环境催化学2268页PPT
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《工业催化基础》课件(第8章-环境催化基础)2015-8
化工资源有效利用国家重点实验室
4
第二节 催化脱硫过程
2、H2还原法
反应式： SO2 + 2H2 = S + 2H2O S + H2 = H2S
常用催化剂：多孔载体负载Fe、Co，Ni等活性组分的催化剂；铝矾土 做催化剂；钌负载于多种载体（MgO、TiO2 、ZrO2 、HfO2 、SiO2 、 Al2O3 和VO2 ）钌催化剂还有一个共同的特点，就是反应的选择性几 乎为百分之百，出口气体中检测不到H2S。催化剂Ru/TiO2 在低温时具 有很高的活性。
• 由于燃煤烟气中的NO浓度低，NO氧化反应的反应速率低，因此必须有催化剂的参与。目前有 三种类型的催化剂，即分子筛、活性炭、金属氧化物或贵金属催化剂。过渡金属离子交换分 子筛对NO氧化有较大活性。所得活性顺序为：Cu2+>Cr3+>Co2+>Fe3+>Ni2+。水和SO2都是烟道 气中存在的物质，它们对催化剂活性有很大影响。氢型丝光沸石也有不错的活性。
含NOx的气体在一定温度和催化剂的作用下，与还原剂发生反应。其中的二氧化氮还原为氮气， 还原剂与气体中的氧发生反应生成水和二氧化碳。还原剂有氢、甲烷、一较化碳和低碳氢化合 物。在工业上可选用合成氨释放气、焦炉气、天然气、炼油厂尾气和气化石脑油等作为还原剂 ，一般将这些气体统称为燃料气。
H2为还原剂时
化工工业资催源化有与效反利应用工国程家研重究点室实验室
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第三节 催化脱氮过程
2、催化还原法：
利用不同的还原剂，在一定温度和催化剂的作用下将NOx还原为无害的氮气和水，通称为催化还 原法。净化过程中，可依还原剂是否与气体中的氧气发生反应分为非选择性催化还原和选择性 催化还原两类。
环境保护催化与环境友好催化技术 ppt课件
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第五章 环境保护催化与环境友好催化技术
5.1 环境经济的提出和环境友好概念的产生
5.2 空气污染治理的催化技术
5.3 工业废液的催化净化技术
5.4 大气层保护与催化技术
5.5 环境友好的催化技术（自学、作业-上网查找环境友好 催化技术的案例） 5.6 光催化在环境科学中的应用
ppt课件 1
ppt课件
ppt课件 11
2、三效催化剂TWC （Three Way Conversion Catalyst) 三效催化剂： 以Pt-Pd-Rh为主催化剂，能同时有效地对ＣＯ、Ｈ Ｃ和ＮＯX进行催化转化。
ppt课件
12
三效催化剂尾气净化原理
对车用三效催化剂的主要要求 起燃温度低，有利于降低汽车冷启动时的排气污染物排放 有较高的储氧能力，以补偿过量空气系数的波动 耐高温，不易热老化 对杂质不敏感，不易中毒 极少产生H2S、NH3等物质
ppt课件 17
（二）第二载体（涂层） ----得到高的比表面积 涂层材料须满足的条件： 有较高的热稳定性 增强涂层中某重要组分的热稳定性
协助或改善某些催化组分的功能 常用涂层材料：Al2O3、SiO2、MgO、CeO2、ZrO2、La2O3 等
ppt课件 18
（三）贵金属活性组分
目前普遍采用Pt、Rh、Pd贵金属作活性组分。
ppt课件
环境催化的研究内容： 对污染的治理 将污染物转化成无害物质，或回收加以利用； 在生产过程或化学反应过程中减少污染的排放，直至无污 染排放； 用新的原料、催化剂取代对环境有害的物质或开辟新的副 产物少、选择性高的催化反应路径。
ppt课件
8
5.2 空气污染治理的催化技术
《催化作用原理》课件
要点二
详细描述
智能催化与人工酶是未来催化科学与技术的重要发展方向 。通过结合智能技术和生物酶的催化机制，设计具有优异 性能的智能催化剂和人工酶。这将有助于解决一些传统催 化方法难以解决的问题，提高催化反应的效率和选择性。
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THANKS
详细描述
通过建立动力学模型，可以定量描述反应速 率与反应物浓度、温度等参数之间的关系。 这有助于优化反应条件，提高催化效率。
总结词
反应机理研究方法是探索催化反应如何 发生的重要手段，对于催化剂设计和性
能改进具有指导意义。
详细描述
常用的反应机理研究方法包括同位素示踪法、中间体捕获和红外光谱等。这些方法有助于揭示反应过程中的关键 步骤和中间产物，为催化剂的优化提供理论支持。
催化剂的选择性
总结词
催化剂的选择性是指催化剂对反应物转化为目标产物的选择性，即目标产物在所有产物 中的比例。
详细描述
催化剂的选择性对工业催化过程至关重要，可以提高目标产物的产率和纯度，降低副产 物的生成。影响催化剂选择性的因素包括催化剂的组成、结构、表面性质以及反应条件
等。
催化剂失活与再生
总结词
化工生产中的催化过程
乙烯的合成
通过催化剂的作用，将乙醇转化 为乙烯，是化工生产中重要的原
料。
丙烯腈的合成
通过催化剂的作用，将丙烯和氨转 化为丙烯腈，是重要的合成材料。
苯酚的合成
通过催化剂的作用，将苯和甲醛转 化为苯酚，是重要的化工原料。
环境治理中的催化过程
汽车尾气的催化转化
通过催化剂的作用，将汽车尾气中的有害物质转化为无害物质， 降低空气污染。
03
催化剂的活性与选择性
催化剂的活性
第九章环境催化剂ppt课件
1、清洁汽油：
烯烃、芳烃：高辛烷值汽油组分，但会造成积碳， 尾气中CO、HC、NOx等污染物增加 目标：降低烯烃、芳烃含量，避免辛烷值损失
途径：选择性裂解使烯烃转化为C3=、C4=；烯烃与 醇类醚化；芳烃抽提
2、清洁柴油
目标：脱硫、脱芳、减少异构、提高十六烷值
工艺：加氢脱硫、加氢裂化
整理版课件
16
3、绿色化学化工及环境友好催化剂
A＋ *
A*
B＋*
B*
A*＋ B*
AB*
AB*
AB ＋ *
Eley-Rideal(E-R)机理：单分子机理
A＋ *
A*
A* ＋ B
AB*
AB*
AB ＋ *
整理版课件
12
第四节 CO2和氯氟烃催化治理
1、控制CO2排放引起的温室效应：
减少排放：节能、使用不含碳能源
循环利用：植物光合作用
2、氯氟烃
化学特性：稳定、无毒、不易燃烧
第九章 环境催化
机动车尾气净化 排烟脱硫、脱氮 催化燃烧 CO2和氯氟烃的催化治理 清洁燃料和环境友好催化
整理版课件
1
第一节 机动车尾气净化
1、汽油机尾气净化技术：
三效催化剂：同时催化转化CO, HC和NOx
1). 三效催化剂尾气净化原理
NO + CO NO + H2
N2 + CO2 N2 + H2O
CH4＋ O2 CH4＋ CO2 CH4＋ H2O
CO2＋ H2O CO＋ H2 CO＋ H2
Combustion
Dry reforming Steam reforming
CH4＋ O2
CO＋ H2
烯烃、芳烃：高辛烷值汽油组分，但会造成积碳， 尾气中CO、HC、NOx等污染物增加 目标：降低烯烃、芳烃含量，避免辛烷值损失
途径：选择性裂解使烯烃转化为C3=、C4=；烯烃与 醇类醚化；芳烃抽提
2、清洁柴油
目标：脱硫、脱芳、减少异构、提高十六烷值
工艺：加氢脱硫、加氢裂化
整理版课件
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3、绿色化学化工及环境友好催化剂
A＋ *
A*
B＋*
B*
A*＋ B*
AB*
AB*
AB ＋ *
Eley-Rideal(E-R)机理：单分子机理
A＋ *
A*
A* ＋ B
AB*
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AB ＋ *
整理版课件
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第四节 CO2和氯氟烃催化治理
1、控制CO2排放引起的温室效应：
减少排放：节能、使用不含碳能源
循环利用：植物光合作用
2、氯氟烃
化学特性：稳定、无毒、不易燃烧
第九章 环境催化
机动车尾气净化 排烟脱硫、脱氮 催化燃烧 CO2和氯氟烃的催化治理 清洁燃料和环境友好催化
整理版课件
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第一节 机动车尾气净化
1、汽油机尾气净化技术：
三效催化剂：同时催化转化CO, HC和NOx
1). 三效催化剂尾气净化原理
NO + CO NO + H2
N2 + CO2 N2 + H2O
CH4＋ O2 CH4＋ CO2 CH4＋ H2O
CO2＋ H2O CO＋ H2 CO＋ H2
Combustion
Dry reforming Steam reforming
CH4＋ O2
CO＋ H2
环境催化
催化分解的优点 分解温度低(比焚烧法低 ℃以上) 分解温度低 比焚烧法低500℃以上 比焚烧法低 反应产物氯化氢、 反应产物氯化氢、氟化氢和二氧化 碳可以通过碱液的中和除去 无二次污染
35
8.4.2 氯氟烃的催化治理
催化分解 Fe2O3/活性炭 活性炭 水解 CCl2F2+2H2O→CO2+2HCl+2HF → Okazaki S, Kurosaki A, Chem Lett, 1989: 1901 氧化分解 沸石
8
汽油机尾气净化催化技术
对三效催化剂的要求 起燃温度低 较高的储氧能力 耐高温、 耐高温、不易老化 对杂质不敏感， 对杂质不敏感，不易中毒 极少产生H 、 极少产生 2S、NH3等物质 价格合理
9
汽油机尾气净化催化技术
三效催化剂尾气净化原理 三效催化剂尾气净化原理 NOx的还原 的还原 NO＋CO＝0.5N2＋CO2 ＋ ＝ NO＋H2＝0.5N2＋H2O ＋ CO及CHx的氧化 及 的氧化 CO＋0.5O2＝CO2 ＋ 4CH＋5O2＝4CO2＋2H2O ＋
14
汽油机尾气净化催化技术
助剂的作用
提高γ-Al2O3的热稳定性、减少比 的热稳定性、 提高 表面的损失 提高贵金属的分散度， 提高贵金属的分散度，防止金属 聚集 促进水煤气变换反应
15
汽油机尾气净化催化技术
助剂的作用
CeOx的储放氧性能：扩大操作弹性 的储放氧性能： 的储放氧性能 2CeO2 →Ce2O3+0.5O2
40
8.5.1 清洁汽、柴油的开发 清洁汽、
清洁汽油 加入烷基化油
提高汽油辛烷值 稀释FCC汽油组分中的烯烃和 、N 汽油组分中的烯烃和S、 稀释 汽油组分中的烯烃和 等有害杂质 稀释重整汽油中的芳烃（包括苯） 稀释重整汽油中的芳烃（包括苯）
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8.4.2 氯氟烃的催化治理
催化分解 Fe2O3/活性炭 活性炭 水解 CCl2F2+2H2O→CO2+2HCl+2HF → Okazaki S, Kurosaki A, Chem Lett, 1989: 1901 氧化分解 沸石
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汽油机尾气净化催化技术
对三效催化剂的要求 起燃温度低 较高的储氧能力 耐高温、 耐高温、不易老化 对杂质不敏感， 对杂质不敏感，不易中毒 极少产生H 、 极少产生 2S、NH3等物质 价格合理
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汽油机尾气净化催化技术
三效催化剂尾气净化原理 三效催化剂尾气净化原理 NOx的还原 的还原 NO＋CO＝0.5N2＋CO2 ＋ ＝ NO＋H2＝0.5N2＋H2O ＋ CO及CHx的氧化 及 的氧化 CO＋0.5O2＝CO2 ＋ 4CH＋5O2＝4CO2＋2H2O ＋
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汽油机尾气净化催化技术
助剂的作用
提高γ-Al2O3的热稳定性、减少比 的热稳定性、 提高 表面的损失 提高贵金属的分散度， 提高贵金属的分散度，防止金属 聚集 促进水煤气变换反应
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汽油机尾气净化催化技术
助剂的作用
CeOx的储放氧性能：扩大操作弹性 的储放氧性能： 的储放氧性能 2CeO2 →Ce2O3+0.5O2
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8.5.1 清洁汽、柴油的开发 清洁汽、
清洁汽油 加入烷基化油
提高汽油辛烷值 稀释FCC汽油组分中的烯烃和 、N 汽油组分中的烯烃和S、 稀释 汽油组分中的烯烃和 等有害杂质 稀释重整汽油中的芳烃（包括苯） 稀释重整汽油中的芳烃（包括苯）
环境催化课件
在采用催化反应器以后，这一方法仍然适用。在对汽车排放要求越 来越严格的今大，二次空气供给这种净化方式的作用越来越重要，整个 装置的结构也越来越完善，发展成为二次空气供给系统。
在冷启动状态下，发动机要求极浓的混合气以利于启动，但这一阶 段因为混合气不能充分燃烧，所以废气中所含CO和HC的比例较高，如不 采取措施，这一过程将造成大量的排放污染。二次空气系统主要就是在这 一阶段工作。一方面可以降低冷启动阶段有害物质的排放，另一方面，再 次燃烧发出的热量可以使三元催化反应器很快达到所需的工作温度，大大 缩短了催化反应器的启动时间，极大地改善了冷启动阶段的排气质量。
三、汽车的净化措施
在汽车排出的成分中，CO、HC和NOx是主要的污染物质，因此，目前汽 车的排污标准和净化措施也旨在降低这三种成分和含量。为此在汽车上采取 了下列净化措施: (1)电子燃油喷射(EFI ),减少废气HC、CO和NOx的排放量; (2)三元催化装置(TWC ),减少废气HC、CO和NOx的排放量; (3)油箱蒸发物排放控制(EVAP ) ,减少HC气体排放量; (4)废气再循环( EGR),减少NOx排放量; (5)曲轴箱强制通风(PCV)，减少HC气体的挥发; (6)二次空气供给，减少HC、CO的排放量
环境催化
Environmental Catalysis
余江
环境催化与分离过程研究组
化工学院环境科学与工程系
2013 年 11 月 7日
Topic 4 汽车尾气的催化净化
Q1 环境催化与汽车尾气之间的渊源 Q2 汽车结构与污染源的产生关系 Q4 汽车使用与污染源的关系 Q5 汽车油品品质与油品的深度脱硫 Q6 汽车尾气的脱硝 Q7 汽车尾气污染控制的发展趋
4.2 二次空气供给系统
在冷启动状态下，发动机要求极浓的混合气以利于启动，但这一阶 段因为混合气不能充分燃烧，所以废气中所含CO和HC的比例较高，如不 采取措施，这一过程将造成大量的排放污染。二次空气系统主要就是在这 一阶段工作。一方面可以降低冷启动阶段有害物质的排放，另一方面，再 次燃烧发出的热量可以使三元催化反应器很快达到所需的工作温度，大大 缩短了催化反应器的启动时间，极大地改善了冷启动阶段的排气质量。
三、汽车的净化措施
在汽车排出的成分中，CO、HC和NOx是主要的污染物质，因此，目前汽 车的排污标准和净化措施也旨在降低这三种成分和含量。为此在汽车上采取 了下列净化措施: (1)电子燃油喷射(EFI ),减少废气HC、CO和NOx的排放量; (2)三元催化装置(TWC ),减少废气HC、CO和NOx的排放量; (3)油箱蒸发物排放控制(EVAP ) ,减少HC气体排放量; (4)废气再循环( EGR),减少NOx排放量; (5)曲轴箱强制通风(PCV)，减少HC气体的挥发; (6)二次空气供给，减少HC、CO的排放量
环境催化
Environmental Catalysis
余江
环境催化与分离过程研究组
化工学院环境科学与工程系
2013 年 11 月 7日
Topic 4 汽车尾气的催化净化
Q1 环境催化与汽车尾气之间的渊源 Q2 汽车结构与污染源的产生关系 Q4 汽车使用与污染源的关系 Q5 汽车油品品质与油品的深度脱硫 Q6 汽车尾气的脱硝 Q7 汽车尾气污染控制的发展趋
4.2 二次空气供给系统
环境光催化材料与光催化净化技术PPT课件
3.超氧自由基
超氧自由基可以用DMPO捕获并通过顺磁共振检测。超氧自由基O2•—不稳定， 可以通过歧化反应生成O2和H2O2，因此需要在有机溶剂如甲醇的溶液中进行捕获 和检测。超氧自由基的光催化氧化反应的作用主要在于：与有机的过氧自由基反 应完全矿化有机污染物、歧化反应生成和H2O2、抗菌活性以及与捕获空穴反应形 成另一种强氧化剂单线态氧102。
锌(Zn）
抑制 稍微抑制
铜 (Cu）
促进
最佳掺比量及温度 元素价态
光催化活性影响
1mol% 600℃
La3+
抑制金红石相成核长大，提 高氧空位和缺陷浓度。
3mol% 600℃ 3mol% 500℃
Ce4+、 Ce3+
Zn2+
抑制晶粒生长及相变发生， 提高氧空位和缺陷浓度， Ce4+易捕获光生电子。
抑制晶粒生长及相变发生， 提高氧空位和缺陷浓度，
三类 主要 途径
基于电子能带结构设计的光催化剂
基于固溶体结构设计的光催化剂
基于微观结构设计的光催化剂
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基于电子能带结构设计的光催化剂
基于电子能带结构设计的光催化剂
掺杂
能带调控
实际光催化剂电子结构更加复杂，存在缺陷或氧空位等 都可产生杂质能级，使得响应波长红移，另外表面态在光 电化学中存在能级固定的重要现象。
吸附分 子
吸附分 子
吸附分 子
催化底
吸附分 子
吸附分 子
催化光反应：初始光 激发在吸附分子上
物
吸附分 子
吸附分 子
第2页/共35页
光催化
均相光催化 非均相光催化
非均相光 催化剂
半导体光催 化剂
催化剂环保新技术课堂PPT
（缝隙容积、过度扫气）
控制方法：
改善发动机的工作条件和控制系统
——电控喷气•. 技术
•16
6.4 电动汽车
电动汽车——零污染汽车
主要解决蓄电池的回收利用
电动汽车按驱动方式分类：
直接驱动电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池 电动汽车
•.
•17
6.4.1 电动汽车原理与结构
驱动原理相似
•.
•18
6.4.2 混合动力汽车（HEV）
混合动力汽车 ——在一辆汽车上同时配备电力驱动系统和辅助
动力单元（燃烧某种燃料的原动机或者由原动 机驱动的发电机组）
按照混合动力的连接方式分类： 串连式、并联式、混合式
•.
•19
（1）串连式驱动系统 （电传动汽车）
平衡功率
•.
•20
串连式混合动力汽车的性能特点：
1、发动机工作状态不受汽车行驶工况影响 2、电池进行“调峰”作用，发动机功率要求小 3、发动机选择范围大，可选用高速原动机 4、整车的结构布置自由度大 5、需要足够大功率的发电机和电动机 6、需要比较大容量的电池 7、转换过程能量损失，发动机能量利用率比较低
1、对催化剂要求极高 2、柴油机排气温度低于汽油机排温 3、柴油机排气含SOx和微粒，催化剂容易中毒
办法：
1、添加HC等还原剂 2、研制受氧的影响小的还原催化剂
•.
•13
柴油机NOx后处理方法：
1、选择性非催化还原（SNCR） 2、选择性催化还原（SCR） 3、非选择性催化还原（NSCR） 4、吸附还原催化剂（Obsorb Redution）
•.
•25
（1）氢燃料电池
阳极：氢燃料 阴极：氧化剂
质子交换膜：
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（1）三元催化剂的发展
• 贵金属催化剂的发展趋势是在保证催化活性的前提下尽可 能降低贵金属含量，以达到较低的成本。由于Pd的资源比 Pt和Rh丰富且价格低廉、耐热性好，因此研制新型的Pd催 化剂具有重要意义。研究发现La2O3的加入能改善Pd对NOX 的还原性。国外报道研制出了一种双层Pd基催化剂，上层 由分散于Al2O3涂层上的Pd构成，可提供低温催化活性，下 层由 Pd和Ce构成，Ce的高储氧能力用于保证催化剂的高 温催化活性，两层中都添加廉价金属氧化物以产生稳定作 用，并提高Pd的活性。这类双层Pd基催化剂不仅起燃快而 且耐高温，特别适合用作降低汽车冷启动排放的前置催化 剂，因此，降低该类催化剂的成本将加速实现汽车的低排 放和超低排放。
(7)Au催化剂
• 贫况NOx催化剂的主要挑战是在过量氧与水 分存在下仍能保持较高的NOx还原催化性能 。人们发现负载于Al2O3或ZnO上的Au在高度 分散状态下可达到此目的，特别是Au/ Al2O3 具有很高的NOX转化率，但需在较高温度 350 -500摄氏度下进行。
(8) Mn2O3提高了NO氧化为NO2 的速率决定步骤
项目
CO (g/km)
阶段 类别 基准质量级别 汽油 柴油
Ⅲ 第一类车
--
2.3 0.64
第二类车
Ⅰ
2.3 0.64
Ⅱ
4.17 0.8
Ⅲ
5.22 0.95
Ⅳ 第一类车
--
1 0.5
第二类车
Ⅰ
1 0.5
Ⅱ
1.81 0.63
Ⅲ
2.27 0.74
HC (g/km)
汽油 0.2 0.2 0.25 0.29 0.1 0.1 0.13 0.16
(5)沸石催化剂
• 以前贫况NOx催化剂主要是过渡金属催化剂，尤其 是Cu沸石催化剂具有大比表面积、良好的Cu离子 分散以及方便地控制反应孔的大小等优异性能。 尽管新鲜Cu沸石催化剂具有良好的催化活性，但 在高温下其活性会由于热劣化下降，特别是在尾 气中存在的水分使活性下降更快。沸石骨架结构 由于失铝而会改变，目前在汽车上尚未成功实现 商用。其他沸石催化剂有H型沸石催化剂，情况与 Cu沸石相似。
数据来源：国家环保总局污染控制司
按目前 排放水 平 测算 ， 至201 4年 ， 城市机 动车污 染综合 分担率 将上升 到 79% 。
城市大气污染发生演变
从以SO2为特征的煤烟型污染转向以NOx为 特征的光化学烟雾型（机动车尾气型）。
北京，2014.11
广州二沙岛， 2014.12.8
上海，2014.11
(2)稀土催化剂的发展
• 稀土化物催化剂、稀土一碱金属一微量贵金属催化剂。稀土本身在催化反应 中并没有活性，但它与过渡金属氧化物相作用能显著提高活性。由于稀土元 素具有高的储氧能力、可促进贵金属催化活性、能提高催化转化器抗铅和硫 中毒性能等特点，加之稀土催化剂在成本上的巨大潜力，国内外自20世纪70 年代起对车用稀土催化剂的开发从未间断。1971Ubby提出用钙钦型复合氧化 物代替贵金属作为汽车尾气净化的催化剂。1884年林培谈等研制成KHW和CPK 型两类含稀土的多元复合氧化物催化剂，在活性、热稳定性、强度及抗SO2中 毒方面均已达到实用指标。1985年李碗等研制出了具有钙铁矿结构、含稀土 元素的催化剂，具有抗水蒸气、耐高温的优点。1990年林培炎等又研制出以 过渡金属、稀土氧化物为活性组分的催化剂，对含铅汽油有较好的稳定性， 且具有高抗硫中毒能力。目前应用较广的主要是稀土钙钦矿复合型氧化物催 化剂，其对催化剂包括稀土一碱金属复合氧CO, HC的转化活性较高，具有较 好的抗铅中毒能力、价格低、启动温度低等优点，但其整体水平，特别是对 NOX的还原活性尚低于贵金属催化剂。我国稀土资源丰富，进一步提高稀土氧 化物催化剂对NOX的还原性，对于推动催化转化器国产化进程具有重要意义 。
(3)钙钛矿型催化剂的研发
• 近年来，钙钛矿型催化剂和相关氧化物引 起了很大关注。一是出于它具有多种优异 的物理化学性能与催化性能;二是由于它非 氧化学计量，催化组分可变性，使得可通 过选择合适替代物来控制金属离子的价态 。
(4)贫况NO催化剂
• 贵金属催化剂催化效率在很大程度上依赖于空燃比。当 贫况时催化剂具有高氧化性、低还原性，此时燃烧产物中 含有大量氧;相反富况时，催化剂具有高还原性、低氧化性 。汽车尾气中NO、 HC需氧化净化，NOX需还原净化，二 者之间抵消协调可由电喷系统以及开发储氧功效催化剂( 如含铈系列)来解决。贫况时由于高空燃比，燃料燃烧充 分，NO, HC排放量减少，增加了燃油经济性，但由于过氧 造成了高NOX浓度排放。因此开发贫况NOX催化剂已成为 必然。贫况NOX催化剂具有巨大的潜在商业价值，从而引 起了人们的极大关注。
• Mn2O3被机械混人Au/Al2O3催化剂，有效控 制了Mn2O3的适中氧化能力。气相中NO在 Mn2O3上被氧化为NO2，然后再被吸附于Au 粒子上的HC还原为N2。该催化剂特点是无 有害副产物N2O产生，是将来贫况废气净化 技术实用化最有前途的催化剂之一。
(9)Co催化剂
• Co催化剂以HC为还原剂在贫况下将NOX选 择性还原。有人证实Co/Al2O3催化剂可以由 Co ( NO3 )2制得，但其催化活性远不如由乙 酸钴制得的催化活性强。Co/Al2O3催化剂催 化活性很大程度上取决于制备方法以及Co 金属担载量。
三效催化剂 作用窗口
稀燃区 NOx
Urea－SCR还原NOx体系
获得最高的 NOx 去除率 和最小的NH3泄露率
NOx conversion
/ Inlet NOx NH3 slip conversion NOx
(11)纳米三元催化剂的开发
• 目前国际上已经把纳米金属超微粒子催化 剂作为第四代催化剂进行研究和开发。纳 米级三元催化剂的贵金属的超微粒分布使 得它的活性很高，选择性增强，低温性能 好。
(12)代用燃料汽车催化剂的开发
• 随着环境保护和节约能源的要求，代用燃料的研究受到越 来越多的重视，其中对压缩天然气和液化石油气的研究最 多。天然气机动车尾气中的80%以上是未燃烧的甲烷，而 汽油机车的尾气中甲烷含量仅为5%-8%环。甲烷是温室气 体，净化天然气机动车尾气排放中的甲烷为技术关键。同 时，天然气机动车在空燃比更靠近计量比时具有更大的动 力，排放尾气温度更高，所以，研究耐高温催化剂就成为 另一个技术关键。目前采用的代用燃料车催化剂主要是含 铂、铐和把的贵金属催化剂，其中以含把的催化剂活性最 好。但从长远看来，开发非贵金属催化剂转化器具有更大 的经济效益。
柴油机机内净化效果和欧洲排放标准
氧化催化剂（DOC）
地位
作用
组成
性能 影响
应用 前景
最早得到应 用的柴油机 排气后处理 技术；
处理排气中 的HC、CO和 颗粒物中的 可溶有机物 （SOF）。
一般由Pt、Pd 等贵重金属组 成，并浸于表 面载体。
催化剂种类、 柴油车欧IV
载体、发动 达标必选；
机工况、燃 广泛用于DPF
油的含硫量、 的再生、De-
排气温度与 流速。
NOx防还原剂 泄漏。
颗粒物捕集器（DPF）
过滤材料
》金属过滤体 》堇青石过滤体 》碳化硅过滤体 》钛酸铝过滤体
过滤方式
壁流式
DPF再生技术
利用外热再生
主动 再生
利用发动机热源再生
进气节流再生 排气节流再生 后燃再生
电控高压直喷 技术; 采用多 次喷射 技术 的共轨喷 射 系统
燃油高压喷射系统
进气涡轮增压技术
地位
目的
核心
实现 方式
组合 技术
现代柴油机 的代表性 技术
发动机轻量 化、提高输
出功率
降低PM排放； 进气增压， 进一步提高
但高温富氧 空燃比 导致NOx排放 增加
可变截面 涡轮增压
组合以增压 中冷技术， 可以同时 降低NOx
DPF
再 生
非加热机械式再生
逆向喷气再生 机械振动再生
技
术
被动
降低微粒活化能再生
催化燃烧再生
再生
连续再生 添 加剂再生
NOx和PM组合净化技术与四效催化剂
DPNR(DPF+NSR)催化剂结构图示 丰田公司
NOx贮存－还原（NSR）技术
NOx贮存－还原（NSR）技术
热点、世界性难题: 柴油机排气NOx消除
限值 NOX（g/km）
汽油 柴油
0.15 0.5 0.15 0.5 0.18 0.65 0.21 0.78 0.08 0.25 0.08 0.25 0.1 0.33 0.11 0.39
HC+NOx (g/km)
柴油
0.56 0.56 0.72 0.86 0.3 0.3 0.39 0.46
PM (g/km) 柴油
(10)Pd催化剂
• 钯的价格远低于Pt和Rh，而且产量丰富。研 究发现，MoO3和WO3的加人能改善钯对NOX 还原反应的选择性;氧化斓的加人也能提高 把的催化活性。Ford汽车公司将把与碱金属 及稀土氧化物结合，采用特殊措施使材料 具有特定结构从而使高温下的活性得以稳 定。这种活性有助于水煤气反应，通过产 生H2来还原NO。
废气再循环（EGR）
提高废气再循环率对减少氮氧 化物（NOx）的排放有积极的影 响。
原理：将部分发动机废气再次 送回燃烧室进行二次燃烧，以 达到减少氮氧化物排放的技 术。
匀质混合压缩点火式燃烧技术（HCCI）
最显著特点是可同时降低柴油机的颗粒物和NOx排放，可使柴油 机在仅使用氧化型催化剂的情况下满足非常严格的排放限值。
(6) Ag催化剂
• Al2O3比沸石稳定，在美国专利NO. 081311298中应 用溶胶法制备Al2O3膜作为涂层，当负载Ag时具有 较好的NOX还原性能，但该制备方法复杂而昂贵。 也曾报道简易方法严格控制Al2O3粒度、比表面积 、平均孔径以及分布，负载Ag后，NOX催化还原 效果很好，转化效率可达91%左右，但尚未推广 。