机动车尾气催化剂的分析与研究

二、项目可行性分析

1．项目研究意义：

汽车是现代社会最重要的交通工具之一，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。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，其中采用催化剂净化汽车尾气是目前减少汽车排放污染的主要措施[3]，而催化剂性能及选择又是提高净化效果的关键。所以机动车尾气净化催化剂的研究,对于我国的环境保护,

催化学科的发展和国民经济的发展具有重要的作用。

参考文献：

［1］胡逸民，李飞鹏.内燃机废气净化［M］．北京:中国铁道出版社，

1994．

［2］黄学辉.汽车尾气催化处理的现状与发展趋势［J］．新材料产业，2002( 12．

［3］曹磊.汽车尾气净化催化剂的研究进展.污染防治技术，2008

2．项目研究现状

汽车尾气催化净化技术,是随着汽车排放标准的日益严格而逐步发展起来的。1 959年在美国加州,首次颁布了控制汽车排放污染物的立法,并于1975年率先将净化催化剂应用于汽车工业上世纪60年代到70年代中期,由于汽车排放法规中只要求控

制CO和HC,出现了“两效”催化剂,即氧化型催化剂,该催化剂的活性组分以贵金属

铂或钯为主,将尾气中的HC和CO同时氧化,从而降低了HC和CO的污染物排放。从上世纪80年代起,美国联邦政府提高了车辆NO x

的排放标准,从而促进了新型催化剂的产生和发展,铂铑钯三效催化剂(Three Way Catalyst,

TWC应运而生。随着汽车排放标准的逐步严格,到上世纪90年代,三效催化剂除通常

工况下的催化功能外,还能解决汽车冷启动[1]时的污染控制,以及克服富氧气氛下

的NO x还原问题。三效净化催化剂是目前汽车尾气净化的主流技术[2]。

目前汽车尾气净化催化剂主要有贵金属三效催化剂、稀土掺杂型催化剂和复合

金属氧化物型催化剂

。在我国由于稀土资源较丰富，人们力图选择低成本实用的稀土和钯的氧化物代替

贵金属，如：钙钛矿型（ABO3）、尖晶石型(A2BO4等复合氧化物催化剂。汽车尾气

净化催化剂汽车尾气催化剂属于固体催化剂，主要由三部分构成：

1.汽车尾气催化剂载体：可分为颗粒催化剂和整装催化剂两类。前者主要以颗

粒状活性氧化铝(γ-Al2O3

为载体，颗粒状催化剂存在以下缺点：堆密度大、热容大、排气阻力大、对发动机

排气造成很大影响,在高温腐蚀性气流的冲刷下磨损快，且易与主要催化剂铑发生

反应，鉴于这些缺陷颗粒状催化剂现已被淘汰。相反整装催化剂则因排气阻力小、

机械强度大、热稳定性好、耐冲击等性能而广泛应用于汽车尾气的净化。

2.催化涂层：催化涂层附着于载体表面，提供大比表面积来附着贵重金属或其

他催化成分的良好催化环境。涂层材料常用γ-

Al2O3，因其有很强的吸附能力和大比表面积。通常加入Ce、La、Ba、Sr、Zr等稀

土作为助剂。

3.催化剂活性组分：(1贵金属催化剂[3，4]：上世纪80年代,美国首先推出了

含Pt、Rh、Pd的贵金属三效催化剂。到90年代,贵金属三效催化剂的功能涉及面更广,还能解决汽车冷启动时的污染控制。但对燃料种类和发电机有一定要求。由于

贵金属Pd价格远低于Pt、Rh,因此以Pd替代Pt、Rh已成为贵金属催化剂的一个发展方向。张燕，肖彦等[5]对不同配比的Pd、Pt、Rh

三效催化剂性能进行了研究，付名利,

叶代启等[6]对铑含量对贵金属型三效催化剂性能的影响进行了研究。对目前国内的三效催化剂产业与国外相比还有较大差距，随着国家排放法规的不断严格，国内三效催化剂产业进程将大大加快。在我国没有单独的贵金属矿藏，用于三效催化剂的贵金属主要依赖于进口。而另一方面，国内稀土资源却非常丰富。随着市场贵金属价格的不断上涨，对三效催化剂的研究开始更关注贵金属的用量及开发单钯的三效催化剂和采用非贵金属作催化剂的活性组分。(2钙钛矿型催化剂:

钙钛矿型催化剂的化学式一般以ABO3表示,

A通常是碱金属、碱土金属或稀土等离子半径较大的金属,B则是离子半径较小的过渡金属,如Co、Mn、Cu、Ni等,在此类催化剂中,以稀土元素和过渡金属元素组成的复合ABO3型催化剂性能较优,在中温区和中等空速时,具有与贵金属催化剂相近的催化活性,且高温下稳定,抗S、P等中毒能力强等,与贵金属催化剂十分接近。此外,贵金属取代或掺杂的钙钛矿型复合氧化物催化剂对处理汽车尾气也非常有效,这都是三效催化剂的发展方向[1,7]。(3此外还有稀土催化剂,，分子筛催化剂。金属离子交换分子筛催化剂,如金属-ZMS-

5分子筛催化剂也可用于汽车尾气净化。该催化剂中的金属可以是Cu、Fe、In、Ag 等,研究表明,这类催化剂对汽车尾气中的CO、HC和NO x

均有较好的净化作用,尤其是微量贵金属改性的Cu-ZMS-

5分子筛催化剂,对CO的净化能力大幅提高,同时具有的高转化率操作窗口也大大扩宽,在汽车尾气净化方面,具有潜在的应用前景。

参考文献：

［1］王大祥，车用催化剂的研究进展，世界汽车.2004

［2］曹磊.汽车尾气净化催化剂的研究进展.污染防治技术，2008

［3］郑育英,邓淑华,黄慧民,周立清,余双平.汽车尾气净化催化剂的研究进展.

广东工业大学学报，2004

［4］康新婷,汤慧萍,张健,吴贤,

汽车尾气净化用贵金属催化剂研究进展,稀有金属材料与工程，2006