汽车尾气净化器陶瓷载体浸涂贵金属催化剂工艺
汽车尾气净化器载体及涂层的研究进展
汽车尾气净化器载体及涂层的研究进展摘要：随着时代科技的发展，汽车在日常生活中起着重要的作用，但是随之而来的问题也是越来越多，交通拥挤等，但更为严重的是空气污染，温室效应。
虽然现在开始采用多种措施，但是还是避免不了有害气体的排放。
汽车尾气的污染物主要有一氧化碳( CO)、碳氢化合物( HC)、化物(NOx)、氧化硫( SO2)和微粒物质(铅化物、烟等)。
现在大多数国家和地区采用的是机内净化和机外控制两类技术，其中在汽车排气尾管安装催化转化器是被广泛采用的，催化转换器是由壳体、减震层、载体、及催化剂四部分构成的。
载体多以蜂窝陶瓷载体为主，催化剂则以尽量消除废气为目的来展开研究的。
根据多孔陶瓷材料在气体污染控制、废物处理及噪声控制等方面的应用研究现状，我们可以看到多孔陶瓷材料载体及催化剂在处理尾气方面做出的贡献。
关键字：多孔陶瓷载体、蜂窝陶瓷、γ - Al2O3 、堇青石引言：随着世界各国政府对汽车尾气排放日益重视且制定了严格的尾气排放标准,因而对汽车尾气净化器的要求也就越来越高，开发具有高效率尾气净化能力的催化净化装置迫在眉睫。
这个研究不仅仅实在汽车尾气方面，而且在各大工厂、研究所等废气、毒气排放方面也会有重大的社会价值。
甚至在更换催化剂后可以在更宽大的领域有作用。
以前存在的金属载体，由于其有很大的局限性。
逐渐的被社会淘汰，对于球形活性氧化铝载体，活性氧化铝主要是指γ - Al2O3，早期多采用此类载体。
但是由于活性氧化铝密度大，热容高，又是堆积式填装，易导致发动机排气阻力增大，背压大，油耗上升，功率下降而且在转化器中易磨损粉化，造成二次污染。
目前已经被整体式蜂窝状载体所代替。
蜂窝陶瓷无数相等的孔组成的各种形状，目前最大的孔数已达到了每平方厘米20~40，密度每立方厘米4～6克，吸水率最高达20%以上。
由于多孔薄壁的特点，大大增加了载体的几何表面积和改善了抗热冲击性能，目前生产的产品，其网状孔以三角和四方为主，三角比四方承受力好得多，孔数也多些，这一点作为催化载体尤其重要。
汽车尾气催化剂组成之载体、涂层、助剂、活性成分发展分析
-汽车尾气催化剂组成之载体、涂层、助剂、活性成分发展分析——汽车催化剂组成之一：载体，主要为蜂窝陶瓷载体汽车尾气催化剂载体是影响催化剂效能的重要因素之一，它的主要的作用是提供有效的比表面积及适宜的孔隙结构，并使催化剂获得足够的机械强度及热稳定性，起着活性中心和节省活性组分用量的作用。
国内外车用载体骨架的材料主要有陶瓷和金属两种。
在结构形式上分为颗粒型载体、蜂窝状载体和 SiC 泡沫陶瓷载体，其中蜂窝状载体是目前的主流。
目前汽车用载体以蜂窝陶瓷为主，且中长期仍将是主流：早期的车用催化剂载体氧化铝颗粒，虽然具备比表面积大、机械强度高，价格低廉的优势，但其排气阻力和背压大，使油耗上升、功率下降；同时高温下易粉化，造成二次污染和载体寿命缩短；因此，在颗粒型载体问世不久便出现了整体型蜂窝陶瓷载体对其形成替代。
目前蜂窝陶瓷载体已成为车用催化剂载体的主流。
而其它类型的载体（金属载体、新兴的玻璃纤维载体），由于工艺、材料和成本等方面的原因，短期内难以大范围应用，因而未来长时间内蜂窝陶瓷载体仍将是主流。
蜂窝陶瓷分为直通式载体和壁流式载体，其中直通式载体包括 SCR、DOC、ASC、TWC 载体等，壁流式载体包括 DPF 和 GPF。
蜂窝陶瓷行业属于寡头垄断行业，其中康宁和 NGK 市场份额高达 90%。
近年来国内以奥福环保、王子制陶等为代表的企业也开始崛起，竞争力不断增强。
伴随着国六的实施以及材料国产化要求的提升，国内企业有望在蜂窝陶瓷市场抢占更多份额。
康宁和 NGK 占据蜂窝陶瓷市场 90%的份额资料来源：CNKI国内蜂窝陶瓷载体产能情况资料来源：公开资料——催化剂组成之二：涂层涂层主要有两个作用，一是提高载体的机械强度和满足催化要求的高比表面积，另外一个作用是稀释、支撑和分散催化剂活性组分和少量的助剂，从而达到提高催化剂的净化效率。
目前用于尾气处理载体上的耐高温涂层可设计为以下体系：Al 2O3 基材料、沸石基材料、钒基（V2O5/TiO2/WO3）材料、MgO 材料和 SiC 材料等，国六之前主要用 Al2O 3 以及钒基作为涂层材料，到了国六阶段，主要用 Al2O3 以及沸石作为涂层材料。
贵金属催化剂在汽车尾气净化上的应用
贵金属催化剂在汽车尾气净化上的应用摘要：本文通过贵金属催化剂在技术经济领域中的重要地位及其应用研究发展态势，并探讨汽车尾气净化用贵金属催化剂研究进展。
关键词：贵金属;合金;汽车尾气;净化1 温室气体排放对环境的影响全球变暖：全球变暖是指全球气温升高的现象。
近100多年来，全球平均气温经历了冷-暖-冷-暖两次波动，总的看温室气体排放是导致全球气候变暖气温上升的主要推手。
上世纪八十年代以后，全球气温明显上升。
有资料显示，1981～1990年全球平均气温比100年前上升了0.48℃。
导致全球变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料（如煤、石油等），排放出大量的CO2等多种温室气体。
由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，也就是常说的”温室效应”，导致全球气候变暖。
2 汽车尾气净化的研究进展当前，治理汽车尾气污染已成为国内外关注的话题，许多国家纷纷制定各种法规，对汽车尾气排放加以严格控制。
现阶段，我国执行的是比较宽松的欧II标准，而欧洲和美国执行的都是欧Ⅳ标准，尾气净化率必须达到90%以上。
根据中国政府对汽车尾气排放控制的总体规划，2007年达到欧Ⅱ标准，2010年与国际接轨，达到欧Ⅳ标准。
汽车尾气排放控制是一项综合性很强的技术，安装汽车尾气催化净化器是最为有效的措施之一。
发达国家是通过贵金属（Pt-Rh）三元催化剂解决汽车尾气对环境造成的污染。
目前国内高档汽车，如一汽轿车配备的尾气净化贵金属催化剂均来自国外，国内关于汽车尾气净化技术的研究主要集中在含少量贵金属的体系。
对非铂族尾气净化催化剂或者低铂族含量催化剂的研究开发，可以为打破国外技术与产品垄断，提高我国尾气净化器的市场竞争力创造有利的条件。
可以有效地将我国的稀土资源优势转化为技术优势和经济优势。
贵金属独特的催化活性、选择性和稳定性，使之在催化剂行业备受关注，尤其是随着世界汽车工业的迅猛发展，车用催化剂耗用的贵金属量更是逐年上升。
汽车尾气治理中的催化剂和载体
2002年日本公司在催化剂的设计和调制方 面运用了纳米技术,开发了在特殊的钙钛矿型 晶体中让Pt、Rh、Pd以离子形式按原子级规则 排列的技术。利用该技术,Pt、Rh、Pd在高温 的氧化状态下 (过氧状态),作为金属离子进入 钙钛矿型晶体中:在还原状态下 (缺氧状 ), 从晶体中出来成为金属微粒。这样反复进行自 我再生,从而抑金属微粒的长大。与以前的三 元催化剂相比,可保持更优异的净化活性和耐 久性, 贵金属的消耗量可减少75%。
纳米结构催化剂
由纳米级活性组分制备的三效催化剂由于粒经 小 分散均匀,分散度高,表现出较高的净化效 率与稳定的催化活性。 纳米稀土汽车尾气净化催化剂是一种结合纳米 材料高表面活性与稀土在催化剂中的催化助剂 的特点而制备的一种新型、高效的汽车尾气净 化催化剂,这种催化剂集纳米材料与稀土 的优 点于一体 ,更能够有效地对汽车尾气起到很好 的净化效果 。日本最近将钙钦矿结构和纳米 技术应用于稀土贵金属催化剂中。
催化剂的发展
1.氧化催化剂(两效0催化剂)和/三效0催化 剂 (TWC) Three Way Catalyst (1)氧化催化剂: 作为第一代催化剂,国外是Pt、Pd氧 化型催化剂。但此类的催化剂只能控制一 氧化碳和碳氢化合物的排放量,因此称其为 /两效0催化剂。从上个世纪80年代起，美 国联邦政府提高了车辆NOX的排放标准, 使 此类催化剂不能达到标准而慢慢被淘汰。
第二阶段: 用Pd来部分替代 Pt 、Rh,以降低催化剂 的成本。制备以Pt、Rh、Pd为主体的/三效0催 化剂。能同时净化CO、HC和NO其优点是活性高 净化效果好寿命长,但造价高,在国外广泛应用; 第三阶段: 全钯催化剂。其优点是同时净化CO、HC和 NOX,成本低,具有高温热稳定性和快速起燃特性。 只有将空燃比精确地控制在理论空燃比附近很 窄的窗口内（一般为14.7±0.25），才能使三 种污染物同时得到净化。
陶瓷催化剂载体涂覆
陶瓷催化剂载体涂覆
陶瓷催化剂载体涂覆是一种将活性催化剂涂覆到陶瓷载体表面
的技术。
这种技术可以提高催化剂的效率和稳定性，减少催化剂的浪费和环境污染。
陶瓷催化剂载体涂覆技术具有以下优点：首先，陶瓷载体具有高的化学稳定性和机械强度，可以承受高温和高压的环境，保证催化剂的长期稳定性和可靠性；其次，涂覆催化剂可以增加催化剂的表面积和活性位点，提高反应的速率和选择性；最后，涂覆技术可以控制催化剂的分布和浓度，避免催化剂的堆积和过度消耗。
陶瓷催化剂载体涂覆技术广泛应用于化学工业、环保工业、能源工业等领域。
例如，在汽车尾气处理中，使用涂覆陶瓷催化剂载体的催化转化器可以将有害气体转化为无害气体，减少大气污染；在石油化工和化学制品生产中，涂覆催化剂可以提高反应效率和产物纯度，降低生产成本和环境污染。
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汽车尾气净化催化技术
汽车尾气净化催化技术概述汽车尾气的主要成分包括一氧化碳，碳氢化合物、氮氧化物、硫氧化物、颗粒物、臭气等，其中CO、HC及NOx是汽车污染控制所涉及的主要大气污染成分。
汽车尾气净化技术主要包括两个方面：机内净化和机外净化。
机内净化主要是改善发动机燃烧状况，以降低有害物质的生成。
如改进进气系统、供油系统和燃烧室结构等。
机内净化只能减少有害气体的生成，而不能除去有害气体。
机外净化是在尾气排出气缸进入大气之前，利用转化装置将其中的有害部分转化为无害气体。
尾气转化装置包括：1，热反应器。
向排气口喷入新鲜空气，并加强排气管保温，利用尾气本身的热量使CO、HC继续氧化，转化为无害的CO2和H2O；2，催化反应器。
利用催化剂将CO、HC和NOx转化为CO2、H2O和N2。
汽车尾气净化催化剂的研究开始于20世纪60年代。
70年代首先得到应用的催化剂主要是以Pt、Pd为活性组分的氧化型催化剂，这种催化剂主要是将尾气中的CO和HC氧化为CO2何H2O。
进入80年代之后，排放法规也对NOx的排放进行了限量，Pt-Pd催化剂已经不能满足NOx的控制要求。
进一步研究发现，贵金属铑对NOx还原反应有很好的催化活性，在原来的基础上，进行了某些改进，引入铑金属，这就是三效催化剂。
1 三效催化剂的组成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。
1.1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。
1.2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。
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蜂 窝型堇青 石载体及 净化器不锈钢 外壳见 图２ ， 其 中 白色为未浸涂之堇青石载体 ，黑色为 已浸涂催化
当前世界各国采用的汽车尾气净化器型式多样，载 剂经 氢 还 原后 的载 体 。
Ｌ ， ， 能 提 高 卜 Ｉ 。 ０— Ｉ 转 变 的 温 度 。 因 此 大 ｅＯ 还 Ａ， 向 ｃ Ｏ Ａ ０。
大延长 了催化剂 的使用寿命 。 （ Ｚ Ｏ ：加入Ｃ ０ 中 ，可形 成 固溶 体能 阻止 ３） ｒ ｅ
Ｃ Ｏ 和 贵 金 属微 粒 长 大 ｅ ， 。
因 此 ，我 们 选 用 Ｃ （ Ｏ。 ・ Ｈ Ｏ （ 酸 铈 ）， ｅＮ ） ６ ， 硝 。
的 汽 车 催 化 剂 体 积 为 １６Ｌ ，为４３ｍ 扩 大 到 总 面 积 ． 计 ．
好在 随着我 们汽 车工 业 的大 力发展 ，国家 有关ｉ ｌ ｒ７ ￣ ＇ 对汽 车尾 气造 成 的环境 污 染极 为重视 ， 自改 革开 发 以来 已经 多 次提高 汽车 尾气 排放 标准 ， 目前正 在 向欧 洲先 进
标准看齐。尤其对新车的出厂尾气排放标准控￣ ，严。 Ｊ ｆ ／ Ｅ 对柴油机车的尾气排放世界各工业 发达 国家都 已 有 严 格 的排 放标 准 要 求 ，除 了严 格 要 求 尾 气 中 的 Ｈ 、Ｃ Ｃ Ｏ和Ｎ Ｏ 的排放达标 外 ，对尾 气中的碳微粒 的
化 器 Ｉ ■ 一 ＿ 陶 瓷 －，Ｐ － ＿ ＿＂ － ＂
化 剂工 艺
◎吴 元 康 （ 东南 大 学 材 料 科学 与 工 程 学 院 南 京 ２ ９ １ ０ ６） ０
０ 前 言
体 多为蜂 窝型 陶 瓷的 ，少数 也采 用颗 粒 （ ３ｍｍ ） 氧化
ｅ ｒ Ｉ ’ 随着科学技术 的进步 ，国民经济 的蓬勃发展 ，作 铝 的 ，也 有 用 Ｆ 、Ｃ 、Ａ 薄体 多 孔 不锈 钢 载体 ” 。后 为现代工业发达 国家的一个重要标志 ，汽车工业的大 者用于柴油机汽车较多。 力 发展 已是 世 界 各 发 达 国家 共 有 的 现 象 。 我 国 近年 来
Ｌ （ Ｏ。 ・ Ｈ Ｏ （ ａＮ ） ６ 硝酸镧 ） ｎ ｒ ｌ・ Ｈ Ｏ （ 。 ￣ ＺＯＣ， ８ 二氯氧
化锆 ），作为助催化剂材 料。Ｃ （ Ｏ ） ・ Ｈ ０在加热 ｅＮ 。 ６ 。 到 １ ６Ｃ时 失 去 结 晶 水 ，２ ０ ℃ 时 分 散 成 Ｃ Ｏ ； 。 ５ ０ ｅ ， （ 氧 化铝 溶胶 ，由于堇 青 石为铝硅 酸 镁 ，做 Ｌ （Ｏ。 ・ Ｈ Ｏ加 热 到 １ ６ ｏ 时 分 解 ， 形 成 Ｌ 。 ２） ａＮ ） ６ 。 ２ （ ＝ ａＯ ； 载体 时首 先需涂一层氧 化铝 活化涂层 ｒ ｌ － ， ，沉积 活 ＺＯＣ， ８ ， ｉ热到２ ｏ 变 为无水物 ，再加热焙烧 ＡＯ ｒ Ｉ・ Ｈ Ｏ／ ｎ １ ０Ｃ 化涂层后 ，使其表 面积 由原来的２ ｍ２ ｍ。 ７ｃ ／ ，按典 型 ０
排 放 也有 严 格 要 求 。
一
１２ 催 化 载 体 型 式 ＿
辆合格的环保型汽车 ，其尾气排放 能否达标 ，
一
（ 陶 瓷 型 载体 主 要 有 两 种 ： １） 种 为ｒ ， 粒 ，直 径 ２ ４ｍｍ，松 装 密 度 ， ． Ｏ颗 ＡＩ ～
不 完全 是 尾 气 净 化 器 的 作 用 ，它还 决 定 于 汽 车 发 动 机
１１ 汽 车尾 气 净 化 器示 意 图 ．
化氮的形式排入大气 中。这些有害气体 严重污染了环 汽车尾气净化器 结构 形式及蜂 窝陶瓷载体截面形 境 ，使污 浊 的空 气 对 人 体 造成 极 大 的伤 害 。显 然 ，控 状见 图１ ，图中１ 为催化剂蜂 窝陶瓷载体 ，２ 是隔热衬 制和 治 理 汽 车 尾 气 排 放 是 一 个摆 在 我们 面 前 的 急需 解 垫 ，３ 氧 传 感 器 ，４ 金 属 外 壳 （ 是 是 由不锈 钢 或 镀 铝 钢 决 的 问题 。 板 制成 ） 。
外市场供 货。其熔点 为１ ７ ０ｏ ４ Ｃ，抗压和抗冲击 强度 目前认 为理 想的理论 空燃 比值 为１ ．。如 果大于 均 已达 到 国标 规定值 。 目前 用得 较 多的 是３ ０ ４ ０ ４６ ０ ～ ０ 此 值 ，氧 化 过 剩 ，Ｈ Ｓ Ｃ Ｃ Ｄ Ｏ可 燃 烧 完 全 ，但 空 气 中 的 目／ 方英 寸 。 Ｔ
为 ０４ 一 ．５ｇｃ 。 ．０ ｏ８ ／ ｍ。
的爆燃工艺合理 性 ，特 别是空燃是否达到设计要求 ，
还 有 进 排 气 阀 结 构 等都 是十 分重 要 的。 它要 求 汽 油 充 分 燃烧 ，但 氧 气 又 不 能过 剩 。
另一种 为蜂 窝型陶瓷载体 ， 目前主要用堇青石制
成 ，整 体 型载 体 。 国 内 宜兴 有 数 家工 厂 制 造 并 向 国 内
１ 表 工 讯・００ 第 期 ８ 面 程资 ２１年 ４
Ｓ ｉ ｎ Ｊ ｈ 实 用 技 术 ｈ ｏｇ ｌ ｕ ｙ ｓ
（ ２） ａＯ ：Ｌ 加入 Ｃ Ｏ 中 ，形成 固溶体 ， Ｌ 。 ａＯ。 ｅ 能有 效 防止 Ｃ Ｏ 在 长期 高 温使 用后 的粒 子增 大 ，能 ｅ ， 使催 化 剂 活 性长 时 间 保持 不 下 降 太 多。 另外 ，
本文主要对常用的汽车蜂 窝陶瓷载体浸涂三元催
汽 车销 售 量 的 飞速 增 长 已是 有 目共 睹 的 事 实 。 然 而汽 化净化剂的实验室工艺操作作一简介。 车每年消耗 了全世界的大部 分汽油和柴油 ，而这些燃 １ 汽车 尾 气 净 化 器 所 用材 料 料又大都以二氧化碳 形式 大量排入大气 中，此外尚有 大量的未燃烧尽 的废气 以一氧化碳、碳氢化合物和氧