汽車尾氣凈化催化劑的研究進(jìn)展

1、汽車尾氣凈化催化劑的研究進(jìn)展汽車尾氣凈化催化劑的研究進(jìn)展I(I(轉(zhuǎn))2008041118:11摘要：汽車尾氣已成為環(huán)境污染的主要來(lái)源之一。汽車尾氣催化凈化作為處理汽車尾氣的主要手段越來(lái)越受到人們的關(guān)注。本文簡(jiǎn)述了汽車尾氣凈化催化劑的發(fā)展過(guò)程。同時(shí)，從催化凈化機(jī)理、載體和催化效率幾個(gè)方面進(jìn)行了探討。希望對(duì)汽車尾氣凈化催化領(lǐng)域的發(fā)展有一個(gè)初步介紹。關(guān)鍵詞：汽車尾氣；凈化催化劑；凈化機(jī)理；載體現(xiàn)代社會(huì)中，汽車作為主要的交通工具，發(fā)揮著越來(lái)越大

2、的作用。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車數(shù)量增加很快。同時(shí)，汽車排氣中的CO、HC和NOX已經(jīng)成為大氣的主要污染因素威脅著人類的生命健康。因此在過(guò)去的幾十年中，世界各國(guó)對(duì)于汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的制定日益嚴(yán)格[1]。此外，治理汽車尾氣的手段也有多種：改進(jìn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)；改善燃油質(zhì)量；使用電能、太陽(yáng)能為能源的汽車；使用尾氣凈化催化劑等。其中采用尾氣凈化催化技術(shù)是目前減少汽車排放污染的主要措施。但由于我國(guó)大多數(shù)汽車屬于在用車，汽油質(zhì)量低下，且催化劑易

3、中毒，使得我國(guó)在尾氣凈化方面還有一定差距。1尾氣凈化催化劑的發(fā)展尾氣凈化催化劑按反應(yīng)功能分為氧化型和還原型催化劑；按活性組分分為貴金屬催化劑、低貴金屬加稀土等非貴金屬氧化物催化劑和稀土等非金屬氧化物催化劑三類。氧化型催化劑主要催化CO與HC的氧化反應(yīng)即COO2→CO2(1)HCO2→CO2H2O(2)還原型催化劑主要催化NOX的還原反應(yīng):NOCO→N2CO2(3)NOH2→N2H2O(4)NOHC→N2H2OCO2(5)因兩種反應(yīng)要求的

4、化學(xué)環(huán)境不同，故早期的催化劑將兩者分立。后來(lái)由于發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了可使兩種功能兼容的化學(xué)環(huán)境，同時(shí)隨著排放限制法規(guī)的不斷嚴(yán)格，車用尾氣凈化催化劑也取得了令人鼓舞的進(jìn)展，成為當(dāng)代最熱門的催化劑。到目前為止，已出現(xiàn)四代六種催化劑。70年代中期到末期的汽車排放法規(guī)只要求控制CO與HC的排放，發(fā)動(dòng)機(jī)尚使用化油器開環(huán)系統(tǒng)，所以這個(gè)時(shí)期的催化劑均屬于氧化型催化劑。這一時(shí)期使用過(guò)兩種催化劑，一種是非貴金屬催化劑(BMC)，如以ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的

5、復(fù)合氧化物催化劑[2]，它的缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差，600℃以下低溫活性差，且易中毒。另一種是以鉑(Pt)、鈀(Pd)為活性組分的貴金屬催化劑(PMC)[3]，通常以二者形成的合金態(tài)使用，鉑∶鈀≈7∶3，總載量0.12%左右，它的缺點(diǎn)是容易鉛中毒。由于貴金屬催化劑的活性要比非貴金屬催化劑高100倍以上，自80年代以后，隨著排放法規(guī)的不斷完善，BMC已基本被PMC所替代。隨后CO2=CO2(11)O22□2=2O2(12)式中:O2和□2分別表

6、示晶格氧離子和表層陰離子空缺。催化凈化HC的機(jī)理和催化凈化CO的機(jī)理相同。2.2催化凈化NO的機(jī)理NO在TWC中主要是通過(guò)CO還原成無(wú)污染的N2機(jī)理解釋主要有三種其中通常認(rèn)為[18～22]:CO與NO吸附在催化劑上NO分解出一個(gè)氮原子和一個(gè)氧原子氮原子重新組合形成N2或者與另一個(gè)吸附的NO形成N2O或N2在催化劑表面留下一個(gè)氧原子吸附的CO和氧原子反應(yīng)生成CO2氣體。Sadhankar[19]給出了它的模型:CO=CO(13)NO=NO

7、(14)NO=NO(15)NN=N22(16)NNO=N2O(17)NNO=N2O2(18)COO=CO22(19)Klein[23]和Banse[24]提出了雙分子反應(yīng)模型吸附的NO的分解不需要一個(gè)貴金屬空穴只需要吸附的CO來(lái)完成并且生成CO2吸附態(tài)的氮原子。反應(yīng)模型為:CO=CO(20)NO=NO(21)CONO=CO2N(22)2N=N22(23)Kudo[25]和Cho[26]提出兩個(gè)吸附的NO分子共同作用形成N2或N2O和吸附