汽车尾气的净化

汽车尾气的净化第八组

随着经济的发展，汽车已走进千家万户，而随着汽车的增加，汽车尾气对环境的影响也日益显著，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。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或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和煤烟而另一部分有毒物质是由于燃烧室内的高温高压而形成的氮氧化NOx

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（机内净化）与尾气净化技术（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。汽车尾气净化技术

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CO、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。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：三元催化技术Rh对N2形成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、NOx最佳空燃比A/F=14.6。当A/F>14.6即氧气过剩的情况下，CO、HC的净化率较高；当A/F<14.6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）三元催化剂的组成贵金属：三元催化剂中最重要的活性组分是Pt、Rh、Pd。由于Pd对Pb、P、S中毒特别敏感，在还原气氛下易烧结并与Rh生成合金使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：稀土资源丰富、价格低廉、抗中毒能力强，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型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、NeO2、Cr2O3因资源丰富曾一度引起人们的重视。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。涂层和助剂：涂层通常采用γ-Al2O3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Al2O3的烧结和相变的发生。CeO2、LaO3等稀土氧化物可显著提高贵金属催化剂的活性。载体：最早采用的载体是球状活性γ-Al2O3随着对净化器使用寿命和净化率要求的提高，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(2Al2O3-2MgO-5SiO2)，经挤压和烧结后，具有许多薄壁平行直通道，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。催化剂材料采用铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）和稀土元素作催化剂。铂、钯是氧化反应催化剂，铑是还原反应催化剂，钯价格比铂低，性能接近铂。因此开发出高钯净化器，稀土元素具有储氧能力，在瞬态贫氧条件下释放氧，使其靠近陶瓷载体，贵重金属附在稀土上面。稀土元素是氧化过程的催化剂，对铂具有助催化能力。单一稀土与混合稀土的活性大致相等，分离单质稀土很困难，需要高昂的费用，博山清水泵因此作为催化剂使用时，主要是使用混合稀土。钙钛矿型的稀土复合氧化物具有较强的催化氧化性能，它们可以把有机化合物催化氧化成各种氧化状态，也可以催化氧化CO、SO2、NOx，还可以使燃料混合气进一步燃烧完全。CO和O2化学吸附于催化剂表面并能够发生反应，因为它们具有结合的取向。有一部分能量被载体表面积吸收，导致CO分子内的原子间结合程度的降低，因此被吸附分子内的原子之间连接不牢固，容易被其他原子（如O）吸引，CO和O2很快发生化学反应。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钯铂铑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。三元催化净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NOx吸附还原型催化器

低温等离子技术

等离子体技术由于其净化效率高，能同时处理多种污染物以及无二次污染等优点，在汽车尾气净化领域的应用中引起人们的特别关注。

低温等离子技术用于机内净化主要是使空气在送入内燃机燃烧室之前等离子化，通过等离子体发生器将空气等离子化使得空气中含有富足的原子氧和臭氧及其它激发态的氧，从而大大提高燃料的燃烧速率；同时等离子化的空气中含有的氧粒子参与反应的能力比中性的氧气分子更强，可以使HC、CO得到充分氧化而大大减少有害物气体的生成，这样不仅可以节约能量，且能在一定程度上降低污染物的排放量。

等离子体技术在机外净化中的应用包括低温等离子体的直接氧化还原法和低温等离子体辅助催化还原法。前者主要是通过沿面放电或介质阻挡放电(机外净化的低温等离子体技术一般情况下主要采用这两种方式)使得由发动机排出的尾气等离子化，由于等离子化后的尾气中含有足够的激发态的活性氧，极易与CO、HC发生反应；同时尾气中含有的HC和炭黑粒子又可以直接作为还原剂，在等离子区域与NOx化合，生成无害的N2、CO2和H2O。后者是一种将低温等离子体技术与三效催化技术结合使用的一种方法，是低温等离子体辅助HC的选择性催化还原系统降低NOx的排放。此外，低温等离子体技术通过静电捕集的方法可以去除尾气中的颗粒物4.2光催化降解技术。光催化降解技术

近年来，国内外对以二氧化钛(TiO2)为代表性催化剂的多相光催化进行了很多研究。随着科学的发展，光催化纳米材料被称为21世纪最有前途的材料，光催化技术也随之应用到降解汽车尾气的问题当中。光催化降解技术是一种利用光触媒进行催化降解反应的应用技术。通常所说的光触媒是一类以TiO2为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称。

光催化降解材料在紫外线的照射下，其中的TiO2，可产生游离电子及空穴，因而具有很强的光氧化还原能力，可氧化分解汽车尾气中的有机化合物和部分无机物。同时，TiO2受光后生成的氢氧自由基能对有机物质和有害气体进行氧化还原反应，将其转化为无害的水、一氧化碳和盐等。反应过程中，TiO2作为催化剂本身并不直接参与氧化还原的反应，而只是扮演发生反应所需要的媒介，本身的能力并不随时间而消耗衰减，所以，在理论上具有永久性，可以随时随地处理和净化各种有害气体，使周围空气保持清新健康的状态。同时，降解反应生成的粘附到路面的附属产物，下雨时会被雨水冲洗掉。汽车尾气新型净化催化剂

纳米材料作为汽车尾气催化转化剂不仅减少了贵金属的用量，而且由于纳米级粉体具有极强的氧化还原能力，用纳米级稀土化合物代替贵金属作催化剂，可以更有效地解决汽车尾气中一氧化碳和氮氧化物的污染问题。我国位于江苏无锡国家高新区内的威孚力达催化净化器有限责任公司，自主研发国Ⅲ排放标准汽车尾气纳米稀土催化剂，已成功在奇瑞、沈阳金杯、海马、北汽福田、吉利美日等车型上通过了国Ⅲ匹配试验，综合性能在冈内处于领先地位。2008年起全面配套在国内主要机动整车上。

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。此类催化剂，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。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Cu、Ni等。此类催化剂，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[18]。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。参考文献：[1]

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