汽车尾气催化剂的研究进展
失效汽车尾气催化剂中铂族金属回收的研究进展
失效汽车尾气催化剂中铂族金属回收的研究进展
李明钢;高元兴;郭学益
【期刊名称】《贵金属》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】失效汽车尾气催化剂是回收铂族金属(铂、钯、铑)的重要二次资源。
本文介绍了失效汽车尾气催化剂中铂族金属的回收工艺流程,包括失效催化剂预处理、铂族金属富集、分离与精炼三部分;详细介绍了两种高效预处理技术、两种富集方法以及四种分离与精炼工艺,总结了各种方法的原理、工艺流程、优缺点及改进方向。
回收企业应根据回收规模和环保政策采用合适的回收工艺,以实现不同回收工艺之间的优势互补,未来需重点研发回收率高且环境友好的清洁回收工艺。
【总页数】12页(P78-89)
【作者】李明钢;高元兴;郭学益
【作者单位】中南大学冶金与环境学院
【正文语种】中文
【中图分类】TF83;X705
【相关文献】
1."从失效汽车尾气净化催化剂中回收铂族金属"项目通过验收
2.从失效汽车尾气净化催化剂中回收铂族金属
3.从失效汽车尾气净化催化剂中回收铂族金属--亚砜萃取工艺研究
4.失效汽车尾气净化催化剂中铂族金属回收技术
5.从失效汽车尾气催化剂中回收铂族金属研究进展
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SCR催化剂项目可行性研究报告范文
SCR催化剂项目可行性研究报告范文催化剂在化学工业中起着至关重要的作用，能够加快化学反应速度、提高反应选择性和降低反应温度等。
SCR（Selective Catalytic Reduction）催化剂项目作为一种去除尾气中氮氧化物（NOx）的技术，对于改善空气质量有着重要意义。
本报告将对SCR催化剂项目的可行性进行研究。
一、项目背景和意义随着工业化的加快和交通量的增加，尾气排放成为环境污染的主要原因之一、尾气中的NOx成分对于大气环境和人体健康造成严重威胁。
SCR催化剂技术能够有效地将尾气中的NOx转化为无害的氮气和水，因此具有重要的应用前景和环境意义。
二、市场需求和竞争情况据统计，全球范围内尾气治理市场规模迅速增长，年复合增长率达到XX%。
寻求更低的尾气排放是全球主要经济体和地方政府正面临的共同挑战，因此SCR催化剂市场具有广阔的应用前景。
当前，SCR催化剂市场主要由国际领先企业垄断，例如公司、公司等，市场竞争激烈。
然而，国内市场还存在较大的空间和需求，对于适用于国内汽车尾气处理的SCR催化剂有着较高的需求。
三、技术和风险分析1.技术分析2.风险分析a.市场风险：全球市场竞争激烈，企业需要具备技术实力和市场推广能力。
b.技术风险：SCR催化剂项目需要对材料的选择和催化剂的设计进行深入研究，技术难度相对较高。
c.政策风险：政策变化可能对尾气处理市场产生重要影响，需要密切关注国家政策的变动。
四、项目可行性分析1.市场可行性目前，我国尾气处理市场存在较大的需求，商业化应用的SCR催化剂产品广泛应用于汽车、发电厂和工业领域。
因此，SCR催化剂项目具有较大的市场可行性。
2.技术可行性3.经济可行性五、项目实施方案1.技术研发：与科研机构合作，进行催化剂材料的研发、优化和性能测试。
2.市场开发：与汽车制造商、发电厂等行业进行合作，推广SCR催化剂技术。
3.建设生产线：购置相关设备，建设催化剂生产线，确保产能和生产质量。
汽车尾气净化催化剂的研究现状
Ｃ Ｏ与 Ｎ Ｏ吸附在催化剂上 ， Ｏ分解 出一个氮 Ｎ 原子和一个氧原子 ， 氮原子重新组合形成 Ｎ ， 或者
（ 代表催化剂的活性 中心 ， 下同）
８ Ｏ
甘
肃
科
技
２ 访 ７
与另 一个 吸 附的 Ｎ Ｏ形成 Ｎ ０或 Ｎ ， 催化 剂 表 面 ： 在
的物质 。催化 剂 活性 组 分 分 为 贵 金属 睦物 金 贱 属 活性物 及稀 土金 属 活性物 三种 。
关键词 ： 汽车尾气 ； 催化剂 ； 净化
中图分类号 ： ７ １ Ｘ ０
汽车是现代社会最重要的交通工具之一 ， 在为人 们的生活和工作带来方便的同时 ， 它所排放的尾气也 给大气环境造成了严重的污染。最典型的是 １４ ９３年 和 １５ ９４年美国洛杉矶发生的两次光化学烟雾中毒事 件， 其罪魁祸首就是汽车尾气 。近几年来 ， Ｊ 我国许 多大中城市如上海、 广州、 南宁等都出现过类似的“ 光
表 １ 汽车尾气污染物 的危 害 危害
吸人人 体的 Ｃ Ｏ与血红蛋 白结合 ， 导致人体 内缺 氧 ， 至引起窒息 ； 甚 长期少 量吸入 会引起慢 性中毒 其 化合 物有致癌作用 ， 并强烈刺激 眼睛和 呼吸器官 ； Ｎ 。 与 Ｏ 一起在太 阳光能的作用下产生光化 学烟雾 ， 严重 时 使人麻 痹中毒 高 浓度 的 Ｎ Ｏ引起 中枢神经瘫痪及痉挛 ， Ｏ 引起人体 中毒 ， Ｈ Ｎ： 与 Ｃ一起产生光化学烟雾 它 是形成 酸雨的主要成分 ， 严重污染河流 、 湖泊等水系 ， 殃及野生 动物 的安 全、 破坏生态系统的 自然酸碱平衡 血液铅含 量过高 ， 响儿童的身体和智力发展 ， 影 还可引发成 血压高及心血管疾病
第 ２ 卷 第 ｌ 期 ７ ４ ２ １ ７月 ０ １年
汽车尾气净化催化剂用Ce_xZr_(1-x)O_2固溶体的研究进展
剂 （ 简 称 为 ＴＷ ＣＳ） 要 是 因 为 肺 存 在 着 可 逆 转 下 主 化 ： 。 Ｃｅ 一Ｃｅ ¨从 而 使 Ｃｅ 容 易 在 还 原 条 件 下 释 放 Ｏ２
出 氧 ， 在 氧 化 条 件 下 储 存 氧 ， 具 有 储 氧 能 力 而 即
（ ＳＣ）。 Ｏ
化 还原 的动 力 学行 为 ， 大提 高 载体 的贮 氧 能力 ， 大 使
了 简要 陈 述 。
关 键 词 ： 化 铈 ， 化 锆 ； 养 能 力 ； 稳 定 性 ； 效 催 化 剂 氧 氧 储 热 三
中 图 分 类 号 ： ３ ． ０ Ｘ７ ４ ２ １
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ６ ７ ８ （ ０ ０ １ 一 Ｏ ｏ 一 Ｏ １ ０－ ９ １ ２１ ）３ ０７ ５
２ ＣＺ 的 储 氧 能 力 和 热 稳 定 性 Ｃｅ Ｏｚ的 ＴＰＲ 结 果 显 示 ， 相 还 原 在 温 度 高 于 体 １ ０ Ｋ 时 才 发 生 ［ 这 在 实 际 应 用 中 是 没 有 意 义 １０ ２ ，
① 于 贵 金 属 在 表 面 的 均 匀 分 散 ［， 高 活 性 组 ７ 提 ］ 分 的 利 用 率 及 可 阻 止 Ａｌ ｚ ｏａ因 烧 结 而 造 成 的 聚 集 和
关 ＣＺ 在 上 述 方 面 的 研 究 进 展 。 １ Ｃｅ 和 ＣＺ 在 汽 车 尾 气 净 化 催 化 剂 中 的 作 用 Ｏ。 Ｃｅ 、 Ｏ ＣＺ 被 应 用 于 汽 车 尾 气 净 化 的 三 效 催 化
重 要 。 Ｃｅ 在 Ｏ２中 掺 杂 诸 如 ＡＩ Ｓ “、 ｒ Ｌ ” 、 什 ”、 ｉ Ｚ ”、 ａ Ｇａ 等 ， 提 高 Ｃｅ “ 可 Ｏ 的 抗 高 温 烧 结 性 和 降 低 载 体 的 被 还 原 温 度 ， 别 是 Ｚｒ＋ 加 入 ， 与 Ｃｅ 特 ‘的 因 Ｏｚ易 形 成
汽车尾气净化三效催化剂研究进展
摘
要 ： 效 催化 剂 是 汽 车 尾 气 净 化 最 主要 的 方 法 ， 三 目前 已 发 展 到 第 四 代 。 开 发 金 属 合 金 载 体 ， 以
及 新 型 单 钯 催 化 荆 、 渡金 属 型 或 稀 土 钙 钛 矿 型 催 化 剂是 今 后 三 效催 化 荆研 究 的 热 点 。 过
淘汰。
随着 Ｎ 排 放 法规 的 出 台 ，０世 纪 ７ Ｏ ２ ０年代
末 出现 了 Ｐ — ｈ双 金属催 化 剂 ， ｔ ｔ Ｒ Ｐ 针对 Ｈ Ｃ和 Ｃ Ｏ
整装催 化 剂 中蜂 窝状 陶瓷载体 具有 较低 的热
的氧 化 ， ｈ针 对 Ｎ Ｒ Ｏ，的还 原 ， 催化 剂 的总体 性 能 通过 Ｐ— ｈ协 同作 用 完 成 ， 同 时 净 化 ＨＣ、 Ｏ ｔ Ｒ 可 Ｃ 和 Ｎ 故 称三效 催 化剂 。 Ｏ
２ Ｉ ５ ｉ ； 融 分 解 温 度 为 １ ５ Ａ ， ・ＳＯ，熔 Ｏ ０℃ ； 热 温 ４ 耐 度 １０ ０℃ ；５～９ ０℃ 之 间 平 均 热 膨 胀 系数 为 ４ ２ ０
引起 全球 范 围极 大 关 注 ， 对 汽 车 尾 气催 化 技 术 又
提 出了更高要 求 。要求 其作 用 扩大 到能 解决 富氧
为城市 中最 主要 的 大 气污 染 源 ， 着 生 活水 平 的 随
气氛 下 Ｎ 的还 原 问题 ， Ｏ 以及汽 车 冷启动 的 污染 控制 ， 于是 出现 了第 三 代低 温起 燃 和耐 高 温 的 三
效催 化 剂 。
提高 ， 该问题 日趋 显 著 。尾 气成 分 主 要 有 一 氧化
坏 了人类赖 以 生存 的 自然 环 境 。 目前 ， 国纷 纷 各
制定严格 的汽 车 污 染 法律 法 规 ， 以期 达 到加 强 管
汽车尾气净化催化剂载体的研究进展
近年来 ， 汽 车 尾 气 污染 治 理 已成 为 我 国可 持 续 发展 的重 要 战略课题 。沿 用 欧洲 排 放标 准 体 系 的 中 国排放 控 制法规 和 以催化 剂 技术 为 主 流 的排 放 后处
早期的汽车用催化剂载体采用工业上广泛应用
的氧 化 铝 颗 粒 ， 主要成 分 是 活性 氧化 铝 （ ＾ ｙ— Ａ １ Ｏ ， ） ， 通 常制 成 ０ ． ８ ３ ３～０ ． ３ ５ ５ ｍ ｍ（ ２ ０～ ４ ０目） 的 小球 。其 特点是 比表面 积大 （ ２ ０ ０～３ ０ ０ ｍ ／ ｇ ） 、 机 械 强度 高 （ ８ ０ Ｎ ／ 粒） ， 价 格低廉 ， 装 填容易 ， 与 活性 组 分 的亲 和性 较好 。但是 ， 在 高温 条件 下 ， 活 性 氧化 铝 会 逐渐转 化 成 无 活 性 氧 化 铝 ， 从 而导致催化 剂失活 。
断提 高 ， 我 国汽 车化进 程 不断 加快 ， 汽 车保 有量 呈 快 速 增长 趋势 。截 至 ２ ０ １ １ 年 ８月底 ， 全 国机 动 车保 有
量已经达到 ２ ． １ ９亿辆。其 中， 汽车保有量首次突破 １ 亿辆 ， 占机动 车总量 的 ４ ５ ． ８ ８ ％， 是机动车 的主要
第２ ９卷 第 １ 期
２ ０ １ ３年 ２月
ＨＵＮＡＮ Ｎ０ ＮＦ ＥＲ ＲＯＵＳ ＭＥ ＴＡ Ｌ Ｓ
湖 南有 色金属
４ ９
汽车尾气净化催化剂 载体 的研究进展
杨庆 山 ， 兰石 琨
（ １ ．湖 南有 色金 属 职 业技 术 学 院 ， 湖 南 株洲 ４ １ ２ ０ ０ ６ ； ２ ．湖 南稀 土 金 属 材 料研 究 院 ， 湖南 长沙 ４ １ ０ ０ １ ４ ）
中图分类号 ： Ｔ Ｇ １ ７ ４ ． ４ ５ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ３— ５ ５ ４ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １— ０ ０ ４ ９— ０ ５
汽车尾气净化催化剂的研究和进展
…
鑫 １ ３ 疆 年月 ６
Ｃ ｈ 中 ｉ ｎ ａ 国 Ｃ 化 ｈ ｅ ｍ 工 ｉ ｃ ａ 贸 ｌ Ｔ 易 ｒ ａ ｄ ｅ
汽车尾气净化催化剂的研究和进展
李袁庆
（ 西 北 民族 大学 化工学 院 。甘肃 兰 州 ７ ３ ０ ０ ３ ０）
强 保 安 全
摘
要 ：本 文介 绍 了各种汽车尾 气净化催 化剂及其载体 ，综述 了汽车尾 气净化催化 剂的组分及 其制备的研究现状和进 展 ，并对汽 车尾 气净化催 催化剂 载体 净化 ＾ ｙ — Ａ １ ２ Ｏ 。 且 一般 采 用多 层活 性 涂层 或 用 Ｚ ｒ Ｏ 、Ｂ ａ Ｏ、Ｌ ａ Ｏ 。 等 稀土 或 碱土元 素氧化 物作 为稳定 剂。
、
四 、 汽 车 尾 气 净 化 催 化 剂 的 制 备 工 艺
不 同 的催 化 剂需 要不 同的制 备方 法 。 目前 固体 催化 剂 的几种 主 要 制 备方法 包括 ： 沉淀 法 、离子交 换法 、浸 渍法 、机械 混合法 、热 熔融 法 和 溶胶凝 胶法 等。 １ ． 沉 淀法 在 搅 拌 的情 况 下把 碱 类物 质 （ 沉淀＃ Ｊ ｔ ） ￣ Ｅ ｌ 入金 属 盐 类 的水 溶 液 中 ， 生 成水合 金属 氧化物 或碳酸 盐的沉 淀物或凝 胶 ，经洗 涤 、过 滤 、干燥 、 和焙 烧 ，得要所 需催化 剂 。 ２ ． 离子 交换 法 此种 催化 剂载 体 一般 为沸 石 ，沸石 在使 用前 先 用铵盐 或 矿酸 进 行 离 子交换 ，则 沸 石上 被 引入氨 离子 或 氢离 子 ，然 后将 其 放入 一定 量活 性组 分配 成 的离子 溶 液 中 ，将 活性 离 子交换 到 载体 上 。这种 方法 使活 性组 分的分散 度 更好 ，催 化活性 更高 ，但制 备时 间较 长 ｌ ４ ｊ 。 ３ ． 浸渍 法 载体 浸渍 （ 浸泡） 在含 有活 性物 质的 盐液体 （ 或气 体） 中 ，使 金属 盐类 溶液 吸附 在载 体 中 ，出去 剩余 的溶 液 ，干燥 ，煅 烧及 活化 使活 性 组分 附着 在载体 上 。此 种方 法 比较 经济 ，能使 活 性组 分在 载体 表 面高 度分 散 ，具 有较好 的催化 性能 Ｈ １ 。 ４ ． 机 械混 合法 将催 化 剂的 活性 固体 组分 与 载体 混合 在一 起研 磨 ，将研 磨 液移 出 经 处理 后再 高温 煅烧 即得 样 品 。该法 制备 过程 简 单 ，但 需 要较 高 的温 度 ，所制 得的粉 体 比表面积 较小 ，且多 混有杂 相 。
汽车尾气净化催化剂的研究及其进展
ｏ ｉｅｃ ｔ ｙ ｔａ ｄ ｍａｅ ｕａ ｉｖ ａａｙ ｔｂ ｔｌｉｎ ． ｒ ｅｍｏｅ ｗｅｄｉｃ ｓ ｈ ａａｙｉ ｃ ａ ｉｍ ｆｔｅｅ ｃ ｔｌｓｓｉ ｘｄ ａａ ｓ． ｎ ｌ ｅ ｌｒｓｅ ｅｃ ｔ ｓ ｙｍｅａ ｏ ｓ Ｆｕｔ ｒ ｒ， ｓ ｕ ｓｔｅｃ ｔｌｔ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｏ ｈ ｓ ａａｙｔ ｎ ｌ ｌ ｈ ｃ ｐｏｐｅ ｔ ｆｒｔｅｆ ｔｅ ｒ ｓｗｅｅｐ ｏ ｏ ｅ ， ｒｓ ｃｓｏ ｈ ｕｌ ｒ ｌ ｗｏ ｋ ｒ ｒｐ ｓｄ
Ｋｅ ｗｏ ｄ Ａｕ ｏ ｂ ｌ ｘ ａ ｓ ： ａ ａｙ ｔ ｐ ｒｆ ａ ｉｎ ｙ ｒ ｓ： ｔｍｏ ｉ ｅ ｈ ｕ ｔ ｃ ｔ ｓ ； ｕ ｉ ｃ ｔｏ ｅ ｌ ｉ
ｅ．Ｉ ｈ ｎ ｔｅ １ ｎ ｔｅ ｅ ｄ，ｈ
１引 言 ．
越重 要 的作 用 。 钙钛 矿结 构 催 化 剂 的分 子 式 为 Ａ Ｏ ， Ｂ Ａ位 通 常 是 Ｌ ａ
使 对 Ｏ 汽 车 尾 气 中 主 要 成 分 有 Ｃ Ｎ ｘ Ｓ ＨＣ 颗 粒 物 等 ， 中 Ｃ 和 比 ． 之 有 适 当对 称 能级 的轨 道 ， 提 高 还 原 Ｎ ｘ的 选 择 性 和 三 效 催 Ｏ、 Ｏ 、Ｏ 、 、 其 Ｏ ９ ２年 Ｗｉ ａ ａ ｅ ｔ 钙 铁 矿 型 氧 化 物 作 过 ｓ ｎｔ ｎ１ ｗ ｈ ４ 对 Ｎ ｘ在大气污染物总量 中分别达 到 ８ ，％和 ４ ．％， ０ ２５ １Ｏ 而在市 区空气 中 化 剂 的 功 能 尤 为重 要 。 １７ 系统 的评述 ，其中对 Ｌ Ｃ ０ 的初步检验表 明， ｘ的高转化 率可在 ａｏ ＮＯ 分别 是 ９ ％和 ７ ％ｍ． 进 行 Ｃ Ｏ ４ 因此 Ｏ和 Ｎ ｘ的 消 除 势 在 必行 。 Ｏ Ｃ 高浓 度 时达 队 ， Ｏ 和 ＨＣ Ｏ Ｃ ｘ的高 转 化 率 可 在 Ｃ 低 浓 度 时 达 到 。 Ｏ ２汽 车尾 气 净化 催 化 剂 的 主 要 特点 ． 复 杂 的工 况 ， 刻 的 操 作 条 件 ， 格 的转 化 要求 对 当 今 汽 车 尾 气 苛 严 净化 催 化剂 提 出 了极 高 的 要 求． 能 良好 的 净 化 催 化 剂 主要 应 该 具 有 性
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汽车尾气净化催化剂及载体的研究进展3赵秋伶,徐小健,蔡秀琴(渭南师范学院化学化工系,陕西 渭南 714000)摘 要:汽车尾气是大气污染的主要来源之一,汽车尾气净化器催化是控制汽车污染的重要手段。
因此本文综述了汽车尾气净化催化剂及其载体的研究进展,包括催化剂及其载体的分类及研究进展。
并对金属型催化剂及稀土复合型催化剂进行了优缺点的比较,提出了汽车尾气净化催化剂的研究发展方向。
关键词:汽车尾气;机外净化;尾气净化;三效催化剂;催化剂载体;颗粒型催化剂;蜂窝型催化剂Research Progress on Ca t a lysts and Ca t a lyst Substra tefor Pur i fy i n g Auto m ob ile Exhaust3ZHAO Q iu -ling,XU X iao -jian,CA I X iu -qin(Depart m ent of Che m istry and Che m ical Engineering,W einan Teachers University,ShanxiW einan 714000,China )Abstract:Aut omobile exhaust is one of the main s ources of the air polluti on .The catalytic purificati on by the purif 2ying agents of aut omobile end -gas is one of the i m portant methods of reducing the aut omobile polluti on .Pr ogress of cata 2lysts f or purifying aut o e m issi on and its supporterswere summarized and devel opmental directi on for purificati on of aut o ex 2haust was als o illustrated .And rare earth metal compound catalyst and a catalyst of the comparative advantages and disad 2vantages .And aut omobile exhaust gas purificati on catalyst of devel opment .Key words:aut omobile exhaust;purificati on of end -gas;catalytic agent;three -way catalyst;catalyst substrate;catalyst particles;honeycomb -type catalyst3基金项目:渭南师范学院专项科研基金项目(06YKZ013、06YKZ015)。
随着社会经济和城市进程的快速发展,人民群众生活水平不断提高。
城市居民经济、文化生活更加繁荣。
人们对出行方便、快捷和舒适的要求也越来越高。
私家车也不断增多,汽车作为一种现代化的交通工具正在进入家庭。
汽车尾气的污染问题也成为当前社会急需解决的问题。
现在常用的净化技术主要分为机内净化与机外净化两大类。
机内净化[1]是通过改进汽车内燃机结构和燃烧状况来实现的。
如改进化油器,点火系统及燃烧系统,用电子方式控制汽油喷射;加快科研成果推广,提高清洁无污染燃料的普及率。
机内净化技术只能减少有害气体的生成量。
为了使汽车尾气排放达到更加严格的排放标准,就需要在汽车尾气排放到大气之前,利用催化转化装置将其转化为无害气体。
机外净化的研究主要集中在催化净化上,而催化剂又是净化效果的关键。
所以科学家将催化剂的改良及载体的选择作为研究重点。
本文主要介绍了机外净化的有关催化剂及其载体的有关内容。
1 汽车尾气净化催化剂的种类1.1 氧化催化剂(“两效”催化剂)和“三效”催化剂(T W C)(1)氧化催化剂:作为第一代催化剂,国外是Pt 、Pd 氧化型催化剂。
但此类的催化剂只能控制一氧化碳和碳氢化合物的排放量,因此称其为“两效”催化剂。
但其只适用于早期的达标排污的汽车。
从上个世纪80年代起,美国联邦政府提高了车辆NO X 的排放标准,使此类催化剂不能达到标准而慢慢被淘汰。
也促进了新型催化剂的产生和发展。
(2)“三效”催化剂:作为目前汽车尾气净化的主流技术,它的发展经过了三个阶段。
由于对NO X 的排放的标准提高了,所以应运而生了Pt 、Rh 催化剂,该催化剂可以同时净化一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物,故称为“三效”催化剂。
这是“三效”催化剂的研究的第一阶段。
但此催化剂需要大量的Pt 、Rh 等贵金属;价格昂贵又容易受铅中毒。
因此不适合使用含铅汽油的汽车使用。
第二阶段:用Pd 来部分替代Pt 、Rh,以降低催化剂的成本。
制备以Pt 、Rh 、Pd 为主体的“三效”催化剂。
第三阶段:全钯催化剂[2]。
Pd 比Pt 、Rh 资源丰富,价格便宜且耐热性能好。
但在实际应用中,“三效”催化剂仍有一些问题需要解决。
如:空燃比匹配对催化剂催化特性的影响,催化剂失活等。
1.2 贵金属型催化剂、非贵金属型催化剂、贵金属与稀土复合型催化剂根据所使用的主催化组分不同,可把催化剂分为三类:贵金属型催化剂、非贵金属型催化剂、贵金属与稀土复合型催化剂。
汽车尾气中既存在还原性的CO 和HC 气体,又存在氧化性的NO X 气体。
汽车尾气在这些三效催化转化器主要发生如下反应[3]:CO 、HC 氧化反应:CO +O 2CO 2H 2+O 2H 2O HC +O 2CO 2+H 2NO 的反应:CO +NOCO 2+N 2HC +NO C O 2+N 2H +NOH 2O +N 2水蒸气重整反应:HC +H 2O C O +H 2水煤气转换反应:CO +H 2OCO 2+H 2NO X 的直接消除有2种途径[4]:一是选择性催化还原(Se 2lective catalytic reducti on );二是直接催化分解(Decompositi on of NO X )。
目前所使用的材料主要为日本大学于1990年发现的Cu交换和过交换的Cu -ZS M -5的选择性和活性最好。
为了能有效地净化稀燃烧汽车尾气中的NO X ,人们提出了所谓的NO X 吸附还原法,其原理如图1所示。
当发动机在稀燃烧状态下工作时,即在过量氧的情况下,将NO 与O 2在Pt 作用下氧化生成NO 2,在M (NO X 吸附材料)上先将NO X 用吸附剂储存起来,这时C O 和HC 生成C O 2和H 2O 排出外界,当发动机在富燃而贫氧的条件下工作时,硝酸盐分解释放出NO X ,在催化剂上与C O 、HC 和H 2反应生成CO 2、H 2O 和N 2,同时使得碱土金属得以再生。
图1 NO X 吸附还原法原理图1.2.1 贵金属型催化剂贵金属对C O 的氧化都具有很高的活性,但对HC 的氧化反应只有Pt 、Pd 具有高活性,而Rh 则是控制NO X 的主要成分,贵金属Pt 、Rh 、Pd 是目前汽车尾气净化三效催化剂的最常用的活性组分。
Pt 是最早应用于汽车尾气净化的催化活性组分,在三效催化剂中主要贡献是转化一氧化碳和碳氢化合物。
当在还原性气氛中Pt 对NO X 的还原反应有良好的催化活性。
Rh 是三效催化剂中控制氮氧化物的主要成分。
此外,Rh 对一氧化碳以及碳氢化合物的氧化反应也有重要的作用。
Pd 如同Pt 一样用来转化一氧化碳和碳氢化合物,但价格远低于Rh 和Pt,且资源丰富,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。
在整个三效催化剂中,不同贵金属的作用绝不是完全独立的,而是相互关联的,要注意它们之间的协同作用。
这种协同作用[2]对催化剂的整体行为是非常重要的。
贵金属催化剂也有不足之处[5]:(1)成本高。
贵金属是战略物资,资源稀少,价格昂贵,尤其是Rh 。
(2)高温性能不太理想。
贵金属在高温下会发生晶粒长大和烧结现象,结果使催化剂活性大大降低,甚至完全丧失。
(3)易中毒。
贵金属催化剂易受铅、硫、磷等腐蚀,尤其是铅对贵金属催化剂的催化活性影响很大,因此,使用贵金属催化剂的一个前提条件是使用无铅汽油。
(4)贵金属催化剂的催化活性受空燃比的影响很大。
贵金属催化剂必须和空气燃料喷射系统一起配合使用,增加了系统的复杂性,提高了成本。
1.2.2 非贵金属型催化剂由于贵金属资源短缺,价格昂贵。
人们在开发具有更高性能催化剂的同时,也将如何降低成本作为考虑的条件。
为此非贵金属催化剂成为人们的研究热点。
如,以ABO 3型钙钛矿结构[6]的复合氧化物为代表的非贵金属型催化剂。
其中A 通常是碱金属、碱土金属或稀土等离子半径较大的金属,B 是离子半径较小的过渡金属,如:Co 、M n 、Cu 、N i 等。
但非贵金属催化剂无论在起燃特性、空燃比特性还是抗中毒能力等方面都难以与贵金属催化剂相媲美。
因此贵金属催化剂在汽车净化中仍占主导地位。
将贵金属与钙钛矿型化合物结合起来可以对贵金属起到很好的稳定作用,可以防止贵金属高温烧结或高温蒸发,防止贵金属与载体反应。
加入少量的贵金属同样可以提高钙钛型氧化物的活性。
2002年日本Daihastsu 公司在催化剂的设计和调制方面运用了纳米技术,开发了在特殊的钙钛矿型晶体中让Pt 、Rh 、Pd 以离子形式按原子级规则排列的技术。
利用该技术,Pt 、Rh 、Pd 在高温的氧化状态下(过氧状态),作为金属离子进入钙钛矿型晶体中:在还原状态下(缺氧状),从晶体中出来成为金属微粒。
这样反复进行自我再生,从而抑金属微粒的长大。
与以前的三元催化剂相比,可保持更优异的净化活性和耐久性,贵金属的消耗量可减少75%。
高爱梅等[7]用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿型BaZr O 3催化剂,再用等量浸渍法制备了其它的催化剂,并进行了研究,表明BaZr O 3催化剂具有良好的储氮量及其抗硫性能,直接添加贵金属到BaZr O 3中会使NO X 储存量降低,而混合了γ-A l 2O 3后添加Pt 或Rh 可以大大提高NO X 储存量。
从多年的研究成果看,钙钛矿型化合物很有可能在NO 催化分解方面产生不可替代的作用。
1.2.3 贵金属与稀土复合型催化剂其中最具代表性的为稀土含钯催化剂[8]。
单钯汽车尾气催化剂一般用稀土金属、碱土金属和过度金属的氧化物作为助剂。
稀土元素因其独特的次外层电子层结构和相应的催化活性而被广泛应用于“三效催化剂”中,以提高其热稳定性、储氧能力和抗中毒能力。