汽车尾气净化催化剂
汽车尾气净化催化剂的发展
再生10 骆思彬 200910703113
摘要：随着汽车尾气污染的日益严重，尾气净化成为时势所趋。合成具有大比表面积、较好热稳定性和储氧性能的物质，并以其为载体制备汽车尾气净化催化剂，为新型汽车尾气净化催化剂的开发奠定基础。
关键词：催化剂，合成，稳定性，反应性能
0.引言
汽车作为现代社会最重要的交通工具之一，给人们的生活和工作带来便利。但是汽车尾气也已成为除煤烟型大气污染之外的又一大气污染源。这是主要是由于汽车尾气中含有不完全燃烧的产物一碳氢化合物、一氧化碳，以及过度燃烧的产物一氮氧化合物，它们对人体的健康及动植物的生存构成巨大的危害。
针对汽车尾气污染，美国、日本等国家早在20个世纪60年代就出台了相关的排放法令，而我国在这方面起步较晚，许多方案措施都还不健全。特别是近几年，我国汽车保有量每年以8％的速率递增，这意味着汽车尾气污染占空气污染源的比例将逐步增大。作为奥运会举办国。国家计划在2008年之前，使汽车尾气排放至少要达到欧2标准，力争达到欧3标准。但目前由于我国催化净化技术的相对落后，北京等已成为全世界汽车尾气污染最严重的城市之一，所以汽车尾气污染治理已经成为势在必行的一项工作。汽车尾气污染控制的方式主要有机内净化和机外净化2种。其中，绝大多数污染物来自尾气的排放，因而机外净化是控制汽车排污的快捷方便而有力的手段，其研究主要集中在催化净化上，而催化剂又是催化净化效果的关键。
研究不同合成方法以及合成因素对制得钸锆固溶体结构性能的影响，然后从优化合成路径以及调变各合成因素入手，合成出满足尾气净化催化用的结构性能优良的铈锆固溶体载体，并进一步考察铈锆固溶体合成方法对制得催化剂结构性能的影响、活性组分与载体之间的相互作用、不同合成因素对催化剂反应性能的影响等。最终关联铈锆固溶体结构与催化剂反应性能之间的关系，为新型汽车尾气催化剂的开发奠定基础。
1.汽车尾气净化催化剂的发展历程
汽车尾气催化剂的研究始于上世纪60年代。有关汽车尾气处理的研究，美国等西方国家处于领先水平，我国起步较晚，仅从1981年开始制定排放标准。汽车尾气处理用催化剂研制过程大致经历了四个阶段。
第一阶段是单一组分的贵金属催化剂。开始人们采用的催化剂主要是负载在球状氧化铝上的贵金属(I t、Pd)型催化剂，但球状、粒状催化剂使汽车尾气排放阻力增大，发动机油耗上升、功率下降，而且在转化器中易磨损粉化，造成二次污染。到了80年代汽车数量增加，环保方面南J'NO。的要求也越来越严格，使催化剂发展到第二阶段的二元催化剂，主要通过向催化剂中加入Rh，使其成为还原反应的活性中心，而将Nox脱除，这时的催化剂是由氧化剂一还原剂两部分构成。但这一催化剂很快就被现在广泛应用的三元催化剂(TWC)所取代。后来，随着各国汽车工业的迅猛发展，对催化剂的用量愈来愈多，而贵金属储藏有限，这就使得催化剂成本提高。在催化剂活性组分Pd、Pt、Iul中，Pd较Pt、Rh便宜的多，而Pd催化活性没有明显降低，所以在Pt-Rh催化剂中大量引入Pd。近年来，各国的科研人员又致力于新一代催化剂材料的开发16l，目的是进一步降低贵金
属用量，减少成本，改善其性能，主要可以分为两个大方向：一类是全钯型催化剂，一类是稀土金属氧化物、过渡金属氧化物以及碱土金属氧化物复合型催化剂，但还都处于研发阶段，未能实现产业化。
2. 汽车尾气净化催化剂的性能要求
绝大多数催化剂都是在工作状况比较稳定的情况下进行催化反应的。而汽车尾气处理用催化剂特殊的使用条件决定了其性能上的特殊性：首先应具有高活性；其次应具有良好的选择性，能对各有害物质进行有效转化；此外，要具备较好的热稳定性，以适应变化较大的使用条件，最后，冷启动时尾气净化催化剂的低温氧化还原活性也是必须的．总之，汽车尾气净化催化剂只有具有了上述优异性能，才能在世界汽车尾气净化催化剂市场上占有优势。
3. 汽车尾气净化催化剂的组成
汽车尾气净化催化剂主要有活性组分、涂层和载体三部分组成。各部分在催化剂中的作用各不相同，因而有必要对其各自的性能分别探讨，以期实现各部分性能的优化组合，为得至Ⅱ性能优良的尾气处理用催化剂奠定基础。
3.1 汽车尾气催化剂的活性组分
活性组分是催化剂催化活性的来源，催化剂活性组分的种类及结构性能直接决定了催化剂的性能。汽车尾气净化催化剂活性组分可以分为贵金属型和非贵金属型两种类型。
在TWC催化剂的活性组分中，贵金属型活性组分主要是指Pt、Rh、Pd。其中Pt和Pd的作用基本相同，主要是作为CO和HC氧化反应的催化活性组元。Silverl9’等人对Pt和Pd的催化剂性能进行了对比，认为对新鲜状态的Pt和Pd催化剂，后者对3种污染物的转化效果优于前者。但在实际应用中，往往先考虑选择Pt，这是由于Pd不仅对Pb、S等毒物更敏感，在还原气氛下更容易烧结，而且Pd容易与Rh 形成合金，抑制其活性。但是，Pt和Pd对NOx的还原活性均较低。Rh是TWC催化剂中必不可少的活性组元。Rh的作用主要是提供对Nox的还原活性，同时，对CO和Hc的氧化反应也具有催化活性。特别是在低温下，Rh对CO和HC的氧化活性甚至优于Pt、Pd。此外，Rh的优点还表现在有较好的抗S中毒的能力。
非贵金属活性组分主要是指过渡金属氧化物、稀土金属氧化物等钙钛矿结构复合氧化物等。由于单组分氧化物耐热性能差、活性低、起燃温度高，在使用上受到限制，一般采用多组分复合的制备技术。虽然在这方面取得了很大的进步，但是与贵金属的催化性能还是有较大的差距，有待于进一步的研究。
贵金属催化剂具有良好的催化活性，在汽车尾气净化过程应用十分广泛，使用量约占贵金属总消耗量的50％。随着汽车工业的迅猛发展，使得催化剂的需求量剧增；贵金属需求的增加势必造成催化剂成本提高。但遗憾的是目前贵金属的催化反应性能是其它金属所不能取代的，在三种常用的贵金属中，Pd相对于Pt 和Rh价格便宜的多，而催化活性并没有很大的降低，因而从降低催化剂成本和紧缺的贵金属资源考虑，目前全钯型催化剂是研究的热点，设想利用助剂和载体的助催化作用，使其达到Pt和Rh催化剂的效果。
3.2 汽车尾气净化催化剂活性涂层
催化剂活性涂层附着在载体表面，主要是提供大的比表面积来附着和分散贵金属等催化活性组分。涂层与活性组分密切接触，因而涂层的性能对催化剂的活性有重要的影响。
在汽车尾气净化催化剂中，涂层是蜂窝型催化剂不可缺少的一部分。因此为了使催化剂保持好的催化性能，对涂层材料有一定的要求：对载体附着性能好且
附着均匀，比表面积大，高温稳定性好，涂层与基体的热膨胀系数差要小。现在
尾气净化催化剂涂层材料一般是γ-Al
2O
3
，它有比较大的比表面积，适宜的孔径
分布，并有一定的强度。但纯粹的γ-Al
2O
3
仍然不能满足提供足够的比表面积，
其在高温条件(>900℃)下会发生相变，转化为比表面积很小、活性很低的α
-Al
2O
3
，从而使催化剂活性下降，甚至丧失。
为了满足日益提高的尾气排放法规的要求，对涂层的稳定性促进剂进行了研
究。现在采用的促进剂主要有添加稀土金属氧化物、过渡金属氧化物以及碱金属
氧化物等。Amato等发现SiO
2和BaO对γ-Al
2
O
3
有双重的稳定作用：阻碍相变，并
抑制烧结。其中BaO对γ-Al
2O
3
的稳定效果是十分显著的，BaO-Al
2
O
3
可在1000℃以
上保持较高的比表面积，被认为是最有希望成为催化燃烧催化剂涂层材料。
Beguin等用Si(OEt)4处理Al
2O
3
的表面，可形成4A-Si-O化合物，从而减少表面的
离子空位，抑制烧结。在1220℃处理24h涂层仍保持50m2·g-1的高比表面积。
但是，目前涂层还不能很好的满足要求，如涂层与蜂窝陶瓷体结合状态差，易于剥落，高温稳定性较差等。而且在催化剂的制各过程中，涂层浆液的物性、pH、粒子大小、固含量及枯度都影响涂层的性质以及催化剂的活性，这就需要对不同的活性组分进行具体的分析，采取不同的涂层以达到最佳的催化效果。
3.3 汽车尾气催化净化催化剂载体
载体是催化剂的重要组成部分，载体的性能直接影响着催化剂的性能。汽车运行工况复杂，一般工作在负荷不满和转速多变的情况下，这势必使催化剂拥有较高的稳定性以适应多变的工况。而提高催化剂稳定性的主导因素是选择合适的载体，使载体具有较高的热稳定性、机械强度、较高的比表面积、较低的热容和较高的导热能力等。
除以上要求外，载体应有特定的形状，并不含有任何可使活性组分中毒的物质，并且要求其材料易得、成本低廉、制备方便，不会造成环境二次污染。
用于汽车尾气净化催化剂的载体，从形状上可分为颗粒状和整体两类。颗粒状载体材料主要为活性氧化铝(可添加其它氧化物，如ZnO
2
)等。整体式载体材料主要为堇青石类陶瓷和金属合金。
(1) 氧化铝载体
汽车尾气净化催化剂最初使用的是颗粒氧化铝(主要是γ-Al
2O
3
)载体，它与
活性金属氧化物结合得十分牢固，并且有很好的机械强度。它具有较大的比表面
积(200～300m3／g)，粒径在2-6mm内。这种大孔结构和大比表面的Al
2O
3
载体能提
高氧化催化剂的抗毒效果。为了进一步改善催化剂的性能，可以改变颗粒状载体的物理形状或减小粒径，如将小球直径从3mm减小到2.25mm，并控制贵金属在颗粒状载体中的分布，这样能使贵金属的负载量减少，又能维持催化剂的性能。一般地，贵金属最好处于粒状催化剂外层150um的地方，使其易于接触反应气体。颗粒型氧化铝载体制备简单，价格低廉，早期得到一定程度的应用，满足了净化CO和HC的需要。但由于氧化铝载体密度较大，热容量高，堆积式填装导致发动机排气阻力增大，功率下降，且在转化器中腐蚀气体的冲蚀下，粉化，造成二次污染。目前几乎被堇青石载体取代。
(2) 堇青石载体
国外发达国家汽车工业起步早，发展快，对堇青石陶瓷蜂窝载体的研究也比我国早20多年。在这一领域，美国康宁(Coming)公司代表着世界范围的最高水平。目前广泛用于汽车尾气催化剂的陶瓷蜂窝载体的主要材质是堇青石
(2MgO·2Al
2O
3
·5Si0
2
)，其被认为是汽车尾气净化催化剂较为理想的载体。堇青
石蜂窝陶瓷能成为尾气净化理想的载体主要因为其具有以下特征：(1)整体式结构，具有纵向连续不受阻挡的流动通道，每一通道都贯通整个支持体，周围皆为孔道结构，孔壁可薄到只需满足催化剂强度要求的程度；(2)具有高的机械强度，耐冲击，热稳定性能好，热膨胀系数小；(3)孔隙率高，排气阻力小，对发动机性能影响小；(4)蜂窝状载体的蜂窝截面有三角形、四方形和六角形等形状，载体断面形状一般以圆形和椭圆形为主。上述优点使堇青石陶瓷蜂窝载体成为目前较为合适的汽车尾气净化催化剂载体。现在，彭生寿等已经申请堇青石质的蜂窝陶瓷的发明专利。在国外，95％以上的汽车都采用此类载体。
但是目前应用的陶瓷蜂窝载体比表面积较小fⅢ，而且孔道的表面平滑，催化剂活性组分难以负载，因此需要在其表面涂上一层高比表面积的活性氧化铝涂层，然后再在涂层表面负载催化剂活性组分。但是涂层与堇青石基体的热膨胀系数差异较大，温度过高时，涂层和催化荆容易从载体上剥落，使催化转化器失效。而且堇青石导热性能较差，存在起燃侵的问题，需要采取其它措施才能满足汽车冷启动时污染物的排放要求。因此这种载体的催化净化效率存在一定的局限性。
(3) 金属合金载体
国外开始在一些高级或剧烈震动的车上安装了金属合金载体。可作为汽车尾气净化器载体材料的有Fe-Cr-AI、Ni-Cr等。与陶瓷载体相比，金属合金载体在性能方面具有如下优点：(1)具有更高的几何表面积(单位为m2/m3)，净化器体积减小。在获得相同净化性能的条件下可节约活性组分(特别是贵金属分)；(2)良好的加热启动性能。金属合金的热容小，导热能力强，能够在较短的时间达到催化剂的工作温度；(3)更小的背压，金属载体具有高的机械强度，这使得孔壁可以更薄，孔道结构更加发达，有利于气体的流通。
C．steve等通过轧制结合的方法在Fe-Cr-AI合金箔的两侧覆盖上一层含有稀土La和ce的金属Al薄层，经过扩散处理，获得了具有较高的抗氧化性能和加工性能的复合材料，用于制造金属蜂窝载体并获得了美国专利．在冷启动方面，金属合金载体可以用电加热法实现催化剂的预热，缩短达到起燃温度的时闻，减少冷启动产生的污染。
除了上述的几种载体，沸石分子筛也可作为尾气催化剂的载体。分子筛具有较大的内空间和比表面积，活性组分可以通过离子交换或浸渍吸附引入分子筛内部。大的比表面使活性组分在分子筛中有较高的分散度，从而使催化剂有较好的催化反应性能。研究表明，分子筛是常用的NO选择性还原催化荆的载体，具有较高的稳定性。例如，ZSM-5分子筛的耐热温度大Tll000C。岩本等首先发现NO可以
在Cu-ZSM-5催化剂上，有氧存在条件下，被烃类(包括C
2H
4
、C
3
H
6
和C
3
H
8
)选择性地
还原。近年来，一些国家又开始研究一种颓型的玻璃纤维载体，其负载的催化剂性能优于上述的几种载体负载的催化剂，但目前生产技术尚未成熟，仍处于实验室阶段。
4. 汽车尾气净化催化剂发展趋势
尽管汽车尾气净化催化剂的使用，有效改善了尾气对大气的污染。但在实践中也暴露出一些问题，发展新一代尾气净化催化剂，仍是汽车尾气净化的必然趋势。高的比表面积、低的起燃活性、高的热稳定性以及低成本已经成为良好的汽车尾气净化催化剂所必须具备的性能。由此以下几个方面将是汽车尾气净化催化剂发展的趋势：
4.1 催化转化率
随着汽车数目的急剧增长，各国对汽车尾气排放标准日益严格，相应地要
求催化剂的催化转化率不断提高，但当前大多数催化剂高温活性好，低温活性差，这极大地抑制了其性能。根据新欧洲驾驶循环的测试，汽车尾气6P60％～80％的有毒气体是在冷启动2分钟内产生的脚1。要有效处理好这个阶段的废气必须着手改善催化剂的低温活性，以提高尾气的低温催化转化。
4.2 催化剂失效
这里主要是指热失效，即催化剂在高温作用下发生烧结和晶粒长大，中间层和贵金属晶体的表面积缩小，导致活性下降甚至丧失。在250"C-850"C的温度范围内，三效催化剂可以长期运行而不至于很快丧失活性。尽管超过400"C，就会出现轻度的热老化，温度越高，热老化越严重。超过850"(2则会过热，催化活性急剧下降，甚至发生载体软化和熔化。
4.3 贫燃状况下NOx的处理
将空燃比由现在的14．6提高至22，汽车引擎效率将大大提高，可节约燃料15％，在此工况下尾气含氧量将达到5％。空燃比的提高，改变了尾气的组成，由于燃烧更充分，CO和HC减少；由于空气补入量的增加，提高了Nox和02的浓度。
4.4 降低成本
昂贵的价格是TWC催化剂广泛推广应用的障碍。1989年汽车尾气催化剂消耗的Pt、Pd和Rh，分别占全世界总消耗量的37％、46％和79％。现在汽车工业的迅猛发展，对贵金属的需求量大大增加，这必然导致贵金属价格的上涨，从而增加了净化催化剂以及汽车的价格。因此开发廉价高效的催化剂成为发展的必然。总之，随着汽车工业和交通运输业的发展和人们环境保护意识的增强，汽车尾气的排放要求将日益严格，除了尾气主要的污染物以外，甚至对汽车排放的颗粒及造成全球变暖的c02排放等问题也将受到关注。这就对汽车尾气净化催化剂提出了新的挑战。为了满足越来越严格的汽车排气法规，实现人类与环境和谐发展，必须研制出高效实用的净化催化剂，这需要催化荆研究人员齐心协力，开诚布公的努力。
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汽车尾气净化催化剂国内外发展分析
汽车尾气净化催化剂国内外发展分析 汽车尾气净化催化剂是控制汽车尾气排放减少污染的最有效手段。按照我国总体规划，到2010年我国汽车尾气排放控制与国际接轨，达到国际水平。 汽车尾气净化催化剂有多种，早期使用普通金属 Cu、Cr、Ni，催化活性差、起燃温度高、易中毒，后来用的贵金属Pt、Pd、Rh等作催化剂具有活性高、寿命长、净化效果好等优点，但由于贵金属价格昂贵，很难推广。 1 国外进展 Catalytic Solution公司（CSI）开发了用于控制汽车排放污染的新型陶瓷氧化物催化剂，这种混合相催化剂（MPC）使用的贵金属比常规汽车排放控制催化剂减少 50%～80%。MPC采用完全不同的设计途径制造，MPC含有几种贵金属和非贵金属氧化物的混合物，大多来自非贵金属的尖晶石和钙钛矿，贵金属和非贵金属组合在同一结构中。CSI从属于丰田和通用汽车公司，本田汽车公司已将CSI 技术应用于2002年款轿车车型中，通用汽车公司的GM汽车可望使用25万台以上。CSI还与福特汽车公司签约在福特汽车上试用该催化剂。除了汽车尾气排放催化剂外，CSI还投资2960万美元开发MPC催化剂用于控制燃气轮机的NOX排放污染。CIS公司开发的纳米大小氧化物汽车排放控制催化剂，用来替代贵金属具有较大的竞争性。 日本研制出一种新型催化材料，它不仅能提高催化能力，还能大大减少汽车废气转换器中贵金属的用量。一般汽车废气转换器的核心部件是上面有大量微孔的陶瓷，表面涂以粉状催化剂。含有钯、铂、铑等贵金属成分的催化剂，能够减少尾气中一氧化碳、氮氧化物等有毒物质的含量。但是由于转换器靠近发动机，高温会使催化剂颗粒结合在一起，减少催化材料总表面积，降低催化能力。 日本原子能研究所称，他们使用一种名为“钙钛矿”的物质作为催化剂，有效防止了颗粒结块现象。含有少量钯的新型催化剂，在发动机产生的废气中工作100多个小时后仍能保持较强的催化能力，且物质微粒没有结块。普通含钯的氧
汽车尾气催化剂
.. . … . word. … 汽车尾气净化催化剂 环境问题是一个全球问题，要靠全世界每一个人的努力来解决。随着世界经济、科技的不断发展和社会文明的不断进步，人们的物质需求也在一天天增长。汽车是现代社会最普及的交通工具，特别是近年来私家车越来越多，带来了很多问题,其中环境问题是不容忽视的。汽车的使用对环境的污染主要有噪音污染和尾气排放造成的空气污染。在我国，汽车尾气净化是解决尾气排放污染的最有效方法。汽车排放的污染物主要来源于燃机，其有害成分包括一氧化碳（CO ）、碳氢化合物(CH)、氮氧化合物(NOx)、硫氢化合物和臭氧等，其中CO 、HC 及NOx 是汽车污染控制的主要大气污染成分。HC 是在局部缺氧或低温条件下烃不完全燃烧而产生，NOx 是火花塞点火瞬间高温高压下空气中的N 2、O 2反应的产物。汽车尾气对人类的健康危害很大，治理汽车排放污染，已成为 一项刻不容缓的任务。 一、汽车尾气净化催化剂简介 1.1汽车尾气净化 国外早在20世纪60年代中期对汽车污染控制技术已经进行了研究开发，目前己达到实用阶段。研究表明，通过改善催化剂及其载体的性能和生产工艺，改善汽车燃机燃烧技术及三效催化剂排气系统的处理可净化这些有害气体。汽车尾气污染控制可以分为机和机外两种技术。机净化主要是提高燃油质量和改善燃料在发动机中的燃烧条件，尽可能减少污染物的生成；机外净化的主要方式是安装催化净化器，对有害气体进行处理是机外尾气净化最有效的方
法，催化剂又是净化效果的关键。因此开发实用高效的汽车尾气净化催化剂是控制汽车尾气排放的最佳措施之一。 汽车尾气催化净化的目的就是将有害的CO和HC氧化为CO 2和H 2 O，将NOx 还原成N 2 。由于汽车尾气的化学成分很复杂，其转化率除和催化剂的活性有关外，还和反应气是氧化气还是还原气有关，因此催化剂在功能上分为氧化型和还原型两部分。氧化型催化剂主要催化CO和HC的氧化反应，有关反应如下： 2CO+O 2→ 2CO 2 ……① 4HC+5 O 2→4 CO 2 +2H 2 O ……② 2NO+2CO →2CO 2+N 2 ……③ HC+NO 2→ CO 2 +H 2 O ……④ HC+CO→ N 2+CO 2 +H 2 O ……⑤ 3NO+2NH 2→ 2N 2 +3H 2 O ……⑥ 2NH 2→ N 2 +3H 2 O ……⑦ 还原型催化剂主要催化NOx的还原反应： 2NO+CO →N 2+CO 2 ……⑧ 2NO+H 2→ N 2 +2H 2 O ……⑨ 2NO+HC→ N 2+H 2 O+CO 2 ……⑩ NO和H 2反应除生成无毒的N 2 和H 2 O外，尚有所不希望发生的副反应： 2NO+5H 2→ 2NH 2 +H 2 O
汽车尾气的危害及净化处理技术
汽车尾气的危害及净化处理技术 摘要：现在社会汽车越来越多，而汽车尾气带来了各种危害环境和人身体健康的问题。面对这些问题，我们要关注对汽车尾气的处理，关注我们的环境，及时采取措施很好的处理汽车尾气问题，让我们可以与环境和谐相处，让我们可以生活得更美好。 关键词：汽车，尾气，污染，环境，治理 现代社会的今天，汽车成为不可缺少的一种交通工具，但同时汽车也是对我们环境和对人身体伤害最大的一种交通工具。而它的污染主要就是尾气。 尾气污染主要是指柴油、汽油等机动车燃料因含有添加剂和杂质，在不完全燃烧时，所排出的一些有害物质对环境及人体的污染和破坏。据研究表明,汽车排放物成分非常复杂,有一百种以上,其主要污染物包括:一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物(NOx)和碳氢化合物(HC),此外还有铅尘和烟尘等污染物。具体而言,汽车排放污染物的主要来源是: CO:矿物燃料燃烧后的一种副产物,通常是因空气不足或其他原因造成不完全燃烧时所产生的一种无色、无味气体。一般汽油机排放的一氧化碳比柴油机高。 CO2:矿物燃料燃烧后的一种副产物。是完全燃烧或CO在空气中氧化而来的。
HC:来自汽车燃油的不完全燃烧。 NOx:主要是NO和NO2的混合物,是空气中的N2和O在发动机燃烧室高温高压下反应的产物,压缩比越高,燃烧室的温度越高,生成量越大。 SOx(包括SO2):汽油和柴油中的硫在发动机燃烧室中氧化生成的产物。 Pb(铅):来自汽油中的四乙基铅。汽车用的汽油中,通常加有四乙(基)铅或四甲(基)铅做抗爆剂,这些铅的70%随尾气排入大气。 PM(颗粒物):颗粒物是由于进气不充分或燃烧温度过低造成燃烧不完全形成的。排气中颗粒有三个来源:(1)燃料液相燃烧不完全产生的碳烟颗粒;(2)润滑油燃烧产生的积炭颗粒;(3)燃料中硫生成的SO2、SO3和添加剂的钙生成的CaSO4颗粒。 VCO(易挥发有机化合物):蒸发性气体,是许多不同种类的烃类构成的混合物,来自汽车燃油箱的汽油蒸发。 而这么多污染物中，其中co和铅是对人体伤害最大的两种物质。 而在这点上，农村居民，一般从空气中吸入体内的铅量每天约为一微克；城市居民，尤其是街道两旁的居民会大大超过农村居民。锡进入人体后，主要分布于肝、肾、脾、胆、脑中，以肝、肾中的浓高。几周后，铅由以上组织转移到骨骼，以不溶性磷酸铅形式沉积下来。人体内约90%～95%的铅积存于骨骼中，只有少量铅存在于肝、脾等脏器中。骨中的铅一般较稳定，当食物中缺钙或有感染、外伤、饮酒、服用酸碱类药物而破坏了酸碱平衡时，铅便由骨中转移到血液，引中
汽车尾气净化催化剂
催化科学与技术的里程碑-尾气净化催化剂 陈耀强 四川大学催化材料研究所 汽车尾气的污染 随着经济的发展，汽车产量迅速增长，2013年全球汽车产量达到8280万辆，预计将在2021年突破1亿辆。我国2013年的汽车产量为2212万辆，已连续五年蝉联全球第一。2013全国汽车保有量1.37亿辆车辆从2003年到2013年10年间，我国汽车保有量增长迅速，从2400万辆增长到1.37亿辆，年均增加1100多万辆。在今后相当长的时期内，我国汽车社会发展仍将保持强劲势头。 随着汽车保有量的不断增加，汽车尾气污染物的排放量不断增加。2012年，全国机动车排放污染物4612.1万吨，其中，氮氧化物(NOx)640.0万吨，颗粒物(PM)62.2万吨，碳氢化合物(HC)438.2万吨，一氧化碳(CO)3471.7万吨。汽车尾气污染物的危害不仅体现在排放量大，更重要的体现在尾气污染物的特征和排放部位上。以PM2.5为例说明汽车污染物的特征。PM2.5的危害取决于三个方面：（1）尺寸越小危害越大，（2）化学组成的毒性越大危害越大，（3）数量越大危害越大。 PM2.5的主要来源为汽车，工业排放（以燃煤为主）和扬尘。扬尘的颗粒较大，主要为氧化硅等无机物，有机组分最少，危害小，防控容易。 燃煤和汽车的PM2.5均含有高致癌的多环芳烃（PAHs）及其他有机组分，但燃煤的PM2.5所占比例没有汽车高，颗粒较大，质量比汽车大，但数量远没有汽车的PM2.5多，燃煤和其他工业排放的PM2.5也属于重点控制对象。 汽车尾气的PM2.5的特征为：（1）汽车的PM2.5的粒度为0.04-0.3μm（柴油车0.3μm，汽油车0.1μm ，摩托车0.04μm）,可在人体的任何地方造成危害。（2）化学组成的毒性大，含有16种多环芳烃（图4）等高致癌物质和致病物质。（3）数量极大，目前排放PM2.5最少的压缩天然气车每公里排放6000亿个PM2.5，PM2.5的危害是以数量而不是以质量。（4）基本上不沉降，长期累积。汽车尾气的排放部位离地面仅30－50cm左右，在人的呼吸带内，人体吸进去的是未经稀释的高浓度污染物，是一类极其特殊的污染物排放。而其他的污染源（如离城市20公里燃煤电厂）排放经过空间稀释后浓度已降到原始浓度的数万分之一，这是汽车尾气污染危害远大于其他类型的污染的关键所在,对呼吸系统，心，脑血管，神经系统和眼睛造成巨大危害。
内燃机紧耦合三效催化剂性能研究
第31卷第9期 2008年9月 合肥工业大学学报( 自然科学版) JO U RN AL O F H EFEI U N IV ERSIT Y OF T ECH N OL O GY Vol.31No.9 Sept.2008 收稿日期:2007-09-21 基金项目:安徽省教育厅自然科学基金重点资助项目(KJ 2007A061);安徽省科技厅2005年度重点资助项目作者简介:王继先(1950-),男,安徽萧县人,安徽农业大学教授,硕士生导师. 内燃机紧耦合三效催化剂性能研究 王继先1, 王大祥2, 黄新林3, 业红玲1, 曹 丽1 (1.安徽农业大学工学院,安徽合肥 230036;2.中国汽车技术研究中心,天津 300162;3.安徽省安凯福田曙光车轿有限公司,安徽合肥 230001) 摘 要:催化剂是整个催化转换器的核心部分,决定催化转换器的主要性能指标。文章详细地介绍了Pd -YCZ 紧耦合型催化剂的制备和加工工艺过程,并通过催化转化率、起燃温度、空燃比特性和抗高温老化能力等实验进行性能测试;实验结果表明,研制的Pd -Y CZ 紧耦合型催化剂性能良好,完全能满足紧耦合型催化剂的使用要求,为紧耦合催化转换器的进一步研制打下了良好的基础。关键词:P d -Y CZ 催化剂;紧耦合;内燃机 中图分类号:T P336;U 482 文献标识码:A 文章编号:1003-5060(2008)09-1386-04 Performance study of engine close -coupling catalyst WANG J-i xian 1 , WA NG Da -x iang 2 , H U ANG Xin -lin 3 , YE H ong -ling 1 , CAO Li 1 (1.C ollege of En gineering,Anh ui Agricultural U nivers ity,H efei 230036,China;2.C hina Automotive Techn ology an d Research Center, Tianjin 300162,C hina; 3.Anhui Ankai Fu tian Shu guan g Axle Co.,Ltd.,H efei 230001,C hina) Abstract:The cataly st is the co re part of a catalytic conv erter,w hich affects main per for mance index es of the catalytic conver ter.The paper presents the Pd -YCZ catalyst design and processing technolog ical pro cess in detail.Per for mance tests o f the Pd -YCZ cataly st are carried o ut in term s of the catalyzed conversio n rate,co mbustion temperature,air -fuel ratio char acteristic and ant-i high temperatur e abil-i ty.T he ex perim ental results show that the per for mance of the Pd -YCZ catalyst is goo d.As a result,it meets w ell w ith the operation requirem ents of the catalytic converter,and it is valuable for further development o f the cataly tic conver ter. Key words:Pd -YCZ catalyst;close -co upling ;engine 0 引 言 紧耦合催化器就是将催化转化器安装在靠近发动机排气口的位置,利用发动机本身的排气高 温对催化器进行迅速加热,达到缩短起燃时间及降低发动机冷起动排放的目的。但由于紧耦合催化器距离发动机排气口较近,当发动机正常工作时进入催化器的排气温度可能会超过1000e ,因此对催化剂的耐高温性要求较高[1]。 目前车用催化剂大都采用贵金属铂(Pt)、铑(Rh)、钯(Pd)作为活性组份,而其中又以钯的耐高温性能最好。由于钯的价格又最低,更适合于国内的经济型轿车[2] 。 选择贵金属钯作为活性组份,同时选择Y (钇)、Ce(铈)和Zr (锆)的复合氧化物作为单钯紧耦合催化剂的热稳定助剂,制得储氧能力较好的单钯紧耦合催化剂,简称为Pd -YCZ 紧耦合催化剂。 1 Pd -YCZ 紧耦合催化剂的研发 催化剂是指催化活性组分和水洗涂层的合称,是整个催化转换器的核心部分,决定催化转换器的主要性能指标。图1所示为研发的Pd -YCZ 紧耦合催化技术路线图 [3] 。
柴油车尾气净化催化剂制备、表征及性能测试实验报告(DOC)
广州大学化学化工学院 本科学生综合性、设计性实验报告实验课程化学工程与工艺专业实验 实验项目化学工程与工艺专业实验 专业精细化工 班级08精工 学号0813020060 姓名赖家雄 指导教师及职称梁红教授 开课学期2011 至2012 学年第一学期 时间2011 年11 月20 日
柴油车尾气净化催化剂制备、表征及性能测试化学化工学院 08精工 0813020060 赖家雄 摘要：本实验通过小组设计方案，制备柴油车尾气净化催化剂及其表征和性能进行测试。目的是掌握柴油车尾气处理净化催化剂的制备方法，并了解催化剂的制备过程中影响催化剂性能的各种因素；了解催化剂活性测试方法和仪器的构成和使用方法；学会用X-射线衍射仪（XRD）测定催化剂的晶相结构。学会用FT-IR测定催化剂的结构。预习实验报告了解了柴油车尾气的危害，同时了解沉淀法制备催化剂的主要方法，以氧化铝为载体进行制备。 关键词: 柴油车尾气; 危害；催化剂制备方法; 温度：数据处理 柴油车排放的污染物主要是颗粒物（PM）和氮氧化物（NOx），还有少量的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、挥发性烃类有机化合物（VOC）。柴油车排放的污染物和汽油车相比较，汽油车排气中的CO、HC和VOC比较多，柴油车排气中的PM比较多，近年来因机动车所造成的污染日趋严重，对机动车尾气进行治理具有重要意义。综合目前柴油车尾气的处理方法，采用催化燃烧的方法除去颗粒物是目前实现柴油车颗粒物排放控制最为有效和简单的方法，其中催化剂的选择是最为关键的因素。 实验内容 一、实验目的 本实验拟以金属氧化物为活性组分，三氧化二铝（Al 2O 3 ）为载体制备柴油车尾气 净化催化剂，并了解催化剂制备过程中各种因素对催化剂活性的影响，拟达到如下目的： 1．初步了解和掌握催化剂产品开发的研究思路和实验研究方法； 2．学会独立进行实验方案的设计，组织与实施； 3．了解和掌握催化剂的各种制备方法，催化剂活性评价方法及数据处理的方法； 4．了解催化剂比表面积（BET），X射线粉末衍射（XRD）、程序升温还原（TPR）等
三效催化剂
4 三效催化剂反应机理 4.1 参与反应的物种和反应条件 汽油车排气组成成份非常复杂，除和燃料和机油的品质有关外，还受发动机和整车的状况、运行工况及环境条件等因素影响。除氧气O2和氮气N2外，目前已检测到的汽油车排气中的物种约有130多种，其中多数为碳氢化合物及其燃烧、热解的中间产物（丙烷、丙烯、甲醛、丙烯醛等）；另外还有水蒸气、氢气H2、CO、CO2、NO2、NO、N2O、SO2、SO3及磷P、铅Pb、锰Mn、钙Ca、锌Zn的化合物和硫酸盐等。三效催化剂的目标反应物主要有丙烷C3H8、丙烯C3H6、CO和NO x等，三效催化目标反应物的浓度一般在10-9─10-6范围内，远小于障碍物N2（>80％）和CO2（>10%）的浓度。这就要求三效催化剂具有很好的选择性，这也是三效催化剂区别于一般工业催化剂的主要特征之一。图35对比了工业催化剂和三效催化剂的工作环境。如图35所示，与工业催化剂相比，车用三效催化剂的工作温度范围在0 ℃以下(冬天冷启动)至1 000 ℃以上，且温度升、降速率很大(骤冷骤热)；空速在0~30000 h-1范围内变化；工作压力的变化范围也很大。尤其是三效催化剂目标反应物的浓度一般在10-9~10-6范围内，而有碍物(指不参加反应的惰性组份、杂质及对催化剂有毒害作用的污染物等)浓度大多数在10%以上。因此，相对而言三效催化剂的工作环境更为恶劣。同时，受装车及实际使用条件所限，车用催化剂在使用空间、再生与更换等方面都不如工业催化剂。所以对车用催化剂要求其具有更高的活性、更好的选择性、更强的抗中毒能力及更长的使用寿命。 从理论上说，图2所示的电喷闭环控制系统能精确控制排气气氛空燃比为14.63。但实际上采用图2所示控制系统发动机排气气氛在14.63左右振荡，振荡的频率与幅度与电喷系统的性能有关。如图36所示，电喷系统匹配较好的发动机空燃比变化幅度很小，排气气氛基本维持在理论空燃比附近。若电喷系统匹配不好，排气气氛变化范围较大，会出现过稀或过浓的气氛，从而使排放变差并加重三效催化剂负担。另外，对于多缸发动机，顺序的排气过程造成排气管内存在很强的气流脉冲和偏析，排气温度变化范围也很大。由此可见排气组份在流经三效催化剂时，在时间和空间上都是极不均匀的，从而导致催化剂某些部位不能充分利用而造成浪费；另外一些部位因利用率较大而过早失活。因此在开发三效催化剂时一定要根据发动机的实际情况，结合电喷系统对整个排气系统（尤其是转化器的扩张管形状与锥角等）进行匹配和优化设计。 4.2 三效催化反应历程 如前所述三效催化反应是一类气——固异相界面反应，反应过程包括两相传质、扩散、换热及吸脱附和表面催化反应等过程。反应速率有可能受扩散过程控制，也有可能受吸脱过程或表面反应过程控制。三效催化反应过程可用图37简单表示。 反应物（1或2个以上物种）先从载体孔道的主气流中经传质过程到达氧化铝涂层微孔内，再经扩散到达催化剂活性位。在活性位上，发生吸附、迁移、反应、生成产物、产物脱附等过程完成表面反应，再按相反过程经扩散、传质回孔道内主气流中。汽车排气空速很大，也就是说孔道内气流速率很大，无论反应分子或产物分子在催化剂表面驻留的时间都很短，这就要求三效催化反应过程速度要足够快，效率要足够高。三效催化剂传质、扩散和吸脱附特性等都会影响催化反应的速率，而成为三效催化反应的速控步骤。当催化剂表面温度较低时（如怠速或冷起动），表面反应速率较低，反应过程是速控步骤；当催化剂表面温度较高时，反应速率足够大，微孔内的扩散过程将成为速控步骤。 4.3 三效催化反应机理 所谓三效催化反应是指在三效催化剂表面同时发生对HC和CO的催化氧化反应和对NOx的催化还原反应，其主要化学反应式如下： (1) 氧化反应 2 CO + O2→ 2 CO2 C m H n + (m + n/4)O2→ mCO2 + n/2 H2O 2H2 + O2→ 2H2O
汽车尾气催化剂
.. . … 汽车尾气净化催化剂 环境问题是一个全球问题，要靠全世界每一个人的努力来解决。随着世界经济、科技的不断发展和社会文明的不断进步，人们的物质需求也在一天天增长。汽车是现代社会最普及的交通工具，特别是近年来私家车越来越多，带来了很多问题,其中环境问题是不容忽视的。汽车的使用对环境的污染主要有噪音污染和尾气排放造成的空气污染。在我国，汽车尾气净化是解决尾气排放污染的最有效方法。汽车排放的污染物主要来源于燃机，其有害成分包括一氧化碳（CO）、碳氢化合物(CH)、氮氧化合物(NOx)、硫氢化合物和臭氧等，其中CO、HC及NOx是汽车污染控制的主要大气污染成分。HC是在局部缺氧或低温条件下烃不完全燃烧而产生，NOx是火花塞点火瞬间高温高压下空气中的N2、O2反应的产物。汽车尾气对人类的健康危害很大，治理汽车排放污染，已成为一项刻不容缓的任务。 一、汽车尾气净化催化剂简介 1.1汽车尾气净化 国外早在20世纪60年代中期对汽车污染控制技术已经进行了研究开发，目前己达到实用阶段。研究表明，通过改善催化剂及其载体的性能和生产工艺，改善汽车燃机燃烧技术及三效催化剂排气系统的处理可净化这些有害气体。汽车尾气污染控制可以分为机和机外两种技术。机净化主要是提高燃油质量和改善燃料在发动机中的燃烧条件，尽可能减少污染物的生成；机外净化的主要方式是安装催化净化器，对有害气体进行处理是机外尾气净化最有效的方
法，催化剂又是净化效果的关键。因此开发实用高效的汽车尾气净化催化剂是控制汽车尾气排放的最佳措施之一。 汽车尾气催化净化的目的就是将有害的CO和HC氧化为CO2和H2O，将NOx还原成N2。由于汽车尾气的化学成分很复杂，其转化率除和催化剂的活性有关外，还和反应气是氧化气还是还原气有关，因此催化剂在功能上分为氧化型和还原型两部分。氧化型催化剂主要催化CO和HC的氧化反应，有关反应如下： 2CO+O2→ 2CO2 ……① 4HC+5 O2→4 CO2+2H2O ……② 2NO+2CO →2CO2+N2 ……③ HC+NO2→ CO2+H2O ……④ HC+CO→ N2+CO2+H2O ……⑤ 3NO+2NH2→ 2N2+3H2O ……⑥ 2NH2→ N2+3H2O ……⑦ 还原型催化剂主要催化NOx的还原反应： 2NO+CO →N2+CO2 ……⑧ 2NO+H2→ N2+2H2O ……⑨ 2NO+HC→ N2+H2O+CO2 ……⑩ NO和H2反应除生成无毒的N2和H2O外，尚有所不希望发生的副反应：
汽车尾气催化剂原理构造
汽车尾气催化剂原理构造 2016-04-19 12:24来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部 汽车尾气催化剂构造图 国外早在20世纪60年代中期对汽车污染控制技术已经进行了研究开发，目前己达到实用阶段。研究表明，通过改善催化剂及其载体的性能和生产工艺，改善汽车内燃机燃烧技术及三效催化剂排气系统的处理可净化这些有害气体。汽车尾气污染控制可以分为机内和机外两种技术。机内净化主要是提高燃油质量和改善燃料在发动机中的燃烧条件，尽可能减少污染物的生成；机外净化的主要方式是安装催化净化器，对有害气体进行处理是机外尾气净化最有效的方法，催化剂又是净化效果的关键。因此开发实用高效的汽车尾气净化催化剂是控制汽车尾气排放的最佳措施之一。 汽车尾气催化净化的目的就是将有害的CO和HC氧化为CO2和H2O，将NOx 还原成N2。由于汽车尾气的化学成分很复杂，其转化率除和催化剂的活性有关外，还和反应气是氧化气还是还原气有关，因此催化剂在功能上分为氧化型和还原型两部分。氧化型催化剂主要催化CO和HC的氧化反应，有关反应如下： 2CO+O2→2CO2 4HC+5O2→4CO2+2H2O 2NO+2CO→2CO2+N2 HC+NO2→CO2+H2O HC+CO→N2+CO2+H2O 3NO+2NH3→2N2+3H2O 2NH3→N2+3H2O
还原型催化剂主要催化NOx的还原反应： 2NO+CO→N2+CO2 2NO+H2→N2+2H2O 2NO+HC→N2+H2O+CO2 NO和H2反应除生成无毒的N2和H2O外，尚有所不希望发生的副反应： 2NO+5H2→2NH3+H2O 2NO+H2→N2O+2H2O 因两种反应要求的化学环境不同，故早期的催化剂将两者分立。后来由于发动机的改进，实现了可使两种功能兼容的化学环境；由于催化剂制备技术的改进，使氧化与还原两种活性中心共存于同一个催化剂上，最终出现了三效催化剂 TWC(three-waycatalyst)。目前最常用的催化器是使用蜂窝型催化(honeycombcatalyst)，载体是陶瓷蜂窝体，其外附载有高比表面积的氧化铝涂层，其上再浸渍活性组分。所以，汽车尾气净化催化剂主要由载体、涂层及活性物质三部分组成。
催化剂在处理汽车尾气中的应用
稀土催化剂在处理汽车尾气中的应用 通过《绿色化学》这门课程的学习，我对绿色化学有了更为全面的认识。绿色化学涉及生活、生产的方方面面。各国政府及科研机构都对绿色化学高度重视，发展好绿色化学，将对人类未来的生活环境和生活水平产生至关重要的影响。 “绿色化学”由美国化学会（ACS ）提出，目前得到世界广泛的响应。其核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染；反应物的原子全部转化为期望的最终产物。简单的说就是提高原子利用率，防止污染。在防止污染方面，以汽车尾气为例，就是将有毒的CO 、NO x 转化成无毒的CO 2、N 2。 随着交通运输也的发展，汽车尾气已经成为当今世界环境的一个大污染源。 安装催化净化转化器是降低汽车尾气对环境污染的有效方法。用于汽车尾气净化的粗化剂种类较多，期中贵金属(Pt,Pd,Rh)虽然活性高、净化效果好，但价格昂贵。含稀土的催化剂价格低，化学和热稳定性好，活性也较高，尤其抗中毒、寿命长，是一种很有使用价值和发展前景的汽车尾气净化催化剂。 尾气排放 燃油机动车的气态排放物主要由CO 、NO x 和碳氢化合物(HC)组成，有些还含有铅，磷，硫等有毒物质。 含铅汽油经燃烧后,85%左右的铅排入大气中造成铅污染。半个多世纪以来,通过汽车燃烧排入大气中的铅已达数百万吨,成为一种公认的全球性污染。铅对人体的许多器官和系统都会带来不良影响,表现为智力下降、肾损伤、不育症以及高血压等。 危害： CO 对人的神经系统有严重的破坏作用，组织人体血红蛋白向人体组织输送氧气，引起慢性中毒。HC 中含有多种致癌物质。NO x 可能导致呼吸困难、呼吸道感染和哮喘等症。在太阳光的作用下，NO 2分解产生的O 和O 2生成O 3，还进一步与烃类反应形成光化学二次污染，对人类健康造成更大的伤害，同时，NO x 还是形成酸雨和引起气候变化的主要原因。 催化净化器的原理是利用催化剂表面发生的氧化和还原反应，将排气中的CO 和HC 等有害物质氧化为CO 2和H 2O ，将NO x 还原成N 2。 (1)氧化反应 (2)还原反应 稀土在尾气净化催化剂中的作用 通常稀土是以氧化物（CeO 2、Y 2O 3等）的形式加入催化剂中，在保证催化剂活性不变的前提下，可以大幅度减少贵金属的用量，并改善催化剂的性能。 主要作用有4个方面： 1）提高催化剂载体的性能 通常所有的催化剂载体表面有氧化铝涂层，可以提高载体的表面积，有利于催化剂活性成分的分散，以此提高催化剂的活性和寿命。而氧化铝在高温下容易向无活性相转变。加入稀土元素(La 或Y)可使其耐热性能得到明显改善，抑制相2222CO O CO →+O H CO O HC 2222454+→+22222N CO CO NO +→+O H CO N NO HC 222245104++→+O H N NH NO 2236546+→+22332H N NH +→O H N H NO 222222+→+222/1xCO N xCO NO x +→+222H CO O H CO +→+
三效催化剂资料
对稀燃条件下汽车尾气催化净化是有关汽车排污控制的世界性难题。由于发动机在稀燃条件下工作时，空燃比远大于理论值，燃烧充分，提高燃油经济性，其排放的污染物中CO和HC的含量大幅度下降，但富氧使得尾气中O2及NOx含量较高。目前的铂族金属三效催化剂不适用氧过量条件下的尾气净化，在富氧下NOx还原性能大幅度降低，因而研究稀燃（富氧）条件下的催化净化技术成为控制汽车尾气污染排放的关键技术之一。并且稀燃条件下的催化净化技术对柴油车、压缩天然气和液化石油气车的尾气排放控制也可提供相应的技术平台。 目前，世界各国均是以铂族金属(铂、钯、铑等)或铂族金属与稀土为活性组份，其中铂族金属用量1.5克～2.5克/升。全球每年在汽车催化剂上耗用铂、钯、铑152.1吨，占总消耗量的58.9%。为降低催化剂生产成本，部分取代或全部取代铂族金属的三效催化剂成为近年来研究发展趋势。 近年来，我国以研究、开发低含量铂族金属稀土基三效催化剂为主，工作集中在尽量降低铂族金属含量上，目前铂族金属含量已降至1g/L左右。但由于我国铂族金属资源非常短缺，每年都需花费大量的外汇进口铂族金属；并且近年来国际市场铂族金属价格上涨迅猛，因此研究进一步降低铂族金属用量和以稀土为主，添加其它贱金属氧化物制成非铂族金属汽车尾气净化催化剂已成为当今世界各国研究的重要方向之一。 针对国内燃油稀燃条件和汽车尾气排放的特点，研制开发具有自主知识产权的非铂族金属汽车尾气净化催化剂及配套技术，主要分为以下6个方面： 1）纳米稀土基复合催化剂活性组分和助剂的制备技术 汽车尾气净化催化剂的制备关键技术一是配方，二是工艺。近年来在非铂族金属催化剂上最终确定了几种较为成熟的、三效催化性能较好的催化剂配方。如Ag系列、Au系列催化剂等，这几种催化剂已显示出良好的开发应用前景。同时为给催化剂提供良好的催化环境，并提高催化剂的高温稳定性与使用寿命，我们现已将纳米粉体制备技术等先进技术用于制备活性组分与涂层助剂，由于纳米粉体的尺寸效应，使得催化剂、活性涂层助剂组分更容易达到均质、稳定。其中对活性涂层中应用广泛的Ce-Zr 粉体的研究较为深入。我们对包括Ce-Zr在内的二元和二元以上的复合稀土纳米?br /> 劢 辛硕嗄甑难芯浚 丫 圆 返拇慷取⒕ 唷⒘６取⒈缺砻婊 确矫婺芙 醒细竦目刂疲 ⒕哂幸欢ǖ牟 倒婺！Ｋ 没钚酝坎鉉e-Zr粉体高温老化后比表面仍保持25m2/g以上，对催化剂的催化能力与高温稳定性起到了很大促进作用。但仍需对复合纳米粉的修饰与稳定性进行更深入的研究，进一步提高其储氧能力与高温老化后的比表面积。 2）催化剂的活性涂层涂覆工艺 涂层的涂覆工艺对涂层材料的热稳定性和抗热冲击能力有直接的影响，最终影响到催化剂的稳定性和使用寿命。通过对涂层的多种涂覆方法进行考察后，建立了独特的真空多层渐变涂覆技术和热处理工艺，增加催化剂体系的热稳定性和抗热冲击的能力，延长催化剂的使用寿命。使涂层与蜂窝载体之间的结合更为紧密，大幅度提高了涂层的热稳定性和抗热冲击能力。按此方法制备的催化剂经高温老化试验后仍保持较高的活性，显示了良好的应用前景。 3）催化剂热稳定性及抗中毒能力等各种性能评价 主要针对国内燃油中苯系物、不饱和烯烃和硫含量相对较高的特点，提高催化剂抗中毒能力，延长使
汽车尾气处理文献综述
文献综述 空气污染特别是由于汽车尾气中有害污染物的大量排放所带来的大气污染问题，随着汽车保有量的不断增加而日趋严重。包括机内净化和机外净化的各种净化方法都得到了广泛的研究。近年来，使用高压放电治理各种有害气体在国内都得到了充分的重视。高压脉冲电源是释放出高压电以电离出汽车尾气中颗粒物处理市场化的关键设备之一。 电容储能是研究比较早、应用比较多的脉冲电源形式，其技术至今已经相对比较成熟。电感储能与电容储能出现的时间相当，但是电感储能是动态储能，实现的技术相对复杂，因此其应用较电容储能偏少。但随着电力电子技术及半导体工业的飞速发展，固态开关的耐压等级和通流能力获得了极大的提高，使其有可能运用到高压脉冲技术中去。而如加速器、雷达发射机、高功率微波和污染控制等领域的高压脉冲技术对高重复频率固体开关的运用需求，也促使人们对固体开关技术在脉冲功率领域中的应用进行了大量的研究。国内有关电感储能功率脉冲技术的研究明显增多，其储能密度高的优势逐渐显现。 在高功率脉冲电源领域，尤其是电感储能功率脉冲电源，世界各国都任处于积极研究之中，也是快速发展的时期。 在此次项目实验中我们小组也采取了高压电路电离的方法，将尾气中带电颗粒物电离出来。高压电路主要技术通过汽车电瓶输出的直流电用电路转换成交流电，然后通过变压器升压成高压交流电，再通过稳压电路输出稳定的高压接在铁丝网上。 汽车尾气的处理除了高压电外还有通过加速或者增添一些化学反应，使尾气中有害物质能通过一系列有机化学反应转换成无害的无机物排入空气中。对这些反应的研究主要集中在催化净化转化器上。而催化剂又是催化净化效果的关键。因此，开发高效实用的催化剂是控制汽车尾气排放至关重要的一环。 20世纪70年代初,汽车尾气催化净化器多为氧化型，使用铂、钯或两者混合的催化剂来提高尾气中HC、CO同O2反应的速度，降低HC、CO的排放量。但随着大气中NOx含量的的增加，人们要求同时净化汽车尾气中的HC、CO、NOx。后来就出现了两段净化法，又称氧化-还原法。随后又于1977年开始采用含有Pt、Pd、Rh三效催化剂并能同时降低HC、CO、NOx的无害三效催化净化器。 目前，国内外汽车尾气净化催化剂多为能够同时催化转化HC、CO与NOx的固体三效催化剂。和许多工业固体催化剂一样,汽车尾气净化催化剂主要由活性组分、载体与助剂3部分组成。汽车用三效催化剂的活性组分主要分为贵金属型、非贵金属型与稀土型。贵金属型的活性组分主要由Pt、Pd和Rh组成。Rh是加速NOx还原的活性组分，虽然Pt和Pd同时对HC、CO、NOx的转化起催化作用，但是对NOx的还原能力低于含Rh催化剂。在3种贵金属中,Pd的价格远低于Pt 和Rh，而且Pd资源较Pt、Rh丰富，其耐热性好，使用Pd催化剂有利于降低成本,提高催化剂的使用寿命。因此,单Pd催化剂便成为三效催化剂发展的一个重要方向。如Kim D H[4,5]等人用溶胶法制备一种以钒与锆为助剂的单钯催化剂,其中n(V)/（Zr）=0.36，Pd、V、Zr的质量分数分别为1%、2%与10%。所得的单钯催化剂具有很高的低温活性、热稳定性与抗SO2毒性,这主要是由于催化剂中V与Zr形成的V)O)Zr键，具有一定的协同作用，这些Zr)O)X键(X为V或Al)与催化剂中的C-Al2O3形成了无定形四面体的配位结构:(M)O)3VO，使Pd在催化剂表面获得很好的分散性。即使是在1 000e以上的高温,由于这种配位键作用，
贵金属三效催化剂的研究进展
贵金属三效催化剂的研究进展 河南科技大学车辆与动力工程学院陈昊王学涛 摘要：本文围绕贵金属三效催化剂为中心，介绍它了的现状，详细描述了它的构成和研究进展。最后，叙述纳米技术在贵金属三效催化剂中的应用。 关键词：贵金属三效催化剂，稀土金属，纳米材料 Abstract：This focus on precious metal three-way catalyst as the center，describing its status. A detailed description of its composition and research progress. Finally，description of nanotechnology in the precious metals in the three-way catalyst applications. Key words：precious metal three-way catalyst，rare earth，nanomaterials 随着我国经济的高速发展，资源的有限性与环境的日益恶化已经对我们的生存空间造成严重的威胁。为了能够的缓解环境的自身净化污染物的负担，有效的脱除废气中的污染物是一个重要途径。废气主要有生活废气和工业废气两部分组成。生活废气大部分是由现代化交通工具排放出来的尾气构成，而工业废气主要是由工厂中的烟气与垃圾焚烧中的烟气组成。开展废气的有效治理，已成为当代环境治理急需解决的重大问题之一。常规的物理化学、生物脱除方法，处理其中的有机物在技术难以完全降解或矿化部分有毒有害有机物。甚至某些中间产物更加有毒有害，对运行成本和设备上的要求较高，限制了这类废气处理技术。自从贵金属三效催化剂的引入，在有毒有害的有机难降解污染物的脱除方面有显著的效果，同时它的高活性、高选择性、高热稳定性及良好的物理性能，能脱除其它大部分的污染物。所以它成为国内外学术界与环境科学与工程界研究的热点与焦点。 1.贵金属三效催化剂的反应机理 贵金属三效催化剂具有高活性、高热稳定性、高选择性、良好物理性能[1]，能同时净化废气中的CO、HC和NO x等有害物质。其反应机理如下：氧化反应(氧化催化剂)： 2CO+O2→2CO2 4H m C n+(m+4n)O2→2mH2O+4nCO2 (8n+2m)NO+4H m C n→(4n+m)N2+2mH2O+4nCO2 三元反应(三效催化剂)：
汽车尾气催化剂的研究现状及发展前景
汽车尾气催化剂的研究现状及发展前景 环境问题是一个全球问题, 要靠全世界每一个人的努力来解决。随着世界经济、科技的不断发展和社会文明的不断进步, 人们的物质需求也在一天天增长。汽车是现代社会最普及的交通工具,特别是近年来私家车越来越多, 带来了很多问题,其中环境问题是不容忽视的。汽车的使用对环境的污染主要有噪音污染和尾气排放造成的空气污染。在我国, 汽车尾气净化是解决尾气排放污染的最有效方法。汽车排放的污染物主要来源于内燃机，其有害成分包括一氧化碳（CO）、碳氢化合物(CH)、氮氧化合物(NOx) 、硫氢化合物和臭氧等，其中CO、HC及NOx是汽车污染控制的主要大气污染成分。汽车尾气对人类的健康危害很大，治理汽车排放污染，已成为一项刻不容缓的任务。 1 汽车尾气净化的方法 国外早在20世纪60年代中期对汽车污染控制技术已经进行了研究开发，目前己达到实用阶段。研究表明，通过改善催化剂及其载体的性能和生产工艺，改善汽车内燃机燃烧技术及三效催化剂排气系统的处理可净化这些有害气体。汽车尾气污染控制可以分为机内和机外两种技术。机内净化主要是提高燃油质量和改善燃料在发动机中的燃烧条件，尽可能减少污染物的生成；机外净化的主要方式是安装催化净化器，对有害气体进行处理是机外尾气净化最有效的方法，催化剂又是净化效果的关键。因此开发实用高效的汽车尾气净化催化剂是控制汽车尾气排放的最佳措施之一。 汽车尾气催化净化的目的就是将有害的CO和HC氧化为CO2和H2O，将NOx还原成N2。由于汽车尾气的化学成分很复杂，其转化率除和催化剂的活性有关外，还和反应气是氧化气还是还原气有关，因此催化剂在功能上分为氧化型和还原型两部分。氧化型催化剂主要催化CO和HC的氧化反应，有关反应如下： 2CO+O2 2CO2
第一篇_汽油车用三效催化剂
第一篇汽油车用催化剂 以汽油为燃料的、装用点燃式(Spark Ignition)发动机的车辆(汽油车)的主要排放污染物有3类：一氧化碳CO、碳氢化合物HC和氮氧化物NO x。汽油车排放的碳氢化合物HC是一种混合物，包含数百种具有不同碳原子数的烷烃和烯烃，所以也称总碳氢化合物THC。不同的发动机及同一发动机在不同行驶状态下排放的HC种类和数量变化较大，其主要组分为丙烯C3H6和丙烷C3H8。汽车排放的氮氧化物包括一氧化氮NO和二氧化氮NO2等，主要组分为一氧化氮。车用催化剂通过对HC和CO的催化氧化及对NO x的催化还原，达到催化净化这三种排放污染物的目的，而催化净化技术也是机动车排气污染机外净化的最常用的技术。 1 车用催化剂的发展 车用催化剂已经历了约30年的发展，是催化领域，尤其是异相催化领域开发最为成功的一类催化剂。而实际上车用催化剂的发展是与各国排放法规的发展紧密对应的，日趋严格的排放法规是推动车用催化剂发展的最直接原因。 20世纪中期美国加州洛杉矶地区发生两起典型的、因汽车尾气污染所形成的光化学烟雾事件，导致严重伤亡事件。此后，各国政府在投入大量的人力物力进行机动车排放污染防治的同时，纷纷立法对机动车污染物排放量进行严格控制。1957年，美国加州颁布世界上第一部汽车排放限值标准，以此为起点，日本、美国及欧洲等相继出台全国性的排放法规，对机动车污染问题进行防治。在这一段时期，各国的排放法规主要限制机动车一氧化碳CO 和碳氢化合物HC的排量。相应，大多数有关车用催化剂的研究也主要集中于对CO和HC 的氧化净化，即对“二元”的氧化型车用催化剂的开发，车用氧化型催化剂得到了很好的发展。最初的氧化型催化剂主要采用非贵金属铜Cu、铬Cr、钒V等作为活性组份，后来逐渐采用贵金属钯Pd和铂Pt作为活性组份，以解决非贵金属催化剂抗中毒能力弱、起燃特性差等问题。当时仍采用工业催化剂用的颗粒状氧化铝球作为车用催化剂载体，而颗粒状填充床式催化剂的密度、热容和排气背压都很大而且容易粉化，用于车用催化剂存在很多难以克服的内在的缺陷，所以很快被淘汰出车用催化剂领域。 1952年E.J.Houdry为其蜂窝陶瓷(Honeycomb Ceramic) 载体的发明申请了专利。在这一专利的基础上，1974年美国Corning公司开发出每平方厘米31孔、壁厚0.254mm的以堇青石为原料的蜂窝陶瓷载体，为整装式车用催化剂的开发奠定了基础。此后蜂窝陶瓷载体取代颗粒状氧化铝载体被广泛应用于车用催化剂。目前，孔密度在每平方厘米100孔以上、壁厚在0.1mm以下的蜂窝陶瓷载体已经被开发出，用于应对更为严格机动车排放限值。另外，金属蜂窝载体和碳化硅陶瓷载体的应用，使性能更为优越的车用催化剂开发成为可能。与堇青石蜂窝陶瓷相比，金属蜂窝载体具有更高的机强度、更好的抗热震能力和更低的热容，并且其孔密度要比陶瓷载体高得多，可用于开发应对超低排放标准和零排放标准的车用催化剂；碳化硅陶瓷具有很好的导电性能和优异的耐高温性能，非常适用于歧管催化剂和电加热再生壁流式微粒捕集器的开发。因此近几年来，金属蜂窝载体和碳化硅蜂窝载体的应用越来越受重视。 美国1980年实施的排放法规开始对机动车氮氧化物NO x的排量进行严格限制，单靠机内净化无法满足对NO x的限值要求，而氧化型催化剂对NO x 基本无催化净化作用。起初的解决办法是采用双床(Double bed)催化剂，双床车用催化剂的工作原理如图1所示。发动机在富燃(Rich Burning)条件下工作，排气气氛为还原性，前 图1 双床催化剂示意图