氮氧化物(NOx)是我们大气中最重要的污染物之一 - 它们有助于形成烟雾，酸雨和地面臭氧。正因为如此，燃烧研究人员和发动机公司自20世纪80年代以来一直致力于了解这些气体在燃烧过程中是如何产生的，以便他们能够找到减少这些气体的方法。
在能源与燃烧科学进展中发表的一篇新评论文章中，美国能源部阿贡国家实验室和丹麦技术大学的研究人员解释了他们如何合成十多年的燃烧研究，以创建一个新的总体模型如何产生氮氧化物。
“我们对这些污染物在不同发动机环境中如何产生的理解已经大大加深。” - Argonne化学家Stephen Klippenstein
“氮氧化物生产是发动机公司关注的主要问题之一，”该文章的作者阿贡纳化学家Stephen Klippenstein说。“我们对这些污染物在不同发动机环境中如何产生的理解已经大大加深。”
在发动机的燃料和空气的混合物中发生各种不同的化学相互作用，并且新模型识别了形成NOx的几种不同途径。
在一个称为提示NO(一氧化氮)的途径中，大气氮与碳结合形成一个碳和两个氮原子的中间体，最终与氧结合形成一氧化氮。在称为热NO的另一种途径中，一氧化氮直接由氮和氧产生。在第三种称为燃料NO的情况下，氮，碳和氧的化合物形成了通向一氧化氮的中间步骤。
“试图将这些途径组合起来创建一个能够准确再现实验观察的模型，这一直是一种猜谜游戏，”该研究的另一位作者Argonne化学家Branko Ruscic说。“然而，因为来自世界各地的许多科学家正在提供关于更大图片的不同部分的信息，我们比以往任何时候都更接近真正代表现实的模型。”
根据Klippenstein的说法，燃烧过程的主要特征之一 - 温度 - 对产生的NOx量产生很大影响。“温度会影响混合物中分子的寿命，”他说。“能够准确地模拟和预测一些极短寿命分子的行为对于确定反应途径至关重要。”
“如果你能在较低温度下运行发动机，就可以避免形成大量的氮氧化物，”他补充道。
燃烧过程中另一个显着影响NOx生成的因素包括研究人员所说的燃料混合物的丰富程度 - 即燃料在发动机中燃烧时的空气比例。Ruscic说，运行更丰富的发动机将具有更多甲基的分子，这往往会促进NOx的形成。
“我们到了一个我们非常了解氮氧化物生产的地方，”Ruscic说。“这真是社区科学取得胜利的一个很好的例子。”
Klippenstein说：“这就像拼凑拼图一样，其中一些作品似乎适合但尚未涂漆。” “我们的角色是弄清楚如何绘制更多的碎片，以便我们的合作者可以更好地整理图片。
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