汽车尾气净化器载体及涂层的结构形貌

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收稿日期:2008-07-12

基金项目:重庆市科技攻关重大项目(CSTC,2005AA3012-1).

作者简介:孙键(1968)),男,湖北武汉人,工程师,主要从事汽车检测研究.

汽车尾气净化器载体及涂层的结构形貌

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孙 键1,3,赵玮霖2,张叶成2,张毓栋4,马鸣图5

(1.武汉理工大学,武汉 430070; 2.重庆工学院材料科学与工程学院,重庆 400050;3.重庆机电职业技术学院,重庆 400023; 4.柳州汽车配件三厂,广西柳州 545006;

5.重庆汽车研究所,重庆 400039)

摘要:介绍了汽车尾气净化器的组成及功能,结合汽车尾气净化器的工作机理,通过扫描电子显微镜-能谱仪对蜂窝型汽车尾气净化器载体和表面涂层的结构与形貌进行了综合分析.实际测试证明:自主研发的汽车、摩托车尾气净化器可以满足现行的国家尾气排放标准.关 键 词:汽车;尾气净化;蜂窝载体;涂层中图分类号:U473;TQ426 文献标识码:A

文章编号:1671-0924(2008)08-0011-03

Structural Images of Catalytic Support and Coating

for Automobile Exhaust Gas Purifying System

SUN Jian 1,3,Z HAO We-i lin 2,Z HANG Ye -cheng 2,ZHANG Yu -dong 4,MA Ming -tu 5

(1.Wuhan University of T echnology,Wuhan 430070,China; 2.College of Material Science and Engineering,Chongqing Insti tute of Technology,Chongqing 400050,China; 3.Chongqing Electromechanical Vocational College,

Chongqing 400023,China;4.Liuzhou No.3Auto Parts Factory,Liuzhou 545006,China;

5.Chongqing Research Institute of Automobile,Chongqin g 400039,China)

Abstract:The composition and function of automobile exhaust gas purifying syste m is introduced.The m-i crostructure and morphology of honeycomb Carrier and coating is analyzed with SEM -EDS according to the action mechanism of automobile exhaust gas purifying system.Tests demonstrate that autonomous re -searched purifying systems for automobile and motorcycle can meet national standard for emission.Key words:automobile;emission purification;honeyc omb carrier;coating 汽车尾气的排放已成为我国许多大中型城市大气污染的一项重要形式.地球变暖所引起的一系列温室效应,以及臭氧层破坏形成的全球性环境问题正威胁着人类的生存空间.与此同时,全世界环境保护和资源保护意识不断增强,特别是对大气污染和水质污染的排放指标控制越来越严格,因而治理汽车尾气污染问题就显得尤为重要.目前,国内外主要采用蜂窝型汽车尾气净化器降

第22卷 第8期Vol.22 No.8

重庆工学院学报(自然科学)

Journal of Chongqing Institute of Technology(Natural Science)

2008年8月Aug.2008

低尾气污染物的排放,其核心技术是催化床,一般包括3个部分:载体、高比表面涂层、催化剂.催化剂在治理汽车尾气中起到质的作用,因而催化剂载体性质对净化器有着重要的影响.目前我国相关科研单位和厂家在催化剂载体的选择问题上尚未得出统一的结论[1-6].本研究以本课题组自主研发的汽车、摩托车蜂窝型陶瓷载体净化器为例,从其载体和涂层的结构和形貌的角度对该净化器进行了系统的分析和讨论.

1 汽车尾气净化器的特点和工作原理

汽车运行时要经过启动、加速、匀速、减速等一系列工作过程,各个阶段的尾气污染状况都不相同,因此汽车尾气净化器的工作环境十分复杂.所以催化剂载体应具备很高的热稳定性、机械强度、很低的热容量,且载体材质不含有任何可使催化剂中毒的物质,并具有适宜的物理性能[1].涂层应与基体的热膨胀系数相接近并能促进催化剂的催化作用,涂层的比表面积高且具有好的热稳定性.

汽车尾气净化器主要是由载体表面的催化剂材料对汽车发动机排出废气中的污染物进行化学转化处理.催化剂是一种加速化学反应、且在反应前后自身不被消耗的物质.汽车尾气中的有害气体主要是C O,HC 和NO x .催化剂的作用就是将CO,HC 和NO x 转化为CO 2,H 2O 和N 2,实现汽车尾气低污染和无污染排放.现以蜂窝型载体为例,其作用原理如图1所示

.

图1 汽车尾气净化原理

2 陶瓷蜂窝型载体

最初用于汽车催化剂载体的材料为Al 2O 3颗

粒,但由于其有强度低、易破碎、阻力大、影响汽车发动机的动力性能等缺点而逐渐被蜂窝状催化剂载体所取代

[7]

.图2为本课题组自主研发的蜂窝

型尾气净化器.该蜂窝载体的网格形状比较均匀,网格的平均长度约为1.6mm,其孔板壁厚(已附有涂层)150~200L m,均已达到相关蜂窝载体的性能指标(孔数/inch 2:200;壁厚/mm:0.3[1]).之后所发展起来的金属合金蜂窝载体虽然在一定程度上弥补了陶瓷蜂窝载体的机械强度低、热容量小等缺点,但由于金属合金蜂窝载体生产成本较高,大量生产的技术尚未确定,提高比表面积的涂层工艺还不完善,因而尚未得到广泛的应用.表1[4]对比了400孔/inch 2的陶瓷载体和金属载体的一些特点.

图2 蜂窝型催化剂载体实物表1 陶瓷和金属载体的对比

载体种类陶瓷金属

材料董青石铁素体耐热不锈钢

孔板厚度/L m 17050比热/(kJ/kg #k)

1.00.5热传导率/(W/m #K)

114前部开口率/%7590几何学表面积/m 2

2.7@10-5

3.2@10-3

目前在汽车尾气净化器中应用较为广泛的载

体材料是董青石,其原因是:¹价格便宜;º原材

12重庆工学院学报