汽车尾气治理

1、汽车尾气污染及催化净化处理 李雪0942032243 四川大学化学学院 2009级 摘要： 本文综合分析当前环境现状，对汽车尾气的成分， 危害及处理原理进行简单的分析，对当今 主要的汽车净化处理的一些技术作出比较及进行对比分析，着重介绍了当前较前沿的稀土催化 剂三元催化技术的原理及进展应用，并对未来的催化技术做出展望。 关键词：汽车尾气；净化催化；处理技术；稀土；三元催化剂。 Pollution and automobile exhaust purification catalyst Li xue 0942032243 si chuan university college of chemis

2、try Sophomore Abstract: This comprehensive analysis of the current state of the environment, the composition of automobile exhaust, harm and deal with the simple principle of analysis, purification of todays major car to compare some of the techniques and comparative analysis, focusing on more cutti

3、ng-edge current ternary rare-earth catalyst The principle and progress of catalytic applications, and the future prospect of catalytic technology to make. Keywords Automobile exhaust; purification catalyst; processing technology; rare earth; ternary catalyst 随着经济的发展，汽车已走进千家万户，随着汽车的增加，汽车尾气对环境的影响也日益显著

4、， 汽车尾气中含有多种有害气体，有害颗粒等，对人的身体健康有很大危害，人们的环保呼声越来越 高涨。因此，降低机动车的废气排放成为当今社会的热点之一。尾气处理有多种方法，使用新能源， 改善燃烧装置等，其中汽车尾气净化催化剂是控制汽车尾气排放减少污染的最有效手段。 1、 尾气成分及危害 汽车排放的尾气，除了空气中的氮和氧以及燃烧产物 CO2水蒸气为无害成分外，其余均为有害 成分 汽车发动机排放的尾气中的一部分毒性物质，是由于燃料不完全燃烧或燃气温度较低时发生 的，尤其是在次序启动 喷油器喷雾不良 超负荷工作运行中更容易发生 燃油不能很好地与氧化合燃 烧，必定生成大量的 CO HC和煤烟 而另一部分

5、有毒物质是由于燃烧室内的高温 高压而形成的氮 氧化物NO （NO是NO和NO2的总称）。 （1） 一氧化碳（CO CO是一种无色无味有毒的气体，它不易与其他物质发生反应而成为大气成 分中比较稳定的组成部分， 能停留2 3年当人们吸入过多的CO后，CO可与血液中的血红素结合, 阻碍血液吸收氧气和输送氧气而使人中毒死亡 它引起的公害被称为汽车尾气第一排气公害。 (2) 氮氧化物(NQ 它是燃烧过程中形成的一种褐色的有臭味的废气 NO是无色气体，只有轻度 刺激性，毒性不大，但高浓度时会造成中枢神经系统轻度障碍 NO可以被氧化成NO2 NO2是 一种棕红色强烈刺激性的有毒气体，它对人体健康毒性较大。

6、(3) 碳氢化合物(HQ 包括未燃和未完全燃烧的燃油 润滑油产物和部分氧化物，具有一定的毒 性和易燃易爆的特性，其中的苯类物质又具有致癌作用 HC在太阳光紫外线作用下，会与氧化氮起 光化学反应生成臭氧 醛等烟雾状物质，刺激人们的喉 眼 鼻等黏膜 它不仅危害人类与动物，而且 使生态环境遭到破坏，严重影响农作物的生长，致使农业减产，同时还具有致癌作用。 (4) 二氧化碳(CO2 )大气中30%的CO2来自于汽车排放，因其对红外热辐射的吸收而形成温 室效应 大气中的CO2大幅度增加，导致全球气温上升，破坏人类赖以生存的生态环境。 综上所述，汽车尾气排出的污染物，给人类赖以生存的大气环境带来了严重的污

7、染；在交通干 线等人口密集区，其排气高度接近人体呼吸带，给人体健康造成了严重的危害 因此，必须采取有效 措施，减少或者消除汽车尾气的排污量。 2、 尾气污染机理 (1) 一氧化碳生成机理 CO是一种不完全燃烧的产物，其生成主要受混合气浓度的影响，在过 量空气人1的浓混合气工况时，由于缺氧使燃烧中的碳不能完全氧化生成 CO2,而CO作为中间产 物生成 在入1的稀混合气工况时，理论上不应有 CO产生，但实际燃烧过程中，由于混合不均匀， 部分区域的入V 1条件成立，由局部燃烧不完全而生成 CO或者已成为燃烧产物的 CO2和H2O在 高温时吸热，产生热离分解反应，由此生成 CQ (2) 氮氧化物的生成

8、机理 汽车发动机燃烧过程中主要生成 NO,另有少量的NO2,其中NO占 绝大多数，NO2的生成量随过量空气系数 入而变化，对一般汽油机，其 入较小，NO2占NO总量的 1% 。 (3) 碳氢化合物的生成机理 汽车排放的HG其成分极为复杂，由于汽油的燃烧很复杂，任何发 动机都可能发生不完全燃烧，在排气中都会有少量 HC存在 为了提局发动机的最大功率，常使发动 机在入V 1 （A F = 12 5 13 ）的浓混合气情况下工作 在低负荷时，由于气缸内残余废气较多，为了 不使燃烧速度过低，也在 入v 1的情况下工作 由于入V 1使空气量不足，所以要发生不完全燃烧。 3、 汽车尾气净化技术 所谓汽车尾

9、气净化就是采取种种有效措施， 减少污染物的排放或使排放废气中 CO HC NOx等 污染物分别被氧化或还原生成无毒的CO2 H2O和N2。为了减少汽车尾气排放 采取的途径主要有 两种一是在不改变燃料种类的情况下采用清洁燃烧技术 即（机内净化）与尾气净化技术即（机外 净化）；二是利用绿色环保燃料来减少汽车尾气中有害物的排放。 目前国外已运用的机内净化方法主要有 延迟点火法、废气再循环装置、ECR、控制燃烧装置、 CSS清洁空气装置、CAP以及低温等离子体技术。 机内净化只能减少有害气体的生成量，不能除去已生成的有害气体 ，因此净化效率不高，通常 人们更关注的是机外净化技术，催化净化是目前研究与应

10、用最多的机外净化方式。 其中，最有效办法是使用能同时转化 CO HC NOx的三效催化剂。三效催化技术使用一种催化剂 同时催化和控制排气中的 C。HC和NOx三效催化剂由4个部分组成，载体、高度多孔的活性氧 化铝层、活性组分以及助剂。北京理工大学爆炸与安全科学国家重点实验室用共沉淀技术在室温、 pH=10.0的条件下制备出了 CexZr1-xO2固洛体，将其用于Pd基三效催化剂的制备，对催化剂的性能 进行了评价。结果表明：和纯 CeO2相比，含CexZr1-xO2固洛体的催化剂具有较高的催化性能，其 中Pd/Cex0.6Zr0.4O 催化剂性能最佳，HC CO NOx的转化率在 A/F=14.

11、6时分别为97.33%、89.52%、 100%新鲜催化剂的起燃温度分别为 186 C、180 C、185 C ,高温处理后起燃温度分别为 249 C、246 C、 241 C。 4、 三元催化技术 1）三元催化剂 三元催化剂必须对浓度在百万分之几到百分之几内变化的 CO NOx HC起净化作用，同时还要 经受短时间内从很低的温度升高到一般排气温度( 400 - 500C)的冷热交换冲击。因此要求三元催化 剂的工作范围广、热稳定性高。三元催化净化发生的主要化学反应如下 ： N0+ C(W).5、+ C()2 CO + 0.5()LC()2 4HC + 50L4C0 + 2H.0 Rh对N2形成

12、具有很好的活性和选择性，是三元催化剂的主要成分 ，Pt、Pd是除去CO和HC的 有效金属。通常一个净化器用 Pt0.9-2.3g、Rh0.18-0.3g,Pd的用量各个厂家差别较大。空燃比对三 元催化剂净化特性的影响如图所示 ,同时净化CO HC NO煽佳空燃比A/F=14.6。当A/F14.6即氧 气过剩的情况下，CO HC的净化率较高；当 A/F14.6即富油情况下,NOx的净化率较高。为了同时 保持三种污染物的净化率，要求 A/F=14.6+-0.1. 2) 三元催化剂的组成 土贵金属：三元催化剂中最重要的活性组分是 Pt、Rh、Pdo由于Pd对Pb、P、S中毒特别敏感， 在还原气氛下易

13、烧结并与 Rh生成台金使Rh的活性降低等原因，通常由 Pt-Pd构成催化剂， Rh作为添加剂可以提高 Pt的耐高温性能和使用寿命。 &稀土氧化物：由于稀土资源丰富、价格低廉、抗中毒能力强，因而国内对稀土为主的复合金 属氧化物进行了较多研究，主要是 ABO3稀土复合金属氧化物。单组分的稀土氧化物对 NOx 的还原性能不好，低温活性差、易烧结、寿命短。一般使用复合型的稀土氧化物作为活性组 分。随着各种复合活性组分的加入和制备技术的改进，已使稀土催化剂的性能大为改善。 &普通金属氧化物：普通金属氧化物如 CuO MgO、TiO2、ZrO2、NeO、CQ因资源丰富曾一度 引起人们的重视

14、。但作为主催化剂使用，其热稳定性差、活性低、起燃温度高、使用寿命短 很不理想。1991年国外发表了 Cu-Cr作为三元催化剂的研究报告，除了抗 S性能差之外，其 它功能与贵金属催化剂已不相上下。 4涂层和助剂：涂层通常采用r -Al 2其比表面积大、表面吸附能力强。加入稀土元素、碱金属、 碱土金属均可有效抑制 Al 2。的烧结和相变的发生。CeO、LaQ等稀土氧化物可显著提高贵金 属催化剂的活性。 L载体：最早采用的载体是球状活性 汽车尾气净化广泛使用的是整体型载体。根据基体材料，可分为陶瓷和金属 2种。陶瓷载体大 多采用堇青石(2ALQ -2MgO-5SiQ ),经挤压和烧结后，具有许多薄壁

15、平行直通道，其比表面积 大、耐热性能好、热膨胀系数低。金属载体通常有 Ni-Cr等。最近，又出现了以泡沫金属作载 体的催化剂。 3) 三元催化净化器 三元催化净化器起着对发动机做功产生的废气进行净化的作用，它是利用其滤芯中的钳 钳 佬3种元素，通过氧化法或氧化还原法过滤废气中的碳氢化合物 一氧化碳和氮氧化物等 3种污 染物，使尾气排放合乎要求。氧化法： HC+ QtCO+ fOCO QTCO,通过催化剂使有害物质 HC 和CO变为无害氧化还原法： HC + NO贮CO + 眼N2 CO + NO”CO + M HC , CO作为还原剂被氧化，NO作为氧化剂被还原，称为氧化还原反应。 三元催化净

16、化器安装在汽车发动机的排气装置上， 当汽车废气通过净化器的通道时， CO和HC 就会在催化剂作用下与空气中的氧发生反应产生无害的水和二氧化碳，而氮氧化物则在催化剂的 作用下被还原为无害的氧和氮，其净化效率很高，可以化 90%以上的有害物质。 HC捕集技术 T -Al 2。随着对净化器使用寿命和净化率要求的提高, 低温吸附 Wj温脱附 HC、NOx、H2O NO皴附还原型催化器 吸附后生成硝酸还原为氮气 展望 1） 由于世界各国对汽车尾气排放控制要求越来越严格 环境污染的治理将成为人们长期关注的焦 点 由于每种净化技术都具有各自的市场 高效经济的净化技术有待进一步开发， 非贵金属三效 催化技术的

17、开发；将不同的净化过程有机结合起来 如等离子体-微波催化 三效催化净化-低温 等离子体有效结合；采用廉价易得 活性高寿命长成本低的催化剂如Cu/CuO Ni/NiO Cu/CuO -Cr/CrO3 A1/A12O3 等。 2） 稀土金属已被广泛用于汽车尾气净化， 尤其是铺的高储氧 性能以及例合适的碱性和较大的离 子半径已被大量研究并应 用。稀土催化材料极大提高了催化剂性能， 然而，越来越严格 的 尾气排放标准不断被制定出来， 且逐渐扩散至全球， 我们应 当充分挖掘稀土催化材料的潜 5、 能，最终达到零排放的终极 目 标。 3） 研究贫燃条件下的三元催化剂： 为了降低汽车排气中CO2的排放和减少

18、燃料的消耗， 采用稀混 台气并提高A/F至18-21是极为有效的方法。但随尾气含氧量的大大提高， 常规的元催化剂能 控制CO、HC的排放，却几乎无法控制 NOx因此应研究在贫燃条件下 NOx排放的三元催化齐I。 A/R 14.6 A/F- 14.6 酸盐形式贮存1 ( 还原成卬 4) 只含Pd的催化剂：相对Pt、Rh来说，Pd价格较低且在低温下活性较好。为了节约贵金属人 们正致力于研究和开发用 Pd作为基本活性组分的三元催化剂。 参考文献： 1 邵文燕；汽车尾气污染及治理技术； A;太原市公交公司，山西太原；科技情报开发 与经济；2009年 第19卷 第16期。 2 钱伯章，朱建芳；汽车尾气净化减排技术进展；A;上海擎督信息科技公司，上海；中 国环保产业;2010.03 。 3 周逸潇，许庆峰，杨丽，张宝贵；汽车尾气污染的净化处理技术 A;南开大学环境科 学与工程学院，天津中国人民解放军军事交通学院天津；天津化工；第 23卷第6期