三效催化
三效催化转化器研发生产方案(一)
三效催化转化器研发生产方案一、实施背景随着中国产业结构的不断转型与升级，对环保和能源效率的要求也在日益提高。
传统的产业结构已不能满足现代社会的需求，因此，我们需要寻求新的技术手段，以提高生产效率，同时减少对环境的影响。
三效催化转化器技术的研发与生产，正是在这样的背景下应运而生。
二、工作原理三效催化转化器是一种先进的发动机尾气处理技术，其工作原理主要依赖于贵金属催化剂的作用。
在适宜的温度和压力条件下，贵金属催化剂能够将发动机尾气中的有害物质进行高效转化，转化为无害或低害的物质。
例如，一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等有害物质，在催化剂的作用下，可转化为二氧化碳、水和氮气等。
三、实施计划步骤1.研发阶段：成立专门研发团队，进行催化剂的配方设计、实验室测试、模拟运行等。
此阶段需要投入大量的人力、物力和财力。
2.样品制作与测试：根据研发阶段的结果，制作原型机，并进行严格的测试。
测试包括性能测试、寿命测试、环境适应性测试等。
3.小批量生产与实地测试：在原型机测试成功后，进行小批量生产，并在不同的实际运行环境中进行实地测试。
4.批量生产与市场推广：经过实地测试验证有效后，开始批量生产，并进行市场推广。
四、适用范围三效催化转化器技术主要应用于汽车、摩托车、工业用发动机等领域。
对于那些需要提高能源效率、减少尾气排放的行业来说，这项技术具有极高的价值。
五、创新要点1.高效催化技术：三效催化转化器技术的核心是高效催化剂，这需要研发团队不断探索和优化催化剂配方。
2.全自动化生产：为了确保产品的质量和性能的一致性，我们需要引入先进的自动化生产线进行生产。
3.模块化设计：为了满足不同发动机型号和排放标准的需求，三效催化转化器应采用模块化设计，方便用户根据需要进行定制。
4.远程监控与故障诊断：通过物联网技术，实现对三效催化转化器的远程监控和故障诊断，提高产品的可靠性和使用寿命。
5.环保材料应用：在产品的设计和制造过程中，尽可能选择环保材料，以降低对环境的影响。
三效催化剂的应用
汽车尾气处理——三效催化剂(实习报告)【前言】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[1]。
造成城市大气污染的主要物质有总悬浮颗粒TSP、二氧化硫SQ、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SQ、铅Pb和细微颗粒物等⑵。
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。
【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NQ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⑴。
造成城市大气污染的主要物质有总悬浮颗粒TSR二氧化硫SQ、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SQ、铅Rb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。
我汽车保有量及需求量增长迅速，但目前我国的排放法规对汽车尾气控制要求相对较宽松，汽车整体性能和路况又相对较差，因此，尽管汽车的总保有量与发达国相比还较小，但汽车尾气主要污染物在大气污染物中的分担率却与发达国家相当［2］。
2001年11月10日，我国正式成为“世界贸易组织成员”。
入世后，我国汽车保有量和需求量将进一步增加，而入世对国内的环境质量要求将更为严格。
三效催化剂
4 三效催化剂反应机理4.1 参与反应的物种和反应条件汽油车排气组成成份非常复杂，除和燃料和机油的品质有关外，还受发动机和整车的状况、运行工况及环境条件等因素影响。
除氧气O2和氮气N2外，目前已检测到的汽油车排气中的物种约有130多种，其中多数为碳氢化合物及其燃烧、热解的中间产物（丙烷、丙烯、甲醛、丙烯醛等）；另外还有水蒸气、氢气H2、CO、CO2、NO2、NO、N2O、SO2、SO3及磷P、铅Pb、锰Mn、钙Ca、锌Zn的化合物和硫酸盐等。
三效催化剂的目标反应物主要有丙烷C3H8、丙烯C3H6、CO和NO x等，三效催化目标反应物的浓度一般在10-9─10-6范围内，远小于障碍物N2（>80％）和CO2（>10%）的浓度。
这就要求三效催化剂具有很好的选择性，这也是三效催化剂区别于一般工业催化剂的主要特征之一。
图35对比了工业催化剂和三效催化剂的工作环境。
如图35所示，与工业催化剂相比，车用三效催化剂的工作温度范围在0 ℃以下(冬天冷启动)至1 000 ℃以上，且温度升、降速率很大(骤冷骤热)；空速在0~30000 h-1范围内变化；工作压力的变化范围也很大。
尤其是三效催化剂目标反应物的浓度一般在10-9~10-6范围内，而有碍物(指不参加反应的惰性组份、杂质及对催化剂有毒害作用的污染物等)浓度大多数在10%以上。
因此，相对而言三效催化剂的工作环境更为恶劣。
同时，受装车及实际使用条件所限，车用催化剂在使用空间、再生与更换等方面都不如工业催化剂。
所以对车用催化剂要求其具有更高的活性、更好的选择性、更强的抗中毒能力及更长的使用寿命。
从理论上说，图2所示的电喷闭环控制系统能精确控制排气气氛空燃比为14.63。
但实际上采用图2所示控制系统发动机排气气氛在14.63左右振荡，振荡的频率与幅度与电喷系统的性能有关。
如图36所示，电喷系统匹配较好的发动机空燃比变化幅度很小，排气气氛基本维持在理论空燃比附近。
三效催化剂机理研究
综述专论引言汽车工业的发展在推动经济繁荣的同时也造成了严重的环境污染。
汽车排放的污染物包括一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、硫化物、颗粒（铅化合物、黑碳、油雾等）、臭气（甲醛、丙烯醛）等，其中CO、HC、NOx是造成环境污染的三种主要气态污染物，对人体的危害极大，在增加大气污染的同时，也破坏了生态平衡。
更重要的是，这些污染物在一定条件下会生成二次污染物——光化学烟雾，从而对环境造成更大的危害，因此，许多城市将控制机动车尾气作为改善空气质量的重要措施[1]。
而在众多的尾气排放控制手段中，催化净化已经成为控制汽油车尾气污染的重要手段之一[2]。
1.三效催化剂的结构与组成汽车尾气催化剂主要有两种类型：蜂窝型和颗粒型。
但是，由于颗粒型催化剂单位体积的重量为蜂窝型的23倍，且有加热时间长，易磨损等缺点，因此自80年代起，颗粒型催化剂逐渐为蜂窝型催化剂所取代。
汽车尾气催化剂从70年代中期在美国开发并使用三效催化剂机理及技术进展以来，按其特点可以分为以下几个阶段：（1）Pt，Pd氧化型催化剂为第一代产品，主要控制CO和HC的排放，70年代在美国曾得到广泛的应用。
（2）还原氧化双段催化剂为第二代产品，应用于80年代。
在催化剂的还原段，NOx被还原为NH 3，但是经过氧化段又被复原，所以它并未得到实质性的使用。
（3）三元催化剂为第三代产品，主要控制尾气排放中的CO、HC及NOx，其主要活性成分为Pt、Rh、Pd 等贵金属。
（4）单钯催化剂为第四代产品，虽然可耐更高的温度，但对空燃比和燃油的要求也更高，因此未得到工业应用。
现今最为常见的汽车尾气催化剂又被称为三效催化剂或三元催化剂(Three-Way Catalyst，简称TWC)，这是因为它能同时净化汽车尾气中的三种有害成分的缘故。
三效催化剂主要由四部分组成：载体、氧化铝涂层、活性组分和助剂。
1.1载体载体是担载主催化剂和助催化剂组分的组分[3]，从汽车尾气排放标准要求及催化技术发展来看，载体形式主要有颗粒状和整装两类。
新型核壳结构纳米催化剂的三效催化活性及热稳定性
从Ｐ ｄ纳米粒 子出发制备 了具有核壳结构的新型纳米 Ｐ ｄ ＠Ｓ ｉ Ｏ ： ／ Ｃ ｅ 。 Ｚ ｒ ｏ ０ 三效催 化剂及作为参 比的
Ｐ ｄ ／ Ｃ ｅ 。 Ｚ ｒ ｏ Ｏ ： 催化剂 ， 采用 ｘ射线衍射 、 透射 电子显微镜 、 氢气程序升温还原 和氮气低温吸附一 脱附等技术
新 型 核 壳 结 构 纳 米 催 化 剂 的 三 效 催 化 活 性 及 热 稳 定 性
刘北北 ， 张桂 臻 ， 何 洪 ， 李金洲 ， 訾 学红 ， 邱文革 ， 戴 洪兴
（ 北 京工业 大学环境与能源工程学院化学化工系催化化学 与纳米科学研究室 ， 北京 １ ０ ０ １ ２ ４ ）
摘要
１ 实 验 部 分
１ ． １ 试 剂
实验 所用 试剂均 为 Ａ ． Ｒ ． 级， 购 自国药 集 团化学试 剂有 限公 司．
１ ． ２ 纳 米三效 催化剂 的 制备
１ ． ２ ． １ 载体的制备 采用共沉淀法制备载体 ｃ ｅ 。 ． Ｚ ｒ Ｏ ： ， 按照化学计量 比称取 Ｃ ｅ （ Ｎ Ｏ 。 ） ， ・ ６ Ｈ ： Ｏ和 Ｚ ｒ Ｏ （ Ｎ Ｏ ， ） ・ ２ Ｈ Ｏ， 溶于去离子水中， 待完全溶解后 ， 向其中逐滴加入体积分数为 ２ ５ ％的氨水溶液至
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ， ０ ２ － ０ ６ ．
基金项 目：国家稀土稀有金属新材料和产业化专项——高性能稀土基汽车尾气催化器研发及 国 Ｖ催化器产业化 、北京市 自然科学 基 金（ 批准号 ： ２ １ ０ １ ０ ０ ２ ） 、 国家 自然科学基金 （ 批准号 ： ２ ｌ ０ ｏ ７ ｏ ０ ２ ） 、国家“ 八六三” 计划项 目（ 批准号 ： ２ ０ １ １ Ａ Ａ ０ ３ Ａ ４ ０ ） 和北京市创新 团队
汽车尾气三效催化剂
反应的进行，能快速发生氧活化和烃类的吸附。而由过 及其他非贵金属在催化剂中的作用有以下几个方面：
渡元素等非贵金属为活性组分的催化剂 ，则可以通过金
①存 储 及 释放氧，拓宽了空燃比工作窗口
属离子变价 ，利用晶格氧来达到催化氧化的 目的，而气
贵金 属 三 效催化剂对三种污染物的转化效率 只有
相中的氧不能吸附补充进来，需要较高的温度才能加速 在空燃比在化学计量比的附近时，才一能保持 良好的效
种助剂，提高热稳定性。ＮａｏｔｏＭｙｏｓｈｉ等提出半径为
０．ｎ 一０．１５ｎｍ的金属离子对氧化铝载体的热稳定性提
０「＿
１３．５ １４．０ １４．５ １５．０ １５．５
高很大，认为这样的离子占据 丫一Ａ１２０３的表面空位，能
空燃 比 （ Ａ／ Ｆ ） ． 有 效 地 阻 止铝离子和氧离子的表面迁移 ，稳定晶格结
三 ２６０一
。
厂
标准 状； 扩、 岁 ｝．
４０ ６０ ８０ １００（Ｐｔ）
（１００％ Ｒｈ） Ｐｔ原子的百分含量％
图 ４ Ｐｔ一Ｒｈ的协同作用
上，４５％的铂和 ８５％的锗用于汽车催化。由于铂和锗的
当空 燃 比 在理论空燃 比附近时 ，３种活性组分的单
朱振 忠 ’， 田 群 ２， 陈 宏 德 ２
（１． 中 国 矿 业 大 学 ，北 京 １ ０００８３；２．中国科学院生态环境研究中心，北京 １００８５）
摘 要 ： 本文介绍 了汽车尾 气三效催化剂的基本工作原理 、结构和性能，概述 了汽车尾气催化剂的发展历程和
和氧化铝的相互作用，可以显著提高其热稳定性。另外， 面元素的价态。Ｔｏｍｃｒｏｎａ等研究表明，经过预还原处理
加人 ｚｒＯＺ能提高 Ｃｅ０２的储氧能力。研究表明，在向新鲜 后，含 Ｃｏ 、Ｃｅ 的催化剂的 ＣＯ、ＨＣ起燃温度有显著的下
三元催化器汽车尾气处理
三元催化器概述：三元催化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。
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、HC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；HC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。
失效原因有：温度过高、慢性中毒、表面积碳。
工作原理：增强气体活性三元催化器的工作原理是：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、HC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；HC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。
[3]催化喷涂载体三元催化反应器类似消声器。
它的外面用双层不锈薄钢板制成筒形。
在双层薄板夹层中装有绝热材料----石棉纤维毡。
内部在网状隔板中间装有净化剂。
净化剂由载体和催化剂组成。
载体一般由三氧化二铝制成，其形状有球形、多棱体形和网状隔板等。
净化剂实际上是起催化作用的，也称为催化剂。
催化剂用的是金属铂、铑、钯。
将其中一种喷涂在载体上，就构成了净化剂。
性能特点：三元催化器性能稳定、质量可靠、寿命长，其产品广泛适用于本田、别克、奥迪、大众、现代、铃木、昌河等车型。
三元催化器的载体部件是一块多孔陶瓷材料，安装在特制的排气管当中。
称它是载体，是因为它本身并不参加催化反应，而是在上面覆盖着一层铂、铑、钯等贵重金属。
它可以把废气中的HC、CO变成水和CO2,同时把Nox分解成氮气和氧气。
HC、CO是有毒气体，过多吸入会导致人死亡，而NOX会直接导致光化学烟雾的发生。
经过研究证明，三元催化器是减少这些排放物的最有效的方法。
三效催化转换器性能研究
三效催化转换器性能研究摘要：汽车排放的尾气已成为我国城市的主要污染源。
三效催化转换器是安装于汽车尾气后处理系统中的机外净化装置，通过负载在其载体孔道表面的贵金属催化剂的催化作用，将尾气中的CO、HC和NOx氧化和还原成無害的CO2、H2O和N2。
本文以三效催化转化器的发展情况及研究的现实状况为出发点展开研究，通过明确三效催化转化器的相关概念并分析三效催化转化器的作用机理之后，提出了更好利用三效催化转化器的具体措施。
旨在研究三效催化转化器的性能同时，更加合理的、有效的应用好三效催化转化器。
关键词：三效催化转换器；性能自50年代以来，汽车工业的迅速发展促进了社会进步与经济繁荣。
但汽车排出的CO，HC和NOx等有毒气体，也给人类赖以生存的大气带来严重污染。
为了保护环境，限制和治理汽车排气污染成为十分紧迫的任务。
当用尽各种机内净化措施还是达不到净化要求时，人们将目光转向机外净化，汽车尾气催化转化器应运而生。
由于它能把三种有害物质HC，CO和NOx转化为无害的H2O，CO2和N2，称之为三效催化转化器或三元催化转化器。
现如今，随着汽车尾气排放标准的日益严格，三效催化器的研究也取得了较大的进展。
1.三效催化转化器的发展及研究现状1.1三效催化转化器的发展在20世纪70年代以来，绝大多数汽车采用汽油机作为动力，因此最先研究开发的汽车净化技术是汽油机的排气净化技术。
汽油机的主要排放物为CO、HC与NOx，在排放控制初期法规主要限定CO和HC的排放限值，因此首先研制的是促进CO和HC后期氧化的热反应器和氧化性催化转化器OC（OxidationCatalyticConverter）。
随着排放法规逐步加紧对NOx的控制，研究逐渐集中于能同时净化CO、HC以及NOx的三效催化转化器TWC。
1.2三效催化转化器的研究现状国内外学者对三效催化转换器结构的开发设计、与发动机的优化匹配等开展了广泛的研究。
随着计算机的高速发展，与计算流体力学，传热学，空气动力学等学科相结合，大型商业软件CFD仿真得以广泛，如FLUENT，STAR-CD，ANSYS，奥地利AVL公司的FIRE等软件。
元素掺杂对贵金属三效催化剂催化活性的影响及深度净化
doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2014.09.018元素掺杂对贵金属三效催化剂催化活性的影响及深度净化曹洪杨，王继民（广州有色金属研究院稀有金属研究所，广州510650）摘要：采用浸渍—涂敷技术制备掺杂的贵金属三效催化剂，研究Cu、Ni、Co、Pb、Sn和Bi含量对三效催化剂催化活性的影响，初步探讨了掺杂条件下催化剂失活机理，并考察了P204含量、皂化率、相比、溶液酸度、萃取级数等因素对深度脱除贵金属溶液中杂质元素的影响。
结果表明，Cu、Ni、Co、Pb、Sn和Bi杂质含量低于10×10-6时，对制备的催化剂活性影响不明显；皂化率为30%的P204在pH=2.0、萃取时间20 min的条件下，Cu、Co、Sn和Bi的单级萃取率达99%以上，而Ni和Pb经三级逆流萃取后，萃余液中Ni、Pb含量可降到10×10-6以下，萃取率分别达96.37%和96.59%。
关键词：贵金属三效催化剂；掺杂；P204；萃取；皂化；净化中图分类号：TF83；TF111.3 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2014）09-0000-00Effect of Element Doping on Catalytic Activity of Precious Metal Three-wayCatalysts and Deep PurificationCAO Hong-yang, WANG Ji-min（Research Department of Rare Metals, Guangzhou Research Institute of Nonferrous Metals, Guangzhou 510650, China）Abstract: Doped precious metal three-way catalysts were prepared by technology of impregnation-coating. The effects of doping content of Cu, Ni, Co, Pb, Sn and Bi on catalytic activity were investigated. The catalyst deactivation mechanism was preliminarily explored under doping. The effects of P204 content and saponification rate, phase ratio, pH, and extraction series on deep removal of impurity elements from precious metal solution were discussed. The results show that there is no obvious influence on catalyst activity when doping levels of Cu, Ni, Co, Pb, Sn and Bi impurity contents are below 10×10-6. The single-stage extraction rates of Cu、Co、Sn、Bi are 99% above under the conditions of pH=2.0 and extraction duration of 20 min with 30% saponated P204, while content of Ni and Pb in solution can be reduced to 10×10-6 below after three-stage countercurrent extraction with extraction rate of 96.37% and 96.59% respectively.Key words：precious metal three-way catalyst; doping; P204; extraction; saponification; purification 汽车尾气中的CO、HC、NO x等污染物已成为城市空气污染的主要源头之一，三效汽车尾气净化催化剂是减少汽车尾气排放污染的有效手段之一，Pt、Pd、Rh贵金属三效催化剂以其优越的净化催化性能，成为汽车尾气净化催化剂的主要产品[1-2]。
三效催化剂的工作原理
三效催化剂的工作原理三效催化剂是一种常用于化学反应中的催化剂，其工作原理是通过提高反应速率和改变反应路径，从而促进化学反应的进行。
本文将从三效催化剂的定义、结构和作用机制等方面进行介绍。
一、三效催化剂的定义三效催化剂是一种能够增加化学反应速率的物质。
它通常由金属或金属化合物组成，具有高催化活性和选择性。
三效催化剂在化学工业中起着至关重要的作用，广泛应用于石油加工、化学合成、环境保护等领域。
二、三效催化剂的结构三效催化剂通常由金属催化剂和载体组成。
金属催化剂是反应的活性中心，而载体则提供了金属催化剂的支撑和稳定。
常用的金属催化剂包括铂、钯、铑等，而载体则常用氧化铝、硅胶等。
三、三效催化剂的作用机制1. 吸附作用三效催化剂能够吸附反应物分子，使其与金属催化剂发生相互作用。
这种吸附作用可以通过共价键、离子键或范德华力来实现。
吸附作用可以提高反应物的浓度，增加反应速率。
2. 活化作用三效催化剂能够活化反应物分子，使其在反应中发生化学变化。
活化作用可以通过金属催化剂与反应物发生电子转移或质子转移等方式来实现。
活化作用可以降低反应活化能，从而加速反应速率。
3. 表面作用三效催化剂的金属催化剂通常具有高比表面积，能够提供大量的反应活性位点。
这些活性位点可以吸附反应物分子，并提供反应所需的活化能。
表面作用可以增加反应物与金属催化剂的接触机会，从而促进反应的进行。
四、三效催化剂的应用三效催化剂广泛应用于化学工业中的各个领域。
例如，在石油加工过程中，三效催化剂可以用于催化裂化、重整、脱硫等反应，提高燃料的质量和环保性能。
在化学合成中，三效催化剂可以用于催化剂合成、有机合成等反应，提高反应的选择性和收率。
在环境保护中，三效催化剂可以用于催化氧化、催化还原等反应，净化废气和废水。
五、总结三效催化剂作为一种重要的催化剂，在化学工业中发挥着重要的作用。
它通过吸附作用、活化作用和表面作用等机制，加速化学反应的进行。
三效催化剂的应用领域广泛，涉及石油加工、化学合成、环境保护等多个领域。
汽油车用催化剂-三效催化剂的组成与结构
第一篇汽油车用催化剂--三效催化剂的组成与结构性能本部分内容，为本人早年整理的书稿内容的一部分。
因粘贴的原因，图片、表格和部分公式等内容没能粘上。
如有需要者，可直接联系我。
所述内容仅供参考。
2 三效催化剂的组成与结构性能三效催化剂的结构与组成如图3所示。
堇青石蜂窝陶瓷主要起骨架支撑作用。
但占催化剂总质量80%以上，所以蜂窝陶瓷的理化特性，如热容、吸水率等对催化剂的性能影响较大。
在三效催化剂表面发生的反应为气─固异相催化反应，催化剂比表面越大反应活性越大。
而蜂窝陶瓷本身比表面积较小，不能满足三效催化反应的要求。
为增加催化剂的比表面积，在蜂窝陶瓷表面涂上多孔的氧化铝(γ-Al2O3)，作为第二载体。
氧化铝涂层技术是车用催化剂的关键技术之一，氧化铝涂层的特性直接影响催化剂的活性和耐久性等。
对氧化铝性能的研究是车用催化剂研究的热点和难点所在。
车用催化剂的主要活性组分是贵金属铂Pt、铑Rh和钯Pd，贵金属的用量与配比及其原料和涂覆方式等都会对催化剂的活性产生很大影响。
除贵金属外，在车用催化剂中还加有多种功能各异的催化助剂，助剂的主要作用在于提高催化剂的活性及耐久性等。
目前对三效催化剂的研究有很多是集中在选择合适的助剂，以满足对催化剂不同的使用要求。
2.1 三效催化剂载体2.1.1 概述车用催化剂载体经历了由氧化球到堇青石基蜂窝陶瓷再到蜂窝金属载体的发展，后两者又统称整体式载体(也有称整装式载体)。
表1列出各类车用催化剂载体及其原料。
氧化球由于阻力大、背压高、易碎等缺点，在车用催化剂领域内已被淘汰。
堇青石基蜂窝陶瓷是目前应用最广的一类车用催化剂载体，是典型的车用催化剂载体。
金属蜂窝载体由波纹状特种耐热钢箔(如铁铬铝)经卷曲、压制、焊接而成的(如图4所示)。
由于采用金属钢箔作为原料，与陶瓷载体相比金属载体的壁厚要小得多、孔密度可以做得更大；再加上金属载体的热容小、抗热震能力强，所以金属载体比陶瓷载体具有更好的起燃特性，可用作前置式或紧耦合式催化剂，用于解决冷起动的排放问题。
浅谈三元催化转化器的使用和检测+(1)
浅谈三元催化转化器的使用和检测摘要全球的环境越来越严峻，汽车排放污染成为主要污染源之一。
汽车排放污染物主要来源于内燃机，其中有害成分包括CO、HC、NOx、微粒及硫化物等，其中汽油车的主要污染物包括CO、HC和NOx。
各国都出台了法律严格控制汽车的排放，实践证明仅靠汽车发动机前处理和机内净化已不能满足法规要求，对于汽油机，催化转化技术作为降低其排气污染的后处理最为有效的措施，已越来越受到各国重视，其中三元催化转化器广泛应用于各类汽车上。
在了解三种有害气体产生原因及汽车排放对人类和环境的主要影响后，重点介绍了三元催化转化器的结构、原理作用及使用注意。
还重点介绍了三元催化器是如何检测的。
关键词：三元催化转化器的作用；三元催化转化器的影响因素；三元催化转化器使用；三元催化转化器的检测1三元催化转化器的简介三元催化转化器(Three-way Catalytic Converter)简称TWC，也称三效催化转化器。
催化转化器是对发动机排气管排出的废气进行净化的装置，是一种机外净化技术。
汽油机中有害气体的产生与燃料燃烧过程是密不可分的，其中对人类最有影响的主要有CO、HC和NOx三种污染物，而三元催化转化器主要作用是将尾气中的3种有害气体经过氧化反应和还原反应变成为无害气体。
三元催化转化器的催化剂本身并不发生化学反应，它的作用是加快有害物质的化学反应速度。
在我国汽油车用三元催化转化器得到很好的应用。
三元催化器与电控发动机良好匹配的催化器的稳态转化效率在90%以上实际装车的运行寿命在8万km以上，作为降低废气排放的有效措施。
但从现在使用来看三元催化转化器存在着转化效率低和使用不稳定及耐久性差。
这主要是没有重视三元催化器的使用与检测。
为了是三元催化转化器得到更可靠更有效的工作状态，必须首先重视它的使用检测。
2三元催化转化器的结构、作用和原里及使用条件2.1催化转化器排气系统的简介2-1汽车排气系统如图2-1排气系统由排气管、催化转化器、消音器和排气尾管等部分组成。
三效催化剂资料
对稀燃条件下汽车尾气催化净化是有关汽车排污控制的世界性难题。
由于发动机在稀燃条件下工作时，空燃比远大于理论值，燃烧充分，提高燃油经济性，其排放的污染物中CO和HC的含量大幅度下降，但富氧使得尾气中O2及NOx含量较高。
目前的铂族金属三效催化剂不适用氧过量条件下的尾气净化，在富氧下NOx还原性能大幅度降低，因而研究稀燃（富氧）条件下的催化净化技术成为控制汽车尾气污染排放的关键技术之一。
并且稀燃条件下的催化净化技术对柴油车、压缩天然气和液化石油气车的尾气排放控制也可提供相应的技术平台。
目前，世界各国均是以铂族金属(铂、钯、铑等)或铂族金属与稀土为活性组份，其中铂族金属用量1.5克～2.5克/升。
全球每年在汽车催化剂上耗用铂、钯、铑152.1吨，占总消耗量的58.9%。
为降低催化剂生产成本，部分取代或全部取代铂族金属的三效催化剂成为近年来研究发展趋势。
近年来，我国以研究、开发低含量铂族金属稀土基三效催化剂为主，工作集中在尽量降低铂族金属含量上，目前铂族金属含量已降至1g/L左右。
但由于我国铂族金属资源非常短缺，每年都需花费大量的外汇进口铂族金属；并且近年来国际市场铂族金属价格上涨迅猛，因此研究进一步降低铂族金属用量和以稀土为主，添加其它贱金属氧化物制成非铂族金属汽车尾气净化催化剂已成为当今世界各国研究的重要方向之一。
针对国内燃油稀燃条件和汽车尾气排放的特点，研制开发具有自主知识产权的非铂族金属汽车尾气净化催化剂及配套技术，主要分为以下6个方面：1）纳米稀土基复合催化剂活性组分和助剂的制备技术汽车尾气净化催化剂的制备关键技术一是配方，二是工艺。
近年来在非铂族金属催化剂上最终确定了几种较为成熟的、三效催化性能较好的催化剂配方。
如Ag系列、Au系列催化剂等，这几种催化剂已显示出良好的开发应用前景。
同时为给催化剂提供良好的催化环境，并提高催化剂的高温稳定性与使用寿命，我们现已将纳米粉体制备技术等先进技术用于制备活性组分与涂层助剂，由于纳米粉体的尺寸效应，使得催化剂、活性涂层助剂组分更容易达到均质、稳定。
机理(三效)
N2O(g)→N2O(a) (I1)
并且他们认为在高分散的催化剂上 N2 的生成按(R4)(R5)及(I1)(I2)来进行, 因为这时高度分散的 Rh 颗粒不能再使 NO 迅速分解。 综上所述,在三效催化剂对 CO+NO 的催化反应中,Pt 和 Pd 对 CO 的催化氧化 应起主要作用,而 Rh 对 NO 的解离(NO 还原的关键步骤)有很好的活化作用。氧原 子的存在可能会影响覆盖度并进而对 CO 的吸附与氧化及 NO 的吸附和解离有影响。 大量的实验事实表明 L-H 反应机理和实验事实相符。(陈秀敏版)
(陈秀敏版，接上面反应方程式)TPD 研究表明解离态吸附的氧较难脱附,只 有在催化剂温度高于氮气生成的温度时氧原子才能生成分子氧脱附。 氮气的生成 则被认为是通过两个反应途径: 低温下: 高温下: NO(a)+N(a)→N2+O(a)+S 2N(a)→N2+2S
Bell（Hecker W C,Bell AT.J.Catalysis,1983,84:200～215.）的工作表明 气相的 NO 和吸附态的 NO 的交换速度快于 NO 的还原速度。 CO 一经生成会立即脱附，N2 一经生成会立也即脱附 Kortluke（Kortluke O,von Niessen W.J.Chem.Phys,1996,105(11):4764～ 4774.）提出一种 L-H 型反应机理: 吸附与脱附步骤: CO(g)↔ CO(a) (A1) (D1) (R1) 2NO(a)→N2(g)+2O(a) (R4) 2NO(a)→N2O(a)+O(a) NO(g)↔ NO(a) (A2)
通常认为 NO 在催化剂表面的离解是 NO 还原反应的第一步骤。这一步骤在 Rh 上较 Pt 和 Pd 上进行的更容易，这就是为什么 Rh 在 NO 的催化还原反应 中起重要作用的原因。 使尾气催化剂交替处在贫氧和富氧的状态。为了使催化剂在贫氧状态下更好 的氧化 HC 和 CO，以及在富氧状态下更好的还原 NOX，常借助于催化剂涂层中 的氧化铈改善在此尾气条件下的氧化－还原反应，起到吸氧和释放氧的作用。
三效催化剂催化反应条件优化和改进
三效催化剂催化反应条件优化和改进催化剂在化学反应中发挥着至关重要的作用，可以提高反应速率和选择性。
针对三效催化剂催化反应条件的优化和改进，以下是一些建议：
1.催化剂的选择：根据具体反应的需求，选择合适的催化剂是优化反应条件的关键。
通常可以考虑金属催化剂、酸碱催化剂、酶催化剂等。
在选择催化剂时，要考虑其催化活性、稳定性和成本等因素。
2.温度和压力的控制：温度和压力是优化催化反应条件的关键参数。
通过合理控制温度和压力，可以实现更高的反应速率和选择性。
在优化过程中，需要进行多次实验，以找到最佳的温度和压力条件。
3.反应物浓度和摩尔比的优化：反应物浓度和摩尔比对催化反应的影响也非常重要。
通过调整反应物的浓度和摩尔比，可以控制反应的速率和选择性。
在优化过程中，可以逐步改变反应物浓度和摩尔比，观察反应的变化，找到最佳的条件。
4.催化剂的修饰和改进：对三效催化剂进行修饰和改进，可以提高其催化性能。
例如，可以通过引入辅助物质或改变催化剂的结构，提高其活性和选择性。
在修饰和改进过程中，需要进行多次实验和表征，以确定最佳的改进方案。
在进行三效催化剂催化反应条件的优化和改进时，要严格遵守实验室的安全规范，并避免使用可能存在环境和健康风险的物质。
同时，要遵守知识产权的相关法律法规，确保研究成果的合法性和可持续发
展。
浅谈三效催化剂的组成
浅谈三效催化剂的组成作者：许飞飞来源：《科学导报·学术》2019年第35期摘 ;要：汽车尾气给人类的生存发展造成了严重的威胁。
目前，三元催化净化器是处理汽车尾气污染的有效手段之一，其利用催化剂来促进尾气中一氧化碳CO、碳氢化合物HC、与氮氧化物NOx等有害物质的转化。
本文概述了汽车尾气的有害成分，介绍了三效催化剂的活性组分、助剂与载体等各种相关材料的性能。
关键词：三效催化剂;载体;助剂;活性组分前言汽车保有随着经济的高速发展，21世纪的今天，汽车是人类不可缺少的交通工具，其量的增长速度也是如此之快。
但由于燃料不完全燃烧，汽车排放废气中含有大量的CO、CH、NOx和SO2等污染物，不仅给生态环境造成了严重的破坏，也给人类自身带来不可估量的危害。
为降低汽车尾气的不利影响，世界各国对尾气中氮氧化物、碳氢化合物、一氧化碳等有害气体的排放限制日趋严格。
为了消除汽车尾气的危害，达到日益严格的排放标准，国内外科技工作者对汽车尾气治理进行了大量的研究。
总的来说汽车尾气排放的处理方法有两种，一种是改进汽车内燃机结构和燃烧状况，另一种是对排放废气进行后处理净化。
对于改进内燃机结构和燃烧状况科研人员作了很多工作，如：改进供油系统、点火系统以及燃烧模式，用电子方式控制汽油喷射，把甲醇和天然气作为替代燃料等;对排气后处理采用空气喷射、氧化型反应器和三效催化反应器等方法。
早在70年代欧美等国家就大量采用催化反应器来控制汽车尾气的排放。
起初使用的催化剂主要是针对CO和HC的氧化型催化剂，对NOx则采用机内控制、廢气再循环、推迟点火提前角等办法来处理。
随后更严格的排放法规要求催化剂不仅能氧化CO和HC，同时也能还原NOx。
早期曾使用还原型催化剂与氧化型催化剂串联，补给二次空气的方法来处理尾气。
先还原 NOx再在富氧环境下氧化CO和HC，这种方法在还原阶段容易生成氨气，氧化阶段氨气会被氧化成NOx等副产品，不能达到令人满意的处理效果。
三元催化器使用注意事项
三元催化器使用注意事项发动机排气管中，通过氧化还原反应，将发动机排放的三种废气有害物CO、HC和NOx转化为无害的水、二氧化碳和氮气，故又称之为三元(效)催化转化器，其催化剂大都含有铂、锗等贵金属或稀土元素，价格昂贵，在正常情况下，使用寿命为八万公里左右(国产的三元催化转化器也能达到五万公里以上)。
由于三效催化转化器的工作要求比较严格，如果使用不当，会造成催化器早期失效层至损坏。
一、三元催化转化器早期失效的原因1、温度过高常温下三元催化转化器不具备催化能力，其催化剂必须加热到一定温度才具有氧化或还原的能力，通常催化转化器的起燃温度在250—350℃，正常工作温度一般在350—700℃。
催化转化器工作时会产生大量的自量越高，氧化的温度也愈高，当温度超过850—1000℃时，其内涂层的催化剂很可能会脱落，载体碎裂。
所以必须注意控制造成排气温度升高的各种因素，如点火时间过迟或点火次序错乱、断火等，这都会使未燃烧的混合气进入催化反应器，造成排气温度过高，影响催化转化器的效能。
2、慢性中毒催化剂对硫、铅、磷、锌等元素非常敏感，硫和铅来自于汽油，磷和锌来自于润滑油，这四种物质及它们在发动机中燃烧后形成氧化物颗粒易被吸附在催化剂的表面，使催化剂无法与废气接触，从而失去了催化作用，即所谓的“中毒”现象。
3、表面积碳当汽车长期工作于低温状态时，三元催化器无法启动，发动机排出的炭烟会附着在催化剂的表面，造成无法与CO和HC接触，长期下来，便使载体的孔隙堵塞，影响其转化效能。
4、排气恶化催化转化器对污染物的转化能力有一定的限度，因此必须通过机内净化技术将原始排气降到最低。
如果排放的废气污染物各成分的浓度、总量过大，比如混合气偏浓等，就会影响催化器的催化转化能力，降低其转化效率。
此外，由于废气中有大量的HC和CO进入催化反应器后，会在其中产生过度的氧化反应，氧化反应产生大量热量将使催化反应器温度过高而损坏。
5、与发动机不匹配即使是同样的发动机，同样的三元催化转化器，车型不同，发动机常用的工作区间就不同，排气状况就发生变化，安装三元催化器的位置就不同，这都会影响三元催化转化器的催化转化效果。
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19
γ-Al O 涂 层
2 3
涂层（第二载体、多孔活性水洗涂层）：扩大催化剂载体 的比表面积（扩表）。 γ -Al 2 O 3 （不溶于水，但吸水性很强，有强吸附能力与催 化活性）：三效催化技术的第二载体，高比表面积，高温 水热稳定性。长期运行，会产生烧结（粉状物料转变为致 密体）现象和转晶（晶型转变）现象，使三效催化剂比表 面积和活性降低。 600 ℃时，按照γ - β - α顺序进行晶型 转变， 1000 ℃时完全转变成α -Al 2O 3（熔点高，硬度高， 不溶于酸碱耐腐蚀，绝缘性好）。
14
CO 与 NO 反 应
（1）吸附步骤：
（2）解离步骤： M-NO+M→M-N+M-O （3）表面重组和表面反应： M-N+M-N→N2(g)+2M M-N+M-NO→N2O(g)+2M M-N+NO(g)→N2O(g)+M M-O+CO(g)→CO2(g)+M M-N+CO(g)→M-NCO
CO+M→M-CO NO+M→M-NO
26
CeO -ZrO 固 溶 体
2 2
加入少量的Ce（0.1%～1.3%）到Al2O3中，可以增加CO在催 化剂上的活性。但加入过多或温度过高时效果则相反。在 1000℃左右的高温下，CeO2的热稳定性不如涂层中的氧化 铝，很容易发生高温烧结，加入ZrO2可显著提高其热稳定 性，又提高了其储氧能力。
变氧的吸附量，这种储氧能力随着升温至 1173K（约900℃） 而逐渐降低。
24
CeO 的 特 性
2
提高贵金属分散度：Pt与CeO2表面的作用强于Al2O3。
提高三氧化二铝载体的热稳定性：形成CeO2-ZrO2固溶体。 促进汽车尾气中水汽转移和水汽重整反应：低温条件下， 有利于除去CO，反应产生的H2有利于NO的还原；还原条件 下，可以减少HC的排放。 促进晶格氧对CO的氧化
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CeO -ZrO 固 溶 体
2 2
在CeO2-ZrO2的相图体系中，在含Ce高的一侧形成Ce1-xZrxO2 的立方固溶体；而在含 Zr高的一侧，产生四方体或单斜的 固溶体；在中间浓度范围内，形成 Ce2 Zr 3 O10 四方结构的混 合氧化物固溶体。
固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂类型。置 换固溶体（直径在 10% 以内），溶质原子占据溶剂晶格的 节点位置。间隙固溶体（直径比小于0.59），溶质分子分 布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。
13
三效催化剂反应
（3）与水蒸气发生重整反应： CmHn+(m+0.25n)O2 ⇌mCO2+（2m+0.5n）H2O（Rh作催化剂） 水汽转移和水蒸汽重整反应利于汽油车尾气CO和HC的去除。 不良反应 （1）与SO2相关的反应： SO2+0.5O2 →SO3 SO2+3H2 →H2S+2H2O （2）与NO相关的反应： NO+0.5O2 →NO2 NO+2.5H2 →NH3+H2O 2NO+CO →N2O+CO2
7
基本原理及结构
8
空燃比
理论空燃比：14.6
λ：过量空气系数 = 燃烧 1kg 燃料实际所供给的空气质量 / 完全燃烧1kg燃料所需的理论空气质量
9
空燃比
影响 NOx 的根本因素：温度、氧浓度、反映滞留时间。贫 燃条件下，氧原子足够充足， NOx 浓度只取决于温度。随 着空燃比的降低，相同空气量的情况下参与燃烧的燃油增 加，气体温度升高 NOx 量也升高。当λ= 1.05 时NOx 最大， 当λ< 1 时，过度缺氧浓度迅速减少， NOx 浓度主要取决于 燃烧产物高温区停留时间，当含氧量一定，燃烧产物在高 温区滞留的时间越长，NOx浓度越大。 HC的排放主要来源于缸壁淬冷效应、燃烧室缝隙效应、壁 面油膜吸附效应、燃油挥发等。通常HC排放量会随着空燃 比的下降而下降，但当空气过分稀薄时，易发生断火，使 HC排放量迅速增加。
4
历史背景
20世纪70年代
70年代中期 1976年联邦德国
开始进行汽车尾气催化净化的研究
开始安装含Pt-Pd的氧化型催化剂 研发控制汽车空燃比的氧传感器
1980年
1993年欧洲
汽车用氧传感器进入美国市场
三效Pt-Rh贵金属催化剂大规模使用
5
废气排出途径
曲轴箱窜气：碳氢化合物（ 25% ），随发动机转速的增加 而增加，磨损减弱活塞环密闭作用增加窜气。处理方法是 重新进入气缸燃烧。
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活性组分
Pt（铂）：催化CO和HC的完全氧化反应，对NO有一定的还 原能力。 Rh（铑）：控制NOx的主要成分，较低温度下选择还原NOx 为氮气，产生少量氨。有氧条件下，N2 是唯一的还原产物， 低温无氧条件下，NH3是主要还原产物，高温无氧条件下， N2是主要产物。
Pd（钯）：一定条件下具有很好的三效催化活性。 Pt：Rh=5～20：1 Pt:Pd:Rh=0～1：8～16：1
22
储氧材料
将空燃比设计为一固定值对发动机的操作设计来说是很困 难的，实际的设计是保证空燃比在一定的范围内波动 （0.5～3Hz之间），使尾气催化剂交替处于贫氧和富氧的 状态。
CeO2（氧化铈）：改善在此尾气条件下的氧化-还原反应。 Ce有两种氧化态，Ce3+和Ce4+，氧化还原反应Ce3+⇌Ce4+赋予 了CeO2材料储放氧的功能。 向CeO2中加入ZrO2再加入Y（钇），更好的改善高温时的储 氧能力。
三效催化剂
概况
1 2 3 4 5
背景资料 基本原理及结构 研究现状 问题及探索 总结
2
背景资料
3
三效催化
三元催化，TWC（three way catalyst ）是指将汽车尾气 排出的 CO、 HC 和 NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变 为无害的二氧化碳、水和氮气的催化。
活性组分：Pt、Pd、Rh 载体：蜂窝陶瓷（或金属）载体、γ-Al2O3涂层
23
储氧材料
富燃状况下，CeO2释放出氧气，高价的铈被还原而释放出氧，
帮助氧化一氧化碳和碳氢化物至二氧化碳 xCO+CeO2→xCO2+CeO2-x
贫燃状况下，CeO2储存氧气，铈从尾气中吸附更多的氧，通
过吸附或与尾气中的过量氧反应，再次开始储存氧
0.5xO2+CeO2-x→CeO2
加入贵金属可以提高 CeO2/Al2O3对氧气的吸附速率但并不改
30
热 稳 定 性
当温度超过 1000 ℃时，引入第三组份 Y 和 La ，可以抑制 CeO2-ZrO2固溶体的分离。我们可以认为：
中间组成的CeO2-ZrO2体系易产生分离，但掺杂低价元素 后可抑制该现象。 CeO2-ZrO2固溶体的相分离过程易在氧化气氛中发生。 相比于氧化气氛，还原态下CeO2-ZrO2固溶体的烧结更易 造成比表面积的降低。
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问题及探索
32
劣化机理
三效催化剂的催化活性会随着行驶里程的增加而下降。用 车催化剂的寿命为5万km，新车催化剂的寿命为8万km。 热老化：催化剂长期暴露于 850 ℃以上的高温中导致贵金 属的烧结聚集和晶粒长大、γ -Al2 O3载体和 CeO2 -ZrO 2 储氧 材料比表面积急剧减小和相变，催化剂活性降低，储氧能 力下降。
15
CO 与 NO 反 应
CO和NO首先吸附在活性位上（吸附步骤），然后吸附态的 M-NO进一步分解得到吸附态的氮M-N和吸附态的氧M-O（解 离步骤），接着M-N和M-O之间或他们与气相中的NO和CO进 行反应生成N2、O2、N2O以及中间体M-NCO。
通过红外光谱仪测试可知，在 Pt-Rh 合金中， CO吸附在 Pt 上，NO吸附在Rh上，这种Rh对于NO的强吸附而不吸附CO的 现象，是由于Pt较Rh对CO还原NO的反应活性低的原因造成 的。NO在非负载Rh催化剂上和在高分散负载Rh上还原反应 的机理是不同的。
ECU根据电压高低判断混合器浓稀，执行机构执行。
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三效催化剂反应
（1）与氧气反应（氧化反应） CmHn+(m+0.25n)O2 →mCO2+0.5nH2O CO+0.5O2 →CO2 H2+0.5O2 →H2O 氧化反应发生在理论空燃比和贫燃情况下。
（2）与氮氧化物发生还原反应 CO+NO →0.5N2+CO2 CmHn+(m+0.25n)NO →(m+0.25n)N2+0.5nH2O+mCO2 H2+NO →H2O+0.5N2 以上反应发生在理论空燃比和富燃情况下，在富氧情况下还 会发生CO水汽转移反应： CO+H2O ⇌CO2+H2（Pt作催化剂）
在贫燃工况下储存氧气，富燃释放
25
CeO 的 特 性
2
促进金属与载体界面上的催化活性：改变 CO-NO 反应的动 力学，降低反应的活化能，从而降低反应温度50℃～ 100℃左右。
反应的速率受氧浓度的变化也受样品中是否加入铈的影响。 加入铈后反应速率随氧气的变化趋于平缓，说明加入铈后 CO氧化反应速率对气相中氧的敏感度降低。
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催化转化器
壳体：不锈钢板材，防止氧化壳体脱落造成催化剂堵塞， 双层结构，半周或全周的隔热层。
减震层：膨胀垫片和钢丝网垫两种，减震，缓解热应力， 固定载体，保温，密封。 催化剂：载体、涂层和催化活性组分，核心部分，主要性 能指标。