汽车尾气处理中的三效催化剂技术进展
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参考文献 ［１］ 李青．汽车尾气净化用催化剂的结构及
特性．北方环境出版社：１９９７年０４期．
［２］ 珥 建 ， 任 静 ． 利 用 催 化 反 应 器 减 少 汽 车 尾气排放的技术动态［Ｊ］．重整汽车． １９９６年０６期．
［３］ 沈 卫 东 ， 宋 嘉 ． 催 化 剂 的 低 温 活 性 及 催 化器的预热措施．１９９６年第０１期．
三效催化转化器的反应机理如下：发 生的化学反应主要是ＣＯ和ＨＣ的氧化反应 以及Ｎ Ｏ Ｘ的 还 原 反 应， Ｃ Ｏ 和Ｈ Ｃ 与Ｎ Ｏ Ｘ互为 氧 化 剂 和 还 原 剂 。另外， 在汽车尾气排放物 中 除 了 含 有Ｃ Ｏ 、ＨＣ 和ＮＯ Ｘ外，还 含 有 大 量
图１ 蜂窝载体的截面结构
的水蒸气（Ｈ２Ｏ）和二氧化碳（ＣＯ２），因此还伴 随着ＣＯ的水煤气反应和ＨＣ的水蒸气重整 反应。
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科技创新导报 Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ ｎ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｈ ｅ ｒ ａ ｌ ｄ
工 业 技 术
于催化剂活性物质的吸附，并减少排气阻 力 ； 此 外 ， 金 属 载 体 热 导 系 数 、热 膨 胀 系 数 也 高 于 陶 瓷 材 料 。可 以 与 催 化 净 化 的 壳 体 实现很好的热膨胀匹配；而且它的热容比 陶瓷载体低，可以缩短达到催化反应的温 度和时间；由于其机械强度高，可以避免催 化 剂 破 碎 而 引 起 的 二 次 污 染 。目 前 被 认 可 的可用作汽车尾气净化器的金属载体材料 主要是：Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ，Ｎｉ－Ｃｒ，Ｆｅ－Ｍｏ－Ｗ等三 类 合 金 。其 中 Ｆ ｅ － Ｃ ｒ － Ａ ｌ 最 具 有 应 用 前 景 。 下面图２为蜂窝体的俯视图［１４］。 ４ ． ２ 关于载体材质的选择
科技创新导报 ２０１１ ＮＯ．１１
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
其在汽车行驶中，有时瞬间的排气温度可 以高达１０００℃，这种反复的高温冲击会造成 γ－Ａｌ２Ｏ３向热力学稳定的α相和大颗粒化 发展，致使比表面积的大幅度下降，使得催 化剂的转化率降低甚至完全消失。
科技创新导报 ２０１１ ＮＯ．１１ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 汽车尾气处理中的三效催化剂技术进展
工 业 技 术
王宏达 （ 西南石油大学四川省成都市 ６ １ ０ ５ ０ ０ ）
摘 要：采用催化反应器和再循环技术（ＥＧＲ）对汽车尾气进行处理，可以减低有害物质的含量。催化反应器在排气温度下借助于尾气在催
因此，为了提高γ－Ａｌ ２Ｏ３的相转化温 度、改 善 催 化 剂 的 热 稳 定 性， 各国科研工作 者 广 泛 开 展 了 耐 热 涂 层 配 方 、工 艺 与 高 温 热 稳 定 性 关 系 的 研 究 。通 过 大 量 实 验 ， 发现 在铝胶中添加适量的稀土氧化物可以有效 抑制γ－Ａｌ２Ｏ３向γ－Ａｌ２Ｏ３转化，有利于提高 载体耐热稳定性。
评价一种材料的好坏由抗热冲击性能 因子决定，抗热冲击性能因子Ｒ＝σ（１－ μ）／Ｅα其中σ／Ｅ的比值变化不大，Ｒ 值大 小主要取决于α，α值越小，则Ｒ值越大，材 料的抗热冲击性能越好。
５ 发展前景 利用三效催化剂是最为有效控制汽车
排 放 污 染 物 的 措 施 之 一 。加 之 我 国 的 稀 土 资源丰富，且稀土催化剂的研究已经处于 世界的前列，因此着眼于开发不添加或少 添加贵金属的稀土催化剂是主要的发展方 向。而 在 国 外， 三 效 催 化 剂 的 发 展 趋 势 是 提 高催化剂对ＮＯＸ的选择还原性和开发相对 便宜的全Ｐｄ三效催化剂，而稀土元素只作 为 贵 金 属 的 改 性 添 加 剂 。纳 米 稀 土 三 效 催 化 剂 的 成 本 低 、其 活 性 高 于 普 通 三 效 催 化 剂 、催 化 效 果 好 ， 将 是 一 种 新 型 催 化 剂 ， 成 为今后研发热点。
在整个催化剂的系统中，催化剂的活 性组分，无疑是最关键的技术，但是作为催 化剂主要组分单元的载体，同样会对催化 净化器的转化率及其耐久性起着决定性的 作 用 。因 次， 载 体 必 须 具 有 十 分 优 良 的 耐 热 性能和抗高温能力。
由于堇青石蜂窝陶瓷载体比表面很小 （＜１ｍ／ｇ），为了使活性成分能均匀分散在载 体表面，以提高催化活性和缩小净化器体 积，必须在载体表面再涂上一层高表面积 的 活 性 涂 层 。其 中 γ －Ａｌ２Ｏ ３是 目 前 应 用 最 为 广 泛 。γ －Ａｌ２Ｏ ３一 般 通 过 灼 烧 氧 化 铝 的 水 合 物（Ａｌ ２Ｏ ３·ｎ Ｈ ２Ｏ ） 而 获 得 。然 而 γ－Ａｌ ２Ｏ ３ 的热稳定性问题仍然长期困扰着人们，尤
［７］ 刘 明 海 ，邬 钦 崇 ，俞 国 扬 ，梁 荣 庆 ，任 兆 杏，胡希伟［Ｊ］．汽车排气催化净化的技 术动向．环境科学动态，ＥＮＶＩＲＯＮ－ ＭＥＮＴＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＴＲＥＮＤＳ．１９９９年 ０３期．
由上所述，汽车用催化剂载体由载体 骨架和骨架表面的活性涂层（Ｗａｓｈｃｏａｔ）两 部 分 组 成 。国 内 外 车 用 载 体 骨 架 的 材 料 主 要 有 陶 瓷 和 金 属 两 种 。由 于 金 属 的 耐 高 温 性（＜１０００℃）和抗氧化性能比陶瓷载体差， 所 以 应 用 最 为 广 泛 的 还 是 陶 瓷 材 料 。目 前， 国内外已广泛实用蜂窝状陶瓷载体，其材 质均采用堇青石。 ４ ． ３ 载体表面改性
［４］ 李佩珩，阎红，邱志光．汽车尾气净化催 化剂载体表面改性的研究．２００１年０２期．
［５］ 冯长根，王帅帅，陈建军．汽车尾气净化 催化剂涂层改性研究［Ｊ］．环境污染治理 技术与设备．２００６年０２期．
［６］ 陈 泽 智 ，周 玉 香，刘 涛 ，唐 秋 萍 ，龚 惠 娟． 尾气净化用低温等离子体催化反应器 的研制及试验研究［Ｊ］．车辆与动力技 术．２００５年０２期．
４．１．１ 颗粒型载体 颗粒型载体是汽车尾气催化净化器载 体 的 最 早 形 式 。它 是 由 直 径 为 ３ ～ ４ ｍ ｍ 的 活 性 氧 化 铝 （ γ － Ａ ｌ ２ Ｏ ３ ） 小 球 堆 积 而 成 。贵 金 属 催化剂活性物质沉积在比表面积为（７０～ ３ ５ ０ ｃ ｍ ２ ／ ｇ ）的 氧 化 铝 上 。氧 化 铝 的 作 用 是 稀 释、支 撑 和 分 散 催 化 剂 。 这种载体的优点是：比表面积大，机械 强度高，制造简单，价格低廉，装填容易与 活 性 组 分 的 亲 和 力 好 。其 缺 点 是： 发动机的 排气阻力和背压大，油耗大，同时在高温腐 蚀性气流的冲刷下易粉化。 ４．１．２ 蜂窝状载体 蜂 窝 状 载 体 的 气 体 阻 力 小 、机 械 强 度 高 、热 稳 定 性 好 、催 化 活 性 涂 层 薄 且 比 表 面 积 大 。目 前 此 种 载 体 已 经 得 到 较 为 广 泛 的 应 用 。常 用 的 蜂 窝 状 载 体 大 部 分 是 由 陶 瓷 材料制成的，进年来由于科学的进步及不 断的探索，开发了金属蜂窝状载体。 下面图１为蜂窝陶瓷载体的截面结构［１４］。 （１）陶 瓷 蜂 窝 状 载 体 ： 蜂 窝 陶 瓷 的 孔 型 结 构 有 两 种 即 正 方 孔 和 三 角 孔 型 。正 方 孔 比三角孔型的比表面积小１０％左右。 陶 瓷 的 主 要 原 料 为 堇 青 石 （ ２ Ｍ ｇ Ｏ ２· Ａｌ ２Ｏ ３·５ Ｓ ｉ Ｏ ２） ， 通 过 挤 压 成 型 烧 制 而 成 。菫 青 石不仅有低的膨胀系数，良好的耐化学性 能 及 耐 热 性 。而 且 本 身 气 孔 率 较 高 。 为 了 固 定 催 化 剂 。蜂 窝 陶 瓷 载 体 表 面 通常涂覆一层均匀的高比表面涂层，然后 把贵金属活性组分负载在其表面。 堇青石峰陶瓷一般由挤压制得，其步 骤为：混合原料粘结剂→用水和其他添加 剂塑化→挤压成形→干燥→烧成。 （２）金 属 蜂 窝 状 载 体 ： 金 属 载 体 与 陶 瓷 载体相比有自己的优点：金属载体的几何 比 表 面 积 、开 孔 率 均 比 陶 瓷 载 体 高 。这 有 利
４ 车尾气催化剂的载体 ４ ． １ 汽车尾气净化催化剂载体的种类
汽车用催化剂载体由载体骨架和骨架 表 面 的 活 性 涂 层 组 成 。国 内 外 车 用 骨 架 的 材 料 主 要 有 陶 瓷 和 金 属 两 种 。从 结 构 的 形 式 上 可 以 分 为 颗 粒 载 体 、蜂 窝 状 载 体 和 Ｓ ｉ Ｃ 泡沫陶瓷载体。
化 剂 表 面 进 行 氧 化 还 原 反 应 ， 将 尾 气 中 的 中 的 Ｃ Ｏ 、Ｈ Ｃ 、Ｎ Ｏ Ｘ转 变 为 无 害 的 Ｃ Ｏ ２、Ｎ ２等 ， 从 而 减 少 环 境 污 染 。本 文 综 述 了 催 化 剂 在 国 内 外 汽 车 尾气排放中的处理技术，比较和分析了各种催化剂及其载体的应用情况。
关键词： 汽车尾气 三效催化剂 技术进展
中图分类号：Ｘ７３
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２０１１）０４（ｂ）－００５６－０２
１ 引言 随着世界各国环保意识的不断增强，
汽车尾气的排放受到越来越严格的限制。 当前采用催化反应器和废气在循环技术 （ Ｅ Ｇ Ｒ ）对 尾 气 进 行 再 处 理 、降 低 有 害 物 质 的 含 量 。这 种 方 法 直 接 、经 济 、有 效 、应 用 非 常 广 泛 。催 化 技 术 处 理 汽 车 尾 气 主 要 是 通 过 氧化还原反应，将尾气中的ＣＯ、ＨＣ 、ＮＯＸ转 变为无害的ＣＯ ２、Ｎ２等，从而减少环境污染。 该技术的核心是催化剂，本文重点讨论汽 车尾气处理过程中常见的三效催化剂及载 体技术和反应机理。
２ 三效催化剂 ２ ． １ 贵金属催化剂
２０世纪８０年代，美国首先推出了含有 Ｐ ｔ 、Ｒ ｈ 、Ｐ ｄ 的 贵 金 属 三 效 催 化 剂 。随 着 技 术 的 发 展， 以 堇 青 石 蜂 窝 陶 瓷 为 载 体 、活性氧 化铝为涂层的贵金属三效催化剂已经发展 成熟。到９ ０ 年代， 贵金属三效催化剂的功能 涉及面更广，还能解决汽车启动时的污染 控 制 。但 该 类 催 化 剂 必 须 使 用 无 铅 汽 油，并 要求实现发动机的闭环控制，精确控制比 在 理 论 值 的 １ ４ ． ７∶１ 附 近 。 ２ ． ２ 钙钛矿型催化剂
催化剂可以用于净化汽车尾气，他通过实 验 ， 用 Ｌ ａ Ｃ ｏ Ｏ ３催 化 剂 对 甲 烷 、乙 烷 和 乙 烯 的 催 化 氧 化 进 行 了 研 究 。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 Ｃ ｏ 、Ｍ ｎ 、 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。
由 于 贵 金 属 资 源 有 限 、价 格 高 昂 ， 减少 贵金属用量或替代贵金属，成为汽车尾气 净 化 催 化 剂 的 发 展 趋 势 。早 在 １ ９ ７ １ 年 ， Ｌｉｂｂｙ就首先发表文章指出，钙钛矿型稀土
３ 三效催化剂的反应机理 催 化 作 用 的 核 心 是 催 化 剂 。催 化 剂 是
一种能改变化学反应速率而本身和组成在 化 学 反 应 前 后 保 持 不 变 的 物 质 。催 化 剂 不 能影响化学反应的平衡位置，也不能使热 力 学 受 阻 的 化 学 反 应 得 以 进 行 。催 化 剂 与 反应物生成不稳定的中间化合物，改变了 反应途径，降低了表观活化能，增大了表观 指 前 因 子 。所 以， 催 化 剂 可 使 热 力 学 允 许 的 反应在适当的化学条件下具有较低的活化 能，从而加速反应的进展。
特性．北方环境出版社：１９９７年０４期．
［２］ 珥 建 ， 任 静 ． 利 用 催 化 反 应 器 减 少 汽 车 尾气排放的技术动态［Ｊ］．重整汽车． １９９６年０６期．
［３］ 沈 卫 东 ， 宋 嘉 ． 催 化 剂 的 低 温 活 性 及 催 化器的预热措施．１９９６年第０１期．
三效催化转化器的反应机理如下：发 生的化学反应主要是ＣＯ和ＨＣ的氧化反应 以及Ｎ Ｏ Ｘ的 还 原 反 应， Ｃ Ｏ 和Ｈ Ｃ 与Ｎ Ｏ Ｘ互为 氧 化 剂 和 还 原 剂 。另外， 在汽车尾气排放物 中 除 了 含 有Ｃ Ｏ 、ＨＣ 和ＮＯ Ｘ外，还 含 有 大 量
图１ 蜂窝载体的截面结构
的水蒸气（Ｈ２Ｏ）和二氧化碳（ＣＯ２），因此还伴 随着ＣＯ的水煤气反应和ＨＣ的水蒸气重整 反应。
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科技创新导报 Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ ｎ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｈ ｅ ｒ ａ ｌ ｄ
工 业 技 术
于催化剂活性物质的吸附，并减少排气阻 力 ； 此 外 ， 金 属 载 体 热 导 系 数 、热 膨 胀 系 数 也 高 于 陶 瓷 材 料 。可 以 与 催 化 净 化 的 壳 体 实现很好的热膨胀匹配；而且它的热容比 陶瓷载体低，可以缩短达到催化反应的温 度和时间；由于其机械强度高，可以避免催 化 剂 破 碎 而 引 起 的 二 次 污 染 。目 前 被 认 可 的可用作汽车尾气净化器的金属载体材料 主要是：Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ，Ｎｉ－Ｃｒ，Ｆｅ－Ｍｏ－Ｗ等三 类 合 金 。其 中 Ｆ ｅ － Ｃ ｒ － Ａ ｌ 最 具 有 应 用 前 景 。 下面图２为蜂窝体的俯视图［１４］。 ４ ． ２ 关于载体材质的选择
科技创新导报 ２０１１ ＮＯ．１１
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
其在汽车行驶中，有时瞬间的排气温度可 以高达１０００℃，这种反复的高温冲击会造成 γ－Ａｌ２Ｏ３向热力学稳定的α相和大颗粒化 发展，致使比表面积的大幅度下降，使得催 化剂的转化率降低甚至完全消失。
科技创新导报 ２０１１ ＮＯ．１１ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 汽车尾气处理中的三效催化剂技术进展
工 业 技 术
王宏达 （ 西南石油大学四川省成都市 ６ １ ０ ５ ０ ０ ）
摘 要：采用催化反应器和再循环技术（ＥＧＲ）对汽车尾气进行处理，可以减低有害物质的含量。催化反应器在排气温度下借助于尾气在催
因此，为了提高γ－Ａｌ ２Ｏ３的相转化温 度、改 善 催 化 剂 的 热 稳 定 性， 各国科研工作 者 广 泛 开 展 了 耐 热 涂 层 配 方 、工 艺 与 高 温 热 稳 定 性 关 系 的 研 究 。通 过 大 量 实 验 ， 发现 在铝胶中添加适量的稀土氧化物可以有效 抑制γ－Ａｌ２Ｏ３向γ－Ａｌ２Ｏ３转化，有利于提高 载体耐热稳定性。
评价一种材料的好坏由抗热冲击性能 因子决定，抗热冲击性能因子Ｒ＝σ（１－ μ）／Ｅα其中σ／Ｅ的比值变化不大，Ｒ 值大 小主要取决于α，α值越小，则Ｒ值越大，材 料的抗热冲击性能越好。
５ 发展前景 利用三效催化剂是最为有效控制汽车
排 放 污 染 物 的 措 施 之 一 。加 之 我 国 的 稀 土 资源丰富，且稀土催化剂的研究已经处于 世界的前列，因此着眼于开发不添加或少 添加贵金属的稀土催化剂是主要的发展方 向。而 在 国 外， 三 效 催 化 剂 的 发 展 趋 势 是 提 高催化剂对ＮＯＸ的选择还原性和开发相对 便宜的全Ｐｄ三效催化剂，而稀土元素只作 为 贵 金 属 的 改 性 添 加 剂 。纳 米 稀 土 三 效 催 化 剂 的 成 本 低 、其 活 性 高 于 普 通 三 效 催 化 剂 、催 化 效 果 好 ， 将 是 一 种 新 型 催 化 剂 ， 成 为今后研发热点。
在整个催化剂的系统中，催化剂的活 性组分，无疑是最关键的技术，但是作为催 化剂主要组分单元的载体，同样会对催化 净化器的转化率及其耐久性起着决定性的 作 用 。因 次， 载 体 必 须 具 有 十 分 优 良 的 耐 热 性能和抗高温能力。
由于堇青石蜂窝陶瓷载体比表面很小 （＜１ｍ／ｇ），为了使活性成分能均匀分散在载 体表面，以提高催化活性和缩小净化器体 积，必须在载体表面再涂上一层高表面积 的 活 性 涂 层 。其 中 γ －Ａｌ２Ｏ ３是 目 前 应 用 最 为 广 泛 。γ －Ａｌ２Ｏ ３一 般 通 过 灼 烧 氧 化 铝 的 水 合 物（Ａｌ ２Ｏ ３·ｎ Ｈ ２Ｏ ） 而 获 得 。然 而 γ－Ａｌ ２Ｏ ３ 的热稳定性问题仍然长期困扰着人们，尤
［７］ 刘 明 海 ，邬 钦 崇 ，俞 国 扬 ，梁 荣 庆 ，任 兆 杏，胡希伟［Ｊ］．汽车排气催化净化的技 术动向．环境科学动态，ＥＮＶＩＲＯＮ－ ＭＥＮＴＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＴＲＥＮＤＳ．１９９９年 ０３期．
由上所述，汽车用催化剂载体由载体 骨架和骨架表面的活性涂层（Ｗａｓｈｃｏａｔ）两 部 分 组 成 。国 内 外 车 用 载 体 骨 架 的 材 料 主 要 有 陶 瓷 和 金 属 两 种 。由 于 金 属 的 耐 高 温 性（＜１０００℃）和抗氧化性能比陶瓷载体差， 所 以 应 用 最 为 广 泛 的 还 是 陶 瓷 材 料 。目 前， 国内外已广泛实用蜂窝状陶瓷载体，其材 质均采用堇青石。 ４ ． ３ 载体表面改性
［４］ 李佩珩，阎红，邱志光．汽车尾气净化催 化剂载体表面改性的研究．２００１年０２期．
［５］ 冯长根，王帅帅，陈建军．汽车尾气净化 催化剂涂层改性研究［Ｊ］．环境污染治理 技术与设备．２００６年０２期．
［６］ 陈 泽 智 ，周 玉 香，刘 涛 ，唐 秋 萍 ，龚 惠 娟． 尾气净化用低温等离子体催化反应器 的研制及试验研究［Ｊ］．车辆与动力技 术．２００５年０２期．
４．１．１ 颗粒型载体 颗粒型载体是汽车尾气催化净化器载 体 的 最 早 形 式 。它 是 由 直 径 为 ３ ～ ４ ｍ ｍ 的 活 性 氧 化 铝 （ γ － Ａ ｌ ２ Ｏ ３ ） 小 球 堆 积 而 成 。贵 金 属 催化剂活性物质沉积在比表面积为（７０～ ３ ５ ０ ｃ ｍ ２ ／ ｇ ）的 氧 化 铝 上 。氧 化 铝 的 作 用 是 稀 释、支 撑 和 分 散 催 化 剂 。 这种载体的优点是：比表面积大，机械 强度高，制造简单，价格低廉，装填容易与 活 性 组 分 的 亲 和 力 好 。其 缺 点 是： 发动机的 排气阻力和背压大，油耗大，同时在高温腐 蚀性气流的冲刷下易粉化。 ４．１．２ 蜂窝状载体 蜂 窝 状 载 体 的 气 体 阻 力 小 、机 械 强 度 高 、热 稳 定 性 好 、催 化 活 性 涂 层 薄 且 比 表 面 积 大 。目 前 此 种 载 体 已 经 得 到 较 为 广 泛 的 应 用 。常 用 的 蜂 窝 状 载 体 大 部 分 是 由 陶 瓷 材料制成的，进年来由于科学的进步及不 断的探索，开发了金属蜂窝状载体。 下面图１为蜂窝陶瓷载体的截面结构［１４］。 （１）陶 瓷 蜂 窝 状 载 体 ： 蜂 窝 陶 瓷 的 孔 型 结 构 有 两 种 即 正 方 孔 和 三 角 孔 型 。正 方 孔 比三角孔型的比表面积小１０％左右。 陶 瓷 的 主 要 原 料 为 堇 青 石 （ ２ Ｍ ｇ Ｏ ２· Ａｌ ２Ｏ ３·５ Ｓ ｉ Ｏ ２） ， 通 过 挤 压 成 型 烧 制 而 成 。菫 青 石不仅有低的膨胀系数，良好的耐化学性 能 及 耐 热 性 。而 且 本 身 气 孔 率 较 高 。 为 了 固 定 催 化 剂 。蜂 窝 陶 瓷 载 体 表 面 通常涂覆一层均匀的高比表面涂层，然后 把贵金属活性组分负载在其表面。 堇青石峰陶瓷一般由挤压制得，其步 骤为：混合原料粘结剂→用水和其他添加 剂塑化→挤压成形→干燥→烧成。 （２）金 属 蜂 窝 状 载 体 ： 金 属 载 体 与 陶 瓷 载体相比有自己的优点：金属载体的几何 比 表 面 积 、开 孔 率 均 比 陶 瓷 载 体 高 。这 有 利
４ 车尾气催化剂的载体 ４ ． １ 汽车尾气净化催化剂载体的种类
汽车用催化剂载体由载体骨架和骨架 表 面 的 活 性 涂 层 组 成 。国 内 外 车 用 骨 架 的 材 料 主 要 有 陶 瓷 和 金 属 两 种 。从 结 构 的 形 式 上 可 以 分 为 颗 粒 载 体 、蜂 窝 状 载 体 和 Ｓ ｉ Ｃ 泡沫陶瓷载体。
化 剂 表 面 进 行 氧 化 还 原 反 应 ， 将 尾 气 中 的 中 的 Ｃ Ｏ 、Ｈ Ｃ 、Ｎ Ｏ Ｘ转 变 为 无 害 的 Ｃ Ｏ ２、Ｎ ２等 ， 从 而 减 少 环 境 污 染 。本 文 综 述 了 催 化 剂 在 国 内 外 汽 车 尾气排放中的处理技术，比较和分析了各种催化剂及其载体的应用情况。
关键词： 汽车尾气 三效催化剂 技术进展
中图分类号：Ｘ７３
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２０１１）０４（ｂ）－００５６－０２
１ 引言 随着世界各国环保意识的不断增强，
汽车尾气的排放受到越来越严格的限制。 当前采用催化反应器和废气在循环技术 （ Ｅ Ｇ Ｒ ）对 尾 气 进 行 再 处 理 、降 低 有 害 物 质 的 含 量 。这 种 方 法 直 接 、经 济 、有 效 、应 用 非 常 广 泛 。催 化 技 术 处 理 汽 车 尾 气 主 要 是 通 过 氧化还原反应，将尾气中的ＣＯ、ＨＣ 、ＮＯＸ转 变为无害的ＣＯ ２、Ｎ２等，从而减少环境污染。 该技术的核心是催化剂，本文重点讨论汽 车尾气处理过程中常见的三效催化剂及载 体技术和反应机理。
２ 三效催化剂 ２ ． １ 贵金属催化剂
２０世纪８０年代，美国首先推出了含有 Ｐ ｔ 、Ｒ ｈ 、Ｐ ｄ 的 贵 金 属 三 效 催 化 剂 。随 着 技 术 的 发 展， 以 堇 青 石 蜂 窝 陶 瓷 为 载 体 、活性氧 化铝为涂层的贵金属三效催化剂已经发展 成熟。到９ ０ 年代， 贵金属三效催化剂的功能 涉及面更广，还能解决汽车启动时的污染 控 制 。但 该 类 催 化 剂 必 须 使 用 无 铅 汽 油，并 要求实现发动机的闭环控制，精确控制比 在 理 论 值 的 １ ４ ． ７∶１ 附 近 。 ２ ． ２ 钙钛矿型催化剂
催化剂可以用于净化汽车尾气，他通过实 验 ， 用 Ｌ ａ Ｃ ｏ Ｏ ３催 化 剂 对 甲 烷 、乙 烷 和 乙 烯 的 催 化 氧 化 进 行 了 研 究 。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 Ｃ ｏ 、Ｍ ｎ 、 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。
由 于 贵 金 属 资 源 有 限 、价 格 高 昂 ， 减少 贵金属用量或替代贵金属，成为汽车尾气 净 化 催 化 剂 的 发 展 趋 势 。早 在 １ ９ ７ １ 年 ， Ｌｉｂｂｙ就首先发表文章指出，钙钛矿型稀土
３ 三效催化剂的反应机理 催 化 作 用 的 核 心 是 催 化 剂 。催 化 剂 是
一种能改变化学反应速率而本身和组成在 化 学 反 应 前 后 保 持 不 变 的 物 质 。催 化 剂 不 能影响化学反应的平衡位置，也不能使热 力 学 受 阻 的 化 学 反 应 得 以 进 行 。催 化 剂 与 反应物生成不稳定的中间化合物，改变了 反应途径，降低了表观活化能，增大了表观 指 前 因 子 。所 以， 催 化 剂 可 使 热 力 学 允 许 的 反应在适当的化学条件下具有较低的活化 能，从而加速反应的进展。