汽车尾气治理技术

汽车尾气治理中的催化剂和载体发动机燃料的理想燃烧与尾气排放燃烧俞充分尾气中CO2的浓度就越高。GasolineAir：N2O2CO2H2O实际的发动机的燃烧与尾气排放GasolineAirN2O2CO2H2OCONOXHC汽车尾气和工业废气排放造成可造车的那个光化学烟雾。汽车尾气中的烯烃类碳氢化合物和氮氧化物被排放到大气中后，在强烈的阳光紫外线照射下，会吸收太阳光所具有的能量。这些物质的分子在吸收了太阳光的能量后，会变得不稳定起来，原有的化学链遭到破坏，形成新的物质。这种化学反响被称为光化学反响，其产物就是含剧毒的光化学烟雾。光化学烟雾形成的光化学反响中，自由基反响占很重要的地位，而自由基的引发反响主要是由NOx光解而引起的，所以控制氮氧化物的排放也十分重要。日本、美国、欧洲共同体近20来生产的汽车一般都装有尾气催化转化器，从而使汽车尾气无害化。催化中的反响氧化、复原催化转化器氧化反响：CO+1/2O2→CO2CxHy+(x+y/4)O2→xCO2+y/2H2O复原反响：NO+CO→1/2N2+CO22NO+4H2→N2+2H2O4NO+4HC→2N2+2CO2+H2水蒸气重整反响：2HC+2H2O→2CO+3H2水煤气变换反响：CO+H2O→CO2+H2催化剂的开展1.氧化催化剂(两效催化剂)和/三效催化剂(TWC〕(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,使此类催化剂不能到达标准而慢慢被淘汰。(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,故称为三效催化剂.这是/三效催化剂的研究的。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。第二阶段:用Pd来局部替代Pt、Rh,以降低催化剂的本钱。制备以Pt、Rh、Pd为主体的/三效催化剂。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,本钱低,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。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奉献是转化一氧化碳和碳氢化合物。Pt对一氧化氮有一定的复原能力,但当CO浓度较高或有S02存在时,它没有Rh有效,当在复原性气氛中,Pt对NO2的复原反响有良好的催化活性。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响也有重要的作用。研究发现:Rh对Nox的复原反响有很好的催化活性,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。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催化剂有利于降低本钱,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。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,也将如何降低本钱作为考虑的条件。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响。参加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CeO1.5起复原作用,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中参加ZrO2所形成的固溶体与CeO2相比,具有体相复原温度低,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。汽车尾气净化催化剂载体的种类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外表积为(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。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外表积大。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外表积、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,可以缩短到达催化反响的温度的时间;机械强度高,可防止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。金属蜂窝状载体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。沸石载体沸石是含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物。按沸石矿物特征分为架状、片状、纤维状及未分类四种，按孔道体系特征分为一维、二维、三维体系。任何沸石都由硅氧四面体和铝氧四面体组成。四面体只能以顶点相连，共用一个氧原子。铝氧四面体本身不能相连，其间至少有一个硅氧四面体。而硅氧四面体可以直接相连。硅氧四面体中的硅，可被铝原子置换而构成铝氧四面体。但铝原子是三价的，所以在铝氧四面体中