分析化学论文

催化基础论文

专业：精细化学品生产技术

班级：精化1101班

学号：2011323111

姓名：申中华

车用三效催化剂的研究进展

【摘要】贵金属铂(Pt)、铑(Rh)、钯(Pd)因其优异的三效催化性能而在国内外被广泛用作三效催化剂的活性成分。Rh促进NO x还原，使NO x选择性地还原为N2，对CO有不亚于Pt、Pd的氧化能力；Rh有较好的抗硫中毒能力。Pt和Pd对CO、HC氧化活性高，Pd对不饱和烃的活性比Pt好，对饱和烃效果稍差，抗S、Pb中毒能力差[9]，易高温烧结，与Pb 形成合金。其中Pd一般作为氧化型催化剂，但是研究表明，Pd也可作为还原型催化剂，对NO x进行净化。

【关键词】三效催化剂化学组成催化原理制备工艺改进措施

【正文】

一、三效催化剂应用领域

20世纪70年代，汽车尾气污染物已成为城市大气主要的人工污染源。造成城市大气污染的主要物质有总悬浮颗粒TSP、二氧化硫SO2、氮氧化物NO x、臭氧O3、一氧化碳CO、重金属和有机污染物等。其中，因汽车排放形成的污染物包括CO、NO x、碳氢化合物HC、硫氧化物SO x、铅Pb和细微颗粒物等[2]。这些污染物严重损害了人类的健康、破坏了人类赖以生存的自然环境。

二、车用三效催化剂的发展历程

1943和1954美国洛杉矶两次光化学烟雾事件后，各国科研工作者开始关注汽车尾气的污染与防治问题。20世纪60~70年代大多数的文献只集中于对尾气中CO和HC的氧化，即氧化型“二元“催化剂(第1代车用催化剂)的开发与研究。当时汽车使用的是含铅汽油。1963年Hofer、Shultz和Feenan首次报道了铅对车用催化剂活性的影响。

20世纪80年代中期出现了第3代的Pt/Rh/Pd组成的三效催化剂。这种三效催化剂，利用了Pd的耐高温性能和Rh优异的NO x催化还原性能(Pt可同时起协调作用)，大大提高了三效催化剂的催化活性。

到20世纪后期，各国的排放法规对三效催化剂的冷起动特性和耐高温性能等提出了更为严格的要求；同时为节能及改善汽油车的排放性能，要求开发稀燃（Lean-Burn）型三效催化剂。这一时期的三效催化剂研究大都集中于：1)提高抗高温老化性能；2)降低起燃温度；3)稀燃条件下对NO x的催化还原等。

三、车用三效催化剂的组成（贵金属三效催化剂）

贵金属三效催化剂由四部分组成：载体、涂层、活性组分和助剂。

3.1载体

载体主要是用来承载有催化活性的材料。贵金属三效催化剂载体作用是：提

供有效表面和合适孔结构；使催化剂获得一定的机械强度；提高催化剂的热稳定性能；与活性组分和助剂作用而形成新化合物；节省贵金属的用量，这对贵金属催化剂是非常重要的。

3.2涂层

涂层附着于载体的表面，可以提供较大的比表面来附着贵金属并为其创造的良好催化环境。涂层浆液物性、pH、粒子大小、固含量及粘度都影响涂层性质并间接影响催化活性。由于涂层是附着在载体的表面，所以要求它对载体附着性能要好且附着均匀，比表面大，高温稳定性好。

3.3活性组分

贵金属铂(Pt)、铑(Rh)、钯(Pd)因其优异的三效催化性能而在国内外被广泛用作三效催化剂的活性成分。

3.4助剂

稀土金属十分活泼，将其加入催化剂活性组分中，能提高催化剂的抗铅、硫中毒性能和耐高温稳定性，并能改善催化剂的空燃比工作特性。

四、车用三效催化剂的原理

三效催化剂的工作原理是：当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、碳氢化合物和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；碳氢化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。

氧化反应(氧化催化剂)：

2CO+O2→2CO2

4H m C n+(m+4n)O2→2mH2O+4nCO2

(8n+2m)NO+4H m C n→(4n+m)N2+2mH2O+4nCO2

三元反应(三效催化剂)：

2NO+2CO→N2+CO2

4NH3+5O2→4NO+6H2O

五、三效催化剂的制备工艺及各自特点

目前来说纳米贵金属三效催化剂的涂层与助剂的制备方法主要有：传统的共沉淀法，表面活性剂模板法，微乳法，溶胶凝胶法，氧化物高能球磨法，溶液燃烧法川，化学削锉法和水热合成法等。其中共沉淀法有利于晶粒成核，抑制了粒子的生长，添加不同的稳定剂可使制备的粒子晶型多样化；水热合成法制备工艺较为简单，制备出的粒子晶粒发育完整，晶型好且大小可控，粒子纯度高、分散性好、粒径小、分布范围窄：溶胶凝胶法整个工艺过程不引人杂质离子，所得粉体粒径小。分布范围窄，相与组成的纯度高且均匀，缺点是高温易引起团聚。这些方法各有优缺点不同的制备方法对涂层与助剂的比表面积、晶相和氧化还原性能有很大的影响。目前水热法引起了人们的关注，它是一种极具发展潜力的方法。

5.1催化剂的制备

三效催化剂制法通常有浸渍法1211、溶胶一凝胶法和共沉淀法、微乳化技术等。不同的制备方法在很大程度上影响催化剂性能。下面就几种主要的方法作如下介绍。

5.1.1浸渍法

浸渍法是利用毛细管作用使溶液被吸附到载体的多孔结构中。摧化剂的制备过程中浸渍和干燥是重要步骤。浸渍法制备的催化剂，活性组分多数情况下仅仅分布在载体表面上，利用率高、用量少、成本低，适于制备单、双或多金属负载型催化剂。缺点是浸渍法制备催化剂的过程中影响因素较多，其中主要有载体的选择、浸渍液的配制、浸渍时间、干燥、焙烧、还原等对催化剂的性能均有影响.房师平等1251以共浸渍法制得的氧化铝负载钵错固溶体为载体，并浸渍贵金属Pd得到了Pd/CZ/A1,03催化剂，该催化剂在老化前后都能表现出良好的三效催化活性，新鲜Pd/CZ/A1203活性与Pd/CZ相当。

5.1.2溶胶一凝胶法

溶胶一凝胶法是将金属醇盐或无机盐经水解形成溶胶，然后溶胶由其他因素诱导聚成以网状力式交连的凝胶，.而后再经过洗涤、干燥、焙烧等过程制得催化剂。溶胶一凝胶法可以使把金属微粒均匀地分布并锚定在载体及其他助剂所形成的网状结构中，这种结构可以减弱高温条件下把金属微粒的活动性，提高其抗烧结能力，而且具有很高的反应活性，具有足够的机械强度和较高的抗失活能力。但是该法所制的催化剂中部分金属把粒径较大，可能还有部分颗粒被载体包