汽车尾气净化催化剂的研究现状.docVIP

汽车尾气净化催化剂的研究现状 1刘军2崔心水 1西安工程大学 后勤发展集团 陕西 西安 710048 2环境与化学工程学院 陕西 西安 710048 摘要：本文综述了汽车尾气净化催化剂的组分及其制备的研究现状和进展，展望了汽车尾气净化催化剂的发展前景。 关键词：汽车尾气 催化剂 净化 0 引言 汽车是现代社会最重要的交通工具之一，它在为人们的生活和工作带来方便的同时，它所排放的尾气也给大气环境造成了严重的污染。最典型的是1943年和1954年美国洛杉矶发生的两次光化学烟雾中毒事件，其罪魁祸首就是汽车尾气[1]。近几年来，我国许多大中城市如上海、广州、南宁等都出现过类似的“光化学烟雾”现象[2]，它便是汽车排出的碳氢化合物（HC）及氮氧化合物(NOx)在阳光中的紫外线的作用下形成的，可使人呼吸困难、眼红、喉痛等。汽车尾气的污染物主要有氢化物、一氧化物、氮氧化合物，此外还有铅、二氧化硫等有害物质，它们对人体的健康以及动植物的生存构成了巨大危害（如表1所示） 组 分 危 害 CO 吸入人体的CO与血红蛋白结合，导致人体内缺氧，甚至引起窒息；长期少量吸入会引起慢性中毒。 HC 其化合物有致癌作用，并强烈刺激眼睛和呼吸器官；与NOX一起在太阳光能的作用下产生光化学烟雾，严重时使人麻痹中毒。 NOX 高浓度的NO引起中枢神经瘫痪及痉挛，NO2引起人体中毒，与HC一起产生光化学烟雾。 SO2 它是形成酸雨的主要成分，严重污染河流、湖泊等水系，殃及野生动物的安全、破坏生态系统的自然酸碱平衡 P 血液铅含量过高，影响儿童的身体和智力发展，还可引发成血压高及心血管疾病。 因此，汽车尾气的污染控制和防护受到了世界各国的高度重视。一般来讲，汽车尾气污染控制主要有机内净化和机外净化两个方面。机内净化指的是通过改善燃烧系统减少有害物质的生成；机外净化指的是将汽车尾气中的有害物质转化为无害物质。由于绝大多数污染物来自尾管排放，因此机外净化控制是控制汽车排污的快捷而有力的手段，其研究的重点主要集中在催化净化的问题，而催化剂性能及选择又是提高净化效果的关键。本文阐述了催化剂净化机理、组成、制备方法及其评价与表征的最近研究现状及其进展。 1 汽车尾气催化净化机理 1.1 催化净化CO和HC的机理 早期的研究认为CO在铂的表面氧化是一个结构不敏感反应，其过程遵循Langmiur-Hinshelwood动力学。但是，当CO从低浓度向高浓度快速过渡时，上述理论不能很好的预测某些实验结果。Lynch[3~5]对此作了详细的综述，提出了CO氧化的基本机理： CO+*=CO* （1）（*代表催化剂的活性中心，下同） O2+2*=2O* (2) CO* + O * = CO2 * + 2 * (3) Engel[6~7]指出这个机理包括氧的化学解离和CO的分子吸附。 此外，Cleudel[8]在CO和CeO2催化氧化的研究中，根据电导率的测定肯定了氧化物中晶格阳离子参与反应，其反应机理如下： CO + * = CO * (4) CO* + O 2- = CO2 * + □ 2- (5) CO2 * = CO2+ * (6) O2 * +2□ 2-= 2O 2- (7) 式中：O 2-和□ 2-分别表示晶格阳离子和表层阴离子空缺。催化净化HC的机理和催化净化CO的机理相同。 1.2 催化净化NO的机理 NO在TWC中主要是通过CO还原成无污染的N2，机理解释主要有三种，其中通常认为[9~13]: CO与NO吸附在催化剂上，NO分解出一个氮原子和一个氧原子，氮原子重新组合形成N2，或者与另一个吸附的NO形成N2O或N2，在催化剂表面留下一个氧原子，吸附的CO和氧原子反应生成CO2气体。Sadhankar[10]给出了它的模型： CO + * = CO * （8） NO + *= NO * （9） NO * + * = N * + O * (10) N * + N * = N2 + 2 * (11) N * + NO * = N2+ O * + * (12) N * + NO * = N2O + 2 * (13) CO * + O * = CO2 + 2 * (14) Klein[14]和Banse[15]提出了双分子反应模型，吸附的NO的分界不需要一个贵金属孔穴，只需要吸附的CO来完成，并且生成CO2，吸附态的氮原子。反应模型为： CO + * = CO *