機(jī)動(dòng)車尾氣催化凈化裝置技術(shù)進(jìn)展

黃育新 廖雄銘 王少明 林超新 肖寅金

（廣東加南環(huán)保生物科技有限公司 廣東汕頭 515000）

1 概述

我國(guó)的汽車化進(jìn)程在不斷的加快發(fā)展著，目前人們?cè)诔鲂袝r(shí)最主要的交通方式就是汽車。雖然汽車對(duì)于出行很方便，但與此同時(shí)，汽車排放的尾氣如NOX、CO、HC等不僅極大的污染了大氣環(huán)境，也在很大程度上危害著我們身體的健康。目前，盡量減少汽車尾氣的排放已是十分重要的問題。現(xiàn)實(shí)生活中，減少尾氣排放的措施主要有：機(jī)前措施、機(jī)內(nèi)措施、機(jī)后措施等。其中機(jī)后措施是公認(rèn)的對(duì)汽車尾氣排放進(jìn)行有效控制的措施。

機(jī)后措施主要是將尾氣催化凈化器（即三元催化器）安裝在汽車上，對(duì)尾氣進(jìn)行凈化，以便于可以減少?gòu)U氣的排放。文本中對(duì)汽車尾氣凈化的載體發(fā)展進(jìn)行了介紹，即由傳統(tǒng)的金屬載體發(fā)展到新型的多孔陶瓷催化劑載體，還說(shuō)明了幾種載體的特性，最后指出了其發(fā)展中存在的問題并提出了建議。

2 汽車尾氣凈化用到的機(jī)理和須達(dá)到的條件

2.1 催化凈化器用到的凈化機(jī)理

主要使用機(jī)外凈化的裝置作為汽車尾氣的催化凈化器，一般在汽油機(jī)上面使用，其主要組成為殼體、載體和催化劑等。載體表面的催化劑可以氧化和還原汽車排出廢氣中的污染物如NOX、CO、HC等，將這些污染物轉(zhuǎn)化為H2O、CO2和N2等，而這些物質(zhì)是無(wú)害的，從而使尾氣得到凈化。目前對(duì)于降低汽車尾氣排放最主要的手段之一就是三元催化器加電噴系統(tǒng)，它所削減的排放物超過(guò)了90%。將燃油質(zhì)量和發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高作為基礎(chǔ)，再用催化凈化加以輔助，則就能最大程度的對(duì)汽車污染進(jìn)行控制。

2.2 載體必須達(dá)到的條件

載體要符合一定的配比、研磨、溫度以及焙燒等條件，其中添加活性炭的物質(zhì)比例為12%，該物質(zhì)有吸附功能。擬薄水鋁石在研磨過(guò)程中，顆粒直徑在0.4mm～0.8mm之間，保證研磨物質(zhì)呈細(xì)粉狀。高嶺土灼燒溫度控制在150℃，使得催化劑具有復(fù)合金屬氧化特性。氧化鋯在轉(zhuǎn)化率必須達(dá)到80%以上，這樣有利于控制反應(yīng)中各種物質(zhì)的pH。其次高強(qiáng)度薄片載體表面積一般要高于600m2/g，以便于在后期獲得更大的表面積。

3 傳統(tǒng)的催化凈化器載體

目前，在凈化催化劑載體的研究中，主要以金屬和多孔陶瓷等為主，其中應(yīng)用最多的就是多孔陶瓷中的堇青石蜂窩陶瓷。

3.1 金屬載體

金屬載體所具有的優(yōu)勢(shì)是：較大的比表面積，比較薄的壁，比較高的機(jī)械強(qiáng)度，排氣的阻力比較小等。金屬載體在汽車進(jìn)行冷啟動(dòng)時(shí)凈化效果較好，但因?yàn)槠涑尚凸に嚤容^繁瑣復(fù)雜，生產(chǎn)成本也比較高，且抗熱沖擊性不及堇青石蜂窩陶瓷，因此它的發(fā)展在很大程度上就受到了限制。

3.2 堇青石蜂窩陶瓷載體

堇青石蜂窩載體所具有的優(yōu)勢(shì)是:較大的比表面積，較小的氣體阻力比，比較均勻的氣氛流暢，比較高的機(jī)械強(qiáng)度，催化活性涂層比較薄等。且堇青石原材料容易得到，價(jià)格比較便宜，因此得到較為廣泛的使用。

4 新型的多孔陶瓷催化劑載體

汽車排放的有害物質(zhì)中有60%～80%是由于冷啟動(dòng)前的60s燃料燃燒的不充分而排放出的，所以降低冷啟動(dòng)后1min～3min內(nèi)的尾氣排放物是關(guān)鍵的問題。新型催化劑載體的研發(fā)如纖維多孔陶瓷和SiC泡沫陶瓷等，就在一定程度上解決了這一問題。

4.1 纖維多孔陶瓷

纖維多孔陶瓷主要是利用陶瓷纖維為原料制備出的，常用的制備工藝是真空抽濾法。這種陶瓷結(jié)構(gòu)大都以開口氣孔為主，其孔隙率在90%以上。但受長(zhǎng)度和編制性能的影響，其成本比較高，因此在很大程度上就限制了其發(fā)展。

4.2 導(dǎo)電型的SiC多孔陶瓷

SiC多孔陶瓷的優(yōu)點(diǎn):耐熱和耐腐蝕性較好，熱導(dǎo)率較高，且抗震性能比堇青石蜂窩載體還要好，因此就比較適合在溫度變化劇烈的場(chǎng)合中使用。而利用導(dǎo)電型載體進(jìn)行電預(yù)熱，就可以在很短的時(shí)間內(nèi)對(duì)催化劑進(jìn)行起燃，對(duì)冷啟動(dòng)前幾分鐘內(nèi)有害物質(zhì)的排放就可以有效的進(jìn)行減少。

5 存在的問題和發(fā)展方向

目前環(huán)保要求都是比較高的，因此對(duì)汽車尾氣的凈化就更是非常必要的，所以對(duì)多孔陶瓷載體進(jìn)行研究的意義是十分重要的。站在未來(lái)發(fā)展的角度來(lái)看，今后的重點(diǎn)問題是下面幾個(gè)：（1）在制備工藝上要采用新的材料，要提高氣孔率和力學(xué)特性，使制出的載體可以更好的滿足需求（2）對(duì)快速導(dǎo)熱能力要進(jìn)行提高，使冷啟動(dòng)時(shí)的廢氣排放得到減少（3）對(duì)重復(fù)使用性要進(jìn)行提高，以免造成資源浪費(fèi)（4）要加強(qiáng)技術(shù)的研究，使其產(chǎn)業(yè)水平得到提高。

其次在三效催化劑制備流程中也需進(jìn)行改進(jìn)，按銅、錳、鉀、鈰和鋯摩爾比 1：0.2～0.8：0.1～0.3：1～3：1～3的比例取水溶性銅鹽、水溶性錳鹽、水溶性鉀鹽、水溶性亞鈰鹽和水溶性鋯鹽，加水溶解，加入按轉(zhuǎn)化成檸檬酸銅、檸檬酸錳、檸檬酸鉀、檸檬酸亞鈰和檸檬酸鋯的化學(xué)計(jì)量的1～1.1倍的檸檬酸和檸檬酸重量5%～20%的聚乙二醇，完全溶解后蒸發(fā)除去水得到凝膠，將凝膠在 80℃～120℃干燥至含水量小于 5%，300℃～400℃焙燒0.5h～3h后，600℃～700℃焙燒1h～5h，冷卻，得到三效催化劑。這種配比關(guān)系能夠改善環(huán)保的目前形勢(shì)，有利于新形勢(shì)的發(fā)展。

[1]周逸瀟,許慶峰,楊麗,等.汽車尾氣污染的凈化處理技術(shù)[J].天津化工,2009,32(6）.

[2]夏建國(guó),王少洪,侯朝霞,王美涵,胡小丹,王浩,王彩,等.多孔陶瓷在汽車尾氣處理中的研究進(jìn)展[J].兵器材料科學(xué)與工程,2012.(35）4.