汽车尾气处理中催化剂技术.docx

汽车尾气处理中催化剂技术伴随工业化和城市化进程，人类社会特别是城市已经步入了汽车时代各种车辆与日俱增，并已成为人们生产，生活和社会运行不可或缺的基本用具。目前城市中汽车尾气的排放量极大且成分又很复杂，特别是对人体危害巨大的一氧化碳，氮氧化合物，碳氢化合物严重危害着人类健康和城市环境，乃至整个自然生态系统，引起世人深度关注。在《节能减排“十二五”规划》(下称“规划”)中，提出“十二五”节能减排目标：到2015年实现单位国内生产总值能耗比2010年下降16%，化学需氧量、二氧化硫排放总量减少8%，氨氮、氮氧化物排放总量减少10%。汽车排出的有害废气是产生大气污染的主要根源，它不断破坏着生态环境质量，危害着人体健康，损毁着城市形象并进而妨碍经济，特别是城市经济的发展，正是由于这一原因从上世纪年代起全球各国都先后发生了骇人听闻的大气污染事件，广西等地的酸雨已危及人们的生存。地处中国四川盆地的成都，本身大气扩散受限，汽车排放的废气使大气质量急剧下降，空气浑浊，显得天空特别低矮，令人心中气闷感觉不畅。1943年美国发生的洛杉矶烟雾事件,1952年伦敦的烟雾事件，以及1970年日本的四日市事件，都是最有代表性的光化学烟雾事件。这些光化学烟雾就是汽车排出的碳氢化合物和氮氧化合物在阳光紫外线作用下产生的一种有毒烟雾，可以使人呼吸困难，眼红喉痛，头脑晕沉造成中毒。在这些大气污染事件中受害和死亡的人竟数以千计，由此可见汽车尾气污染治理势在必行，汽车尾气治理技术现状，汽车尾气对大气环境的污染是一个全球性的环境问题。为了控制和防治汽车尾气污染，世界各国的科技工作者作了大量的研究工作；可归纳为三个发展阶段：第一阶段，强调机内净化的初期污染，如燃油品质改善曲轴箱强制通风系统，燃油蒸发回收系统，燃烧系统，供油系统和点火系统的改造，废气再循环，排气管内喷射二次空气高能点火与稀薄燃烧等。第二阶段氧化催化技术，即除了上述的一些行之有效的方法外，采取机外净化技术在汽车排气系统上安装氧化型催化转化器，用以氧化净化排气中的CO和HC等。第三阶段氧化还原，催化技术与电控技术相结合，即将电喷技术与三元催化转化技术相结合，同时去除汽车排气中的CO,HC和NOx等。1催化处理技术进入二十一世纪后在大批科研工作者的努力下，汽车尾气催化剂的研制与改善又取得了许多新的进展。以下就该类催化剂的组成：载体，助催剂和活性物分别加以阐述。1.1载体载体在催化剂中的作用是提供有效表面积和合适的微孔结构，并获得好的机械强度及热稳定性，起活性中心作用和节省活性组分用量。载体通常有两种形状：球状和蜂窝状。球状载体制备工艺简单，成本较低，且比表面积较大，但机械性能不理想，气体阻力大；蜂窝状载体的气体阻力小，机械强度高，热稳定性好，催化活性涂层薄，且比表面积大。目前被广泛应用。载体的原料是影响催化剂性能的重要因素，从基体材料方面看主要有以下三种：（1）活性氧化铝载体球形氧化铝作载体工艺简单，价格低廉，比表面积大，但强度低易破碎，造成阻力大，影响汽车发动机性能。若在氧化铝载体引镧，铈等稀土助剂则将提高相变温度，而使其具备耐高温，抗热伸缩性好，机械强度高等优点。（2）蜂窝陶瓷载体陶瓷材料主要来源于堇青石，莫来石，富铝红柱，硅酸镁，透锂长石以及硅铝酸盐等，蜂窝陶瓷载体主要用堇青石作基质材料，堇青石有低的膨胀系数，良好的耐化学腐蚀性及良好的耐热性，所以这种载体强度高，几何表面积大，耐热抗震性好，吸附性强，能在高温下使用。（3）金属载体与陶瓷载体相比，金属载体有以下优点：壁薄面积比较大，流通载面大，导热性能良好，且热容量小，耐破坏强度高，具有良好抗振性。当金属载体附着催化剂后可表现出下列优点：催化剂具有良好升温特性，金属载体催化剂不足之处，主要是制造工艺复杂，成本较高，可靠性较差。（4）助催剂助催剂能有效地提高和延长催化剂活性组分效率，加入助剂的目的是为了提高催化剂热稳定性，稳定贵金属高度分解状态等。一般选用的助剂有氧化钛氧化钙等。1.3活性物活性物是催化剂中起主要作用的物质。催化剂活性组份分为贵金属活性物，贱金属活性物以及稀土金属活性物三种。（1）贵金属活性物目前用于汽车尾气净化的贵金属活性物主要有铑，铂和钯等。铑是促进氮的氧化物还原生成氮气的良好组分。作为一氧化碳的氧化催化剂，铑具有的活性并不亚于铂和钯。铑在还原反应中有良好的活性，用量少且有较好的抗硫中毒能力，但铑的价格太贵，不能在氧化剂中广泛使用。铂对CO和HC具有特别好的转化作用。当减少铑的载量，甚至铑受到热损害时，铂在加热过程中对CO和HC进行氧化使用就变得更为重要。单纯还原条件下，铂容易催化NO还原成NH3。在铂上NO被还原成N2或NH3还是被氧化成NO2，取决于反应条件。（2）非贵金属活性物CuO,TiO2,NiO等普通金属氧化物为催化剂时，虽有一