环境保护催化与环境友好催化技术
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➢ 催化剂中毒失效可以分成化学中毒和机械中毒。高温 下催化剂的热劣化和S、P、Pb中毒极大地缩短了催 化剂的使用寿命。
➢ 冷启动问题，汽车尾气中60%～80%的有毒气体是在 冷启动2分钟内产生的，必须着手改善催化剂的低温 活性
环境保护催化与环境友好催化技术
➢ 贫燃时催化效率降低，使常规的三效催化剂能控制 CO和HC排放，但几乎无法控制NOx的排放。
Pt，Pd是除去CO, HC的有效金属组分。
➢ 其他反应
2HC + 4H2O ＝ 2CO2 + H2 CO + H2O ＝ CO2 + H2
汽车尾气净化主要发生了氧化-还原反应。三效催化转化器
能同时降低3种排气污染物，只有在空燃比等于14.6时才能达到
最优化。因为NOx的还原需要H2、CO和HC等作为还原剂。
环境保护催化与环境友好催化技术
5.2.2 静态源的净化处理催化技术 主要污染物： COx（CO、CO2）、NOx（NO、N2O、 NO2）、SOx以及NH3 、烃类。 ❖CO2和CH4 是温室气体 ❖NOx与烃类相互作用导致光化学烟雾 ❖SOx、 NOx会产生酸雨，破坏生态环境
失活： 基质破裂、基面涂层相变、活性组
分迁移、贵金属烧结等。
环境保护催化与环境友好催化技术
三效催化剂存在的问题
➢ 催化转化率不能满足更苛刻的要求。大多数催化剂高 温活性好，低温活性差，这极大地影响催化转化效果。
➢ 催化剂易热失效、中毒失效。热失效催化剂在高温作 用下发生烧结和晶粒长大，导致活性下降。
环境保护催化与环境友好催化技术
会现 再代 造大 成都 伦市 敦的 烟空 雾气 事污 件染 ？会
不
环境保护催化与环境友好催化技术
石油污染最严重的地区-----墨西哥湾
环境保护催化与环境友好催化技术
酸 雨 使 我 国 大 量 的 林 木 被 毁
环境保护催化与环境友好催化技术
臭氧层是唯一保护地球生命 不受紫外线强烈伤害的屏障
环境保护催化与环境友好催化技术
5.2 空气污染治理的催化技术
影响大气环境主要污染物： COx、NOx、 SOx、 VOCs（挥发
性有机物）、微粒尘埃等。
环境保护催化与环境友好催化技术
污染物产生源头：
动态源
机动车尾气 排放的污染 物
静态源
发电厂、水泥 厂、工业锅炉 、废弃物焚烧 炉等烟囱排放 的污染物
第五章 环境保护催化与环境友好催化技术
5.1 环境经济的提出和环境友好概念的产生 5.2 空气污染治理的催化技术 5.3 工业废液的催化净化技术 5.4 大气层保护与催化技术 5.5 环境友好的催化技术（自学、作业-上网 查找环境友好催化技术的案例） 5.6 光催化在环境科学中的应用
环境保护催化与环境友好催化技术
环境保护催化与环境友好催化技术
环境催化： 指用于减少环境不容物排放的催化技术
环境催化的特点： ❖涉及的范围更广 ❖推广到整个工业生产和日常生活领域中的污 染治理 ❖反应条件苛刻
环境保护催化与环境友好催化技术
环境催化的研究内容： ❖对污染的治理
将污染物转化成无害物质，或回收加以 利用； ❖在生产过程或化学反应过程中减少污染的 排放，直至无污染排放； ❖用新的原料、催化剂取代对环境有害的物 质或开辟新的副产物少、选择性高的催化反 应路径。
环境保护催化与环境友好催化技术
活性组分
三效催化剂组成
第一载体
第二载体
环境保护催化与环境友好催化技术
（一）第一载体 1、陶瓷材料（多孔堇青石） 组成：2MgO·2Al2O3·5SiO2） 特点：抗热冲击性能优越，具有很 低的热膨胀系数。
2、合金载体（不锈钢、Ni-Cr，Fe-Cr-Al） 特点：机械强度大，传热快、抗震性好、
三效催化剂： 以Pt-Pd-Rh为主催化剂，能同时有效
地对ＣＯ、ＨＣ和ＮＯX进行催化转化。
环境保护催化与环境友好催化技术
三效催化剂尾气净化原理
对车用三效催化剂的主要要求
➢ 起燃温度低，有利于降低汽车冷启动时的排气污 染物排放
➢ 有较高的储氧能力，以补偿过量空气系数的波动 ➢ 耐高温，不易热老化 ➢ 对杂质不敏感，不易中毒 ➢ 极少产生H2S、NH3等物质 ➢ 价格合适
压降低、寿命长等。
环境保护催化与环境友好催化技术
（二）第二载体（涂层） ----得到高的比表面积
涂层材料须满足的条件： ❖有较高的热稳定性 ❖ 增强涂层中某重要组分的热稳定性 ❖ 协助或改善某些催化组分的功能
常用涂层材料：Al2O3、SiO2、MgO、CeO2、 ZrO2、La2O3等
环境保护催化与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ境友好催化技术
环境保护催化与环境友好催化技术
5.2.1 动态源的净化处理和三效催化剂
1、汽车尾气的主要污染物 一氧化碳（ＣＯ） 碳氢化合物（ＨＣ） 氮氧化物（ＮＯx） 硫氧化物（ＳＯx） 颗粒物（铅化合物、黑烟、油雾等） 臭气（甲醛、丙烯醛等）
环境保护催化与环境友好催化技术
2、三效催化剂TWC （Three Way Conversion Catalyst)
（三）贵金属活性组分 目前普遍采用Pt、Rh、Pd贵金属
作活性组分。 Pt：能有效促进CO和HC的氧化催化 Rh：主要催化NOX的还原 Pd：主要用于催化CO和HC的转化
环境保护催化与环境友好催化技术
三效催化剂的性能影响因素及失活
性能影响因素： 载体选择及设计、基面涂层、活性贵
金属的配比、整体催化剂的制备方法等，还 包括转化器的结构设计及操作运转情况。
环境保护催化与环境友好催化技术
三效催化剂上发生的化学反应
➢ NOx的还原，以NO为例:
NO + CO ＝ 1/2 N2 + CO2 NO + H2 ＝ 1/2 N2 + H2O
Rh对N2的生成有良好的活性和选择性，是催化剂 的主要部分。
环境保护催化与环境友好催化技术
➢ CO和HC的氧化
CO + 1/2 O2 ＝ CO2 4HC + 5O2 ＝ 4CO2 + 2H2O
➢ 通过NOx的分解治理NOx不需要还原剂：2NO=N2+O2。 但活化能太高，尚无突破性进展。NOx 催化还原效 率还有待进一步提高。
➢ 热稳定性不高。大多数催化剂的热稳定性还不甚理 想，其耐热冲击能力弱，热抗震性能差。
➢ 当前汽车广泛应用的催化剂大多还是贵金属或贵金 属掺杂其他金属氧化物型，成本仍然很高。
➢ 冷启动问题，汽车尾气中60%～80%的有毒气体是在 冷启动2分钟内产生的，必须着手改善催化剂的低温 活性
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➢ 贫燃时催化效率降低，使常规的三效催化剂能控制 CO和HC排放，但几乎无法控制NOx的排放。
Pt，Pd是除去CO, HC的有效金属组分。
➢ 其他反应
2HC + 4H2O ＝ 2CO2 + H2 CO + H2O ＝ CO2 + H2
汽车尾气净化主要发生了氧化-还原反应。三效催化转化器
能同时降低3种排气污染物，只有在空燃比等于14.6时才能达到
最优化。因为NOx的还原需要H2、CO和HC等作为还原剂。
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5.2.2 静态源的净化处理催化技术 主要污染物： COx（CO、CO2）、NOx（NO、N2O、 NO2）、SOx以及NH3 、烃类。 ❖CO2和CH4 是温室气体 ❖NOx与烃类相互作用导致光化学烟雾 ❖SOx、 NOx会产生酸雨，破坏生态环境
失活： 基质破裂、基面涂层相变、活性组
分迁移、贵金属烧结等。
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三效催化剂存在的问题
➢ 催化转化率不能满足更苛刻的要求。大多数催化剂高 温活性好，低温活性差，这极大地影响催化转化效果。
➢ 催化剂易热失效、中毒失效。热失效催化剂在高温作 用下发生烧结和晶粒长大，导致活性下降。
环境保护催化与环境友好催化技术
会现 再代 造大 成都 伦市 敦的 烟空 雾气 事污 件染 ？会
不
环境保护催化与环境友好催化技术
石油污染最严重的地区-----墨西哥湾
环境保护催化与环境友好催化技术
酸 雨 使 我 国 大 量 的 林 木 被 毁
环境保护催化与环境友好催化技术
臭氧层是唯一保护地球生命 不受紫外线强烈伤害的屏障
环境保护催化与环境友好催化技术
5.2 空气污染治理的催化技术
影响大气环境主要污染物： COx、NOx、 SOx、 VOCs（挥发
性有机物）、微粒尘埃等。
环境保护催化与环境友好催化技术
污染物产生源头：
动态源
机动车尾气 排放的污染 物
静态源
发电厂、水泥 厂、工业锅炉 、废弃物焚烧 炉等烟囱排放 的污染物
第五章 环境保护催化与环境友好催化技术
5.1 环境经济的提出和环境友好概念的产生 5.2 空气污染治理的催化技术 5.3 工业废液的催化净化技术 5.4 大气层保护与催化技术 5.5 环境友好的催化技术（自学、作业-上网 查找环境友好催化技术的案例） 5.6 光催化在环境科学中的应用
环境保护催化与环境友好催化技术
环境保护催化与环境友好催化技术
环境催化： 指用于减少环境不容物排放的催化技术
环境催化的特点： ❖涉及的范围更广 ❖推广到整个工业生产和日常生活领域中的污 染治理 ❖反应条件苛刻
环境保护催化与环境友好催化技术
环境催化的研究内容： ❖对污染的治理
将污染物转化成无害物质，或回收加以 利用； ❖在生产过程或化学反应过程中减少污染的 排放，直至无污染排放； ❖用新的原料、催化剂取代对环境有害的物 质或开辟新的副产物少、选择性高的催化反 应路径。
环境保护催化与环境友好催化技术
活性组分
三效催化剂组成
第一载体
第二载体
环境保护催化与环境友好催化技术
（一）第一载体 1、陶瓷材料（多孔堇青石） 组成：2MgO·2Al2O3·5SiO2） 特点：抗热冲击性能优越，具有很 低的热膨胀系数。
2、合金载体（不锈钢、Ni-Cr，Fe-Cr-Al） 特点：机械强度大，传热快、抗震性好、
三效催化剂： 以Pt-Pd-Rh为主催化剂，能同时有效
地对ＣＯ、ＨＣ和ＮＯX进行催化转化。
环境保护催化与环境友好催化技术
三效催化剂尾气净化原理
对车用三效催化剂的主要要求
➢ 起燃温度低，有利于降低汽车冷启动时的排气污 染物排放
➢ 有较高的储氧能力，以补偿过量空气系数的波动 ➢ 耐高温，不易热老化 ➢ 对杂质不敏感，不易中毒 ➢ 极少产生H2S、NH3等物质 ➢ 价格合适
压降低、寿命长等。
环境保护催化与环境友好催化技术
（二）第二载体（涂层） ----得到高的比表面积
涂层材料须满足的条件： ❖有较高的热稳定性 ❖ 增强涂层中某重要组分的热稳定性 ❖ 协助或改善某些催化组分的功能
常用涂层材料：Al2O3、SiO2、MgO、CeO2、 ZrO2、La2O3等
环境保护催化与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ境友好催化技术
环境保护催化与环境友好催化技术
5.2.1 动态源的净化处理和三效催化剂
1、汽车尾气的主要污染物 一氧化碳（ＣＯ） 碳氢化合物（ＨＣ） 氮氧化物（ＮＯx） 硫氧化物（ＳＯx） 颗粒物（铅化合物、黑烟、油雾等） 臭气（甲醛、丙烯醛等）
环境保护催化与环境友好催化技术
2、三效催化剂TWC （Three Way Conversion Catalyst)
（三）贵金属活性组分 目前普遍采用Pt、Rh、Pd贵金属
作活性组分。 Pt：能有效促进CO和HC的氧化催化 Rh：主要催化NOX的还原 Pd：主要用于催化CO和HC的转化
环境保护催化与环境友好催化技术
三效催化剂的性能影响因素及失活
性能影响因素： 载体选择及设计、基面涂层、活性贵
金属的配比、整体催化剂的制备方法等，还 包括转化器的结构设计及操作运转情况。
环境保护催化与环境友好催化技术
三效催化剂上发生的化学反应
➢ NOx的还原，以NO为例:
NO + CO ＝ 1/2 N2 + CO2 NO + H2 ＝ 1/2 N2 + H2O
Rh对N2的生成有良好的活性和选择性，是催化剂 的主要部分。
环境保护催化与环境友好催化技术
➢ CO和HC的氧化
CO + 1/2 O2 ＝ CO2 4HC + 5O2 ＝ 4CO2 + 2H2O
➢ 通过NOx的分解治理NOx不需要还原剂：2NO=N2+O2。 但活化能太高，尚无突破性进展。NOx 催化还原效 率还有待进一步提高。
➢ 热稳定性不高。大多数催化剂的热稳定性还不甚理 想，其耐热冲击能力弱，热抗震性能差。
➢ 当前汽车广泛应用的催化剂大多还是贵金属或贵金 属掺杂其他金属氧化物型，成本仍然很高。