基于超聲波清洗的三元催化器回收工藝可行性研究

楊向前 黃云波

摘 要： 針對(duì)汽車(chē)維修企業(yè)特點(diǎn)，本文討論了一種基于超聲波清洗技術(shù)的三元催化器回收工藝，通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，驗(yàn)證了回收工藝的可行性，得出關(guān)于超聲波清洗介質(zhì)、溫度、時(shí)間等參數(shù)的最佳數(shù)值，供企業(yè)進(jìn)行參考使用。

關(guān)鍵詞： 三元催化器、超聲波清洗技術(shù)、回收工藝、汽車(chē)維修企業(yè)、雙怠速測(cè)試

【中圖分類號(hào)】 TH6022 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A【文章編號(hào)】 2236-1879（2017）20-0202-02

0引言

隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，汽車(chē)尾氣排放帶來(lái)的環(huán)境污染日益嚴(yán)重，三元催化器成為汽車(chē)上必不可少的設(shè)備，它將汽車(chē)排放的尾氣轉(zhuǎn)化成無(wú)毒無(wú)害的氣體，大大減少了汽車(chē)尾氣對(duì)環(huán)境的污染。對(duì)于由三元催化器失效引起的尾氣不達(dá)標(biāo)車(chē)輛狀況，汽車(chē)維修企業(yè)一般采用更換新配件來(lái)解決，舊產(chǎn)品則荒廢于倉(cāng)庫(kù)中，造成較大的浪費(fèi)。引起三元催化器失效的原因有高溫失活、化學(xué)中毒、積碳、堵塞等，通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚?，大部分廢舊三元催化器可再次利用，節(jié)約企業(yè)及車(chē)主維修成本。因此，課題組設(shè)計(jì)了一種適合于汽車(chē)維修企業(yè)的三元催化器回收工藝，并進(jìn)行了試驗(yàn)。

1.超聲波清洗技術(shù)簡(jiǎn)介

超聲波是一種頻率大于20千赫茲，人耳無(wú)法識(shí)別的聲波，它在液體中能夠以縱向波的形式進(jìn)行傳遞，并引起質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，且振動(dòng)強(qiáng)度隨著超聲波頻率的增加而極速增加，產(chǎn)生較大的非線性作用力。在這個(gè)過(guò)程中，液體介質(zhì)會(huì)在負(fù)壓區(qū)形成無(wú)數(shù)個(gè)微小氣泡，而在正壓區(qū)突然閉合破裂，產(chǎn)生上千個(gè)大氣壓力，這稱之為“空化效應(yīng)”。在這種效應(yīng)的連續(xù)作用下，附著在清洗件表面的污物被反復(fù)沖擊、剝離、乳化，最終脫落。由于“空化效應(yīng)”能夠滲入物件表面的凹槽、微孔等常規(guī)清洗方法不能企及的隱蔽處，因此，超聲波清洗技術(shù)能夠?qū)⒐ぜM(jìn)行更為徹底的清洗，而且整個(gè)過(guò)程完全屬于物理效應(yīng)過(guò)程，對(duì)工件設(shè)備及周?chē)h(huán)境無(wú)任何污染作用。通過(guò)超聲波清洗機(jī)的發(fā)生器產(chǎn)生電磁信號(hào)，換能器再將這些振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槌曊駝?dòng)，傳入超聲波清洗槽中，對(duì)物件進(jìn)行清洗，此即超聲波清洗機(jī)的作用過(guò)程。

2.三元催化劑回收工藝可行性試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)理念。

通過(guò)文獻(xiàn)查閱及企業(yè)實(shí)地考察，課題組發(fā)現(xiàn)，超聲波清洗技術(shù)在汽車(chē)零配件的清洗（如噴油器）方面具有低成本、易于批量化操作且清洗效果好的特點(diǎn)，并且，已有不少小型零配件企業(yè)嘗試?yán)贸暡ㄇ逑醋鰹槿呋D(zhuǎn)換器回收加工工藝的前期處理手段。因此，課題組嘗試結(jié)合現(xiàn)代汽車(chē)維修企業(yè)的一些常用設(shè)備、工具，設(shè)計(jì)一套基于超聲波清洗技術(shù)的三元催化器回收工藝，并進(jìn)行試驗(yàn)分析，驗(yàn)證其可行性。

2.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備及過(guò)程設(shè)計(jì)。

試驗(yàn)選擇在溫州交通技校進(jìn)行，結(jié)合校實(shí)訓(xùn)設(shè)備特點(diǎn)及對(duì)比汽車(chē)維修企業(yè)設(shè)備配置情況，課題組選擇了尾氣分析儀和試驗(yàn)車(chē)輛進(jìn)行雙怠速測(cè)試，利用故障解碼器數(shù)字轉(zhuǎn)速顯示功能，控制雙怠速排放檢測(cè)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，超聲波清洗機(jī)用于對(duì)三元催化器進(jìn)行參數(shù)選擇清洗試驗(yàn)，舉升機(jī)、常用拆裝工具等，另外，需要對(duì)氧傳感器進(jìn)行檢查，以保證空燃比控制的準(zhǔn)確性。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程按照設(shè)備準(zhǔn)備與檢查→樣品篩選→初始雙怠速試驗(yàn)→超聲波參數(shù)選擇及雙怠速試驗(yàn)→數(shù)據(jù)分析→結(jié)果確認(rèn) 等幾個(gè)工序來(lái)進(jìn)行。

2.3 主要試驗(yàn)過(guò)程。

2.3.1 樣品的初步篩選。

本次催化器樣品由合作企業(yè)提供，為了能讓試驗(yàn)順利進(jìn)行，首先要對(duì)廢舊三元催化器進(jìn)行初步篩選，通過(guò)觀察、查看貼標(biāo)，確定三元催化器的里程數(shù)及外部構(gòu)造。對(duì)于行駛里程達(dá)10萬(wàn)公里以上的廢舊三元催化器，由于考慮到可能已經(jīng)達(dá)到使用有效期限，很難達(dá)到清洗效果，所以不予考慮。另外，對(duì)有明顯機(jī)械破損、手搖有明顯脫落物聲音以及表面有熱燒結(jié)現(xiàn)象的三元催化器，也不予考慮。最終篩選出了10個(gè)失效催化器樣品，加上企業(yè)提供的10個(gè)普通催化器，共計(jì)20個(gè)樣品。

2.3.2 超聲波清洗參數(shù)選擇試驗(yàn)。

本試驗(yàn)采用的超聲波清洗機(jī)是珠海飛鷹電器有限公司的產(chǎn)品，驅(qū)動(dòng)功率為2600W，額定功率6000W，考慮到人力、物力、時(shí)間的投入問(wèn)題，課題組不對(duì)頻率進(jìn)行細(xì)化篩選，選擇常用的小顆粒清洗頻率—40KHZ。用10個(gè)失效樣品和10個(gè)正常樣品，分別進(jìn)行溫度、介質(zhì)、時(shí)間三種參數(shù)的清洗試驗(yàn)對(duì)比。

試驗(yàn)分為三個(gè)階段，第一個(gè)階段，對(duì)20個(gè)樣品進(jìn)行清洗前雙怠速測(cè)試，記錄數(shù)據(jù)，保持時(shí)間、溫度等參數(shù)不變的情況下，分別使用專用清洗劑和水溶液，對(duì)1號(hào)、2號(hào)失效樣品進(jìn)行清洗后，再進(jìn)行雙怠速測(cè)試，對(duì)比清洗前后數(shù)值變化。第二階段，采用第一階段效果較好的介質(zhì)，保持其他參數(shù)不變，分別在40℃、50℃、60℃、70℃、80℃五種溫度情況下對(duì)3-7號(hào)樣品進(jìn)行清洗和雙怠速測(cè)試，對(duì)比分析清洗前后的雙怠速測(cè)試數(shù)值。第三階段，采用前兩個(gè)階段確定的最佳清洗參數(shù)，分別以10分鐘、20分鐘、30分鐘的時(shí)間段對(duì)8-10號(hào)失效樣品進(jìn)行清洗時(shí)間效果測(cè)試和雙怠速測(cè)試，同樣用清洗前后雙怠速測(cè)試數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，確定最佳參數(shù)。最后，采用相同工序?qū)?0個(gè)正常催化器進(jìn)行清洗試驗(yàn)，對(duì)比普通催化器的清洗效果，進(jìn)一步完善試驗(yàn)過(guò)程。

3.結(jié)果分析

根據(jù)最終數(shù)據(jù)分析可知，采用專用清洗劑，選用適當(dāng)溫度、清洗時(shí)間，除1號(hào)樣品無(wú)明顯質(zhì)量提升外（該樣品本身可能有內(nèi)部破損或存在不可逆化學(xué)中毒情況），無(wú)論是失效或者正常使用的三元催化器，都有或多或少的轉(zhuǎn)化效率提升，以高怠速試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，如圖1、圖2所示，其中HC的轉(zhuǎn)化率最高提升了20.6%，CO的轉(zhuǎn)化率最高提升了23.3%，NOX的轉(zhuǎn)化率最高提升了7.3%（由于雙怠速試驗(yàn)溫度）。可以預(yù)示，日常維修保養(yǎng)過(guò)程中，適當(dāng)?shù)膶?duì)三元催化器進(jìn)行清洗保養(yǎng)，完全可以延長(zhǎng)三元催化器的使用壽命。而如果選用超聲波清洗技術(shù)進(jìn)行清洗，參考本研究?jī)?nèi)容及研究結(jié)果，建議在超聲波頻率為40kHz的情況下，清洗介質(zhì)選擇常溫下使用的專用清洗劑（如本課題研究中使用的啟龍牌清洗劑），清洗溫度控制在60℃左右，清洗時(shí)間控制在20分鐘左右。

4.結(jié)束語(yǔ)

本研究針對(duì)汽車(chē)維修企業(yè)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)三元催化器回收工藝，由于試驗(yàn)場(chǎng)地及設(shè)備簡(jiǎn)陋、研究人員水平有限等原因，必然會(huì)有很多實(shí)際沒(méi)有考慮到的問(wèn)題，試驗(yàn)過(guò)程也不可能涉及到所有的約束條件，需要進(jìn)一步去完善?，F(xiàn)將試驗(yàn)過(guò)程中的一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)以及未來(lái)展望陳述如下：

1.在雙怠速檢測(cè)方法的運(yùn)用上，由于環(huán)境濕度、大氣壓力等因素對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果會(huì)有影響，而本次研究在數(shù)據(jù)測(cè)試方面，都是在維修車(chē)間進(jìn)行，無(wú)法對(duì)這些因素的變化加以控制，在以后的研究改善方面，運(yùn)用相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)這些因素加以控制，會(huì)得到更精確的結(jié)果。

2.本研究對(duì)超聲波清洗的相關(guān)參數(shù)值只做了粗略的選擇測(cè)試，如在溫度上，選擇了40℃、50℃、60℃、70℃、80℃這幾個(gè)溫度進(jìn)行測(cè)試，每種溫度也只是選擇了兩個(gè)樣品進(jìn)行試驗(yàn)，如果參與同種測(cè)試試驗(yàn)的樣品數(shù)量增加，測(cè)試的溫度可以精確到1℃，整個(gè)試驗(yàn)的精確度都能得到大的提高。

3.對(duì)于經(jīng)過(guò)特定條件控制清洗過(guò)的樣品，用雙怠速測(cè)試法測(cè)試其催化效果有無(wú)提升固然簡(jiǎn)單，但是這是間接由數(shù)據(jù)分析的方法反映出來(lái)，如果能夠利用電子顯微鏡等手段對(duì)三元催化器陶瓷載體表面進(jìn)行微觀觀察分析，就能夠較為直觀的對(duì)清洗結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明，使結(jié)果分析更加精確。

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