汽车尾气净化催化剂研究现状及发展前景.docx

催化化学论文 论文题目： 汽车尾气净化催化剂研究现状及发展前景 学 院： 化学与化工学院 专 业： 化 学 班 级： 化学131班 学 号： 1308110289 学生姓名： 石 军 2016年6月6日11汽车尾气净化催化剂研究现状及发展前景 摘要：汽车排放的尾气是严重的大气污染源之一,尾气中含有大量的NOx、碳氢化合物(HC)及CO,尾气污染不仅影响了大气环境，对于人类的身体健康也非常不利，汽车尾气净化催化剂是减少汽车尾气中污染物的有效方法之一，安装汽车尾气净化设备可以有效降低尾气的污染，净化催化剂可以将这些有害物质的绝大部分转化为无害的N2、CO2和H20。本文主要就汽车尾气净化催化剂研究状况和发展前景进行论述。关键词：汽车尾气； 净化；催化剂；现状；发展前景正文1.汽车尾气的成分汽车尾气包含100多种成分。主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOX）、硫化物（SOX）、细微颗粒物、二氧化碳（CO2）、甲醛（HCHO）和丙烯醛(CH2=CHCHO)等。每年汽车排放的主要污染为25亿吨CO、4.5亿吨HC和2.2亿吨NOX。这些排放物严重地影响大气和生活环境。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。提出了汽车尾气净化催化剂的研究发展方向。2.汽车尾气净化的概况随着我国经济的飞速发展，汽车作为一种现代化的交通工具正逐年增加，国家环保部发布的2012年中国机动车污染防治年报称，我国已连续3年成为世界机动车产销第一大国。机动车污染已成为我国空气污染的重要来源，是造成雾霾和光化学烟雾污染的重要原因，因此机动车污染防治的紧迫性日益凸显。在影响污染物排放的诸多因素中，进人气缸的汽油质量F与空气质量A之比A/F是最显著的因素。为了完全燃烧，理论上所需的化学计量比略有不同， 一般为A/F=14.7左右。当A/F14.7时,称为富氧燃烧，此时，CO与HC的排放浓度减少，但NOx的浓度增加；当A/FPd Rh Pt，还原NOx =Pd/Rh Rh Pd Pt，由于铂和铑是贵金属中的贵金属, 储量和产量都比较少。贵金属钯则相对较多，价格也便宜些,且钯对CO 和HC 转化的能力并不逊于铂，为降低催化剂的价格，科研人员一直致力于研究用钯部分或全部取代铂，这是当前三效催化剂的主流。5.4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。近年来选用的助剂材料多为CeO2、ZrO2、La2O3、CaO、BaO、SiO2、ThO2等氧化物。6.汽车尾气净化催化剂的分析6.1净化催化剂的组成部分及结构分析。一般来说，汽车尾气催化剂，主要是属于固体催化剂，并且由载体、活性组成部分和助催化剂三个主要部分所组成。而且，汽车尾气的催化剂载体，主要是可以分为颗粒催化剂和整装催化剂两个部分所组成。而前者主要是以颗粒活性氧化铝为主要载体。颗粒催化剂由于其密度较大，而且排气的阻力非常大，这样就很有可能会对发动机造成不利的影响，在高温腐蚀性气体的影响下，其发动机的寿命是非常短的。从这一点上看，颗粒状载体已经逐渐被淘汰了。所以，总体而言，整装催化剂则是由于排气阻力较小、热稳定性较好，已经广泛地运用在汽车尾气的净化。6.2目前，汽车尾气的净化催化剂都是负载型催化剂，以及相应的活性组分在载体上。同时，由于活性组分，在某种程度上起到催化的作用，而助催剂由于其无催化活性程度低，尤其是在非常恶劣的环境下，为了能够更好地稳定催化剂的稳定性，这就必须要能够逐步改善其性能在另外一方面，由于汽车尾气催化反应的机理非常复杂，催化剂中的各个都是需要协同作用，这样就使得催化剂活性组分与助剂难以进行区分，所以人们都被称之为活性组分。车用催化剂的研究进展种种研究显示，由于车用催化剂对整体性能有着非常严重的影响，甚至会关系到催化剂的转化率和使用寿命，所以，从上述的分析中，我们可以看出，车用催化剂对整个的催化转化系统有着非常重要的影响，因此，汽车尾气净化催化剂对于其载体有着严格的要求例如，稳定性必须要更高，热膨胀系统较小等方面的特点。 6.3整装催化剂的载体要求整装催化剂，能有效地克服颗粒状载体的局限性，而且，由于它的整装装配、质轻和开孔率非常高，这样就可以有效地根据不同材料的要求，可以将整装式载体分为两个方面，即陶瓷蜂窝载体和整装式金属载体。陶瓷蜂窝载体，这是我国汽车尾气净化催化剂载体最为广泛的，其中，它的特点主要是拥有非常多的约束气道，并且不仅仅是催化剂活性成分和废弃提供最大的接触面积，还能够使得气流压力逐渐降到最小。所以，它非常适合多相催化反应，并且由于蜂窝结构的整体体积密度较低，而且热稳定性较好，这样就能够有效地提高催）化剂的起燃性能。在20 世纪，美国康宁玻璃公司，非常注重这种载体的研究，并且已经将之有效地运用在汽车尾气净化上。从目前的这种载体发展趋势上看，还存在一些不足，只有逐步降低膨胀系数或者是提高单位面积的孔数才能够得到更好的应用，取得更为理想的净化效果。综上所述，为了能够更好地研究汽车尾气净化催化剂技术，从汽车尾气净化催化剂的发展情况进行分析，同时对汽车尾气的催化剂技术进行全面的了解，结果显示，我国汽车尾气净化催化剂的研究还处在初级阶段，相信在不久的将来，定可以取得理想的研究效果。7.汽车尾气催化净化器对催化剂载体的要求汽车尾气催化净化器载体作为催化剂的承载体，其性能直接关系到催化剂的转化率、使用寿命和整个催化净化器的装配要求，对整个催化转化系统的性能都有很大的影响，因此理想的催化剂载体应具备如下特点：（） 足够的比表面积催化剂的活性成分都负载于载体表面，载体比表面积大，有利于活性成分的高度分散，增加废气和催化剂的接触面积，从而提高活性成分的利用率，降低成本。（） 良好的机械强度载体在承受高温腐蚀性热气流不断冲刷的同时还要承受路面不平整和汽缸振动引起的剧烈振动。（） 足够的耐高温性汽车发动机排气温度的范围较宽，通常的工作温度在500800，有时甚至超过1000。（） 较低的热膨胀系数和热容量热膨胀系数小能够保证催化剂经受温度的急剧变化而不破裂，热容量低则可使其达到催化反应所需温度的时间缩短，提高催化净化效率。（） 良好的耐腐蚀性能以抵抗排气成分和颗粒物上吸附的金属氧化物等物质的侵蚀，保证使用寿命。（） 不含有使催化剂中毒的物质即载体不含能与催化剂发生相互作用的成分，影响催化剂的催化作用。（） 适用于某种再生形式如催化再生、燃油添加剂再生或电加热再生等。除此之外理想的催化剂载体还应具有适当的吸水性，并且催化剂载体材料来源应丰富、价格应便宜。8.汽车尾气净化催化剂载体的种类催化剂载体从最早的氧化铝颗粒到各种整装式载体，几十年来，载体以其性能的不断改进满足了全世界对汽车尾气净化器日益严格的要求。而今，载体的质量更轻，比表面积更大，使用性能更佳，而且种类逐渐增加。催化剂载体的种类有很多，按载体的结构形式可分为颗粒型载体、蜂窝状载体和泡沫载体，按材质可分为陶瓷载体、金属载体、金属间化合物、陶瓷载体和玻璃纤维载体。9.汽车尾气净化催化剂的发展和尚需解决的问题汽车行业的迅猛发展也带动了尾气催化净化技术的不断革新，有效改善汽车尾气对大气的污染，但仍然有几个难题难以克服，这将是以后的重点研究方向。（1）汽车冷启动时的尾气转化问题当前使用的催化剂都有一个共同的缺点就是低温下催化活性低，而汽车冷启动的2min内会产生大量的有毒气体。一种途径是通过活性组分和助剂的调整降低催化剂的起燃温度从而改善催化剂的低温活性，另一种途径是将催化净化器安装在更靠近引擎排气口的位置，使催化剂迅速被加热达到起燃温度，但是这样催化剂的工作温度也大大提高，缩短了催化剂的使用寿命，因此如何解决催化剂低温效应和耐高温工作的矛盾是该领域研究的热点之一。（2）贫燃条件下适用的三效催化剂有研究表明，把空燃比由现在的14.6提高到22，燃油可以节约15%左右15。在当今能源紧张的社会大背景下，贫燃发动机已经作为汽车领域的一项革新技术被广为研究。在贫燃条件下，现有的三效催化剂对NOx的催化转化能力大大下降，因此必须研究开发贫燃条件下适用的三效催化剂。（3）催化剂的抗老化问题因高温老化和S，Pb中_毒而导致的催化剂失效缩短了催化剂的使用寿命，间接增加成本，如何在控制成本的前提下妥善解决催化剂的失效问题也是各公司关心的热点。从某种程度上看，汽车作为现代社会中最为重要的交通工具之一，能够有效地推动人们生活和工作的便利。但是，汽车所排放的尾气给我国大气环境造成非常严重的污染，从目前来看，我国汽车尾气控制水平整体上看非常低，这样就使得我国汽车尾气对大气环境的污染越来越严重，对于人体的健康和动植物的生存都构成巨大的威胁。开发高效实用的汽车尾气净化催化剂尚需解决的问题随着世界汽车工业和交通运输业的发展和人们环保意识的增强，汽车尾气的排放要求将日益严格，这对汽车尾气净化催化剂提出了新的挑战。为了满足越来越严格的汽车排气法规，必须研制出高效实用的催化净化剂。目前，开发新型实用的汽车尾气净化催化剂应解决以下几个方面的问题：(1) 提高催化剂的低温活性，以减少汽车冷启动时的废气排放量；(2) 提高催化剂的抗硫、磷中毒能力，以保持催化剂处于较高的活性状态，延长其使用寿命；(3) 开发新型高效催化剂研究，设法减少贵金属用量，以降低催化转化剂的成本；(4) 研制开发出高效耐用的载体，提高单位体积催化剂的催化效果或减少催化转化器的体积及成本。结 语随着公众环境意识的增强，汽车尾气排放标准和法规的日益严格，对我国汽车尾气排放的治理是一个严峻的考验。在汽车工业和交通运输迅速发展的今天, 人们对汽车尾气净化提出了新的要求,而采用高效的尾气净化催化剂，是有效解决这一问题的技术发展方向。我国已具备研究开发和生产汽车催化转化器的能力, 随着新的排放法规的提出, 必将是不断采用新产品、新技术, 淘汰落后产品的过程, 为全人类的健康的生活环境而不断努力的过程。 参考文献华爱红, 李丽, 等.浅谈汽车尾气污染的危害及防治措施J .资源与环境, 2007, 4:1.康新婷, 汤慧萍, 等.汽车尾气净化用贵金属催化剂研究进展J .稀有金属材料工程, 2006, 35(增刊2).肖益鸿, 蔡国辉, 等.汽车尾气催化净化技术发展动向J .中国有色金属学报, 2004, 14(1).高娃.汽车尾气催化剂及其金属载体的研究进展J .兵器材料科学与工程, 2000, 23(4).曹磊.汽车尾气净化催化剂的研究进展J .污染防治技术, 2008,21(3).李玉山, 王来军, 等.单钯汽车尾气催化剂研究进展J .化工新型材料, 2006, 34(7).宋靖, 曾令可.汽车尾气净化器用催化剂载体的研究现状J .陶瓷, 2007, 9.李佩衍, 阎红, 等.汽车尾气净化催化剂载体表面改性的研究J .稀土, 2001, 22(2).刘智信, 李东风.汽车尾气净化催化剂载体的研究进展J .2005,34(增刊).孙俊赛, 张文华, 等.汽车尾气用催化剂载体的研究现状及展望J .中国陶瓷, 2003, 39(5).杜庆祥.SiC泡沫陶瓷用作柴油机尾气净化催化剂载体的研究J .汽车工程, 2007, 29(10).赵彬, 邹立科, 等.新型天然气汽车尾气净化催化剂载体的制备研究J .四川理工学院学报, 2008,