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汽车尾气催化剂的发展历程 2016-04-22 12:29 来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部 汽车尾气催化剂样 品 随着我国汽车工业的迅猛发展，汽车排放的尾气已成为主要的大气污染源, 减 少汽车尾气污染最有效的手段是安装汽车尾气净化催化剂。目前，稀贵金属型催化 剂的净化催化剂是目前净化效果最好且在国内外得到了广泛的使用。 汽车尾气催化剂的性能指标与所处的时代密切相关，随着环保意识的不断 加强，各种法律法规的出台，迫使汽车尾气催化剂的性能不断提高，回顾历史，汽 车尾气催化剂大致经历了以下几代发展历程： 一、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稀贵金属型催化剂，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。稀贵金属 型催化剂有致命的弱点，那就是它怕铅中毒。因此，为了有效地使用稀贵金属型催 化剂，必须改变燃油的结构，实行汽油的无铅化。 二、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。 三、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，且每升催化剂中稀贵金属的总量 已下降到0.6-0.8g。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。 四、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。 五、NOx 存储还原型三元催化材料 这种催化材料由稀贵金属、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 首先在稀贵金属上被 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