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

化铝催化剂，在同样情况下催化能力会下降10%。据称，这种催化材料可以将汽车废气转换器里的贵金属用量减少70%～90%。由于贵金属的提取过程会产生大量污染物，新材料不仅有利于降低成本，也有利于保护环境。

俄罗斯科学院物理化学研究所以普通金属的化合物为原料，研制出了能净化汽车尾气的新型催化剂。目前部分欧洲国家的汽车消声器中装有用铂、钯制成的催化剂，能够把汽车尾气中有害的碳氧化物、氮氧化物分别转化成无害的碳酸气和氮气。但是近年来科学家发现，上述催化剂会使汽车尾气中出现铂、钯离子。如何确定这些金属离子的排放量，及其对环境的影响，目前还是个难题。此外，含铂、钯的催化剂制作成本较高。经工作损耗后，必须重新装填该催化剂，因此花费较大。为了解决上述问题，俄罗斯科学院物理化学研究所将氧化铝与钴、铜、锰、镁、锌等金属的硝酸盐相混合，并用特殊工艺对混合物进行热处理，使其具有一定的内部结构，从而制成了一种成本较低的催化剂。实验结果显示，新催化剂可完全清除汽车尾气中的一氧化碳，将尾气中64%的氮氧化物转换成无害物质。研究指出，虽然新催化剂会使汽车尾气中含有钴、铜离子，但马路两侧的植物能够吸收钴、铜等普通金属离子，采用现有的工艺便可确定植物中的上述金属离子含量，从而推测出环境是否受到了影响。据悉，俄科研人员正在继续对新型催化剂进行试验，以提高其净化汽车尾气的能力。

比利时金属和材料公司Umicore公司开发了基于钯的柴油车排放控制用催化剂。柴油车用催化剂现完全基于铂，而新催化剂允许用钯替代现负载的约25%铂。铂的价格现已超过900美元/盎司（1盎司=28.35克），比钯高约3倍。

现在欧盟的轿车必须符合欧Ⅳ排放标准（颗粒物 <25mg/Nm3, 氮氧化物<0.25mg/Nm3）才能出售。此标准从2005年1月起生效。一种成批生产的柴油车用铂-钯氧化催化剂（用钯取代1/3的铂）已用于两家欧洲汽车制造公司的欧Ⅳ型车辆生产平台，不仅可使轿车能燃用低硫柴油以满足欧Ⅳ法规，而且可降低催化剂制造厂家的贵金属费用。此技术首先是由安格公司的技术平台推向最终用

户。由于钯对硫毒害的敏感性，目前欧洲小轿车的催化剂完全依赖铂。安格公司在铂中加钯是要提高催化剂的性能，不仅是为了降低成本。用钯的另一个好处是每克钯的原子数比铂大一倍，因此可提供更多的脱硫活性中心（尽管每克钯的活性不如每克铂的活性高）。钯还可使铂热稳定，防止它在脱硫所需的高温下烧结。但钯比铂容易生成硫酸盐，必须抑制这一反应。随着低硫燃料的发展和催化剂放在系统较高温位置上使用，铂-钯催化剂可以很好地立足。安格公司计划扩大铂-钯技术的应用领域。下一代柴油轿车的排放标准（即欧Ⅴ）正在讨论之中，预计将使颗粒物和氮氧化氮排放降至2.5mg/Nm3和0.08mg/Nm3。欧洲委员会在2005年秋提出欧Ⅴ排放标准的建议，如果得到批准，2010年将实施新标准。

Nanostellar公司推出含金的氧化催化剂，可比使用现在的纯铂催化剂减少排放40%，而成本相当。Nanostellar 公司于2006年推出基于铂和钯的第一代产品，比商业化纯铂催化剂提高性能25%～30%。含金的第二代氧化催化剂又可提高性能15%～20%。

庄信万丰(Johnson Matthey JM)公司与俄罗斯Krasnoyarsk 地方政府和Krasnoyarsk金属公司（KMC）签订合约，将在俄KMC公司的Krasnoyarsk建设生产汽车催化剂装置。JM公司将拥有和运作该装置。该装置将生产俄罗斯市场上柴油和汽油动力车用污染控制催化剂，这些催化剂的使用将可满足即将来临的排放法规。催化剂将由来自KMC的贵金属盐制造。

几乎所有主要的汽车催化剂生产商，包括庄信万丰和安格公司都在开发钯催化剂，但Umicore首次取得商业化突破。鉴于两种金属价差较大，汽车生产商对钯基催化剂兴趣倍增。据Umicore公司估计，每辆柴油车使用新催化剂可望节约15～20美元。上世纪90年代，当钯比铂廉价许多时，基于钯的汽油车排放控制催化剂得到大量使用。但到2001年1月，由于世界最大的钯供应国俄罗斯的供应出现不稳定因素，钯的价格上升至1100美元/盎司时，部分汽车生产商又致力