$NO_2$ may be formed in diesel exhaust gas as the oxidation of NO in gas stream by catalyst or non-thermal plasma technique. The small amounts of $NO_2$, in the range of a few hundreds ppm by vol., promote the oxidation of the soot in the temperature range 200-700 ℃. However, the soot oxidation by $O_2$ requires the temperature of 700 ℃ or above. Thus, continuous regeneration of the soot by $NO_2$ is possible in the diesel exhaust temperature. But according to the size of nanoparticle and $NO_2$ concentration, the rate of reaction and the time of removal are different. Therefore it is required quantitative data for the oxidation.
The oxidation rates of nanoparticle by $NO_2$ were measured over the temperature range of 17~700 ℃ and the NO2 concentration range of 0~552 ppm at two different reaction times. The soot nanoparticles are generated by a graphite spark discharger using nitrogen as a carrier gas. A tandem differential mobility analyzer (TDMA) technique is used for the oxidation of the monodisperse particles of 41 nm and 81 nm. The particles generated are sent to the first differential mobility analyzer (DMA) to extract monodisperse particles and the second differential mobility analyzer measured its distribution after the oxidation by $NO_2$.
At $NO_2$ concentration greater than 166 ppm, the difference of size-decrease rate is not large. And as the reaction time is double, the size-decrease rates increase about 50 %. The size-decrease rates of the particle are expressed by modified Arrhenius equations, which describe the rate of reaction. As $NO_2$ concentration is higher and the size of particle is larger, the surface oxidation rates are increased. In the condition of $NO_2$ 317 ppm + $O_2$ 9.6 % mixing, the activation energy is decreased from 76.3 kJ/mol to 65.9 kJ/mol. This means that $O_2$ acts as a catalyst. The non-thermal plasma system is tested as one system for low temperature oxidation. At 300-700 ppm range of NO and 3-10 % range of $O_2$, the maximum generation amount is 115 ppm. As increasing the reacting temperature, $NO_2$ generation increases. Therefore at the actual diesel exhaust temperature, the generation rate will be larger.
$NO_2$ 는 디젤 배기가스에서 촉매나 저온플라즈마 기술을 이용하여 NO를 산화시킴으로써 생성될 수 있다. 수 백 ppm의 적은 NO2 양으로도 200-700℃의 온도 범위에서 soot를 충분히 산화시킬 수가 있으나 O2를 이용하여 산화시키려면 700℃이상의 온도가 되어야 한다.
그러므로 $NO_2$를 이용하면 일반적인 디젤 배기가스의 온도에서 soot를 연속적으로 산화, 재생할 수 있다. 그러나 soot 나노입자의 크기와 $NO_2$ 의 농도에 따라 반응속도와 제거를 위한 시간이 다르다. 그러므로 이 산화의 정량적인 자료가 필요하다.
실험에서 $NO_2$에 의한 soot 나노입자의 산화속도가 두 가지 다른 반응시간의 조건에서 17-700℃의 온도와 0-552 ppm의 $NO_2$ 농도에서 구해진다. soot 나노입자는 질소를 이송기체로 사용한 흑연 스파크 방전기에 의해 만들어진다. 41 nm와 81 nm로 단분산된 입자의 산화에 대해 연구하기 위해 TDMA 기술이 사용된다. 먼저 생성된 입자는 첫 번째 DMA를 통과하여 단분산된 입자만 뽑아내고 두 번째 DMA는 $NO_2$ 에 의해 산화된 후의 입자의 분포를 확인한다.
166 ppm이상의 $NO_2$ 농도에서는 농도 증가에 따른 입경감소의 증가는 크지 않았다. 반응시간이 두 배가 될 때 입경감소율은 약 50 % 증가했다. soot 입자의 입경감소율은 반응의 속도를 표시하는 Arrhenius 방정식으로 표현된다. 그리고 $NO_2$ 농도가 증가하고 입자의 크기가 클수록 표면산화율은 증가했다. NO2 317 ppm + O2 9.6 %의 혼합조건에서는 활성화에너지가 순수한 $NO_2$ 만 있을 때의 76.3 kJ/mol에 비해 65.9 kJ/mol로 감소하였다. 이는 $O_2$ 가 산화에서 촉매 역할을 함을 알 수 있다. 저온산화 시스템의 하나로 저온플라즈마 장치가 실험되었다. 300-700 ppm의 NO와 3-10 %의 $O_2$ 의 범위에서 최대 115 ppm의 $NO_2$ 가 생성되었다. 그리고 반응 온도가 증가함에 따라 $NO_2$ 의 생성량도 증가하였다. 그러므로 실제 배기가스의 온도에서는 그 증가량은 더욱 증가할 것이다.
