汽车尾气治理中的催化剂和载体.ppt

汽车尾气治理中的催化剂和载体 当氮氧化物和碳氢化合物在太阳紫外线的作用下，会产生一种具有刺激性的浅蓝色烟雾，其中包含有臭氧、醛类、硝酸脂类等多种复杂化合物。这种光化学烟雾对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道黏膜，引起眼睛红肿和喉炎。 理想的发动机燃烧与尾气排放 燃烧的越好CO2的排放就越高 发动机 汽油 HC 空气O2 二氧化碳CO2 水 H2O 实际的发动机的燃烧与尾气排放 发动机 汽油 HC 空气O2 二氧化碳CO2 水 H2O 一氧化碳CO 氮氧化合物NO 碳氢化合物HC 催化中的反应 氧化、还原催化转化器 氧化反应：CO+1/2O2→CO2 CxHy+(x+y/4)O2 →xCO2+y/2H2O 还原反应：NO+CO →1/2N2+ CO2 2NO+4H2 → N2+2H2O 4NO+4HC →2N2+2CO2 +H2 水蒸气重整反应：2HC+2H2O→2CO+3H2 水煤气变换反应：CO+H2O →CO2+H2 催化剂的发展 1.氧化催化剂(两效0催化剂)和/三效0催化剂 (TWC) Three Way Catalyst (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0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, 使此类催化剂不能达到标准而慢慢被淘汰。 (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0催化剂.这是/三效0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来部分替代 Pt 、Rh,以降低催化剂的成本。制备以Pt、Rh、Pd为主体的/三效0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,成本低,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贡献是转化一氧化碳和碳氢化合物。Pt对一氧化氮有一定的还原能力,但当CO浓度较高或有S02存在时,它没有Rh有效,当在还原性气氛中,Pt对NO二的还原反应有良好的催化活性。 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应也有重要的作用。研究发现:Rh对Nox的还原反应有很好的催化活性,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催化剂有利于降低成本,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。 贵金属催化剂不足之处 (1)成本高。贵金属是战略物资,资源稀少,价格昂贵,尤其是Rh。 (2)高温性能不太理想。贵金属在高温下会发生晶粒长大和烧结现象, 结果使催化剂活性大大降低,甚至完全丧失。 (3)易中毒。贵金属催化剂易受铅、硫、磷等腐蚀,尤其是铅对贵金属催化剂的催化活性影响很大,因此,使用贵金属催化剂的一个前提条件是使用无铅汽油。 ( 4)贵金属催化剂的催化活性受空燃比的影响大。贵金属催化剂必须和空气燃料喷射系统一起配合使用,增加了系统的复杂性,提高了成本。 非贵金属型催化剂 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,也将如何降低成本作为考虑的条件。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