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      三效催化劑技術(shù)在汽車尾氣處理中的進展

      2017-12-29 00:00:00王月雷林峰
      時代汽車 2017年11期

      摘要:對汽車尾氣進行處理,使用催化劑反應(yīng)器與循環(huán)技術(shù),這樣能夠縮減有害物質(zhì)含量。催化反應(yīng)器是在排氣溫度下借助尾氣在催化劑的表層實行氧化還原反應(yīng),將尾氣中的有害氣體(如CO、HC等)轉(zhuǎn)化為無害氣體(如二氧化碳等),進而縮減了環(huán)境污染。在這篇文章中主要討論的就是三效催化劑在汽車尾氣中的處理辦法,以及使用原理。

      關(guān)鍵詞:三效催化劑技術(shù);汽車尾氣處理;進展

      伴隨著經(jīng)濟體制的不斷發(fā)展,世界各國對環(huán)境的保護意識在不斷增加,所以汽車尾氣受到的限制越來越嚴(yán)格。目前使用的催化劑反應(yīng)器、廢氣在循環(huán)性辦法對尾氣實行二次處理、減少有害物質(zhì)含量。這樣的辦法有效、迅速、使用也特別廣泛。催化劑通過使用氧化還原反應(yīng),將有害氣體變?yōu)闊o害氣體,進而將環(huán)境污染縮減。目前為止,三效催化劑已經(jīng)研究到第四代了,而今后的三效催化劑研究熱點則為研發(fā)出金屬合金載體、過渡金屬型催化劑等。

      1三效催化劑使用原理

      汽車尾氣三元催化轉(zhuǎn)化器里面選用的催化劑為三效催化劑,它有著高活性能、熱穩(wěn)定性能、物理性能,可以同時將汽車尾氣中的CO、HC等污染物除去,是比較合適我國汽車尾氣的催化劑。對有害氣體一般情況下使用催化氧化法進行去除,也可以選擇通過催化還原、裂解等方法進行去除。在富氧的情況下,一氧化碳能夠完全被氧化,而有些物質(zhì)則不能完全被氧化。一般情況下,工業(yè)選用的催化劑都是在保持穩(wěn)定狀況下實用的,但是三效催化劑卻不同,它和汽車的架勢速度、發(fā)動機工作方式等許多因素有關(guān),當(dāng)發(fā)動機在工作狀態(tài)的時候,空燃比會產(chǎn)生變化,污染物不會同時被去除。催化用處的核心就是催化劑,催化劑定義為一種可以改變化學(xué)反應(yīng)速率而自身在化學(xué)前后不變的物質(zhì)。催化劑改變不了化學(xué)反應(yīng),也不能阻礙熱力學(xué)反應(yīng)實行下去。催化劑和反應(yīng)物會生成不穩(wěn)定的化合物,只會改變反應(yīng)途徑,降低活化能。因此,催化劑能夠讓熱力學(xué)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下有著較低的活化能,進而讓化學(xué)反應(yīng)的進展加速。汽車尾氣凈化辦法是伴隨著汽車尾氣排放法律的嚴(yán)格而漸漸發(fā)展起來的技術(shù),機外的凈化可以有效的把控汽車尾氣排放,研究重點集中在催化凈化上面,催化劑還是讓凈化達到效果的主要因素。

      2三效催化劑的組成與特征

      在汽車尾氣中三效催化劑重要是由載體、涂層、助劑和活性成分構(gòu)成。三效催化劑的載體要是為了承載催化活性組分的材料,它的用處是:(1)可以提供合適孔結(jié)構(gòu);(2)提升催化劑的穩(wěn)定性能;(3)讓催化劑擁有機械強度;(4)和活性一起作用變?yōu)樾碌幕衔铮唬?)節(jié)約使用活性組分的用量。汽車尾氣的催化劑載體有兩種,一種是氧化鋁顆粒,一種是涂覆過薄層的金屬。氧化鋁表面積大、貴金屬載體等特點,在排氣情況下,性能比較穩(wěn)定,容易獲得,有適當(dāng)?shù)目捉Y(jié)構(gòu)?,F(xiàn)在大多數(shù)情況下三小催化劑的載體是整體式蜂窩型,有著很多薄壁平行小道構(gòu)成,氣流阻力也不大,無磨損、耐高溫等特點。三效催化劑的涂層是在載體表面附著,提供著助劑的較好的催化環(huán)境。三效催化劑的助劑自身沒有什么活性,可是加入以后就可以大大的提升催化劑性能、熱抗穩(wěn)定性等特點。三效催化劑的活性組分的組配可以顯示一種互助協(xié)同效應(yīng),組合催化劑高于任何一種單份催化劑。

      三效催化劑的特性是起燃溫度性能、空燃比特性能。將汽油和供給發(fā)動機的空氣被定義為空燃比,催化劑的催化性能與空燃比有著很大的關(guān)系。三效催化劑需要發(fā)動機比理論上發(fā)揮出的效率還要大,操作窗口和三效催化劑性能成正比關(guān)系。溫度特性就是指一些有害成分在濃度和空速狀態(tài)下,凈化率伴隨著溫度的變化而變化的狀況。起燃溫度是當(dāng)溫度在轉(zhuǎn)化率為50%的情況下,三效催化劑起燃性能的重要指標(biāo)。起燃的溫度低,說明催化性能好。尤其是發(fā)動機在冷啟動的情況下,起燃溫度低,排放出來尾氣多,只有催化劑起燃溫度夠低,才可以將尾氣有效的轉(zhuǎn)化。

      3汽車催化劑發(fā)展方向

      國外很多國家已經(jīng)廣泛研究出高效性能的三效催化劑,提出了一些標(biāo)準(zhǔn)要求,向著超低排放以及零排放的方向發(fā)展,我們國家已經(jīng)頒布并且實施了新排放法規(guī),可是因為我們國家研究三效催化劑的時間有一些晚,導(dǎo)致國產(chǎn)催化劑并沒有被大規(guī)模的使用,能夠看出我們國家凈化催化劑的前景是十分廣闊的。汽車尾氣三效催化劑的研究開發(fā)涉及到化工、液體力學(xué)等許多學(xué)科,可是其中催化劑的研發(fā)與制備是主要的,尤其是開發(fā)我國資源富饒的稀土車作為催化劑,能夠縮減我們國家資源匱乏的金屬使用量,找出復(fù)合催化劑去凈化尾氣的順序,是以后研究的主要目標(biāo)。燃機新技術(shù)的發(fā)展和有關(guān)技術(shù)在汽車環(huán)保范圍內(nèi)的使用,給汽車排放技術(shù)的提高、三效催化劑能活性提供了改善的技術(shù)基礎(chǔ)。三效催化劑的研發(fā)應(yīng)該從影響因素著手,影響因素主要有配方、空燃比等。研發(fā)新型三效催化劑可以降低催化劑成本、耐高溫性能、起燃溫度。所以若是要將性能良好的催化劑開發(fā)出來,就應(yīng)該先去懂得催化劑失活緣由和怎樣進行改性。我國研發(fā)出來的三效催化劑主要有下面幾個問題:(1)我國路況和國外差別大,汽車的平均時速低,排放的污染物主要有HC與CO;(2)我們國家燃油質(zhì)量需要提高,燃油里面鉛、硫含量高,在研發(fā)的時候需要考慮抗中毒的問題;(3)我們國家沒有貴金屬礦藏,只能依靠國外進口,可是我們國家稀土資源豐富,我們國家應(yīng)該著眼開發(fā)添加貴金屬稀土催化劑。我們國家對三效催化劑研究主要有:研究稀燃型、單把型、非貴金屬型等催化劑,以及研發(fā)三效催化劑的制備辦法和性能。

      4結(jié)語

      三效催化劑是現(xiàn)在有效控制汽車排放污染物的方法之一,對于三效催化劑的研究應(yīng)該和我們國家的實際狀況聯(lián)系,然后進行更深的了解對三效催化劑主要成分、物質(zhì)結(jié)構(gòu)以及進行化學(xué)反應(yīng)原理,通過科學(xué)性制備辦法,才能夠?qū)⑷Т呋瘎┳兊酶???墒怯捎诖呋瘎┲圃斓膮^(qū)別很大,這就導(dǎo)致了研制催化劑進程的困難,現(xiàn)在對我們國研究者的工作依舊任重而道遠。

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