密偶催化剂研究进展.doc

汽车尾气净化催化剂-密偶催化剂研究进展 何胜楠 （四川大学化学学院,成都 610064） 摘要：本文主要介绍了汽车尾气净化过程，密偶催化剂的研究现状及其组成，另外还介绍了密偶催化剂耐高温高比表面材料载体制备技术。 关键词：汽车尾气 密偶催化剂 载体 贵金属 前言：随着环保问题的日益突出，大气污染问题越来越受到人们的重视。大 气污染的主要来源之一是汽车排放造成的空气污染。研究结果表明:大城市中4 层以上的NOx，80%以上的CO和70%以上的HC来自汽车尾气。汽油车在运行过程中，发动机排放的尾气中主要的有害成分包括:一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NO)、硫化合物(SOx)、铅化合物以及微粒等[1]。其中CO，HC，NOx由于排放量较大，成为汽车污染中的主要成分。汽车尾气对人类的健康危害很大，例如CO对血色素的亲和力是氧的210倍，极易与血色素结合，从而降低人体血液的输氧能力，抑制思考，使人反应迟钝，引起睡意;浓度很高时会出现头痛、昏昏沉沉的症状，甚至致人死亡。HC 和NOX主要导致酸雨和光化学烟雾的产生，NOx在水系中的沉降会造成富营养化:二氧化氮(NO2)可以引起胸部绷紧，降低肺功能，使呼吸道对室内尘埃过敏，通过破坏其自然净化功能，可能增加滤过性毒菌的易感性，降低人体对感染的抵抗力。挥发性有机物，如多环芳烃(PAH)、苯系物、烯烃等，是光化学烟雾形成的前体物。SOx是形成酸雨的主要成分，严重污染河流，湖泊等水系，殃及野生动植物的生存安全，破坏生态系统的自然酸碱平衡。 对汽车尾气污染控制有机内净化和机外净化两个方面:机内净化主要是提高燃料质量和改善燃料在发动机中的燃烧条件，尽可能减少污染物的生成:故机外净化控制是控制汽车排污的快捷而有力的手段，其研究主要集中在催化净化上，而催化剂又是净化效果的关键，已有报道指出，密偶催化剂对于降低冷启动时的碳氢排放量是非常有效的[2]从国外的情况来看，汽车尾气净化普遍采用两段式催化剂[3,4]即密偶催化剂(CCC) 加三效催化剂(TWC)分别作为上游催化剂和下游催化剂，以达到更加严格的排放标准。本文主要讲述机外净化密偶催化剂的研究进展。 汽车尾气催化净化过程所涉及的反应主要有 氧化反应：　 CO+O2一CO2 HC十O2一C02+H2O 还原反应： NOx+CO一N2+CO2 NOx+HC一CO2+N2+H2O NOx+HC一N2+H2O 水气变换： CO+H2O一CO2+H2 2 密偶催化剂的研究现状 对于一般的汽车来说，大部分(超过80%)的碳氢(HC)排放是在冷启动时排出的。初始排放量高有两个主要原因:一是催化剂未达到起燃温度不能进行反应；二是发动机启动时处于富油工况，氧化过程因贫氧而不完全。针对降低冷启动时的碳氢排放量，人们做了大量工作，一般控制汽车冷起动时废气排放的方法有:(a) 在催化转化器上引入加热系统，使发动机在冷起动之前就让催化转化器进入工作状态;(b)使用分子筛等为载体的吸附催化剂将冷起动排放的废气储存起来，当温度升高时再将其释放出来净化;(c)使用低温起然的密偶催化剂。低温起燃催化剂可在汽车冷启动时期迅速起燃，催化燃烧尾气。随着催化剂技术的不断发展，密偶催化剂逐渐占据了主导地位。密偶催化剂，通常也称为“上游催化剂”或“预热催化剂”，它的主要功能是降低冷启动时的碳氢(HC)排放量[5,6,7]冷启动是指发动机从环境温度启动的短暂瞬间。冷启动过程取决于环境温度、发动机类型、发动机控制系统和发动机的工作方式。典型的冷启动过程是在发动机从环境温度启动后的两分钟之内，FTP--75测试方法则认为冷启动是发动机从环境温度(通 常为26℃)启动后的505秒之内。 目前密偶催化剂主要被设计用来降低汽油发动机在冷启动时的碳氢排放量，通常要求密偶催化剂能在350℃下发挥作用降低尾气污染，当然温度更低如250℃甚至20℃会更好。密偶催化剂主要用于催化低温反应，它的活性用起燃温度来衡量，起燃温度是某一特定组分转化50%的温度。密偶催化剂是整个汽车尾气净化催化剂的一部分，它比传统的“底盘催化剂”更靠近发动机，如通风设备下和连接尾气歧管处。底盘催化剂则通常位于汽车底盘下，它是一个三效催化剂(TWC)，将尾气中未转化的碳氢和一氧化碳氧化，同时将氮氧化物还原为氮气。密偶催化剂和一般TWC的位置关系如图1所示 密偶催化剂通常置于靠近发动机的位置，这使它能够尽快达到反应温度，然而，发动机稳定工作之后，由于密偶催化剂距离发动机只有一英尺或六英寸或者直接接触到尾气歧管，所以会直接暴露于高温尾气中(有时超过110℃)，催化剂床层中由于高温尾气的加热和由于碳氢、一氧化碳转化的放热而处于很高的温度下，这就对催化剂耐高温、耐热冲击的性能提出了更高的要求，无论是贵