汽车尾气NOx净化催化剂的研究.docx

汽车尾气NOx净化催化剂的研究孙铜 S112663（四川大学建筑与环境学院，四川成都61400）摘要：对NOx催化做了详细的介绍和机理性探讨，包括NOx的直接分解、NAC、选择还原、三效催化剂以及其他方式催化方式，对未来汽车尾气净化处理指明了方向。关键字：NOx、NAC、三效催化剂、贵金属引言截止2010年，我国机动车保有量约为17.66千万辆，其中汽车约为6.96千万量，摩托车约为9.12千万辆，挂车约为1.04百万辆，其他机动车约为1.46千万辆。汽车保有量的增加给人们生活带来诸多的便利，但同时也带来一系列的问题，比如尾气对环境的破坏与污染，远的有1943年美国洛杉矶的光化学烟雾，近的有1995年成都、上海也相继出现。据研究，目前大气中21.7%的HC、38.5%的CO、87.6%的NOx、11.7%的CO2、6.2%的SO2、32%的微粒来自汽车。而城市大气中，87%的HC、61%的CO、55%的NOx来自汽车。图1欧洲、日本和美国汽车排放标准的综合比较汽车尾气主要含有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(CH)、氮氧化物(NOx)、微粒物质（铅化物、碳烟等）。其主要危害就是形成酸雨、光化学烟雾以及地面高浓度臭氧，威胁着人类和其他生物的健康。各个地区和国家相继制定相应的排放标准，图1-1便是欧洲、日本和美国汽车排放标准的综合比较。汽车尾气中主要以NO和NO2，简称NOX。研究表明，NOx的危害是多方面的。首先，NOx中的NO对呼吸系统有刺激作用，与血液中血红素结合生成亚硝基血红素使人中毒，而且在常温下易与空气中的氧作用生成红棕色有刺鼻气味毒性更大的NO2，并且NO2在大气中，因太阳光照，产生化学作用，NO2逐渐分解为NO和臭氧(O3)，空气中O3浓度上升，就产生对人体健康的二次危害。其次，NOx能与O3、OH、HO2等自由基作用生成HNO2、HNO3等，形成酸雨，对土壤、水质、植物、建筑材料都会产生极大的破坏作用，最终导致人类生存环境的恶化，威胁人类健康。此外NOx对植物也具有很大的损害作用，并且它还是一种温室效应气体，与其他温室气体一起导致地球温度的升高。可见，NOx的控制和脱除对保护地球生态环境，改善人类生存状况具有极其重要的意义。催化与减排NOx的现状NOx的直接分解汽车NOx排放的主要成分是NO。从化学反应考虑，NO直接催化分解为N2和O2是最简单的减排方案。因为不需要使用还原剂，具有很强的优势。基本反应过程如下：错误！未指定顺序。由于该过程具有工艺简单、不产生二次污染等优点，因而被认为是一种最理想的消除NO途径。但尽管该反应在热力学上是可行的，从动力学上看却很难进行，因为活化能高达364KJ/mol，因此，实现NO直接分解的关键是找到一些合适的催化剂。迄今为止，已发现催化剂主要集中在贵金属、金属氧化物和钙钦矿型复合物及分子筛三大体系上。贵金属催化剂直接分解NO贵金属催化剂主要集中于含Pt、Pd的系列催化剂上，如，Pt-Wire，Pt(Rh)-Wire，Pt-Ni/Al2O3，Pd/MgO。无氧条件下，催化剂的活性均较好。然而当反应气体中含有O2时，由于O2从催化剂表面脱附比较困难，因此导致催化剂活性大大降低，甚至失活。Amirnazmi等人建立了NO在Pt/Al2O3上的分解反应速率方程如下：[O2]式中N—阿佛伽德罗常数；K—NO吸附速率常数；k—O2吸附平衡常数；a—几何因子；此方程不仅适用于贵金属催化剂，还适用于包括氧化物在内的其它NO分解催化剂。从此方程可以看出，NO分解反应速率为一级，O2的存在抑制了NO分解。贵金属催化剂直接分解NO已被认同的反应机理是：NO分子吸附在活性中心上原位离解为氧原子和氮原子，然后生成的O和N以O2和N2的形式脱附，释放活性中心。在现有的实验结果中，贵金属类催化剂用于NO的分解存在的主要问题是：①催化剂在低温下活性差；②体系中O2的存在对催化剂上的NO分解有极大的抑制作用。金属氧化物催化剂直接分解NO很多金属氧化物及钙钦矿型金属氧化物对NO都有一定的直接分解作用。研究表明，这些氧化物分解NO的活性与氧化物中晶格氧的M-O键强度有关。由此推测，金属氧化物表面的氧缺陷是分解NO的活性中心。Wu等研究了在Al2O3载体上Pd与Au、Ag形成合金对NO催化分解反应性能的影响。研究表明，在低温下，PdO/Al2O3对NO分解没有活性，但当温度升高到1023K时催化活性快速增加。Tofan等对La、Sr、Cu、Ni、Co和Mn等元素组成的不同钙钛矿结构氧化物、La0.87Mn0.13Ni0.8O3-δ、La0.66Sr0.34Ni0.3Co0.7O3-δ、La0.8Sr0.2Cu0.15Fe0.85O3-δ催化剂上NO分解催化性能、CO2，H2O和CH4对NO分解活性的影响、O2对催化性能的影