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柴油车尾气净化催化剂开展趋向

July 25, 2019 催化剂 407

柴油车尾气净化催化剂开展趋向

柴油车尾气净化催化剂开展趋向 翟步英,刘 奇,催化剂潘 雄 (重庆仪表质料钻研所国度功效质料钻研中间,重庆400700) 择要:汽车因排扩大批的CO2气体,毁坏了大气的臭氧层,变成了环球的温室效应,使全部地球气温变暖,天气非常,以是必要对汽车生成举行产能限定,同时对汽车举行节能减排。因为柴油车热效高、功率大,具备优越的经济性和靠得住性,以是柴油车的生成现已获得日新月异的开展。先容了柴油车尾气净化催化剂的开展历程、催化剂应用的道理及催化剂构成,并提出了柴油车尾气净化催化剂的题目与瞻望。 环节词:柴油车 尾气 净化 催化剂 0 弁言 汽车是当代文化的标记,但跟着汽车产业的迅猛开展,天下上的汽车数目接续增长,它已成为当代社会的紧张玷污源。环球都会废气的80%~90%由灵活车排放。汽(柴)车尾气曾经成为大气玷污的要紧起原之一,紧张威逼到人们的生存品质和情况,弹性填料惹起了天下列国的宽泛眷注。 柴油机自19世纪问世以来,依附其轮回热服从高、燃油经济性好和历久性好等好处在种种能源装配、车辆上日益受到正视。跟着环球煤油资源的缺乏与温室气体减排压力的加大,国际已发掘车用能源柴油机化的趋向。柴油机与汽油机比拟,可节油30%~40%,温室气体排放可低落45%,是以具备高效、经济、环保等特色[1,2]。 柴油车的坏处是尾气中PM排放量较高。尾气中HC、CO、NOx3种无益物的排放,柴油车比汽油车都要少,而碳烟颗粒物(PM)柴油车比汽油车排放量要多,而且要凌驾几十倍。柴油机尾气排放的气体还包括吸附在碳烟上的有机可溶物(含有致癌物)、硫酸盐及H2SO4。 跟着环球乘用柴油车产量的接续增长,柴油车的尾气排放题目已惹起了列国政府的高度正视,并接踵制定了严酷的柴油车尾气排放律例,如欧盟划分于2005年和2008年实行欧Ⅳ和欧Ⅴ柴油车尾气排放尺度,对柴油车尾气排放物浓度做了严酷划定。面临云云严峻的排放律例,泰西等国不吝投巨资用于该平台的钻研开辟,由此动员了柴油车尾气后处分手艺的疾速开展,极地面推进了柴油车尾气净化手艺的进步。跟着柴油车尾气净化处分手艺的日益成熟,合营以柴油机内净化和燃油品格的进步,知足越来越严酷的柴油车尾气排放律例已成为大概。 1 尾气催化净化道理 汽车是靠有机物(汽油、柴油)焚烧产生热能来驱动策动机运行,动员汽车行驶。有机物焚烧反馈以下: 2HnCm+(m+0.5n)O2=mCO2+nH2O 放热 在柴油车中,柴油焚烧历程因为路况和车况的接续变化,策动机内焚烧有机物时会产生大批的CO、HC、PM;因柴油中还含有氮和硫有机物,也会同时产生大批氮氧化物、硫氧化物及吸附在碳烟上的未彻底焚烧的有机可溶物、硫酸盐及H2SO4。 汽车的尾气净化器已开展了几十年,钻研催化剂的事情也日臻美满,所钻研出的催化剂其净化才气能知足越来越严酷的排放律例。柴油车尾气净化催化剂的钻研起步较晚,是在汽车尾气高机能三效催化剂底子上开展的。因柴油车尾气中PM含量比汽车高,以是柴油车尾气催化净化器要比汽车多一个除PM装配,故柴油车尾气净化催化剂也称为四效催化剂。 柴油车催化剂是将CO、HC、NOx吸附在催化剂涂层的活性点上,以低落C-O键、C-H键和N-O键的键能,使它们更轻易脱吸而产生氧化复原反馈,生成对气氛无玷污的CO2、H2O和N2排放物。反馈以下: (1)氧化反馈: 2CO+O2→2CO2 2H2+O2→2H2O 4HnCm+(n+4m)O2→4mCO2+2nH2O 4NH3+5O2→4NO+6H2O (2)复原反馈: CO+2NO→2CO2+N2 4HnCm+(8m+2n)NO→ 4mCO2+(4m+n)N2+2nH2O 4H2+2NO→2H2O+N2 (3)水蒸气重整反馈: 2HC+2H2O→2CO+3H2 (4)水煤气变更反馈: CO+H2O→CO2+H2 2 柴油车尾气净化催化剂的构成 柴油车尾气净化催化剂由去除CO、HC、NOx3种无益物的三效催化剂(TWC)和撤除PM的颗粒捕集器(DPF)构成,也称四效催化剂。三效催化剂由载体、涂层、活性组分、助剂构成。 2.1 载体 载体是要紧承载尾气净化催化剂的质料。普通分为球状、片状、柱状和团体式载体,它的感化是为催化剂供应一个有用的外貌和适宜的孔布局,让催化剂获取必然的力学强度,进步催化剂的热巩固机能,与之变成新的化合物,削减活性组分的用量。 因球状、片状、柱状载体易碎,耐热性差,以是当今普通都应用团体式蜂窝载体。团体式蜂窝载体由薄壁平行多孔的小圆柱体构成,它的比外貌积大,热巩固性好,耐高温,不易破裂。团体式载体要紧有陶瓷和金属质料两种,当前应用至多的是蜂窝状堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)陶瓷载体。 安置在柴油车上的尾气催化净化催化器在车行驶时,因路况和策动机工况接续产生变更,惹起了整车的机器触动,净化催化剂也受到策动机产生含侵蚀性气体的热打击,焚烧再生时产生的高温及再生不匀称惹起的热应力等。在Al2O3堇青石陶瓷中进入SiC[3],使质料能蒙受1500℃(温差)热震,进步了陶瓷的抗热震机能。在制备堇青石陶瓷中进入ZrO2[4],能变化堇青石陶瓷的热伸展系数,使载体与涂层间的热伸展趋于同等,使涂层不易零落。 2.2 涂层 涂层是附着于载体外貌,为催化剂活性因素及别的组分供应大比外貌积的优越催化情况。涂层物料的pH值、颗粒尺寸、进入的组分和粘度都邑影响涂层的性子,间接地影响到催化剂的催化活性。涂层质料普通是γ-Al2O3,它在高温下(1000℃)不巩固,会变化为巩固态的α-Al2O3,使其比外貌积降落,团体催化活性低落。 金凌云等[5]在Al2O3中进入CeO2和Y2O3复合氧化物,进步了涂层的黏结强度,使负载活性组分才气加强。董国君等[6]经历在γ-Al2O3中进入SiO2,使其物相从单纯的γ-Al2O3演化成无定形状SiO2与γ-Al2O3晶相共存,从而进步涂层的比外貌积。在γ-Al2O3中进入单纯的CeO2[7],CeO2能按捺不巩固的γ-Al2O3向巩固的α-Al2O3变化,进步氧化铝涂层的负载量、比外貌积和高温中热巩固性。钻研评释,在涂层中进入六次甲基四胺后,涂层的比外貌积增大,抗冲蚀和抗热打击才气加强,涂层零落几率低落[8]。 2.3 活性组分 柴油车尾气净化催化剂的活性组分普通分为贵金属和非贵金属两种。贵金属要紧指Pt、Rh、Pd 3种元素,也是俗称的TWC。Pt要紧与CO和HC产生氧化反馈,对NOx有必然的复原感化。Rh是三效催化剂中掌握NOx的要紧因素,在有氧时,它可将NOx复原成N2,无氧时,低温可将NOx氧化成NH3,高温时的产品是N2[9]。Pd要紧是氧化CO和HC,热巩固性较好。但Pd抗中毒才气不如Pt,高温下易烧结,抗S机能差。非贵金属要紧由La系稀土和过渡族金属氧化物变成钙钛矿[10,11]或尖晶矿[12]型复合氧化物催化剂。La系稀土元素要紧是指La、Ce、Pr、Nd,过渡族金属元素要紧是Fe、Co、Mn、Cr、Ni、Cu。 2.3.1 贵金属活性组分 贵金属(要紧指Pt、Rh、Pd)作为催化剂的活性组分在四效催化剂[13,14]中起着无足轻重的感化。贵金属与非贵金属比拟较,具备优越的热巩固性、活性高、不易与载体产生反馈以及具备优越的抗中毒才气。因Ru、Ir、Os的氧化物具备挥发性[15],以是不选用它们作为催化剂的活性组分。催化剂中的Pt/γ-Al2O3能将CO和HC氧化成CO2和H2O,将颗粒上可溶有机因素(SOF)裂变或片面氧化[13],但低温选定性差,可产生大批的N2O[14]。


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