应用催化第八章PPT

1、第八章环境化学讲解人 8.1 环境催化的特点及研究内容 叶传珍 8.2.1.1三效催化剂尾气净化原理 陈翔宇 8.2.1.2三效催化剂组成 管文昶 8.2.1.3三效催化剂存在的问题 卢 端 8.2.2 柴油机汽车尾气净化催化技术 熊 瑶-叶传珍 邓智博8.1环境催化的特点及研究内容环境催化 什么是环境催化？环境催化是指用于减少环境不容物排放的催化技术。 为什么要发展环境催化技术？目前，令人担忧的全球污染问题日益严重，已经威胁着人类的生存和发展。因此，保护环境、消除污染已经成为现代科学技术领域中的一项紧迫任务。环境催化的特点u反应取决于上游单元无法自由调节。（例：三效催化剂的反应条件取决于汽车

2、尾气排出的状况。）u涉及范围广。（除了炼油和化学过程废物排放外，还包括其他类似于电子、农业、食品工业和造纸等生产过程）u反应条件苛刻。（常常在极低或极高的温度下以极高的空速或在超低的浓度下反应。）环境催化对催化剂的要求 要求处理的有害物质含量低。因此要求催化剂具有极高的催化效率。 要求处理气体或液体量大。因此要求催化剂具有高活性和强度。 要求处理的有害物质组成复杂。因此要求催化剂具有抗毒性强、化学稳定性高、选择性好的特性。 要求处理的有害物质反应变动剧烈。要求催化剂具有高活性、高强度、高稳定性。环境催化的内容环境保护催化：污染物的治理。 机动车尾气净化催化技术。 大气中氮氧化物、硫化物和可挥发

3、性有机物的脱除、转化。 温室气体的消除和转化。环境友好催化：减少污染物的排放。三效催化剂尾气净化原理三效催化剂尾气净化原理原理：三效催化剂指同时具备催化氧化、催化还原和催化氧化还原三种效能的催化剂。该催化剂以铑、铂和钯为活性组份； 以铈、镧、钡和锆为助剂；其载体形状有整体式和颗粒状两种。三效催化剂闭环控制系统是目前世界上最常用的汽车尾气催化净化系统。在这个系统中，汽油机排气中的三个主要污染物CO、碳氢化合物和NOX能同时被高效率地净化。对车用三效催化剂的主要要求有： （1）、起燃温度低，有利于降低汽车冷启动时的排气污染物排放（2）、有较高的储氧能力，以补偿过量空气系数的波动（3）、耐高温，不易

4、热老化（4）、对杂质不敏感，不易中毒（5）、极少产生H2S、NH3等物质（6）、价格适中 化学原理：氮的氧化物（NOX）的还原，以NO为例： 2NO2CO=N2CO2 2NO+2H2=N2+H2ORh对N2的生成具有良好的活性和选择性，它是催化剂的主要部分。 2CO+O2=2CO2 4HC+5O2=4CO2+2H2OPt、Pd是除去CO和碳氢化合物的有效金属组分。其他反应： 2HC+4H2O=2CO2+5H2 CO+H2O=CO2+H2 从以上反应方程式可看出，汽车尾气净化同时包括氧化和还原反应。三效催化转换器虽然能同时降低三种排气污染物，但是只有在空燃比等于14.6时才能达到最优化。因为NO

5、X的还原需要H2、CO和碳氢化合物等作为还原剂。三效催化剂组成 1.什么是三效催化剂？ 三效催化剂通常是以贵金属Pt.Rh和Pd为活性成分，堇青石为第一载体，y-Al2O3为第二载体。 2.三效催化剂组成各自的作用？ Pt.Pd主要氧化CO.碳氢化合物，Rh主要还原NOx. 活性涂层y-Al2O3附着于堇青石载体表面，提供大的比表面积来担载铂族贵金属或其他催化成分。三效催化剂存在的问题 1.催化转化剂不能满足更苛刻的要求。 2.催化剂易热失效。 3.催化剂中毒失效，化学中毒及机械中毒。 4.冷启动问题。 5.贫燃时催化率降低。 6.对NOx的催化还原效率有待提高。 7.热稳定性有待提高。 8.

6、制作成本高。-熊瑶、王娇熊瑶、王娇柴油机由于空燃比（混合器中空气与燃料之间的质量的比例，一般用每克燃柴油机由于空燃比（混合器中空气与燃料之间的质量的比例，一般用每克燃料燃烧时所消耗的空气的克数来表示）过量的氧使燃油燃烧充分，节省燃料，料燃烧时所消耗的空气的克数来表示）过量的氧使燃油燃烧充分，节省燃料，增大了功率，降低了增大了功率，降低了CO等有害气体的排放，但是，高氧浓度也导致了高等有害气体的排放，但是，高氧浓度也导致了高NOx的排放，同时大量的颗粒物（主要是由固态碳、液相未燃烃以及少量吸附的的排放，同时大量的颗粒物（主要是由固态碳、液相未燃烃以及少量吸附的硫酸和硫酸盐）也随之排出。硫酸和硫酸

7、盐）也随之排出。柴油机尾气颗粒物（液相、固相混合）气相（HC、CO、NOx、SO2）颗粒物主要有固态碳、液相未燃烃（未燃烧的烃和润滑油）以及少量吸附的硫酸或者硫酸盐（S燃烧成SO2，一部分氧化为SO3并与水分、其他离子接触形成硫酸和硫酸盐）组成柴油机尾气净化化学反应自分解型还原型氧化型没有很好的有效催化剂，很难使用富氧燃烧条件下进行，空燃比高达20柴油机加装氧化型催化转换器催化剂以Pt、Pd贵金属作为活性组分作用：HC、CO减少50% 颗粒粉尘减少50%70% 多换芳烃和硝基多环芳烃明显减少、排气的臭味有效的减少缺点;讲SO2氧化为SO3，生成硫酸雾或固态硫酸盐颗粒，额外增加颗粒物质排放量。SO，一般适用于含硫量较低的柴油燃料；并要保证催化剂及载体、发动机运行工况、发动机特性、废气的流速和催化转化器的大小以及废气流入转换器的进口温度等正常，使净化效果达到最佳净化不彻底，条件苛刻，尾气处理装置仍需改进净化不彻底，条件苛刻，尾气处理装置仍需改进NOx催化转换器温度为350550摄氏度的范围内进行良好的催化转化，可使柴油机NOx排放降低20%30%。选择性催化还原催化