汽车尾气治理中的催化剂和载体
三元催化器工作原理
三元催化器工作原理三元催化器是一种用于减少内燃机尾气中有害气体排放的装置，它主要用于汽车尾气净化系统中。
三元催化器的工作原理是利用催化剂将尾气中的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）转化为无害的二氧化碳（CO2）、水蒸气（H2O）和氮气（N2），从而净化尾气排放，保护环境。
三元催化器内部主要由载体、催化剂和辅助材料组成。
载体通常采用陶瓷或金属材料制成，具有较大的表面积，能够提供催化反应所需的反应表面。
催化剂则包括铂、钯、铑等贵金属，它们能够催化氧化还原反应，将有害气体转化为无害物质。
辅助材料则用于稳定催化剂的性能，延长三元催化器的使用寿命。
三元催化器的工作原理主要包括氧化还原反应和还原氧化反应两个过程。
在氧化还原反应中，一氧化碳和碳氢化合物在催化剂的作用下与氧气发生反应，生成二氧化碳和水蒸气。
而在还原氧化反应中，氮氧化物在催化剂的作用下与一氧化碳发生反应，生成氮气和二氧化碳。
通过这两个过程，三元催化器能够高效地将有害气体转化为无害物质。
在汽车运行时，发动机产生的尾气通过排气管进入三元催化器，经过催化剂的作用，有害气体被转化为无害物质，然后排放到大气中。
三元催化器在工作过程中需要保持一定的温度，通常需要依靠发动机排气和辅助加热装置来提供足够的温度。
此外，三元催化器还需要定期进行清洗和更换，以保持其正常的工作效果。
总的来说，三元催化器通过催化剂的作用，能够将汽车尾气中的有害气体转化为无害物质，起到净化尾气排放的作用。
它是现代汽车尾气净化系统中不可或缺的部分，对于保护环境、改善空气质量具有重要意义。
随着汽车工业的发展，三元催化器的技术也在不断进步，将会更加高效地净化尾气排放，为环境保护作出更大的贡献。
三元催化器挂吊瓶的原理
三元催化器挂吊瓶的原理三元催化器挂吊瓶是一种汽车尾气处理装置，其原理是通过化学反应将汽车尾气中的有害气体转化为无害物质。
三元催化器主要由铂、钯和铑等贵金属催化剂组成的陶瓷载体和连接器件组成。
三元催化器挂吊瓶的工作原理如下：1. 第一阶段：氧化反应当发动机运行时，尾气中的氮氧化合物（NOx）通过挂吊瓶中的贵金属催化剂与氧气发生氧化反应，产生氮气（N2）和水蒸气（H2O）。
这个过程中需要大量的氧气，所以汽车的进气系统会控制进气量，以保持适当的氧气供应。
这种氧化反应主要是通过氮氧化物与贵金属催化剂表面的活性氧化剂之间的反应来完成。
2. 第二阶段：还原反应在第一阶段的氧化反应中，部分尾气中的氧气会被消耗掉，形成氧气亏缺的环境。
这时，催化剂表面的活性氧化剂消失，转而形成还原性能较强的还原剂。
尾气中的一氧化碳（CO）和氢气（H2）与还原剂在催化剂表面发生还原反应，生成二氧化碳（CO2）和水蒸气（H2O）。
3. 第三阶段：氧化反应在第二阶段的还原反应中，尾气中的氧气又得到了恢复，环境变得更富氧。
这时尾气中的未完全氧化的碳氢化合物（HC）和一氧化氮（NO）通过氧化反应与贵金属催化剂表面的氧气发生反应，生成二氧化碳（CO2）、水蒸气（H2O）和氮气（N2）。
通过这三个阶段的反应，三元催化器挂吊瓶可以将尾气中的一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物等有害物质转化为无害物质，大大减少了汽车尾气对环境和人体的损害。
值得注意的是，三元催化器挂吊瓶在工作过程中需要适宜的温度条件。
温度过低会减少催化剂的活性，降低反应效率；而温度过高则可能会损坏催化剂。
因此，车辆的进气和点火系统需要对温度进行合理的控制，以保持催化器在适宜的温度范围内运行。
另外，三元催化器挂吊瓶还需要定期进行维护和更换。
由于催化剂的使用时间长了会逐渐失效，积碳和其他杂质的堆积也会降低其催化效率。
因此，车主需要定期检查和清洗三元催化器挂吊瓶，避免催化剂的阻塞和损坏，确保其正常运行。
汽车尾气催化剂的研究进展
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)。
氮氧化物转化器催化剂-概述说明以及解释
氮氧化物转化器催化剂-概述说明以及解释1.引言1.1 概述氮氧化物转化器催化剂是一种针对汽车尾气中的氮氧化物进行转化的重要技术。
随着汽车数量的增加和环保意识的提高，减少汽车尾气排放对于保护环境和人类健康具有重要意义。
氮氧化物是汽车尾气中的主要污染物之一，其排放会对大气环境和人体健康造成极大的危害。
氮氧化物转化器催化剂通过催化反应将氮氧化物转化为无害的氮气和水蒸气，从而实现氮氧化物的减排。
该催化剂通常由催化剂载体和活性组分组成。
催化剂载体是指催化剂的基础材料，常见的催化剂载体包括氧化铝、碳纳米管等。
活性组分是指催化剂中能够促进氮氧化物转化反应的物质，常见的活性组分有钯、铑、铂等贵金属。
氮氧化物转化器催化剂的应用主要集中在汽车尾气净化领域。
随着环保政策的推进，越来越多的汽车使用氮氧化物转化器催化剂来降低氮氧化物排放。
此外，氮氧化物转化器催化剂还可以应用于工业废气处理和发电厂烟气净化等领域。
本文将对氮氧化物转化器催化剂的定义、原理、种类和应用进行详细介绍。
通过对其优势和发展前景的探讨，旨在加深对氮氧化物转化器催化剂的认识，并为相关领域的研究和应用提供一定的参考。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构来详细介绍氮氧化物转化器催化剂的相关内容：第一部分为引言部分（Chapter 1），概述了本文的研究背景和研究目的，引出了氮氧化物转化器催化剂的重要性和应用领域。
第二部分为正文部分（Chapter 2），主要包括两个小节。
2.1小节将详细介绍氮氧化物转化器催化剂的定义和原理，包括其基本功能、催化反应机理以及催化剂的组成和结构。
2.2小节将探讨氮氧化物转化器催化剂的种类和在不同应用领域的应用情况，具体介绍各种常用催化剂的特点和性能。
第三部分为结论部分（Chapter 3），对氮氧化物转化器催化剂的优势进行总结和归纳，指出其在环境保护和能源利用等方面的潜在应用价值。
同时，展望氮氧化物转化器催化剂的未来发展前景，提出相关的研究方向和可能的应用领域。
汽车尾气催化剂简介介绍
02 03
浸渍法
将载体浸入含有活性组分的溶液中，使活性组分附着在载体表面，经过 干燥、焙烧等步骤制得催化剂。此方法可精确控制活性组分含量，适用 于高性能催化剂的制备。
混合法
将活性组分与载体按一定比例混合，经过压制、成型、焙烧等步骤制得 催化剂。此方法工艺简单，但活性组分分布均匀性较差。
催化剂的生产技术
低成本绿色生产：催化剂的生产过程也将更加注 重环保和成本效益，例如开发低能耗、低废弃物 排放的生产工艺。
总体来看，汽车尾气催化剂作为环保领域的关键 技术之一，其发展趋势和前景深受政策、技术、 市场等多方面因素的影响，未来还有很大的创新 空间和市场潜力。
THANKS
感谢观看
新型反应机理
随着研究的深入，发现某些新的反 应机理有助于提高催化剂的性能， 如单原子催化等。
未来催化剂的发展方向及前景
高性能催化剂：未来催化剂的研究将更加注重性 能的提升，包括催化效率、耐久性、抗中毒性等 。
智能化应用：结合人工智能、大数据等技术，实 现对催化剂性能的实时监测和预测，以及催化剂 的精准匹配和个性化设计。
非贵金属催化剂
成本较低、活性适中、研究 热点。
• 成本较低：非贵金属催化 剂（如铁、钴等）采用较 为常见的金属元素，因此 制造成本相对较低，有利 于降低汽车尾气处理系统 的整体成本。
• 活性适中：非贵金属催化 剂在催化活性上虽然略低 于贵金属催化剂，但在合 适的配方和工艺条件下， 仍能满的不断提高和贵金属资源 的日益稀缺，非贵金属催 化剂成为了研究热点，未 来有望在汽车尾气处理领 域发挥更大作用。
03
催化剂的生产工艺及技术
催化剂的制备工艺
01
沉淀法
通过将含有活性组分的盐类溶液加入沉淀剂，经过沉淀、洗涤、干燥、
催化剂碳载体
催化剂碳载体一、引言催化剂碳载体在许多化学反应中扮演着至关重要的角色，尤其在燃料电池、汽车尾气处理和化工生产等领域。
一个优质的碳载体应具备适当的孔结构、高比表面积、良好的热稳定性以及优良的机械强度。
本文将详细探讨催化剂碳载体的特性、制备方法及其在各领域的应用。
二、催化剂碳载体的特性1. 孔结构和比表面积：孔结构和比表面积是影响催化剂分散性和活性的重要因素。
高比表面积能够提供更多的活性位点，从而提高催化剂的活性。
适当的孔结构有助于扩散性能，使得反应物和产物能够更好地在催化剂表面传输。
2. 热稳定性和机械强度：在高温或恶劣环境下，碳载体的稳定性对保持催化剂性能至关重要。
此外，机械强度也影响其在实际应用中的持久性。
三、催化剂碳载体的制备方法1. 物理法：通过热解炭化材料如沥青、树脂等来制备碳载体。
此方法制备的碳载体纯净度高，但高温处理可能导致比表面积降低。
2. 化学法：通常采用水热合成或溶胶-凝胶法，通过控制反应条件来调整碳载体的孔结构和比表面积。
四、应用领域1. 燃料电池：在燃料电池中，碳载体作为支撑材料承载催化剂，需具备良好的电导性和稳定性。
2. 汽车尾气处理：碳载体用于承载催化剂，有助于将汽车尾气中的有害物质转化为无害物质。
3. 化工生产：在各种化工反应中，碳载体作为催化剂的载体，有助于提高反应效率和产物纯度。
五、结论随着科技的不断发展，对催化剂碳载体的需求和要求也在不断提高。
未来，我们期待通过不断改进制备技术和深入理解反应机理，开发出更加高效、稳定的碳载体，以满足各领域的实际需求。
同时，我们还需关注碳载体的环保生产和再生利用，以实现可持续发展。
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 。
汽车三元催化主要成分
汽车三元催化主要成分
汽车三元催化器是一种用于减少汽车尾气中有害物质排放的装置，其主要成分包括催化剂、载体和涂层材料三个部分。
催化剂是汽车三元催化器的核心组成部分，主要作用是促使化学反应速率的提高并改变反应的路径，以达到减少有害物质的排放的目的。
常见的催化剂有铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）等，它们能够促进废气中的一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和碳氢化合物（HC）的氧化还原反应。
催化剂的含量和配比对其催化性能的影响至关重要。
载体是催化剂的固体基质，其基本要求是高比表面积和良好的化学稳定性。
常使用的载体材料有陶瓷、铝酸盐和氧化铝等，它们能够提供大量的微小孔隙，增加催化剂与废气的接触面积，提高反应效率。
涂层材料是将催化剂覆盖在载体表面的材料，其作用是保护并固定催化剂，并调控化学反应。
涂层材料的种类与性质影响着催化器性能的稳定性与催化效率。
常见的涂层材料有氧化铝、硅橡胶、稀土氧化物等。
总的来说，汽车三元催化器的设计和制造需要将催化剂、载体和涂层材料三者合理组合，以保证催化效率的同时，满足稳定性和耐久性的要求，从而达到减少汽车排放有害物质的目的。
三元催化器成分
三元催化器成分
摘要：
1.三元催化器的主要成分
2.载体和催化剂涂层的介绍
3.三元催化器的作用
4.三元催化器的结构
5.总结
正文：
三元催化器是一种重要的汽车尾气净化装置，它能够将汽车尾气排出的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物转化为无害的气体，从而降低汽车尾气对环境的污染。
那么，三元催化器的主要成分是什么呢？
三元催化器的主要成分包括载体和催化剂涂层。
载体通常由陶瓷或金属制成，其形状有蜂窝状、网状等，用于支撑催化剂涂层。
催化剂涂层则由铂、铑、钯等贵金属以及二氧化铈、三氧化二铝等助催化剂组成，它们被涂在载体的内壁上，起到催化作用。
三元催化器的作用主要体现在降低汽车尾气的排放，其中最具代表性的是减少一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的排放。
在汽车尾气经过三元催化器时，催化剂涂层会与废气中的有害物质发生反应，使它们转化为无害的氮气、二氧化碳和水蒸气等物质，从而达到净化尾气的目的。
三元催化器的结构由壳体、减震垫、绝热层、载体和催化剂涂层等部分组成。
壳体通常由不锈钢制成，用于保护内部零件；减震垫和绝热层则用于减少
震动和保温；载体和催化剂涂层则是三元催化器的核心部分，它们共同作用，使尾气得到净化。
综上所述，三元催化器的主要成分是载体和催化剂涂层，它们共同作用，使汽车尾气中的有害物质得到转化，从而降低尾气对环境的污染。
汽车尾气三效催化剂
反应的进行，能快速发生氧活化和烃类的吸附。而由过 及其他非贵金属在催化剂中的作用有以下几个方面：
渡元素等非贵金属为活性组分的催化剂 ，则可以通过金
①存 储 及 释放氧，拓宽了空燃比工作窗口
属离子变价 ，利用晶格氧来达到催化氧化的 目的，而气
贵金 属 三 效催化剂对三种污染物的转化效率 只有
相中的氧不能吸附补充进来，需要较高的温度才能加速 在空燃比在化学计量比的附近时，才一能保持 良好的效
种助剂，提高热稳定性。ＮａｏｔｏＭｙｏｓｈｉ等提出半径为
０．ｎ 一０．１５ｎｍ的金属离子对氧化铝载体的热稳定性提
０「＿
１３．５ １４．０ １４．５ １５．０ １５．５
高很大，认为这样的离子占据 丫一Ａ１２０３的表面空位，能
空燃 比 （ Ａ／ Ｆ ） ． 有 效 地 阻 止铝离子和氧离子的表面迁移 ，稳定晶格结
三 ２６０一
。
厂
标准 状； 扩、 岁 ｝．
４０ ６０ ８０ １００（Ｐｔ）
（１００％ Ｒｈ） Ｐｔ原子的百分含量％
图 ４ Ｐｔ一Ｒｈ的协同作用
上，４５％的铂和 ８５％的锗用于汽车催化。由于铂和锗的
当空 燃 比 在理论空燃 比附近时 ，３种活性组分的单
朱振 忠 ’， 田 群 ２， 陈 宏 德 ２
（１． 中 国 矿 业 大 学 ，北 京 １ ０００８３；２．中国科学院生态环境研究中心，北京 １００８５）
摘 要 ： 本文介绍 了汽车尾 气三效催化剂的基本工作原理 、结构和性能，概述 了汽车尾气催化剂的发展历程和
和氧化铝的相互作用，可以显著提高其热稳定性。另外， 面元素的价态。Ｔｏｍｃｒｏｎａ等研究表明，经过预还原处理
加人 ｚｒＯＺ能提高 Ｃｅ０２的储氧能力。研究表明，在向新鲜 后，含 Ｃｏ 、Ｃｅ 的催化剂的 ＣＯ、ＨＣ起燃温度有显著的下
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
薄壁堇青石质蜂窝陶瓷载体
蜂窝状载体 蜂窝状载体取代了颗粒型 载体是因为其气体阻力小, 只有球状的 1 /20 ,气氛 流畅均匀,机械强度高, 热稳定性好,催化活性涂 层薄且比表面积大。目前 此种载体已得到广泛地应 用。有图为陶瓷蜂窝状载 体。
金属蜂窝状载体 金属载体几何比表面积、开孔 率均比陶瓷载体高。这有利于 催化剂活性物质的吸附,并减少 排气阻力;此外,金属载体热传 导系数、热膨胀系数也高于陶 瓷材料。可以与催化净化器的 壳体实现很好的热膨胀匹配; 而且它的热容量比陶瓷载体低, 可以缩短达到催化反应的温度 的时间;机械强度高,可避免因 催化剂破碎而引起的二次污染。 目前被认可的可用作汽车尾气 净化器的金属载体材料主要 是:Fe-Cr-Al,Ni-Cr,Fe-Mo-W等 三类合金。
发动机
空气O2 水 H2O
燃烧的越好CO2的排放就越高
实际的发动机的燃烧与尾气排放
二氧化碳CO2
汽油 HC
水 H2O
发动机
空气O2
一氧化碳CO 碳氢化合物HC 氮氧化合物NO
催化中的反应 氧化、还原催化转化器 氧化反应：CO+1/2O2→CO2 CxHy+(x+y/4)O2 →xCO2+y/2H2O 还原反应：NO+CO →1/2N2+ CO2 2NO+4H2 → N2+2H2O 4NO+4HC →2N2+2CO2 +H2 水蒸气重整反应：2HC+2H2O→2CO+3H2 水煤气变换反应：CO+H2O →CO2+H2
2002年日本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%。
催化剂的发展
1.氧化催化剂(两效0催化剂)和/三效0催化 剂 (TWC) Three Way Catalyst (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0催化剂。从上个世纪80年代起，美 国联邦政府提高了车辆NOX的排放标准, 使 此类催化剂不能达到标准而慢慢被淘汰。
Pd如同Pt一样用来转化一氧化碳和碳氢化 合物,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。然而,由于Pd抗Pb和S中毒能力比Pt 和助差得多,而且影响了三效催化剂的性能,所 以在三效催化剂中含量特别低。 在Pt、Pd、Rh系列催化剂中,Pd比例的增 加有利于提高催化剂的活性,但Pt、Pd比例相 同时出现作用下降现象;相同比例的Pd/Rh催化 剂明显优于Pt/Rh催化剂,且前者在系列催化剂 中活性最高。
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。 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。
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。 单钯汽车尾气催化剂一般用稀土金属、 碱土金属和过渡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0中,以提高其热稳定性、 储氧能 力和抗中毒能力。
CeO2能减缓催化剂性能受空燃比影响的敏 感性.CeO2属于变价氧化物(Ce4+/Ce3+),具有极 好的储放氧功能,当燃料过剩时释放O2帮助CO 和HC氧化,当空气过剩时CeO2起还原作用,与NOX 作用将NOX从排放气体中除去,得到CeO2,起到了 极好的调节空燃比作用。在 CeO2中加入ZrO 2 所形成的固溶体与CeO2相比,具有体相还原温 度低,储氧能力强,热稳定性好等优点,CeO2一 ZrO2固溶体逐渐成为新一代三效催化剂的关键 材料。
纳米结构催化剂
由纳米级活性组分制备的三效催化剂由于粒经 小 分散均匀,分散度高,表现出较高的净化效 率与稳定的催化活性。 纳米稀土汽车尾气净化催化剂是一种结合纳米 材料高表面活性与稀土在催化剂中的催化助剂 的特点而制备的一种新型、高效的汽车尾气净 化催化剂,这种催化剂集纳米材料与稀土 的优 点于一体 ,更能够有效地对汽车尾气起到很好 的净化效果 。日本最近将钙钦矿结构和纳米 技术应用于稀土贵金属催化剂中。
催化剂的种类
根据所使用的主催化组分不同, 可把催 化剂分为四类: 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 纳米催化剂
贵金属型催化剂
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。Pt对一氧化氮有一定的还原 能力,但当CO浓度较高或有S02存在时,它没有Rh 有效,当在还原性气氛中,Pt对NO二的还原反应 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,这种高活性与其能有效地解离NO分子有关, 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。研究发现:Rh对Nox的还原 反应有很好的催化活性,当Rh含量为0.030%~ 0.043%时,起燃温度不超过250oC,对NOX的转化 能力高。
金属蜂窝状载体的俯பைடு நூலகம்图
目前还有许多急需解决的问题: 载 体材料的抗高温氧化性不佳; 成型工艺 过于复杂; 载体与催化剂的活性表面层 结合牢固性较差; 成本居高 (约陶瓷载 体的两倍 )等。
SiC泡沫陶瓷载体
SiC泡沫陶瓷具有三维连通网 状结构, 可以作为催化剂载体, 在制备过程中参杂其他成分, 可以调节 SiC泡沫陶瓷的导电 性能,使其能够用于通电加热, 提高尾气温度。
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0催 化剂。能同时净化CO、HC和NO其优点是活性高 净化效果好寿命长,但造价高,在国外广泛应用; 第三阶段: 全钯催化剂。其优点是同时净化CO、HC和 NOX,成本低,具有高温热稳定性和快速起燃特性。 只有将空燃比精确地控制在理论空燃比附近很 窄的窗口内（一般为14.7±0.25），才能使三 种污染物同时得到净化。
净化催化剂载体的特点
(1)足够的机械强度; (2)足够的耐热性; (3)合适的孔隙结构或开孔率。 (4)具备低的热容量和高的导热率。 (5)较大的比表面积。 (6)不含有使催化剂中毒的物质, 且不能与催化 剂发生相互作用而影响催化剂的催化作用。 (7)适当的吸水率 ,便宜的价格。
汽车尾气净化催化剂载体的种类
贵金属催化剂不足之处
(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 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。
颗粒型载体 汽车尾气催化净化器载体最早的形式。它是由 直径为3~4mm的活性氧化铝小球堆积而成。贵 金属催化剂活性物质沉积在比表面积为(70~ 350cm2/g) 的氧化铝上。氧化铝的作用是稀释、 支撑和分散催化剂。
这种载体具有比表面积大, 机 械强度高, 制造简单, 价格低 廉, 装填容易与活性组分的亲 和力好等优点。因此目前已被 其他催化剂载体所取代。如蜂 窝型载体。
汽车尾气治理中的催 化剂和载体
当氮氧化物和碳氢 化合物在太阳紫外线 的作用下，会产生一 种具有刺激性的浅蓝 色烟雾，其中包含有 臭氧、醛类、硝酸脂 类等多种复杂化合物。 这种光化学烟雾对人 体最突出的危害是刺 激眼睛和上呼吸道黏 膜，引起眼睛红肿和 喉炎。
理想的发动机燃烧与尾气排放
汽油 HC
二氧化碳CO2
(2)三效催化剂 第一阶段 由于对NOX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0催化剂.这是/三效0催化剂的 研究的。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。
结语
从我国的国情看,普遍使用净化效果好的Pt、 Rh贵金属催化剂装备汽车,在经济上和资源供 应上都不现实,面对我国铂族资源稀缺而稀土 储量丰富的现状,研制开发不使用和少使用贵 金属并含稀土的催化剂已成为我国汽车尾气净 化催化剂发展方向。将钙钦矿结构及纳米技术 引入汽车尾气净化催化剂,很有可能成为贫燃 条件下控制汽车尾气污染排放的关键技术之一。