,与进气口有间隙,外缘与进气口相适配,固接。集尘装置的目的是用于收集空气中由于震动等某些原因,未能吸附于空气滤芯之上的大气颗粒灰尘,辅助空气滤清器真实完全地反映大气中污染物质的状况。
所述的装置,其所述空气滤清器,其滤芯为纸质干式滤芯、聚氨酯滤芯或纤维滤芯。
本发明中所叙述的发动机可以是以各种燃料为燃烧介质的发动机。
本发明与背景技术所不相同之处:
1、采样装置的动力为机动车发动机的进气系统。
2、采用改装后的机动车空气滤清器作为大气采样的一种装置。
附图说明
图1是本发明的利用机动车发动机进气系统作动力的大气采样装置结构示意图,其中:图1a是上进气采样装置剖面示意图;图1b是下进气采样装置剖面示意图;
图2是本发明的利用机动车发动机进气系统作动力的大气采样装置下进气结构示意图。
图3是本发明的利用机动车发动机进气系统作动力的大气采样装置的简易工作流程图。
具体实施方式
本发明的“利用机动车发动机进气系统作动力的大气采样方法及装置”,属于主动式大气采样方法及装置。
该装置结构包括过滤单元、吸附单元、流量计、集尘单元等,其中过滤单元的材质可以是玻璃纤维构成,根据采样要求的规定可以选择针对不同粒径颗粒物(如:PM 100、PM 10等)的滤膜;吸附单元:可以由PUF(聚氨酯)或XAD-2树脂组成。本装置具有成本低、设备简单、易于实现、无需人员看守等优点,特别适用于城市公路的大气中半挥发性有机物和重金属等污染状况调查及污染面源监测和样本量较大的采样工作,采样过程是通过车辆行驶过程完成大气采样工作,具有重要的实用价值。
实施例1
本发明的利用机动车发动机进气系统作动力的大气采样装置,可在不改变原有空气滤清器的结构的前提下,利用现有的空气滤清器滤芯,选择经过试验评价适用于大气样品采集的材料,通过理论空燃比,计算滤芯中大气通量。
空气滤清器安装在化油器或进气管的前方,起到滤除空气中灰尘、砂粒的作用,保证气缸中进入足量、清洁的空气,根据目前国家标准规定,空气滤清器对于颗粒物的去除效率应在99.5%以上。现有机动车多为4冲程发动机,4冲程分别是:进气、压缩、燃烧、排气。完成这4个过程,发动机完成一个周期(2圈)。发动机工作时需通过电子阀来调节空燃比使发动机处于最佳的工作状态,燃料的组成成分对理论空燃比的影响不大,汽油的理论空燃比约为14.7,也就是说,燃烧1g汽油需要14.7g的空气(折合12.2升常态下空气),由此可以根据发动机的每百公里耗油量计算出吸入空气的体积。为实现上述目的,本发明在不影响发动机正常工作的前提下,通过对现有空气滤清器的改造,使机动车在行驶的过程中完成对大气样品的采集工作,并且可以通过在滤芯中添加采样标的形式,评价采样效率,校正不同车型及排气量差别所引起的偏差。
参见图3,本发明装置的具体操作步骤如下:
1.首先要对采样时所需的滤膜和吸附材料进行预处理:
1.1 XAD-2树脂:
使用索氏提取器,依次以甲醇、丙酮、正己烷和二氯甲烷为溶剂提取24小时;然后依次以正己烷,丙酮,甲醇各提取4小时;而后以大量去离子水淋洗,避光低温储存以备采样。
采样前烘干,称重,如需要可以加采样内标。
1.2 聚氨酯(PUF)
净化聚氨酯(PUF)时,使用索氏提取器以丙酮提取16小时,每小时约进行4个循环。当盛装滤膜和吸附材料的容器回用时,使用乙醚和正己烷(体积比:百分之5到10)作为净化溶剂。
如为更好的清除聚氨酯(PUF)中未知的干扰物,以降低本底值,可采用如下的改进方法。该方法包括使用甲苯,丙酮,乙醚和正己烷(体积比:1∶5~10)淋洗50次,再进行索氏提取,然后置于真空干燥器中,在室温下干燥2-4小时至无残余溶剂味道后添加采样内标。
2.对处理好的滤膜和吸附材料按照图1、图2所示进行安装,安装完毕后进行气密性试验,保证安装好的整套采样装置没有漏气和破损之处。
3.将安装好的采样装置与机动车发动机进气系统相连,并固定在车辆之上,启动发动机,察看汽车发动机工作是否正常。
4.记录采样所需参数,包括:初始日期、里程、每百公里燃油消耗量,流量计读数等参数。
5.实施采样,记录采样期间的天气状况,车辆行驶里程,油耗和流量计读数。
6.收集样品,停止采样,回收滤膜和吸附材料如为下进气方式,还需将托盘集尘器一并回收,检查其外观特征,并对回收的滤膜和吸附材料集尘器作标记。
7.记录采样参数,采样结束时天气状况、车辆行驶里程、耗油量、流量计读数以及车辆行驶的路线图。
8.实验分析,将收集的滤膜和吸附材料带回实验室,对于不同的目标化合物,参照国标、行业标准或标准方法的规定进行样品的前处理,并将处理好的样品,进样分析。
表1为采用本发明实施例1进行的一次检测的结果。
表1 2007年某城市大气样品检测结果
Figure GSB00000026764300081
该结果表明,利用本发明中的方法可以检测到大气中的持久性有机污染物,本发明中的方法可以作为一种新型的大气采样方法在实际中应用。
实施例2
在机动车发动机进气系统中安装本发明的采样装置。采样装置结构如图1a、1b和图2所示。本发明的利用机动车发动机进气系统作动力的大气采样装置,是在机动车发动机空气滤清器的基础上进行的改进,空气滤清器包括进气口1、空气滤芯3、吸附材质层4、出气口5、简易气体流量计6、简易集尘装置7。图中、气流方向2。在机动车发动机进气系统中,设有气体流量计6,气体流量计6的探头位于空气滤清器后端管道中。
还包括集尘装置7,当机动车发动机进气系统为下进气方式时,托盘状集尘装置7位于空气滤清器前端进气口1处,与进气口1有间隙,集尘装置7外缘与进气口1相适配。
现以图1b、图2中下进气采样装置图为例简要地介绍本发明中的装置。
当机动车发动机正常工作时,大气在发动机的负压作用下通过进气口1进入到采样装置中。大气通过空气滤芯3时,绝大部分颗粒物被截留下来,与此同时,附着在颗粒物上的目标检测物也随之被捕集。空气滤芯3如前所述,材质可分为纸质干式滤芯、聚氨酯滤芯、纤维滤芯等,实际使用过程中可以根据目标检测物选择。
通过空气滤芯的大气携带少量残余颗粒物,残余颗粒物上及气相中的目标检测物在经过吸附材质层4的过程中被拦截在吸附材质上。为了获得更好的效果,可以根据目标检测物性质的不同选择相应具有较好吸附性的吸附材质。
考虑到机动车行驶过程中可能产生震动造成附着颗粒物的脱落(特别是空气从下面进气的时候),会影响采样结果的稳定性,本发明特别设置一套简易集尘器7,置于空气滤芯3正下方,以收集脱落的颗粒物。
空气在通过吸附材质层4后,滤除了绝大部分颗粒物和目标检测物质,变为相对干净的空气,经过出气口5及机动车进气管线进入发动机。本发明中经过出气口5的空气滤除了其中的微量杂质,与普通空气滤清装置过滤后空气质量基本相同,因此本发明中的装置不会对机动车进气系统产生不利影响。
为了准确度量该装置在大气采样过程中的空气通量,本发明提供了两种计算方法。其一如实施例1所述,根据采样过程中的几项相关参数,合理地对空气通量进行计算。另一种方法如实施例2所述,在装置中加入一固定的简易流量计6,通过读取流量计6来核算采集的空气体积。
以上结合具体实施方式对本发明进行了描述,但是本领域技术人员应明白,所述具体实施方式只是用于帮助理解本发明的目的、实施方法和效果,并不限制本发明的应用范围。

Claims (11)

1.一种利用机动车发动机进气系统作动力的大气采样方法,使用机动车发动机空气过滤清洁装置;其特征在于,包括步骤:
a)首先对过滤单元的滤膜和吸附单元的材质为XAD-2树脂或聚氨酯的吸附材料进行预处理;
b)对处理好的滤膜和吸附材料进行装配后,进行气密性试验;
c)将安装好的装置与机动车发动机进气系统相连,并固定在车辆之上;
d)记录大气采样所需参数;
e)实施采样,记录采样期间的天气状况,车辆行驶里程,油耗和空气流量;
f)收集样品,停止采样,回收滤膜和吸附材料,检查其外观特征,并对回收的滤膜和吸附材料作标记;
g)记录大气采样结束时参数;
h)将收集的滤膜和吸附材料带回实验室,对于不同的目标化合物,参照国标、行业标准或标准方法的规定进行样品的前处理,并将处理好的样品,进样实验分析。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述a)步骤,当滤膜和吸附材料为XAD-2树脂时:
使用索氏提取器,依次以甲醇、丙酮、正己烷和二氯甲烷为溶剂提取至少24小时;然后依次以正己烷,丙酮,甲醇各提取至少4小时;最后以大量去离子水淋洗,避光低温储存以备使用。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述a)步骤,当滤膜和吸附材料为聚氨酯时:
净化聚氨酯时,使用索氏提取器以丙酮提取至少16小时,每小时进行至少4个循环,备用;或
使用甲苯,丙酮,乙醚和正己烷淋洗至少50次,再进行索氏提取,然后置于真空干燥器中,在室温下干燥2-4小时至无残余溶剂味道后,备用。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述乙醚和正己烷配比,以体积比:1∶5~10。
5.如权利要求1、2或3所述的方法,其特征在于,所述将处理好的滤膜和吸附材料进行装配前,还包括烘干,称重,或加采样内标。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括当盛装滤膜和吸附材料的容器回用时,使用乙醚和正己烷清洗,乙醚和正己烷净化溶剂的体积比:百分之5到10。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述d)、g)步骤中,大气采样参数为:初始日期、里程、每百公里燃油消耗量、流量、天气状况、车辆行驶里程、耗油量、车辆行驶的区域范围。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述f)步中,如为下进气方式,还需将托盘集尘器一并回收,检查其外观特征,并对集尘器作标记;
h)步中,如为下进气方式,还需回收托盘集尘器,并提取样品。
9.一种如权利要求1所述的方法使用的装置,其特征在于包括机动车发动机空气滤清器和气体流量计,气体流量计设置在机动车发动机进气系统中,气体流量计的探头位于空气滤清器后端管道中。
10.如权利要求9所述的装置,其特征在于,当机动车发动机进气系统为下进气方式时,还包括集尘装置,材质为不锈钢,托盘状集尘装置位于空气滤清器前端进气口处,与进气口有间隙,外缘与进气口相适配,固接;集尘装置收集未能吸附于空气滤芯之上的大气颗粒灰尘,辅助空气滤清器真实完全地反映大气中污染物质的状况。
11.如权利要求9所述的装置,其特征在于,所述空气滤清器,其滤芯为纸质干式滤芯、聚氨酯滤芯或纤维滤芯。
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