汽车尾气净化催化剂

徐朝中

新疆大学  应用化学04-1  20041002210

摘要：汽车排放是严重的大气污染源，目前xxx的治理方法用汽车尾气净化。本文主要介绍了汽车尾气净化的基本概念、催化机理、分类和性能影响因素。

关键词：汽车尾气净化  催化剂  催化机理

环境问题是一个全球问题，需要全世界每一个成员来解决。随着世界文明的不断进步和经济、技术的不断发展，人们的物质需求也{yt}天增长。汽车是现代社会最普及的交通工具，特别是近年来私家车越来越多，带来了很多问题，其中环境问题是不容忽视的。汽车的使用对环境的污染主要有噪音污染和尾气排放造成的空气污染。汽车尾气净化是解决尾气排放污染的xxx的方法。近年来对尾气净化催化剂进行了大量研究。本文主要是对汽车尾气净化催化剂进行简单的概述。

1 基本概念

1.1定义（原创定义，非引用）

汽车尾气净化催化剂是指参与汽车尾气中的有害物质发生氧化、还原、重整、交换等反应，使有害物质转化为对环境友好的其他物质，并且在反应前后性质和质量不发生改变的体系。

1.2主要组成[1]

它主要由载体、高比表面涂层、活性组分和助剂四部分组成。

1.2.1载体

目前使用的主要是蜂窝状整体式载体，其材质主要有两种—陶瓷和金属。陶瓷载体是有许多薄壁平等小通道构成整体，其材料主要是堇青石（2Ａｌ₂Ｏ₃·2ＭｇＯ·5ＳｉＯ₂），具有气流阻力小，几何表面大，无磨损等优点；金属载体主要是Ｆｅ-Ｃｒ-Ａｌ等元素组成的合金，成型主要是将40~50μm的金属箔材压制成波纹状与平板金属制成蜂窝状的整体结构，具有起燃温度低、起燃速度快、比表面积大、机械强度高、预热性能好等优点。

1.2.2 比表面积涂层

由于载体的比表面积不能满足催化剂要求,因此,通常在载体表面涂敷一层高比表面积涂层。涂敷方法主要有:浸涂法(ｄｉｐ-ｃｏａｔ)、溶胶—凝胶法(ｓｏｌ-ｇｅｌ)、预涂法(ｐｒｅｃｏａｔ)和化学气相沉积法(ＣＶＤ)等。理想的涂层可使催化剂有合适的接触比表面积和孔结构,改善催化剂的活性和选择性,保证助剂活性组分的分散度和均匀性,提高催化剂的热稳定性,同时还可以节省活性组分的用量,降低成本。

1.2.3活性组分

活性组分是指催化剂中起主要作用的物质。催化剂活性组分有贵金属活性物、贱金属活性物以及稀土金属活性物。

1.2.4助剂

助剂一般由碱金属、碱土金属和过渡金属等氧化物组成,尽管它们并非活性组分,但它可起到辅助催化的作用。合适的加入量可以改善催化剂的性能,提高催化剂活性、选择性和寿命,减少贵金属的用量。通常助剂分为两种类型,一种为电子型助剂,起改变催化剂的电子结构、表面性质和对反应物分子的吸附能力,降低反应的活化能,提高反应速度;另一种为结构助剂,增加催化剂的结构稳定性,以提高催化剂的寿命和稳定性。

2催化原理

2.1尾气中的主要有害物质

汽车尾气中的有害物质主要包括CO、NO_x、碳氢化合物、CO₂、颗粒物质等。能用催化剂进行催化转化的主要有CO、NO_x、碳氢化合物。

2.2主要催化原理[1]

在一定的空燃比(Ａ/Ｆ)和排气温度条件下,尾气中残余的氧和有害物质ＣＯ、ＨＣ和ＮＯｘ等同时在催化剂表面进行氧化还原反应,转化为无害的ＣＯ2、Ｈ2Ｏ和Ｎ2。在催化剂的作用下,汽车在行驶中释放的ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等污染物发生以下反应:

(1)      氧化反应:

2ＣＯ+Ｏ₂——2ＣＯ₂

2Ｈ₂+Ｏ₂——2Ｈ₂Ｏ

4ＨＣ+Ｏ₂——4ＣＯ₂+2Ｈ₂Ｏ

(2)      还原反应:(以ＮＯ为例)

ＣＯ+2ＮＯ₂——ＣＯ₂+Ｎ₂

2ＨＣ+4ＮＯ——2ＣＯ₂+2Ｎ₂+Ｈ₂

4Ｈ₂+2ＮＯ——2Ｈ₂Ｏ+Ｎ₂

(3)      水蒸气重整反应:

2ＨＣ+2Ｈ₂Ｏ —— 2ＣＯ+3Ｈ₂

3 分类

目前对于汽车尾气净化催化剂还没有系统的分类方法，在此仅就个人所掌握知识将其分类如下：

按主要活性成分可以分为稀土催化剂（稀土氧化物La₂O₃)、贵重金属催化剂（如单金属钯）、纳米催化剂（如纳米LaMnO）等；

按组成可分为三元催化剂、单金属催化剂（如钯）等；

按反应类型可分为氧化型催化剂、氧化-还原双段催化体系等。

当然上面的分类也不是严格的，例如纳米催化剂中的LaMnO也可以认为是稀土催化剂。

4 影响催化剂性能的主要因素

4.1燃油种类

同种催化剂催化不同种类燃油的尾气的性能是有差别的。例如普通汽油与E10混合燃料的摩托车原机排放在催化剂（将铝溶胶、γ Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂及碱土金属Ｂａ和Ｍｇ的硝酸盐按一定比例配成浆料,涂覆预处理后的Ｆｅ-Ｃｒ-Ａｌ金属蜂窝载体烘焙而成）催化净化后达到欧Ⅱ排放标准；但是将上述催化剂用于醇类混合燃料时，其催化转化性能大幅度下降[2]。

4.2助剂

助剂的加入能xxxx催化剂的催化性能。余林等[3]以Ce-La稀土助剂对Pt-Rh三效催化剂进行改性,考察了它们对载体γ-Al₂O₃的热稳定性和催化剂活性的影响。研究表明,添加稀土La₂O₃改善了载体γ-Al₂O₃高温时的比表面性能;提高了γ-Al₂O₃发生相变的温度,从而使其具有较高的热稳定性。

4.3 尾气中不同物质[4]

汽油中饱和烃类物质和不饱和烃类物质的性质对CO、HC和NOx的起燃特性也会造成一定的影响。

4.4制备工艺

制备工艺对催化剂性能的影响主要是通过涂层改性等措施来实现的。冯长根等[5]研究了几种不同类型表面活性剂对浆料固体含量、涂层涂覆量以及涂层结合强度的影响。研究结果表明,不使用表面活性剂时,30%为{zj0}的固体含量;在使用表面活性剂的情况下,浆料的固体含量可以提高至35%。非离子型表面活性剂有助于提高催化剂涂层涂覆量,而使用离子型表面活性剂的浆料球磨过程中产生大量泡沫,无法涂覆。使用非离子型表面活性剂的催化剂涂层的结合强度{zh0}。

此外老化方法也对催化剂的性能[6]有一定的影响。

参考文献

[1] 石玉光，杨亚平，褚航.汽车尾气净化催化剂的研究与发展[J].江苏冶金，2007，35（2）：13-16

[2] 沈美庆，贾莉伟，许全瑞，等.燃油种类对汽车尾气净化催化剂性能的影响[J].催化学报，2005，26（6）：527-530

[3] 余林，黄丽华，宋一兵，等.稀土基催化剂研究Ⅱ：稀土助剂对催化剂活性的影响[J].精细化工，2002，19（12）：720-722.

[4] 房永彬.我国汽车尾气净化催化剂的研究现状[J].河南化工，2006，（3）：5-7.

[5] 冯长根，王帅帅，陈建军.汽车尾气净化催化剂涂层改性研究[J].环境污染治理技术与设备，2006，7（2）：42-44.

[6] 贺振富，邵潜，景振华，等.老化方法对汽车尾气净化催化剂性能的影响[J].石油炼制与化工，2003，34（6）：31-33.