АВТО БЛОГ YAMAHA-VOLGA.RU

Что такое в автомобиле адсорбер: Адсорбер. Что это такое в машине, для чего нужен, на что влияет и какие основные признаки неисправности

30 июля, 1970 by admin

устройство и принцип работы в автомобиле

Как известно, двигатель внутреннего сгорания автомобиля в качестве основного вида топлива традиционно использует бензин. При этом такой горючий и взрывоопасный нефтепродукт отличается повышенной склонностью к испарению.

С одной стороны, это небезопасно, а с другой  результатом выделения паров является их попадание в атмосферу и ухудшение экологии. Так вот, чтобы понять, для чего нужен адсорбер в машине, стоит отметить, что фактически это фильтр для улавливания паров бензина. Данный фильтр устанавливается в вентиляционной системе бензобака.

Содержание статьи

• Принцип работы адсорбера в автомобиле: система EVAP
•  Признаки неисправности адсорбера
• Чистка адсорбера своими руками, проверка клапана адсорбера и его регулировка
• Что в итоге

Принцип работы адсорбера в автомобиле: система EVAP

Прежде всего, нужно понять, что «абсорбер» это решение, которое предполагает поглощение всем объемом, тогда как «адсорбер» предполагает распределение по поверхности. Если точнее, ошибочно называть устройство для поглощения паров топлива «абсорбер» (absorber) или  фильтр абсорбера в автомобиле.

На самом деле, если речь заходит о том, что такое абсорбер в машине,  тогда нужно отметить, что в авто стоит «адсорбер» (adsorber), так как «абсорбер» использовать для решения поставленной перед этим устройством задачи попросту нельзя.

Итак, еще раз отметим, в автомобиле устройство правильно называется АДсоребр, клапан адсорбера и т.д. Идем далее. Установка  адсорбера является обязательной для современных авто. Более того, адсорбер в машине должен стоять согласно законам многих стран, где действует стандарт Евро 2 и выше.

При этом каждый автовладелец должен знать назначение адсорбера, устройство, а также характерные и распространенные признаки его неисправности. Если просто, адсорбер в автомобиле это угольный фильтр, который не позволяет парам бензина из бака попадать в атмосферу.

Результатом его работы становится отсутствие запаха бензина (особенно летом) возле авто и в салоне, лучшая экологичность, повышение безопасности и т. д. Общее устройство адсорбера включает в себя следующие элементы:

• сепаратор паров бензина;
• адсорбирующий элемент в виде емкости с адсорбирующим веществом;
• вентиляционный клапан;
• электромагнитный клапан продувки адсорбера, который стоит между адсорбером и впускным коллектором;
• шланги и трубопроводы, соединяющие адсорбер с бензобаком, впускным коллектором и атмосферой.

Если просто, вся система EVAP работает следующим образом:

• Когда мотор заглушен, в топливном баке происходит испарение бензина, пары поднимаются и накапливаются у горловины;
• Возле горловины установлен сепаратор, отделяющий жидкую составляющую, которая оседает в виде конденсата и далее по отдельным трубками стекает обратно в бензобак;
• Оставшиеся пары, не осевшие в сепараторе, через пароотвод попадают в адсорбер, где и собираются на поверхности адсорбента.
• После запуска ДВС и при выходе на определенные обороты мотора срабатывает электромагнитный клапан продувки адсорбера. Данный клапан не работает, когда мотор находится в режиме холостых оборотов.
• Далее через вентиляционный клапан за счет разрежения на адсорбирующий элемент подается воздух (между впускным коллектором и атмосферой), что позволяет реализовать продувку адсорбера.
• Затем воздух, а также пары бензина из адсорбера поступают во впускной коллектор и далее в камеру сгорания двигателя. ЭБУ мотором учитывает данную особенность, корректируя рабочую топливно-воздушную смесь.

В случае, когда двигатель находится под нагрузкой, клапан адсорбера импульсно открывается за счет разрежения, которое создается двигателем. На практике, часто на проблемы с адсорбером указывает стойкий запах бензина в салоне авто и возле самой машины. Пахнуть бензином в машине может по разным причинам, однако адсорбер также нельзя исключать.

Если же двигатель начинает работать нестабильно, одной из возможных причин также вполне может быть именно адсорбер. Дело в том, что со временем происходит загрязнение поглощающего элемента, также выходят из строя сами клапаны (электромагнитный и вентиляционный).

Результат проблем с адсорбером — рост давления в бензобаке, так как испарения бензина не отводятся. Кстати, если открыть крышку бака, в таком случае можно услышать шипение.

Также сам двигатель может хуже работать, пропадает тяга, во время работы возникают провалы, увеличивается расход топлива, обороты падают или начинают плавать в результате засорения адсорбера или неправильной работы отдельных элементов системы.

Если происходит нарушение герметичности электромагнитного клапана, на некоторых авто срабатывает датчик адсорбера, также на панели может гореть «чек». Ошибку можно прочитать путем компьютерной диагностики.

Еще одним признаком проблем с фильтром и вентиляцией паров бензина является такой, когда двигатель трудно завести с первого раза, особенно если топливный бак не полный. Еще добавим, что проблемы с адсорбером могут влиять на работу бензонасоса. В отдельных случаях топливный насос даже выходит из строя по этой причине.

Также на проблемы с клапаном адсорбера укажет то, что пропали характерные щелчки клапана во время работы ДВС. Так или иначе, в процессе эксплуатации желательно проверять клапан адсорбера и сам фильтрующий элемент.

Чистка адсорбера своими руками, проверка клапана адсорбера и его регулировка

Обратите внимание, если причина сбоев в работе ДВС именно в проблемах с адсорбером, запрещено удалять данный элемент или подключать шланг от мотора и шланг от бака напрямую, минуя систему.

В противном случае создаваемое от двигателя разрежение может повредить бак,  топливо попадет в двигатель и т.д. Также если убрать клапан, ЭБУ двигателя сразу покажет ошибку, мотор перейдет в аварийный режим работы и т.д.

Наиболее правильным и дорогим вариантом является замена адсорбера. Если же владелец по той или иной причине не имеет возможности приобрести данный элемент, можно попробовать очистить старый.    

• В ряде случаев, если адсорбер забит, его можно почистить. Для этого достаточно снять колбу и аккуратно разобрать. Внутри находится уголь (адсорбент).

Далее уголь можно высыпать и прогреть его в духовке, постепенно повышая температуру. Следует быть готовым к тому, что при нагреве будет слышен сильный и неприятный запах, также уголь начнет дымить.

Уголь нужно медленно нагреть, сначала до 100 градусов Цельсия, затем прогреть около часа. Далее уголь из адсорбера разогревается до 300, после чего выдерживается до того момента, ока не исчезнет запах. В процессе «прожарки» также уголь нужно время от времени перемешивать. 

После окончания прогрева следует оставить уголь в духовке и выждать, пока он не остынет. Снятые ранее с корпуса сетки и губки, а также резинки (предварительно почищенные), ставятся на место,  затем уголь засыпается обратно в корпус адсорбера. Кстати, старые губки можно заменить на новые, изготовив их из подручного синтапонового материала.

• Если рассматривать клапан адсорбера, данный элемент отвечает за вентиляцию и направляет топливный конденсат в двигатель. При этом нельзя исключать вероятность поломки клапана продувки адсорбера.

В норме клапан издает характерные щелчки, которые слышно на ХХ или когда на улице понижена температура воздуха. Щелчки указывают, что система поглощения паров работает (щелкает клапан адсорбера). Если резко нажать на педаль, звук останется таким же, то есть независимо от оборотов мотора.

Рекомендуем также прочитать статью о том, как проверить бензонасос в автомобиле. Из этой статьи вы узнаете о признаках неисправности бензонасоса, а также о способах проверки данного элемента.

Если же клапан стучит сильно, это может указывать на необходимость его регулировки. Регулировать нужно регулировочным винтом, который следует  проворачивать на 0.5 оборота. Если перетянуть, ЭБУ может выдать ошибку.

Если же клапан продувки адсорбера дает сбои в работе, это можно выявить путем диагностики ошибок или механической проверкой работы клапана.

Что в итоге

Как видно, адсорбер является важным элементом, который отвечает за вентиляцию топливного бака. При этом неисправности адсорбера могут привести к тому, что двигатель начинает работать нестабильно, в автомобиле появляется запах бензина и т.д.

По этой причине важно следить за тем, чтобы адсорбер и другие элементы системы вентиляции бензобака находились в исправном и рабочем состоянии. В случае выявления характерных признаков неисправности адсорбера или клапана адсорбера, необходимо выполнить диагностику, замену или ремонт данных элементов.

Напоследок отметим, что без определенного опыта и навыков любые работы с топливной системой лучше доверить квалифицированным специалистам, отказавшись от попыток решить проблему  своими руками. Если же такой опыт имеется, большинство проблем, связанных с адсорбером, можно решить самостоятельно в условиях обычного гаража.

Автомобильный адсорбер: конструкция, функции, признаки неисправности — Иксора

Работа адсорбера (или абсорбера) позволяет автомобилю соответствовать требованиям экологических стандартов ЕВРО, согласно которым, углеводородные испарения бензина не должны попадать в атмосферу. Адсорбер (лат. sorbeo – «поглощаю») улавливает выходящие из бака пары бензина и нейтрализует их. В этой статье мы рассмотрим функции абсорбера в автомобиле, его строение и признаки неисправности.

Для чего необходимо использование адсорбера в автомобиле?

Современные экологические нормы (стандарты ЕВРО) не допускают попадание паров бензина в атмосферу, так как этот процесс, при массовом распространении, способствует сильному загрязнению окружающей среды. В соответствии с требованиями экологических стандартов, в автомобили устанавливаются специальные фильтры, способные улавливать легкие углеводороды, — адсорберы.
Адсорбер в автомобиле – не только дань экологии. Фильтрующий элемент защищает также водителя и пассажиров в салоне автомобиля от воздействия химических веществ, так как вдыхать испарения бензина – вредно для любого живого организма.
Перечисленные причины делают установку системы фильтрации паров бензина обязательными для каждого автомобиля.

Принцип работы автомобильного адсорбера

Принцип работы автомобильного адсорбера достаточно прост:
— пары топлива поднимаются вверх по топливному баку и направляются в сепаратор, который частично возвращает их обратно в топливный бак в виде конденсата. Оставшаяся часть паров проходит дальше в адсорбер, где происходит их накапливание при неработающем двигателе авто. Как только мотор запускается, начинается процесс продува, – электромагнитный клапан открывается и соединяет адсорбер с впускным коллектором или дроссельным узлом. Таким образом, пары бензина смешиваются с входящим воздухом, переходят во впускной коллектор и после в цилиндры бензина, где дожигаются вместе с топливно-воздушной смесью.

Клапан адсорбера является ключевым элементом в работе узла, так как большинство неполадок, которые могут произойти в работе адсорбера, чаще всего связаны с работой именно этого клапана. Поломка клапана адсорбера приводит к тому, что при запущенном двигателе не начинается продув полости адсорбера, а также не сбрасывается давление бака. Все это ведет к неприятным последствиям для автомобиля.

Признаки неисправности клапана адсорбера:

• появляются плавающие обороты на прогретом двигателе;
• автомобиль начинает глохнуть на холостых оборотах;
• автомобиль не развивает ускорение должным образом;
• сбоит сигнальный датчик топливного бака;
• при заправке автомобиля появился свист при открытии бака;
• повышенный расход топлива;
• на холодную появился стук.

При появлении пересиленных симптомов, необходимо в обязательном порядке провести осмотр клапана и, при необходимости, заменить. Также обращайте внимание на состояние фильтрующего элемента, — если он забит, газы не будут проходить, что также влечет за собой сбои в работе узла.

Купить необходимое для замены адсорбера вы можете в магазине IXORA. Квалифицированные менеджеры обязательно помогут сделать правильный выбор, ответят на все ваши вопросы. Обращайтесь, это выгодно и удобно.

  * Применяемость деталей конкретно для Вашего автомобиля уточняйте у менеджеров по телефону: 8 800 555-43-85 (звонок по России бесплатный).

Полезная информация:

• Все что нужно знать о лямбда-зонде: функции, ресурс, неисправности, вопрос замены
• Выхлопная система: основные элементы и принцип работы

Получить профессиональную консультацию при подборе товара и подробную информацию по всем интересующим Вас вопросам можно позвонив по телефону — 8 800 555-43-85 (звонок по России бесплатный).

Адсорберы NOx

В. Адди Маевски

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.

• Применение адсорбера NOx

Abstract : Системы адсорбент-катализатор NOx были разработаны для контроля выбросов NOx из бензиновых двигателей с частичным сжиганием обедненной смеси и дизельных двигателей. Адсорберы, встроенные в слой катализатора, химически связывают оксиды азота при работе двигателя на обедненных смесях. После насыщения емкости адсорбера система регенерируется в период работы двигателя на обогащенной смеси, а выделяющиеся NOx каталитически восстанавливаются до азота. Адсорберы NOx также требуют периодической десульфатации для удаления серы, содержащейся в их покрытии.

• Введение
  • Концепция адсорбера NOx
  • Термины и определения
• Активные адсорберы NOx
  • Принцип работы
  • Химические реакции
  • Каталитические системы
  • Эффективность преобразования
  • Регенерация
  • Эффекты серы
  • Интеграция с дизельным двигателем
• Пассивные адсорберы NOx
  • Обзор
  • Каталитические системы
  • Производительность

Концепция адсорбера NOx

Концепция адсорберов NOx была разработана на основе химии кислотно-щелочного покрытия. Он включает в себя накопление NOx на покрытии каталитического нейтрализатора в условиях обедненного выхлопа и выброс при работе на обогащенной смеси и/или при повышенных температурах. В зависимости от стратегии выброса NOx системы адсорбции NOx можно классифицировать как:

1. Активные адсорберы NOx или
2. Пассивные адсорберы NOx.

В активных адсорберах NOx накопленные NOx периодически высвобождаются — с типичной частотой примерно один раз в минуту — в течение короткого периода работы с обогащенным соотношением воздуха и топлива, называемого регенерацией адсорбера NOx . Высвобожденный NOx каталитически преобразуется в азот в процессе, аналогичном процессу, происходящему на трехкомпонентных катализаторах (TWC) для стехиометрических бензиновых двигателей. Обычно трехкомпонентные катализаторы неактивны в преобразовании NOx в условиях бедных выхлопных газов, когда в выхлопных газах присутствует кислород. Благодаря чередованию фаз накопления обедненной смеси и фаз обогащения и преобразования, применимость трехкомпонентного катализатора была расширена для двигателей, работающих на обедненных смесях.

Эта технология была впервые коммерциализирована на бензиновых двигателях с непосредственным впрыском топлива (GDI), а затем на дизельных двигателях малой грузоподъемности примерно в 2007/2009 годах (США Tier 2, Euro 5). Системы адсорбции NOx также были внедрены для контроля содержания NOx в стационарных газовых турбинах [1298] . Активные адсорберы NOx практически не нашли применения в двигателях большегрузных грузовиков из-за снижения эффективности снижения NOx при более высоких температурах выхлопных газов.

В двигателях малой грузоподъемности — при все большем внимании к выбросам при эксплуатации вне циклов лабораторных испытаний и требованиях к испытаниям на выбросы при реальном вождении (RDE), которые вступили в силу в ЕС в 2017 г. — использование активных адсорбентов NOx в качестве основных автономных технология последующей обработки для контроля над выбросами NOx значительно устарела. Тем не менее, «неполный рабочий день» активные адсорберы NOx (или многофункциональные адсорберы NOx/катализаторы DOC) по-прежнему используются для контроля выбросов NOx при холодном пуске/низких температурах во многих дизельных двигателях малой грузоподъемности с системами SCR мочевины. Моноблочный, активно регенерируемый адсорбер NOx используется во время холодного пуска, а когда температура выхлопных газов повышается, NOx восстанавливается катализатором SCR с использованием мочевины. Эта и другие конфигурации систем выбросов с адсорберами NOx обсуждаются в разделе Применение адсорберов NOx.

Пассивные адсорберы NOx (PNA) — более современный и простой вариант технологии — поглощают NOx во время холодного пуска автомобиля и выделяют его при повышении температуры выхлопных газов — без глубокой регенерации — для преобразования с помощью последующего каталитического нейтрализатора NOx. Следовательно, пассивные адсорберы NOx (или ловушки) не являются отдельной технологией контроля выбросов NOx — скорее, их можно использовать с последующей обработкой SCR мочевиной для улучшения характеристик системы при низких температурах. Первая демонстрация технологии PNA была проведена компанией Cummins на их 2,8-литровом дизельном двигателе US Tier 2 Bin 2, разработанном в рамках проекта 9 Министерства энергетики США ATLAS.0070 [2872] . Пассивные адсорберы NOx также рассматривались для дизельных двигателей большой мощности, соответствующих калифорнийским и другим стандартам с низким содержанием NOx порядка 0,05–0,02 г/л. с.-ч [3265] .

Другие понятия. Метод, называемый селективной рециркуляцией NOx (SNR) [348] , был ранней концепцией системы адсорбера NOx без каталитического восстановления NOx. В концепции SNR два адсорбера NOx устанавливаются параллельно в выхлопной системе. Регулирующие клапаны позволяют переключать поток газа, поэтому каждый из адсорберов попеременно работает в режимах адсорбции и десорбции. В режиме десорбции газ, несущий NOx, из адсорбера рециркулирует во всасываемый воздух двигателя. Таким образом, десорбированные NOx могут быть уменьшены за счет реакций в цилиндрах во время сгорания. Стратегия регенерации адсорбера SNR не была продемонстрирована. В опытах с кормлением NO/NO ₂ из баллонов в воздухозаборное отверстие дизельного двигателя, т. е. без учета работы адсорбера, была достигнута эффективность снижения NOx на 60 %.

Термины и определения

Разные авторы используют разные термины при обсуждении (активных) адсорберов NOx, например:

• Катализатор адсорбера NOx (NAC),
• Ловушка бедных NOx (LNT),
• ловушка DeNO _x (DNT),
• Катализатор для хранения NOx (NSC) или
Катализатор накопления/восстановления NOx (NSR)
• .

Все эти названия являются синонимами, описывающими одну и ту же технологию контроля выбросов. С другой стороны, термин обедненный катализатор NOx относится к селективному каталитическому восстановлению NOx углеводородами — совершенно другой технологии, которую не следует путать с адсорберами NOx.

Пассивный адсорбер NOx также называют низкотемпературным адсорбером NOx (LTNA) — термин, предложенный исследователями из Ford [3756] .

Мы также должны ввести основные определения, относящиеся к процессу адсорбции (эти термины путают в некоторой литературе по адсорберам NOx):

• Адсорбция — процесс, при котором атомы или молекулы перемещаются из объемной фазы (обычно газообразной, но также и жидкой) на твердую или жидкую поверхность (например, очистка газа с использованием активированного угля). Он отличается от поглощения, когда молекулы перемещаются в объем другой фазы, например, когда молекулы газа растворяются в жидкости. Термин сорбция охватывает как адсорбцию, так и абсорбцию, тогда как десорбция представляет собой обратный процесс.

  При более низких температурах адсорбция обычно вызывается межмолекулярными силами; тогда это называется физическая адсорбция . При более высоких температурах, примерно выше 200°C, энергия активации доступна для образования химических связей; если такой механизм преобладает, то процесс называется хемосорбцией .

• Адсорбент — адсорбирующий материал, например активированный уголь. Родственный термин сорбент относится как к адсорбции, так и к абсорбции. В технологии адсорбции NOx оксид бария является обычным (ад)сорбентом.
• Адсорбат — адсорбированное вещество. Родственный термин сорбат относится как к адсорбции, так и к абсорбции. В случае адсорберов NOx (ад)сорбат представляет собой оксиды азота.

###

Мифический лабиринт внутри вашего автомобиля предотвращает утечку бензина · Границы для молодых умов

Abstract

Трудно поверить, что наши автомобили могут загрязнять окружающую среду, даже когда они не работают. Это следствие утечки испарившегося бензина из топливного бака автомобиля в атмосферу. Чтобы избежать этой утечки, испарившийся бензин сбрасывается в канистру, заполненную частицами древесного угля, называемого активированным углем. Внутри активированного угля есть глубокие, похожие на каналы пространства, где адсорбируются молекулы бензина. Адсорбция – это процесс, при котором молекулы газа или жидкости прилипают к поверхности чего-либо твердого тела. Путем адсорбции можно удалять из воздуха и воды различные загрязняющие вещества. Чтобы понять, как работает адсорбция активированным углем, представьте активированный уголь в виде лабиринта, который улавливает частицы бензина и не позволяет им выйти. Наконец, мы описываем текущие усилия по разработке новых адсорбирующих материалов из отходов другой отрасли, чтобы улучшить активированный уголь, используемый в настоящее время в транспортных средствах.

Почему бензин пытается вырваться из транспортных средств?

Известно, что транспортные средства загрязняют окружающую среду, когда их двигатели работают. Это загрязнение является следствием выбросов парниковых газов через выхлопную трубу автомобиля. В старых автомобилях эти выбросы часто выглядят как черный смог. Но знаете ли вы, что автомобили могут загрязнять окружающую среду, даже когда они не работают? Это связано с тем, что бензин, хранящийся в топливном баке, может вытекать из автомобиля прямо в окружающую среду, загрязняя атмосферу.

В жаркий день запах бензина рядом с припаркованным автомобилем – обычное дело. Это связано с тем, что бензин летуч, а это означает, что он может переходить из жидкого состояния в газообразное, даже если он не находится при температуре кипения, и, следовательно, может переходить в воздух. При повышении температуры наружного воздуха движение молекул бензина в топливном баке автомобиля быстро увеличивается во всех направлениях, увеличивая его объем. Если достаточно тепло, летучие молекулы могут приобрести достаточно энергии, чтобы выйти через прокладки топливного бака в окружающую среду [1]. Испарившийся бензин, который удается улетучиться, известен как выбросы в результате испарения (рис. 1).

• Рисунок 1. Даже когда автомобиль не работает, пары бензина могут выбрасываться из топливного бака в окружающую среду.
• Эти выбросы в виде испарений содержат молекулы, называемые летучими органическими соединениями, которые могут нанести вред окружающей среде.

Бензин представляет собой смесь летучих молекул различных размеров и форм, в основном состоящую из атомов углерода (С) и водорода (Н). Наиболее летучие молекулы включают бутан (C ₄ H ₁₀ ) и пентан (C ₅ H ₁₂ ). Также в бензине часто встречаются бензол (C ₆ H ₆ ) и толуол (C ₇ H ₈ ) [2]. Все эти молекулы называются летучими органическими соединениями (ЛОС), они вредны для здоровья человека и способствуют изменению климата [3]. Фактически, выбросы летучих органических соединений в виде испарений составляют половину мирового загрязнения атмосферы летучими органическими соединениями.

Чтобы избежать утечки летучих молекул бензина из автомобиля в окружающую среду, топливный бак соединен с устройством, известным как канистра, которое расположено между топливным баком автомобиля и двигателем (рис. 2). Канистра улавливает молекулы бензина в лабиринте углеродных молекул. Чтобы объяснить, как этот лабиринт предотвращает попадание молекул бензина в окружающую среду, прекрасной аналогией является знаменитая греческая сказка о лабиринте Минотавра.

• Рисунок 2. Адсорбцию паров бензина на активированном угле можно сравнить с Лабиринтом Минотавра.
• (A) Греки прибыли на Крит, чтобы блуждать по лабиринту, пока их не съел Минотавр. (B) Испарившийся бензин (C _n H _n ) сбрасывается в канистру, где молекулы «теряются» и адсорбируются, а затем десорбируются во время движения автомобиля, чтобы сгореть в двигателе. (C) Адсорбция молекул бензина происходит на стенках прохода из активированного угля, состоящего из атомов углерода, связанных вместе, образующих листы графена.

Насколько канистра похожа на лабиринт Минотавра?

Лабиринты представляют собой сложные конструкции, спроектированные таким образом, что люди не могут из них выбраться. Одним из самых легендарных лабиринтов является мифологический лабиринт Минотавра. Этот лабиринт представлял собой огромное впечатляющее сооружение, построенное знаменитым архитектором Дедалом на острове Крит посреди Эгейского моря. Согласно этой мифической сказке, Дедал построил лабиринт, чтобы спрятать Минотавра, существо наполовину человек и наполовину бык. Каждые семь лет отплывал черный корабль с молодыми греками, пытавшимися бежать из Афин на Крит. Когда корабль прибыл на остров Крит, молодых греков завели в лабиринт, где они заблудились в проходах. Внезапно из проходов появлялся Минотавр, чтобы преследовать греков и утолить свою жажду крови (рис. 2А). Как бы странно это ни звучало, эта история — подходящая аналогия для объяснения того, как работает канистра, наполненная активированным углем.

Агентство по охране окружающей среды США требует, чтобы современные автомобили были оснащены канистрой для предотвращения выбросов в результате испарения (рис. 2B). Канистра набита частицами активированного угля. Активированный уголь представляет собой угольный материал, широко используемый для очистки питьевой воды и природного газа или для очистки воды в аквариуме. В этих канистрах используется активированный уголь из-за его низкой стоимости и способности захватывать большое количество летучих молекул. На молекулярном уровне активированный уголь представляет собой твердый материал, состоящий из атомов углерода, связанных вместе, образуя гексагональные кольцевые структуры, которые расширяются в несколько слоев, называемых графеновыми слоями [4]. Если мы заглянем внутрь активированного угля, то увидим внутренние каналы, называемые порами, которые напоминают ходы лабиринта. Стенки этих пор построены из сложенных слоев графена (рис. 2С). В этом смысле загрязняющие вещества, такие как выбросы бензина, попадут в лабиринт активированного угля через эти поры и останутся на графеновых слоях.

Транспортные средства сконструированы таким образом, что летучие органические соединения, испаряющиеся из бензина в топливном баке, направляются из топливного бака по шлангу в адсорбер. ЛОС, как и молодые греки, ведут в лабиринт. Те, кто входит в лабиринт, постепенно теряются в его проходах. По мере того, как молекулы бензина углубляются в лабиринт, проходы становятся уже. Блуждающие летучие органические соединения вскоре прилипают к стенкам этого лабиринта в процессе, называемом адсорбцией. Активированный уголь и летучие органические соединения притягиваются друг к другу, как магниты. Процесс адсорбции происходит даже при неработающем автомобиле.

Продолжая эту аналогию, проходы лабиринта должны быть очищены, чтобы на следующий день они могли адсорбировать новые летучие органические соединения. По этой причине двигатель транспортного средства действует как Минотавр, питаясь ЛОС. При следующем запуске автомобиля через канистру пропускается воздух, чтобы отделить летучие органические соединения от стенок каналов для активированного угля. Этот процесс называется десорбцией, что означает отлипание адсорбированных молекул от проходов. Эти десорбированные молекулы затем сжигаются в двигателе. На этом этапе каналы активированного угля очищены, и канистра снова готова к абсорбции летучих органических соединений. Адсорбция и повторное использование испарившегося бензина не только помогают предотвратить попадание летучих органических соединений в окружающую среду, но и помогают автомобилям более эффективно использовать топливо, что позволяет экономить деньги.

Можно ли улучшить работу Лабиринта?

Согласно греческой сказке, Дедал определил проблему с лабиринтом. Некоторым из греков, застрявших в лабиринте, удалось бежать с наступлением темноты. Основываясь на этой проблеме, Дедал улучшил лабиринт, чтобы более эффективно заманивать греков в ловушку. Новый лабиринт позволил Минотавру легче найти греков. Аналогичным недостатком обладает активированный уголь, несмотря на его высокую способность адсорбировать летучие органические соединения. В очень узких проходах активированного угля ЛОС сильно адсорбируются слоями графена, и даже если им удается десорбироваться из самых узких проходов при запуске автомобиля, некоторые ЛОС могут не выйти из лабиринта. Эти летучие органические соединения могут затем медленно попадать в окружающую среду, когда транспортное средство не работает. Хотя лишь немногим ЛОС удается ускользнуть, это по-прежнему является экологической проблемой. По этой причине ученые сосредоточены на улучшении характеристик канистры путем синтеза новых лабиринтов из углерода.

В настоящее время наша исследовательская группа работает над созданием новых углеродных лабиринтов. Чтобы предотвратить выбросы паров, проходы нового лабиринта должны быть достаточно широкими, чтобы быстро адсорбировать молекулы бензина, а молекулы должны полностью десорбироваться при работающем автомобиле, чтобы очистить проходы. Кроме того, что, если бы мы могли повторно использовать отходы другой отрасли для производства этих лабиринтов? Производство текилы в Мексике ежегодно производит тысячи тонн отходов. Текила (алкогольный напиток) производится путем извлечения вещества из растения агавы. Остальная часть растения становится отходами, называемыми жмыхом агавы. Утилизация такого количества жома агавы является экологической проблемой. К счастью, мы переработали жмых агавы для создания нового лабиринта, нагрев его до 500°C, в результате чего получился новый материал. Этот новый материал широко известен как биоуголь, поскольку он представляет собой материал на основе углерода, такой как древесный уголь (активированный уголь). Этот новый лабиринт имеет широкие поры и большие проходы по всему материалу (рис. 3). Поскольку он похож на активированный уголь, ЛОС из бензина сильно адсорбируются, а широкие поры и каналы идеально подходят для полной десорбции. Это помогает предотвратить попадание ЛОС в окружающую среду, когда автомобиль снова выключается [5].

• Рисунок 3 – Синтез нового адсорбирующего материала из отходов.
• В производстве текилы производится большое количество жмыха агавы. Эти отходы можно сжигать при высоких температурах для создания биоугля, который похож на активированный уголь, но имеет более широкие проходы. Чтобы еще больше улучшить способность биоугля поглощать летучие органические соединения, на его широких каналах можно выращивать углеродные нанотрубки. Их можно увидеть в мощный микроскоп, называемый сканирующим электронным микроскопом.

Возможно дальнейшее улучшение адсорбционной способности этого нового лабиринта! Стратегия состоит в том, чтобы строить конструкции в форме столбов, похожие на колонны, на протяжении больших проходов лабиринта. С научной точки зрения, эти столбы известны как углеродные нанотрубки. Углеродные нанотрубки представляют собой крошечные цилиндрические структуры, состоящие в основном из атомов углерода (рис. 3). Добавление углеродных нанотрубок в каналы биоугля увеличивает способность биоугля поглощать летучие органические соединения.

Производство углеродных лабиринтов из жома агавы показывает, как отходы могут представлять интерес для автомобильной промышленности и, возможно, других отраслей. Основными преимуществами являются то, что жмых агавы является бесплатным, а переработка экологически чистой. Кроме того, такие структуры, как углеродные нанотрубки, позволяют улучшить работу этих лабиринтов. Однако не все загрязняющие вещества в бензине могут быть адсорбированы одним и тем же материалом. Поэтому для каждого загрязнителя может потребоваться определенный лабиринт с разными характеристиками. К счастью, научное сообщество сосредоточило свои усилия на разработке новых лабиринтов, способных устранять определенные загрязнители. Мы надеемся, что канистра, сделанная с такими лабиринтами, будет еще лучше защищать окружающую среду от летучих органических соединений.

Углеродные лабиринты помогают окружающей среде

Наконец, важно подчеркнуть, что процесс адсорбции используется во многих различных областях, включая удаление летучих органических соединений из промышленных дымоходов. Адсорбция также может удалять загрязнители, такие как мышьяк и фтор, из питьевой воды в странах, где эти загрязнители представляют проблему. Кроме того, адсорбцию можно использовать после катастрофического разлива нефти, такого как разлив в Мексиканском заливе в 2010 году, для удаления опасных компонентов нефти, которые могут растворяться в воде. Процесс адсорбции также используется для удаления CO ₂ из воздуха для последующего использования в теплицах. Это последнее приложение вызывает растущий интерес, потому что увеличение CO ₂ в атмосфере является важной причиной изменения климата. В целом, вы можете видеть, что есть много важных применений лабиринтоподобных материалов! Твердые вещества, способные поглощать загрязнители окружающей среды из воды или воздуха, являются прекрасным дополнением к нашей коллекции ресурсов, которые помогут нам защитить землю от вреда, причиняемого многими видами деятельности человека.

Глоссарий

Выбросы в виде паров : ↑ Испаряющийся бензин, выходящий из топливного бака и являющийся важным источником загрязнения окружающей среды ЛОС.

Летучие органические соединения (ЛОС) : ↑ Молекулы, которые легко превращаются из жидкости в газ при комнатной температуре. ЛОС используются в производстве красок, фармацевтических препаратов, чистящих средств и других продуктов.

Графен : ↑ Кристаллическая форма углерода, атомы которой расположены в гексагональной структуре. Графен обычно используется в карандашах и смазках, он является хорошим проводником тепла и электричества.

Адсорбция : ↑ Процесс прилипания молекул жидкости или газа к твердой поверхности.

Десорбция : ↑ Процесс, противоположный адсорбции, при котором молекулы высвобождаются с поверхности.

Жом агавы : ↑ Основные твердые отходы производства текилы в Мексике. Это экологическая проблема, потому что производится очень много — 377 000 тонн только в 2016 году.

Биоуголь : ↑ Материал на основе углерода, полученный путем нагревания (от 250 до 600°C) отходов биомассы или промышленных органических отходов.

Углеродные нанотрубки : ↑ Крошечные трубочки из углерода с диаметром в нанометрах (1 нанометр = 0,0000001 сантиметр). В настоящее время они представляют большой интерес для электронных схем, хранения энергии и адсорбции загрязняющих веществ.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Ссылки

[1] ↑ Мирзаи, А., Леонарди, С.Г., и Нери, Г. 2016. Обнаружение опасных летучих органических соединений (ЛОС) с помощью газовых сенсоров на основе оксидных наноструктур металлов: обзор. Керам. Междунар. 42:15119–41. doi: 10.1016/j.ceramint.2016.06.145

[2] ↑ Цзя, Л., Ю, В., Лонг, К., и Ли, А. 2014. Адсорбционное равновесие и динамика паров бензина на полимерных адсорбентах. Окружающая среда. науч. Загрязн. Рез. 21:3756–63. doi: 10.1007/s11356-013-2328-z

[3] ↑ Ли, Б., Сай, С., Хо, Х., Сюэ, Ю., Хуанг, Ю. и Ван, Л. 2017. Характеристика летучих органических соединений (ЛОС) в выбросах транспортных средств в придорожной среде: первое всестороннее исследование в Северо-Западном Китае.

Comments |0|