機動車尾氣催化凈化裝置技術(shù)進展

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

我國的汽車化進程在不斷的加快發(fā)展著，目前人們在出行時最主要的交通方式就是汽車。雖然汽車對于出行很方便，但與此同時，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)實生活中，減少尾氣排放的措施主要有：機前措施、機內(nèi)措施、機后措施等。其中機后措施是公認的對汽車尾氣排放進行有效控制的措施。

機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，對尾氣進行凈化，以便于可以減少廢氣的排放。文本中對汽車尾氣凈化的載體發(fā)展進行了介紹，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理和須達到的條件

2.1 催化凈化器用到的凈化機理

主要使用機外凈化的裝置作為汽車尾氣的催化凈化器，一般在汽油機上面使用，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)是無害的，從而使尾氣得到凈化。目前對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了90%。將燃油質(zhì)量和發(fā)動機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汽車污染進行控制。

2.2 載體必須達到的條件

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程中，顆粒直徑在0.4mm～0.8mm之間，保證研磨物質(zhì)呈細粉狀。高嶺土灼燒溫度控制在150℃，使得催化劑具有復合金屬氧化特性。氧化鋯在轉(zhuǎn)化率必須達到80%以上，這樣有利于控制反應中各種物質(zhì)的pH。其次高強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)勢是：較大的比表面積，比較薄的壁，比較高的機械強度，排氣的阻力比較小等。金屬載體在汽車進行冷啟動時凈化效果較好，但因為其成型工藝比較繁瑣復雜，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，比較高的機械強度，催化活性涂層比較薄等。且堇青石原材料容易得到，價格比較便宜，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%是由于冷啟動前的60s燃料燃燒的不充分而排放出的，所以降低冷啟動后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 導電型的SiC多孔陶瓷

SiC多孔陶瓷的優(yōu)點:耐熱和耐腐蝕性較好，熱導率較高，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合中使用。而利用導電型載體進行電預熱，就可以在很短的時間內(nèi)對催化劑進行起燃，對冷啟動前幾分鐘內(nèi)有害物質(zhì)的排放就可以有效的進行減少。

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，因此對汽車尾氣的凈化就更是非常必要的，所以對多孔陶瓷載體進行研究的意義是十分重要的。站在未來發(fā)展的角度來看，今后的重點問題是下面幾個：（1）在制備工藝上要采用新的材料，要提高氣孔率和力學特性，使制出的載體可以更好的滿足需求（2）對快速導熱能力要進行提高，使冷啟動時的廢氣排放得到減少（3）對重復使用性要進行提高，以免造成資源浪費（4）要加強技術(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行改進，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計量的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，有利于新形勢的發(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,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展[J].兵器材料科學與工程,2012.(35）4.