TWC处理汽车尾气的研究进展

TWC处理汽车尾气的研究进展

第1 9卷199 9肆

第 2期4月

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邹正光5 10 ) 4 0 4

崔天顺{广西师范大学桂林 5 10 ) 404

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{林工学院材料工程系桂

摘

要

介绍了近年来汽车尾气三效倦化剂 ( TWC )的研究概况 .叙述了 T WC的性结合 TWC的特点,X'关文献进行归纳比较,总结出其发展趋 'f l;具有良好的开发前景.

能要求及活性丧失

势 .指出用 z M一5或 y型沸石改进的 _ s r

髅 幽差一;;展丁处孱 号盟 随着汽车业的发展,由汽车排出的一氧化碳 (3 ) (,碳氢化古物 ( C,氮氧台物 0 H )( O N )和微粒物质 (化物,碳烟等 )对大气造成越来越严重的污染 .研究表明…:大城市铅中 4%以上的 NO .8%以上的 ( 0 0 3 0和 7%以上的 H 0 C来自于汽车污染 .这些污染物对人类健康有危害.还会造成酸雨和光化学烟雾,对动植物也有巨大危害 .因此,从 2 0世纪 7 0年代开

始,日本和美国率先推出了汽车排气标准法 .其后在欧洲也制定了更为严格的排气标准l.我 2 J国18 9 3年制定了汽车污染物排放标准和测定方法 ( 8 2 8 7 3 .值得注意的是我国尽 G 4—3 4—8 )

管汽车生产量和保有量都不高,但汽车生产工艺比较落后,车辆超期服役多,保养不苦,致使尾气排放物比国外同类型车高几倍 .甚至几十倍 .因此,限制和治理汽车排气污染已成为十分紧迫的任务 J .

对汽车尾气污染控制有机内和机外 2种方式 .但由于绝大多数污染物来自尾管排放,故机外净化是控制汽车排污的快捷方便而有力的手段,其研究主要集中在催化净化上,而催化剂又是净化效果的关键 .目前 .发达国家的轿车汽油机几乎都装有催化转化器.由于该种催化转化器能将汽油机排放的 3有害物质 HC种,0,N 化为无害物质 O O O转,o, ,故称之为三效催化器 ( rew yctl icn etr.又因其催化剂的活性组分主要有 P,P t e a a t o vr ) h a yc e t d和 R h3种

贵金属组成,故又称之为三元催化器,简称 1 c w o

1三效催化器1 TWC的产生 .1

汽车尾气的研究始于 2 0世纪 6 0年代 .7 0年代以来,许多国家都开始了这方面的工作 .由于早期的法规,如 16 90年美国加州的"汽车污染物控制法令" 16, 98年美国联邦的"空气清洁法令"等,仅限定 ( 3 0和 rd,且因 C,C .C, Ni Mo和 Mn等能催化 ( i u r o, 3 0和

H C的氧化反应而人选为催化剂活性组分 .其中尤以 c及 c一0,c—的复合组元显示了较好的催化 u u u

19—1 9 8 2—0收祷,1 9叭一2改回. 9 9 9一 8 第一作者简升:麦立强,男,1 7年出生,硕士研究生,无机材料专业. 96

TWC处理汽车尾气的研究进展

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麦立强等:TWC处理汽车尾气的研究进展

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性能 .但困热稳定性差 .6 0℃以下低温活性差,且易中毒而未被推广 .另外,发现 P和 P O t d作为活性组分的贵金属催化剂对 ( 3 0和 H C的催化转化具活性高的特点,且避免了铜系列的缺

陷,后来 N0转化逐渐受到关注.美国加州,美国联邦和日本分别从 17年,17 91 93年,17 93年制定了 N0排放限值 _.这就导致了三效催化剂的广泛应用 .经实验研究,将 R 2 J h引人到 P t和 P氧化型催化剂上,并对其进行改性制备成 TWC d,能有效转化 ( 3 0,H C和 NO l . 3 J

8 0年代中期,贵金属 TWC的制备是以蜂窝状堇青石为第一载体,以 7一A 为第二载 k体, P,P t d和 R (时为 2种或一种组分 )为活性组分,C,L h有 e a和 B等为助剂,通过授渍 a而成 J .这种 TWC具活性高,选择性和稳定性好的特点 .目前,日,美各国的三效催化剂都

已制成整体的蜂窝状催化剂 _,其应用已趋于成熟 . 5 J 1 TWC的性能要求及活性丧失 .21 2 .1催化剂性能要求 ( )高活性:汽车尾气排放量大,催化转化器安装空间有限,决 1定了尾气催化剂必须在高速下使用.在高速 (高空速可达 1 5×1 I )下要保持高转化最 . 0 h1率,催化剂必需具备相当高的活性. ( )良好的选择性:能对各种有害物质进行转化 . ( )良 2 3好的稳定性:尾气排放温度变化幅度大,正常操作温度 3 o 0 o~5 0℃,短时间内可高达 10 0 0

℃,催化剂必须具备良好的热稳定性 . 1 .2三效催化荆的}J .2孝陆丧失三效催化转化器装车行驶若干路程之后启动性能和转化效率会明显下降,这种现象称为活性丧失.活性丧失的主要原因是热老化和中毒 . 热老化:是指催化剂在高温作用下发生烧结和晶粒长大,中间层和贵金属晶体的表面积都会缩小,导致活性下降.在 2 0 5 5 -90℃的温度范围内,三效催化剂可以长期运行而不致于很快丧失活性 .尽管如此 .超过 4 0℃就会出现轻度的热老化 .温度越高,热老化越严重.超过 0

90℃则会过热 .活性急剧下降.甚至发生载体软化和熔化 .如果发动机失火,则大量未燃混 5合气进人催化转化器燃

烧,温度急剧上升,很容易发生热老化 .

中毒:可以分成化学中毒和机械中毒 .前者是废气与催化器中的催化活性物质发生化学反应,引起活性下降.后者是毒物强烈吸附在催化剂的表面上,从而阻碍反应物在表面的吸附, 引起活性下降.燃油中会导致中毒的主要是铅和硫,铅可造成贵金属比表面减小,粒度增大, 在载体上的分散度减少 .1 .3三效催化转化器净化性能的影响因素 ( )化转化器的温度:当温度高时反应速 .2 1催度快,转化效率高 .因此,在冷启动时转化效率很低,甚至为零,温度过高时也会困老化丧失活性;( )空间速率:空间速率大时,则有害物质接触催化活性层进行净化的机会就少,转 2

化效率低 .在实际运行中,由于汽车工况多变 .要求汽车能够适应较大的空速范围;( )空燃 3比 (/F:只有发动机的空燃比在理论空燃比 (47附近时,催化剂对 HC 3 A ) 1 .),( 0,N O的净化率同时达到最佳值 ( 1 .否则其转化率将受 F波动的较大影响 ( 2 J图 )图 ) .

2三效催化剂发展现状2 .1新型钯催化剂汽车用三效催化剂活性成份主要由 P,P t d和 R 贵金属组成 .R h3种 h是加速 NO还原的活性组元.虽然 P和 P t d同时对 03,HC,N反应起催化作用,但是对 NO O 的还原能力低于含R h催化剂 .目前,R h在 1 c上的需求量几乎超过其可能供应量的 1 .如何在满足日 w倍

TWC处理汽车尾气的研究进展

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田 1三元催化,起作用的空蝣比范圈 f .Fi 1 A/ F g rng TW C w o e I

田 2 A F比变化对转化率的影响 /Fi 2 Th~f m e f A/F rtoO the g e l u e0 a ft i r

注:在 O 0 2 t O 0 8 .%P和 .1%R一 h 3化剂上各 4~ A O催

益严格的尾气排放标准的同时,找到 R h的替

种循环振幅下的 C O和 N O转化辜

代元素,具有极大的挑战性 .在 3种贵金属中, P d的价格远低于 P和 R,而且 P产量丰富,如何提高 P对 NO t h d d的还原能力成了研究焦点 . 为解决铂,铑供应与需求间的矛盾,通常可采用减少铂,铑在单位体积中的负载量 ( 1 .表 ) 研究发现,h 3 wO的加入能改善 P对 NO他.和 3 d的还原反应的选择性,氧化镧的加入也能提高 P催化剂的活性. d Fr od汽车公司研究了 P d催化裹 l典型的僵化,配方豆负壤 f .1 el Ty e[ n s y ea-口 t a c嫡 'tp f~ d.r 由

剂的耐高温性能,以得到热稳定性更好的涂层来}觏黾引擎催化剂的要求,将钯与碱金属及稀土氧

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