三元催化器毕业论文.doc

浅谈三元催化器摘 要本文将通过目前世界各国对三元催化器的需求现状、三元催化器的发展现状以及个人在4s店工作亲身经历阐述三元催化器的作用。在现代文明的今天，汽车已经成为人类不可缺少的交通运输工具。自从1886年第一辆汽车诞生以来，它给人们的生活和工作带来了极大的便利，也已经发展成为近现代物质文、明的 支柱之一。但是，我们也应该看到，在汽车产业高速发展、汽车产量和保有量不断增加的同时，汽车也带来了大气污染，即汽车尾气污染。随着人们对环保要求的不断提高，减少汽车排放污染已成世界各国的共识，于是世界各国制定了严厉的汽车尾气排放标准,采用汽车尾气净化催化剂,极大地减轻了城市的大气污染，催化剂已成为目前研究的热点,汽车尾气净化催化器的发展前景十分广阔。【关键词】汽车 尾气 环境 三元催化器前 言随着我国的汽车工业的迅速发展，我国的汽车保有量急剧增加，汽车废气对空气的污染已成为严重的社会公害。在汽车密集的城市，汽车排放污染对人们的生活环境造成了极大的影响，严重地威胁到人们的身心健康，同时也危害着一些动、植物的生存和生长，破坏了自然界的生态平衡。汽车尾气是空气污染的主要因素,我国城市大气污染中,汽车尾气排放所占比例已超过70%,因此,加强汽车排放治理刻不容缓。我国汽车石油消耗量约占全国石油消费的1/3以上,而且随着汽车保有量的增加,我国汽车污染物排放总量也日趋上升,汽车排放造成的大气污染严重影响了人们的生活和身心健康。因此，在汽车工业发展和环境保护之间,需要寻求新的平衡。因此，解决汽车的排气污染成为亟待认真研究的重要课题。美国每年由汽车向大气排放的污染物高达22.13亿吨。日本每年由汽车向大气排放的污染物亦达600万吨。汽车排放废气中的co、hc、nox、铅化物和硫化物等成分对人体危害极大。为了消除这一严重的社会公害，美、欧、日等国家和地区相继制定了严格排放法规。因此，发展新一代催化能力更强的三元催化器，治理或控制汽车尾气排放，已成为全球保护环境急待解决的重大课题。一、 概 述1.1我国汽车尾气排放现状在我国，汽车排放污染大的原因除人口密度大，汽车数量剧增外，最重要的是长时期的高度保护政策导致的我国汽车生产技术和环保标准落后、汽车性能差、使用年限过长、车用燃油品质差等问题，资料显示，我国的汽车尾气排放标准比大多数发达国家落后近10年，并且执行情况参差不齐。即使是达到我国排放标准的汽车，其排放的一氧化碳数量也是欧洲车辆的两倍左右，碳氢化合物和氮氧化物排放数量是欧洲车辆的3倍以上。与美国标准相比，我国一氧化碳排放量上限高出56%，氮氧化物高出32%，碳氢化合物则高出3倍以上。我国从1994年到2003年的十年间，私人汽车总量增长了近6倍。1994年汽车保有量940万辆，私人汽车保有量205万辆；2003年民用汽车保有量约2400万辆，其中私人汽车保有量1200万辆。2010年我国机动车保有量已达1.99亿辆，其中汽车8500多万辆，每年新增机动车2000多万辆；机动车驾驶人达2.05亿人，其中汽车驾驶人1.44亿人，每年新增驾驶人2200多万人。有资料表明，我国各大中型城市汽车尾气排放物造成空气污染占到50%左右，而且对在用车检测结果来看，尾气排放不合格的车辆占被检测车的5060%。预计2012年我国汽车保有量将达到2.5亿辆，在经济不景气的情况下我国新车生产量也将达到两千万辆。1.2“汽车灾难”对经济严重影响汽车作为现代化交通工具，给予了人们的生产与生活带来十分方便的同时，可是它的尾气排放物，却给大气环境造成严重污染。而大气污染的成本及其造成的损失是极其高昂的。在车辆不多的情况下，大气的自净能力尚能化解车辆排出的毒素。但眼下已车满为患，交通拥堵成为家常便饭，汽车本应具备的便捷、舒适、高效的特点却被过多的车辆逐步抵消。“汽车灾难”已经形成，汽车尾气更是害人不浅。尾气害人不浅 汽车在大量消耗资源的同时，其排放的尾气会严重影响人类健康。汽车尾气中的一氧化碳与血液中的血红蛋白结合的速度比氧气快250倍。所以，即使有微量一氧化碳的吸入，也可能给人造成可怕的缺氧性伤害。轻者眩晕、头痛，重者脑细胞将受到永久性损伤；氮氧、氢氧化合物会使易感人群出现刺激反应，患上眼病、喉炎，尾气中氮氢化合物所含苯并芘是致癌物质，它是一种高散度的颗粒，可在空气中悬浮几昼夜，被人体吸入后不能排出，积累到临界浓度便激发形成恶性肿瘤。据世界银行估计，因空气污染导致的医疗成本增加以及工人生病丧失生产力使中国gdp被抵消掉5%。1.3我国对汽车尾气的排放要求为了改善大气质量, 根据中国的实际情况,从上世纪八十年代初期中国汽车尾气排放法规开始采取了先易后难分阶段实施的具体方案。1983年中国颁布了第一批机动车尾气污染控制排放标准,这一批标准的制定和实施,标志着中国汽车尾气法规从无到有,并逐步走向法制治理汽车尾气污染的道路; 中国在1989年至1993年又相继颁布了轻型汽车排气污染物排放标准、车用汽油机排气污染物排放标准二个限值标准和轻型汽车排气污染物测量方法、车用汽油机排气污染物测量方法二个工况法测量方法标准,至此,中国已形成了一套较为完态的汽车尾气排放标准体系;北京市轻型汽车排气污染物排放标准的出台和实施,拉开了中国新一轮尾气排放法规制订和实施的序曲。2005年国家环保总局公布了五项机动车污染物排放新标准,新标准包括:轻型汽车污染物排放和iv号排放标准、两项重型汽车污染物排放限值、摩托车和轻便摩托车加速行驶噪声限值及测量方法。其中,轻型汽车排放标准自2007年7月1日起在全国实施, iv号标准于2010年7月1日起实施。1.4尾气的净化方法环境问题是一个全球问题, 要靠全世界每一个人的努力来解决。随着世界经济、科技的不断发展和社会文明的不断进步, 人们的物质需求也在一天天增长。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。在我国, 汽车尾气净化是解决尾气排放污染的最有效方法。汽车排放的污染物主要来源于内燃机，其有害成分包括一氧化碳（co）、碳氢化合物(ch)、氮氧化合物(nox) 、硫氢化合物和臭氧等，其中co、hc及nox是汽车污染控制的主要大气污染成分。汽车尾气对人类的健康危害很大，治理汽车排放污染，已成为一项刻不容缓的任务。国外早在20世纪60年代中期对汽车污染控制技术已经进行了研究开发，目前己达到实用阶段。研究表明，通过改善催化剂及其载体的性能和生产工艺，改善汽车内燃机燃烧技术及三效催化剂排气系统的处理可净化这些有害气体。汽车尾气污染控制可以分为机内和机外两种技术。机内净化主要是提高燃油质量和改善燃料在发动机中的燃烧条件，尽可能减少污染物的生成；机外净化的主要方式是安装催化净化器，对有害气体进行处理是机外尾气净化最有效的方法，催化剂又是净化效果的关键。因此开发实用高效的汽车尾气净化催化剂是控制汽车尾气排放的最佳措施之一。而合理的结构及形状又是提高催化剂效率的关键，因此三元催化器对尾气排放控制至关重要。二、三元催化器的构成及工作原理 汽车以三种形式向大气中排放污染物：尾气排放、曲轴箱通风和燃油蒸发。其中尾气排放对大气的影响最大，其主要的成分有co,hc和nox，汽车尾气三元催化器（简称催化器）是安装在汽车排放系统中最重要的机外净化装置，他可以把这些有害气体通过氧化还原反应转化为无害的co2,h2o和n2。催化器中心多为多空蜂窝陶瓷载体，多孔而壁薄，使废气通过过时有很多机会与媒介接触，又不会产生较大的背压（排气阻力）。载体材料一般是高纯度的堇青石，具有适当的吸水性，以便催化剂的涂覆，并有极低的热膨胀系数，一是在反复的热冲击下，不发生应力变化和疲劳破损。载体表面图有很薄的催化剂涂层，其中直接其催化作用的主要是铂族贵金属（铂、铑、钯），稀土材料具有储氧能力，并有助于催化作用，将上述材料按一定的比例制成催化剂，能收到最佳的催化效果。由于贵金属昂贵，催化剂中的贵金属含量比较低就成了他的水平和市场竞争力的标志。催化剂的主要技术指标是对废气中三种主要有害成分的转化效率，一般都在百分之八十以上，起燃温度t50是检验低温下催化剂活性的重要指标，对冷启动使废气的转化作用有重要的影响，一般在300度一下。高温抗老化性能也是重要的指标，一般在80000公里时，呃寽系数应小于1.2.三元催化器性能稳定、质量可靠、寿命长，其产品广泛适用于本田、奥德赛、别克、奥迪、帕萨特、桑塔纳、现代、别克、奥拓、昌河、捷达等车型。另外承揽不锈钢制品、过滤器、机箱机柜等加工业。三元催化器的载体部件是一块多孔陶瓷材料，安装在特制的排气管当中。称它是载体，是因为它本身并不参加催化反应，而是在上面覆盖着一层铂、铑、钯等贵重金属。它可以把废气中的hc、co 变成水和co2, 同时把nox 分解成氮气和氧气。hc、co 是有毒气体，过多吸入会导致人死亡，而nox 会直接导致光化学烟雾的发生。经过研究证明，三元催化器是减少这些排放物的最有效的方法。通过氧化和还原反应，一氧化碳被氧化成二氧化碳，碳氢化合物被氧化成水和二氧化碳，氮氧化合物被还原成氮气和氧气。三种有害气体都变成了无害气体。三元催化剂最低要在350 摄氏度的时候起反应，温度过低时，转换效率急剧下降；而催化剂的活性温度( 最佳的工作温度) 是400 到800 左右，过高也会使催化剂老化加剧。在理想的空燃比(14.7 ：1) 下，催化转化的效果也最好。2.1三元催化器催化剂结构组成汽车催化剂主要由四个部分组成：载体、高比表面的涂层、活性组分和助剂。2.1.1 载体催化活性组分要担载在高比表面的载体上,才能很好的发挥作用,载体的选择对催化剂活性有很大影响。早期的载体是以活性氧化铝、硅氧化镁、硅藻土为原料制得的颗粒物,表面积大,使用方便,但存在压力降和热容大、耐热性差、强度低和易破碎等缺点, 故80年代后逐渐被蜂窝陶瓷载体所取代。蜂窝陶瓷载体也叫作整体载体,由许多薄壁平行小通道构成整体, 具有气流阻力小、几何表面大、无磨损等优点。堇青石载体由于热膨胀系较低,抗热冲击性突出而被广泛用作汽车尾气催化剂的载体。目前所用的汽车催化剂的载体95%为蜂窝堇青石陶瓷体,其原材易得、费用较低以及总体性能良好。另一种整体式载体是将ni-cr、fe-cr-al或fe-mo-w等合金压成波纹状而制成的整体型合金载体,相比陶瓷蜂窝载体有更高的热稳定性。目前这种金属载体主要用于对汽车尾气排放要求十分严格的国家,如日、美的出口汽车上。金属载体的使用对降低汽车排气阻力十分有利,明显改善了动力性能,提高尾气净化效率,同时延长了净化器的使用寿命。2.1.2高比表面的涂层(也叫第二载体)活性涂层附着于载体的表面,它的作用是提供大的表面积来附着贵金属或其它催化成分。堇青石载体的比表面较低, 一般只有1m 2 /g左右, 须涂敷一层高比表面的涂层。涂层材料通常采用-al2o3,它具有很强的吸附能力和大的比表面积,但在高温条件下会发生相变,转变为-al2o3,比表面积降低。为了抑制al2o3 的相变,通常加入ce、la、ba、sr、zr等稀土元素或碱土元素氧化物作为助剂。2.1.3活性组分尾气催化剂的活性组分可分为贵金属和非贵金属两种类型。贵金属类以pt、rh、pd最为常用。pt组分在催化剂中主要起氧化co和hc的作用,它对no有一定的还原能力,但co的浓度就较高或有so 2 存在时, 它的效果没有rh好。rh组分是催化还原nox的主要成分,在有氧时,得到唯一的还原产物n2;无氧时,低温下的主要还原产物是nh3,高温下的还原产物主要为n 2。此外,rh对co的氧化和烃类的水蒸气重整反应也有重要作用,rh的抗毒型较pt差。pd组分主要用来转化co和烃类,对于饱和烃类效果稍差,抗pb、s中毒能力差,易高温烧结,与铅形成合金,但它的热稳定性较高, 起燃性好。汽车尾气三效催化剂中, 各种组分的作用是相互协同进行的。非贵金属活性组分主要以过渡元素氧化物及其尖晶石、钙钛矿结构复合氧化物为活性组分。但由于单组分氧化物耐热性能差、活性低、起燃温度高,在使用上受到限制,一般采用多组分的配方和适当的制备技术。2.1.4助剂助剂本身是一些没有催化作用或活性较低的添加物, 能大大提高催化剂的活性、选择性和寿命。ceo2 是汽车尾气净化催化剂最主要的助剂, 其主要作用有：贮存及释放氧；提高贵金属的分散性, 抑制贵金属颗粒与al2o 3 形成无活性的固溶体；提高催化剂的抗中毒能力; 增加催化剂的热稳定性等。summers和ausen对铈和贵金属的相互作用进行了研究,在al2o3担载的新鲜的pd、pt贵金属催化剂中,增加ceo2的量,pt的表面分散性下降；而pd的表面分散性与ceo2的负载量无关。2.2三元催化器的工作原理三元催化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的co、hc和nox等 有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。由于这种催化器可同时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质，故称三元。三元催化器的工作原理是：当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强co、hc和nox三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中co在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；hc化合物在高温下氧化成水(h20)和二氧化碳；nox还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。汽车尾气催化净化的目的就是将有害的co和hc氧化为co2和h2o，将nox还原成n2。由于汽车尾气的化学成分很复杂，其转化率除和催化剂的活性有关外，还和反应气是氧化气还是还原气有关，因此催化剂在功能上分为氧化型和还原型两部分。氧化型催化剂主要催化co和hc的氧化反应，有关反应如下：2co+o2 2co24hc+5o2 4co2+2h2o2no+2co 2co2+n2hc+no2 co2+h2ohc+co n2+co2+h2o3no+2nh3 2n2+3h2o2nh3 n2+3h2o还原型催化剂主要催化nox的还原反应：2no+co n2+co22no+h2 n2+2h2o2no+hc n2+h2o+co2no和h2反应除生成无毒的n2和h2o外，尚有所不希望发生的副反应：2no+5h2 2nh3+h2o2no+h2 n2o+2h2o目前最常用的催化器是使用蜂窝型催化(honeycomb catalyst)，载体是陶瓷蜂窝体，其外附载有高比表面积的氧化铝涂层，其上再浸渍活性组分。所以，汽车尾气净化催化剂主要由载体、涂层及活性物质三部分组成。2.3三元催化剂国内外发展状况2.3.1国外研究状况国外研究三元催化器主要的五种催化剂（1）氧化型催化剂（2）双金属催化剂（3）三金属催化剂（4）三效钯催化剂（5）nox存储还原型三元催化材料（1）氧化型催化剂20世纪70年代中期到末期的汽车排放法规只要求控制co与ch的排放，发动机尚未使用化油器开环系统，由于机械地固定a/f比到理论值，不能随工作状况的变化而自动地调节，在这种状态下，通过将a/f比调到15左右，在富氧状态下装上氧化型催化剂，可使co与hc的转化率达到90，但nox的转化率比较低。这一时期使用的主要是贵金属型催化剂，以铂、钯为活性组分。通常以二者形成的合金态使用，铂：钯=7：3，总载量0.12左右。贵金属催化剂有致命的弱点，那就是它怕铅中毒。因此，为了有效地使用贵金属催化剂，必须改变燃油的结构，实行汽油的无铅化。（2）双金属催化剂20世纪70年代末到80年代中期，随着美国epa提出对nox的排放实行控制，氧化型催化剂己不能满足要求。出现了铂、铑三效双金属催化剂。20世纪70年代末至80年代初出现的是双床式铂、铑催化剂，催化剂的氧化还原反应是分段进行的，前段使用还原型蜂窝催化剂，后段使用氧化型蜂窝催化剂，两段中间补充空气。这种设置可使还原反应与氧化反应分别在有利于自身的化学气氛中进行，但该种催化器结构复杂，操作麻烦，且nox还原后有可能重新被氧化。1980-1985年，pt-rh三效催化剂开始用于电喷闭环装置，将a/f控制在窗口范围内，co、ch和nox的转化率可达80-90以上。典型催化剂的pt-rh总负载量为0.1-0.15,pt:rh=5:1涂层中加入碱土和稀土元素，稳定催化剂结构并与贵金属协同产生卓越的储氧功能。但在高温时，rh与表面涂层中的al2o3和ceo2发生化学作用，导致催化剂在还原气氛时对nox的还原活性下降。（3）三金属催化剂20世纪80年代中期到90年代初，开始使用新一代的pt-rh-pd三效催化剂。这一代催化剂相当于在一个pd催化剂上再安置一个标准pt-rh催化剂。此结构中，钯在内层有更好的耐热稳定性；铑在外层更有利于nox的还原；铂在钯铑间起积极的协调作用。故催化剂的性能有了明显改善。随着汽油质量的提高，催化剂的使用寿命也大大延长，且每升催化剂中贵金属的总量已下降到0.6-0.8g。据介绍，engelhard开发的tri-metal催化剂在使用16万公里后，转化率仍可达co 85,hc 90和nox95，显然可满足更高的环保要求。（4）三效钯催化剂20世纪80年代末，福特公司推出了三效钯催化剂，这种钯催化剂要求氧化铝和稀土氧化物与过渡金属氧化物形成有机的协和体，钯在其中发挥主导作用，通过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。实验表明，单独pd基催化材料在1200的热冲击下，催化活性依然良好。目前，这种催化剂还在进一步研制之中。englhard公司研制了一种双层pd基催化材料。底层由pd和ce构成，顶层由分散于涂层上的pd构成。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。顶层提供低温催化活性；pd-ce层提供高的储氧能力以保证高温催化活性。pd在423-823温度范围内对,hc、co和no的同时转化具有活性。（5）nox存储还原型三元催化材料这种催化材料由贵金属、碱金属或碱土金属、稀土氧化物组成。基本原理是：富氧条件下nox首先在贵金属上被氧化，然后与nox存储物发生反应，形成硝酸盐。在理论比或富燃状况燃烧时，硝酸盐分解形成nox，然后nox与co、h2、hc反应被还原成n2。研究表明，nox的存储能力与氧的浓度有关。氧浓度增加，nox存储能力提高。当氧浓度达到1以上时，nox存储能力基本不变。此外，hc选择还原催化材料在富氧条件下也具有较好的催化活性。2.3.2国内研究状况我国汽车尾气污染控制是从上世纪80年代中期开始的，我国高等院校和院所在汽车尾气污染控制方面作了大量前期基础研究工作，并且研究开发了能够符合我国国情的汽车尾气控制有效的产品，为减少汽车尾气作出了贡献。（1）非贵金属催化剂的研究现状我国许多研究工作者在1990年前后对非贵金属和稀土等混合氧化物为活性组分的汽车尾气净化催化剂进行了研究。通过组分特别是稀土元素合理搭配，可产生协同效应，具有良好的催化活性和一定的三效性能。含稀土钙钛矿型催化剂研究是汽车排气催化剂领域的一个热门课题。我国科研人员在这方面作了很多研究。如1988年，王道等用浸渍法制备了一系列负载钙钦矿型la(cu,mn,co)o3/laalo3-al2o3催化剂，并经实验研究表明其活性较高。1993年，许开立等还研制成净化柴油机尾气的钙钛矿型催化剂，活性优于pt族贵金属催化剂，且具有强抗so2抗积碳性能。顾其顺等研究成以陶瓷蜂窝涂活性氧化铝为载体，活性成分为稀土复合氧化物的,hr-1型催化剂。后又添加稀土元素稳定氧化铝涂层结构，是一种较好的三效催化剂。2001年，韩巧凤等用pfg法制备了钙钛矿lamno3纳米材料，并将其负载在涂有al2o3的堇青石载体上作为净化汽车尾气的催化剂，研究发现纳米晶活性组分的分散度好、粒径小、表面积大，对汽车尾气催化效率比溶液制得的催化剂好。（2）贵金属催化剂的研究现状鉴于贵金属催化剂pt、rh价格昂贵，资源十分短缺，pd与之相比是较廉价及丰产的贵金属，使用pd替代或部分替代pt和rh。国内研究者开展了以pd为主要活性组分的研究及致力于改善制备工艺、添加助剂、用非贵金属代替部分贵金属以减少贵金属用量的研究。含钯催化剂最常用的助剂是稀土氧化物、碱土金属氧化物和过渡金属氧化物。黄传荣等对la-co-ce-pd催化剂活性和热稳定性的研究表明稀土元素, la、ce在催化剂表面的富聚和在活性氧化铝涂层中的存在，对其它活性组分特别是贵金属pd起到分散、隔离和稳定的作用，使之不易迁移、煤结和流失，保证了催化剂良好的热稳定性。郭清华等在含pd催化剂中涂层中添加ce，ba同样对pd组分起到分散、隔离和稳定结构的作用，从而达到改善催化剂热稳定性的作用。另外也有对rh及ag催化剂的研究。负载pd催化剂虽具有较高的催化活性和较好的低温活性，但抗烧结和抗硫中毒能力较差，特别是对nox净化性能难以达到实用要求。到目前为止，我国的三效尾气净化器从性能稳定性和质量可靠性角度考虑尚不具备大量推广的条件。目前我国正在为恢复关税及贸易总协定成员地位进行准备。为提高同进口汽车的竞争能力，占有国内市场乃至国外市场，就必须全面提高汽车质量，包括使尾气排放净化性能达到美、欧、日等发达国家和地区的排放法规要求。为此，我国必须加快对汽车尾气净化器的研究与开发，为我国尽早制定和实施排放法规创造必要的条件。利用资源丰富的稀土化合物代替贵金属研制三效稀土催化剂是中国稀土应用取得重大突破的项目之一，通过科技人员的不懈努力，已取得了很大进展。从目前情况看，法、美、日等国似已走在前面，我国应立即组织各方面力量，开展联合科技攻关，解决稀土基多元催化剂开发上一系列理论和工艺技术问题，使它早日获得应用和推广。 三、三元催化器的使用方法三元催化器对发动机的运转和排放非常重要，且使用稀有金属、采取复杂制造工艺，因此价格昂贵，动辄成千上万，使用得当则其寿命很长，使用不当，一旦损坏则损失较大。3.1三元催化器的养护方法3.1.1 装有三元催化器的汽车不能使用含铅汽油，因为含铅油燃烧后，铅颗粒随废气排经三元催化器时，会覆盖在催化剂表面，使催化剂作用面积减少，从而大大降低催化器的转换效率，导致三元催化器铅中毒。 3.1.2 应避免未燃烧的混合气进入催化器。三元催化器开始起作用的温度是200摄氏度左右，最佳工作温度在400摄氏度至800摄氏度，而超过1000摄氏度后作为催化剂的贵金属成分自身也将会产生化学变化，从而使催化器内的有效催化剂成分降低，使催化作用减弱。因此，在车辆使用过程中要注意排除以下几种情况：一是过久的怠速空转；二是点火时间过迟；三是个别缸失火不工作；四是启动困难；五是混合气过浓；六是发动机烧机油、七是氧传感器失效；八是散热不良造成的水温过高。 3.1.3 行驶在不平整的道路时应特别注意不要“托底”，因为三元催化器大多数内部都是蜂窝陶器形成的催化剂承载体，碰撞后容易破碎，使催化器失效和排气管堵塞。 3.1.4 出现不正常的工作状况，如回火或重复性失速时，应及时停车检查，因为这些状况可导致催化转化器永久性损坏。3.1.5 行驶着的车辆切勿切断点火开关。 3.1.6 在车辆保养时做好对三元催化器的检查。检查内容有：排气管有无异响，这种异响通常由排气管接头松动、三元催化器损坏、催化剂更换塞松动等原因造成；排气管有无开裂或外壳压扁之类的外观损坏；排气尾管有无催化剂颗粒排出。如果三元催化器外壳损坏或排气尾管排出颗粒，均需更换。3.1.7定期对三元催化器进行清洗，不但有助于提高车辆发动机性能，还可以减少排气系统氧传感器的频繁报警，非常适用于闭环电喷机车。定期清洗三元催化器不但可以节省一部分开支还可以让催化器催化效率大大提高。3.2三元催化器早期失效的原因3.2.1 温度过高 常温下三元催化转化器不具备催化能力，其催化剂必须加热到一定温度才具有氧化或还原的能力，通常催化转化器的起燃温度在250350，正常工作温度一般在350700。催化转化器工作时会产生大量的自量越高，氧化的温度也愈高，当温度超过8501000时，其内涂层的催化剂很可能会脱落，载体碎裂。所以必须注意控制造成排气温度升高的各种因素，如点火时间过迟或点火次序错乱、断火等，这都会使未燃烧的混合气进入催化反应器，造成排气温度过高，影响催化转化器的效能。 3.2.2慢性中毒 催化剂对硫、铅、磷、锌等元素非常敏感，硫和铅来自于汽油，磷和锌来自于润滑油，这四种物质及它们在发动机中燃烧后形成氧化物颗粒易被吸附在催化剂的表面，使催化剂无法与废气接触，从而失去了催化作用，即所谓的“中毒”现象。 3.2.3表面积碳当汽车长期工作于低温状态时，三元催化器无法启动，发动机排出的炭烟会附着在催化剂的表面，造成无法与co和hc接触，长期下来，便使载体的孔隙堵塞，影响其转化效能。 3.2.4排气恶化 催化转化器对污染物的转化能力有一定的限度，因此必须通过机内净化技术将原始排气降到最低。如果排放的废气污染物各成分的浓度、总量过大，比如混合气偏浓等，就会影响催化器的催化转化能力，降低其转化效率。此外，由于废气中有大量的hc和co进入催化反应器后，会在其中产生过度的氧化反应，氧化反应产生大量热量将使催化反应器温度过高而损坏。 3.2.5与发动机不匹配即使是同样的发动机，同样的三元催化转化器，车型不同，发动机常用的工作区间就不同，排气状况就发生变化，安装三元催化器的位置就不同，这都会影响三元催化转化器的催化转化效果。因此，不同的车辆，应使用不同的三元催化转化器。 3.2.6氧传感路失效 为使废气催化率达到最佳(90%以上)，必然在发动机排气管中安装氧传感器并实现闭环控制，其工作原理是氧传感器将测得废气中氧的浓度，转换成电信号后发送给ecu，使发动机的空燃比控制在一个狭小的、接近理想的区域内(147：1)，若空燃比大时，虽然co和hc的转化率略有提高，但nox的转化率急剧下降为20%，因此必须保证最佳的空燃比，实现最佳的空燃比，关键是要保证氧传感器工作正常。如果燃油中含铅、硅就会造成氧传感器中毒。此外使用不当，还会造成氧传感器积碳、陶瓷碎裂、加热器电阻丝烧断、内部线路断脱等故障。氧传感器的失效会导致空燃比失准，排气状况恶化，催化转化器效率降低，长时间会使催化转化器的使用寿命降低。3.3三元催化器的检测 三元催化器在使用过程中要经常的进行检测，不但可以在第一时间发现三元催化器的故障以及异常，还可以避免由于三元催化器的故障而引发的一切不必要的经济损失。3.3.1外观检查检查催化转化器在行驶中是否受到损伤以及是否过热。将车辆升起之后，观察催化转化器表面是否有凹陷，如有明显的凹痕和刮擦，则说明催化转化器的载体可能受到损伤。观察催化转化器外壳上是否有严重的褪色斑点或略有成青色和紫色的痕迹，在催化转化器防护罩的中央是否有非常明显的暗灰斑点，如有则说明催化转化器曾处于过热状态，需做进一步的检查。用拳头敲击并晃动催化转化器，如果听到有物体移动的声音，则说明其内部催化剂载体破碎，需要更换催化转化器。同时要检查催化转化器是否有裂纹，各连接是否牢固，各类导管是否有泄漏，如有则应及时加以处理。此方法简单有效，可快速检查催化转化器的机械故障。由于催化剂载体破损剥落、油污聚集，容易阻塞载体的通道，使流动阻力增大，这时可通过测量其压力损失来进行检查。3.3.2背压试验在催化转化器前端排气管的适当位置上打一个孔，接出一个压力表，启动发动机，在怠速和2500r/min时，分别测量排气背压，如果排气背压不超过发动机所规定的限值，则表明催化剂载体没有被阻塞。 如果排气背压超过发动机所规定的限值，则需将催化转化器后端的排气系统拆掉，重复以上的试验，如果催化转化器阻塞，排气背压仍将超过发动机所规定的限值。如果排气背压下降，则说明消声器或催化转化器下游的排气系统出现问题，破碎的催化剂载体滞留在下游的排气系统中，所以首先进行外观检查确认催化剂载体完整是非常必要的。对有问题的排气管、消声器和催化转化器也可通过测量其前后的压力损失来判断。3.3.3真空试验将真空表接到进气歧管，启动发动机，使其从怠速逐渐升至2500r/min，观察真空表的变化，如果这时真空度下降，则保持发动机转速2500r/min不变，且此后真空度读数明显下降，则说明催化转化器有阻塞。因为催化转化器的阻塞在真空试验中是一个渐变的过程，而此试验是一个稳态的过程（2500r/min），真空度读数不会产生明显的下降。如果是在试验室进行一个催化转化器阻塞前后的对比检查，催化转化器阻塞后，进气歧管真空度会发生明显下降，如果进气歧管真空度下降，并不能完全说明是由催化转化器阻塞造成的。发动机供油量减少时，进气歧管的真空度也会下降。因此与真空试验相比，排气背压试验更能真实反映催化转化器的情况。 以上方法只能检查催化转化器机械故障，催化转化器的性能好坏，也就是其转化效率的高低，则需要通过下列的检查来判断。3.3.4加热法催化转化器在正常工作状态下，由于氧化反应产生了大量的反应热，因此可通过温差对比来判断催化转化器性能的好坏。启动发动机，预热至正常工作温度，将发动机转速维持在2500r/min左右，将车辆举升，用数字式温度计（接触式或非接触式红外线激光温度计）测量催化转化器进口和出口的温度，需尽量靠近催化转化器（50mm内）。催化转化器出口的温度应至少高于进口温度1015，大多数正常工作的催化转化器，其催化转化器出口的温度高于进口温度2025。如果车辆在主催化转化器之前还安装了副催化转化器，主催化转化器出口温度应高于进口温度1520，如果出口温度值低于以上的范围，则催化转化器工作不正常，需更换；如果出口温度值超过以上范围，则说明废气中含有异常高浓度的co和hc，需对发动机本身做进一步的检查。3.3.5其它方法通过对比整车排放情况来判断催转化器效率的方法是不科学的。因为汽车排放的好坏与各系统的工作状况有关，不可排除的误差因素较多。如用冷热怠速时的排气浓度变化来检查催化转化器转化效率就是不太准确的方法。发动机冷车时，由于汽缸壁较冷，燃烧不完全而产生大量的co和hc，而发动机热车怠速时，由于燃烧条件好转，发动机已处于闭环控制状态，不需要催化转化器的作用，排气浓度也会大大降低。因此，此项检查不能保证仅仅针对催化转化器的转化效率，可比性较差。3.4我国目前三元催化器失效的常见原因在国内汽车行驶一段时间后就会出现三元失效、尾气超标、排气不畅、背压提高、动力下降、油耗增加等一系列问题，甚至会出现三元堵塞、车辆自燃的严重问题。国外三元失效的主要原因是高速公路行驶造成的高温失活，在中国主要是由于硫、磷、一氧化碳化学络合物造成的化学中毒。究其原因，主要有以下几个因素：3.4.1燃油标号低、油质差 中国汽车排放目前实行欧2标准，欧2标准燃油要求辛烷值达到91、95、98，而中国只有90、93、97三档，均低于欧2标准燃油。2004年中国技术监督局曾对北京加油站进行了一次质量检查，合格率仅为50，其中中石化加油站合格率为71。标号低、油质差的燃油由于不完全燃烧会吸附在三元催化器表面，形成化学络合物，时间一长便会使三元中毒失效。实验表明，欧3标准高档车添加标号低、油质差的燃油后，行驶几百公里就会出现故障灯指示尾气超标三元失效的信号。3.4.2燃油含硫量高 欧2标准的燃油要求硫含量小于0.05。目前中东生产的高含硫量石油，由于达不到日本、美国和欧洲的环保准标，大部分销售到了中国。中国燃油含硫量高对于大气造成的污染问题已引起联合国环保署的重视，含硫量大的燃油能同时造成喷油嘴积碳、进气系统沉积物、三元催化器表面化学络合物附着。研究资料表明，汽车使用含硫0.15的燃料工作150小时后，功率下降10.5，用含硫0.723的燃料工作相同时间，功率下降28，燃油消耗增加12.2。燃油含硫量大是造成中国在用车三元失效最主要的原因。硫吸附在氧传感器和三元催化器表面，形成化学络合物不仅造成三元中毒失效，还给汽车动力带来一系列问题。3.4.3道路拥堵严重 由于居住、工作环境的限制，中国大部分私家车是在城市内行驶，城市道路拥堵已是普遍现象。道路拥堵开开停停会使燃油不完全燃烧而产生大量的一氧化碳，它极易吸附在三元催化剂活性表面造成三元中毒失效，所以汽车长期在低速、加速、减速状况下行驶也是造成三元失效的主要原因。3.4.4解决方案 由于燃油品质差、含硫量高以及城市道路拥堵，这将造成汽车三元净化器使用寿命短、容易中毒失效。所幸的是，这种中毒失效是可逆转的，硫、磷、一氧化碳化学络合物在一定的高温氧化环境下可以清除，三元催化剂可以重新恢复活性。三元清洗养护产品和技术正是基于这一点开发的，其原理是：三元清洗剂通过进气真空管进入发动机燃烧室燃烧后，产生大量活性氧离子，在三元催化器内部建立了一个高温强氧化环境。通过化学反应将三元催化剂表面的硫、磷、一氧化碳化学络合物、含碳沉积物变成二氧化硫、二氧化碳气体排出，从而达到清洗三元、恢复三元活性的目的。 由于三元清洗剂是一种强极性溶剂，对于喷油嘴、进气门积碳有很强的溶解清洗作用，在清洗三元的同时，还一定程度地清洗了喷油嘴和进气系统，所以清洗三元养护是一种燃油系统全方位的清洗养护。与其它清洗养护方法相比，对汽车降低尾气排放、提升动力、减小油耗效果明显。3.5三元催化器的回收利用 众所周知，三元催化器昂贵主要原因是其内含有大量的贵金属。这些贵金属尚若不进行回收不但污染环境，危害人们身心健康还会造成极大的经济损失。由于出于经济手段以及设备条件的限制，目前三元催化器的回收有两种方法：湿法回收和火法回收。3.5.1湿法回收用硫酸或于压力下用氢氧化钠在碱性介质内进行分解，使载体溶解。溶解后贵金属留在残渣内，再用氯气和盐酸浸出，使铂族金属进入溶液。在碱法中，所含sio2不溶解全部留下来，从而妨碍了对贵金属的进一步加工处理。用这类方法再生块状载体并不可取，因为在催化剂有效使用期间-al2o3已转变为不溶的- al2o3。 而另一方面，各种溶解贵金属的方法及贵金属的回收率有较大的变化幅度，这些都是众所周知的，例如用盐酸和氯气、盐酸和硝酸或盐酸和过氧化氢等溶解方法。所有这些方法的主要问题之一，就在于很难将铂族金属与有色金属在稀溶液实现分离。这些方法的回收率，尤其是铑的回收率不能令人满意。 湿法冶金再生过程的负面效应可归纳如下： 废水数量过大； 浸出过的载体扔弃后有待堆放； 损失贵金属； 铝酸盐母液硫酸铝溶液不易利用。 它们的优点是：工作温度低；在贱金属含量低的情况下贵金属含量易于监控并且沉淀过程易于进行。 3.5.2火法回收 通常火法回收汽车尾气催化剂涉及陶瓷载体的熔炼同时与贵金属在金属捕收剂内的富集。载体在不损失贵金属的情况下形成熔渣，对该过程至关重要。 氧化铝颗粒的熔点过于高（大约2000）是个大问题。因此，对这类材料只能加入助熔剂或采取极高的熔融温度进行造渣。一般考虑使用铜、镍、铅和铁作铂族金属的可能捕收剂。选用的依据是加工过程及其后的湿法化学阶段的难易。用硫酸浸出法将贵金属铂、钯、铑与金属捕收剂分开。如果选用铜作捕收剂，也可以用电解法使之分离。与湿法冶金再生废汽车催化剂相比，火法的优点要大得多： 在金属相内富集的浓度高； 贵金属回收率高； 可在有色金属常用的炉型（鼓风炉、转炉）或专用装置（如电炉）内进行再生； 副产物或残渣的产出少。铜、镍或铅工业所用炉子的温度通常大约1300，因此不十分适于熔化陶瓷基汽车尾气催化剂。这种炉子用焦碳、煤气、燃油或富氧空气加热。大的熔炼厂对额外处理这类材料，肯定不存在任何问题。如果其进料量不足工厂总进料量的1%，则对熔炼过程不会产生任何影响。故而一方面，在这样大的炉子内借众所周知的冶炼方法处理含贵金属材料的真正优点是冶炼和处理进料成本低，但另一方面又存在不能以有效的回收率和高的产率回收贵金属特别是铑。铂族金属的稀释过分和造渣量过大。这种情况表明，后续的铂族金属回收与精炼等富集过程将需要更高的成本。获取纯金属是一个漫长而艰巨的过程。故而该法已被许多厂家摒弃。三元催化器的贵金属回收不但关乎环境问题还关乎再生产循环利用。一个负责任的大国不仅要满足眼前的利益和需要，而且还要关乎子子孙孙的后代发展，回收再利用以及循环利用将被提上议程。这也就要求有更多的人投身于三元催化器的研究以及回收一利用。国家已经大力在研究新型的催化器，并逐步的摒弃大量含有贵金属的三元催化器，未来的三元催化器将是任重而道远！四、三元催化器在4s店常见故障及维修方案为了响应国家对环保要求的规定，现行的汽车都安装了三元催化器，而且国家还专门成立了机构专门检测汽车的排放。四、三元催化器的发展方向 发达国家应用三元催化已经有40余年了，装车超过了20亿辆，早期使用的只能净化co和hc的氧化性催化剂，但从80年代就全面的转向可以净化co、hc和nox的三元催化剂，目前正在开发超低排放技术的研发。目前我国有两亿辆汽车，但是由于我国国情所致，排放标准的据国际水平还有很大的差距，而且由于企业跟风严重，对科研技术和资金投入不足，因此现有的催化器不能很好的起到催化净化效果。但是，随着我国对排放标准的不断严格，汽车发动机新技术的应用，汽车尾气将得以较大的改善。4.1当前催化器存在的问题汽车尾气净化催化剂的使用，有效改善了尾气对大气的污染，但在实践中也暴露出了不少问题，尚有待于进一步深入研究探索。4.1.1催化转化率：当前大多数催化剂高温活性好，低温活性较差，这极大地抑制了其性能。4.1.2催化剂失效：包括热失效和中毒失效，这也是自汽车尾气催化剂研制以来一直未能妥善解决的问题，高温下催化剂的热劣化和s、p、pb中毒极大地缩短了催化剂的使用寿命。4.1.3冷启动问题：汽车尾气中60-80的有毒气体是由于冷启动两分钟内产生的，要有效处理好这个阶段内的废气必须着手改善催化剂的低温活性，以提高尾气的低温催化转化。4.1.4成本问题：当前汽车广泛应用的催化剂大多还是贵金属或贵金属掺杂其它金属氧化物型，其成本仍然很高。4.2未来三元催化器的要求美国、欧洲以日本代表着当今世界汽车工业的潮流。美国对汽车排放控制起步早、进程快、要求高，尤其是美国加州，其规定是世界上最严格的。欧洲排放起步较慢，法规较松，但是2005年之后，排放控制也达到了美国的标准。日本为了适应国内环境保护和出口需要，排放控制技术发展很快。三元催化技术是机外净化最成功最有效的方法，目前国外取得了很大的成功，目前正向低贵金属含量、紧密耦合性、电加温型和柴油机微粒控制等方向发展。我国随着汽油机和柴油机电子控制技术在近期内在国内的广发应用以及排放法规进一步严格，尾气催化转换器将在我大量使用，国家也高度关注，并在“十五”目标及主要研究内用上明确的规定了将来的发展方向。主要研究的内容有发展低膨胀，耐高温，高强度，多孔隙的蜂窝陶瓷载体；高稀土，低贵金属含量的催化剂；催化剂的涂覆技术和催化转换器的设计制造技术；催化器与整车排放系统的匹配技术；紧密耦合性、电加温型和柴油微粒控制等方向发展。对尾气净化器所用催化剂的基本要求概括起来有：（1）必须适应经常的、大量的气流冲击以及温度和组分的剧烈变化；（2）必须同时具有高温（800c以上）和低温c00c）活性，才能保证冷起动时发挥催化作用，高温下不被烧结；（3）能同时净化co、hc和nox三种有害物质。国外经验表明，汽车排气机外净化措施必须建立在机内净化的基础上，不是任何超标排气都能通过机外净化而达标的，其基本条件是： 4.2.1采用尾气净化器，必须使用带有排气氧传感器闭环控制的电控燃油喷射系统，这样才能使催化剂起三元净化作用；4.2.2尾气净化器的使用应建立在机内净化技术充分发挥作用和元铅汽油广泛应用基础上；4.2.3尾气净化器必须与不同车型进行匹配，既要达到净化效果，又要保证其动力性和经济性；4.2.4尾气净化器不但要有良好的初始活性，而且还要经得起寿命试验的考验，即在行驶8万km甚至16万km后，仍可保证对hc、co和nox的净化率达80%以上。而国外正在朝着使尾气净化器与汽车同样寿命的目标努力；4.2.5在尾气净化器与发动机相匹配的前提下，应尽量减小体积，以便于安装和降低成本。4.3新型催化器的发展前景 目前达到实用化的尾气净化催化剂不外乎贵金属催化剂（氧化型和三元催化剂）和稀土催化剂。而贵金属催化剂在我国现阶段尚不具备推广使用条件，主要原因是价格昂贵，要求使用无铅汽油以及与之相适应的电控喷油系统等汽车技术改造。已经证明稀土催化剂对co和hc都具有较好的净化效果，抗铅中毒能力强，能满足现有汽车排放标准。特别是我国稀土资源极为丰富，价格便宜，是现阶段适合我国国情的首选催化剂。因此开展以稀土金属为主添加少量贵金属或过渡金属的尾气净化催化剂的研究势在必行，前景广阔。重点应在以下三个方面有所突破：4.3.1运用组合化学原理，设计具有最佳催化活性的催化剂，开发新材料，提高贵金属的利用率。4.3.2开发以粘土矿物为载体的三效催化剂，提高催化剂的耐高温性能，同时，降低生产成本，为催化净化器的产业化开拓道路。4.3.3开展非贵金属催化材料体系的研究，以期部分或完全取代贵金属催化剂。四、三元催化器的发展方向 发达国家应用三元催化已经有40余年了，装车超过了20亿辆，早期使用的只能净化co和hc的氧化性催化剂，但从80年代就全面的转向可以净化co、hc和nox的三元催化剂，目前正在开发超低排放技术的研发。目前我国有两亿辆汽车，但是由于我国国情所致，排放标准的据国际水平还有很大的差距，而且由于企业跟风严重，对科研技术和资金投入不足，因此现有的催化器不能很好的起到催化净化效果。但是，随着我国对排放标准的不断严格，汽车发动机新技术的应用，汽车尾气将得以较大的改善。4.1当前催化器存在的问题汽车尾气净化催化剂的使用，有效改善了尾气对大气的污染，但在实践中也暴露出了不少问题，尚有待于进一步深入研究探索。4.1.1催化转化率：当前大多数催化剂高温活性好，低温活性较差，这极大地抑制了其性能。4.1.2催化剂失效：包括热失效和中毒失效，这也是自汽车尾气催化剂研制以来一直未能妥善解决的问题，高温下催化剂的热劣化和s、p、pb中毒极大地缩短了催化剂的使用寿命。4.1.3冷启动问题：汽车尾气中60-