淺談汽車尾氣凈化技術(shù)的發(fā)展

張彪彪 李孟軒 胡寶寶

【摘?要】本文主要介紹了汽車尾氣凈化技術(shù)的相關(guān)情況，包括凈化催化劑的特征、組成、制備工藝和反應(yīng)機(jī)理等情況，并對(duì)當(dāng)前汽車尾氣凈化技術(shù)在汽車尾氣、柴油尾氣、摩托車尾氣及CNG車尾氣處理中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】汽車尾氣;凈化技術(shù);污染控制

隨著溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球變暖以及霧霾等現(xiàn)象的出現(xiàn)，當(dāng)前人們對(duì)于大氣污染物排放問題尤為關(guān)注，而各類交通工具尾氣排放是造成大氣污染的主要來源之一，近年來尾氣凈化處理倍受關(guān)注。

一、汽車尾氣凈化技術(shù)的概況

（一）催化劑的特征

由于尾氣排放具有一定的特殊性，因此汽車尾氣凈化催化劑必須具備以下特征：首先，尾氣的排放量比較大，且尾氣經(jīng)過排氣管排放后會(huì)瞬間進(jìn)入到大氣，因此凈化催化劑必須具備高活性，能夠瞬間與尾氣發(fā)生反應(yīng)，提高污染物的轉(zhuǎn)化效率;其次，尾氣中含有多種污染物，因此凈化催化劑需要能夠?qū)χ饕奈矚馀欧盼镞M(jìn)行處理，同時(shí)對(duì)其他的污染物也能夠進(jìn)行一定的處理;最后，尾氣的排放溫度在200℃-1000℃之間，因此凈化催化劑必須具備耐高溫性，在高溫的狀態(tài)下凈化催化劑本身需要保持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時(shí)能夠在高溫環(huán)境下與尾氣迅速反應(yīng)，起到凈化尾氣的作用。

（二）催化劑的組成

尾氣催化劑主要由四個(gè)部分組成，首先是尾氣催化劑的活性劑，活性劑是汽車催化劑最重要的組成部分也是汽車催化劑的主要組成部分，當(dāng)前尾氣催化劑主要使用金屬和稀土作為氧化物;其次，載體是活性劑的粘合劑或者分散劑，是支撐活性劑的骨架;再次，是助催化劑，助催化劑本身是沒有活性的，將其應(yīng)用在尾氣催化劑中主要是為了改變活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)以及機(jī)械強(qiáng)度等方面，進(jìn)而幫助活性劑增強(qiáng)活性，提升活性劑與尾氣發(fā)生反應(yīng)的效率;最后，尾氣催化劑的第四個(gè)組成部分為涂層，涂層主要分布在載體的表面，用于增加載體的表面積，使得載體表面能夠附著更多的活性劑，增強(qiáng)尾氣凈化效果。

（三）凈化催化劑的制備工藝

當(dāng)前尾氣催化劑的種類比較多，各種催化劑之間的制備原理和制備方法也各不相同，但當(dāng)前生產(chǎn)尾氣催化劑的方式主要為：沉淀法、浸漬法、熱熔融法和溶膠凝膠法等。

（四）催化劑的反應(yīng)機(jī)理

尾氣中主要的污染物為CO、HC以及NOx，因此尾氣催化劑主要需要針對(duì)這三種污染氣體進(jìn)行處理，具體是使CO、HC這兩種污染氣體通過氧化反應(yīng)生成無污染的CO2以及H2O這兩種物質(zhì)，而對(duì)NOx的處理則是通過使用凈化催化劑將其還原成為無污染氣體N2，而當(dāng)前能夠同時(shí)對(duì)這三種主要尾氣污染性氣體進(jìn)行處理的催化劑為貴金屬三效催化劑或稀土催化劑。

二、汽車尾氣凈化技術(shù)的具體應(yīng)用

（一）貴金屬催化劑的應(yīng)用

盡管貴金屬催化劑對(duì)于尾氣凈化有良好的效果，然而由于貴金屬催化劑的生產(chǎn)成本過高，難以進(jìn)行量化生產(chǎn)，被廣泛應(yīng)用到實(shí)際的尾氣凈化中去，成本問題成為了制約貴金屬催化劑的關(guān)鍵性問題，為了降低貴金屬催化劑的成本，相關(guān)科研機(jī)構(gòu)對(duì)此展開了研究，并取得了一定的研究進(jìn)展，當(dāng)前貴金屬催化劑的發(fā)展情況更加多樣化，貴金屬與非貴金屬的混合催化劑、納米技術(shù)催化劑、超臨界技術(shù)等在貴金屬催化劑的研發(fā)方面都具有廣闊的前景。

（二）稀土在機(jī)動(dòng)車尾氣凈化催化劑中的應(yīng)用

1.汽油車

當(dāng)前主要的稀土汽車催化劑包括兩大類型，一是三效催化劑，三效催化劑的主要成分為稀土材料、貴金屬材料、特殊的氧化鋁材料以及助劑;另一類則是密偶催化劑，密偶催化劑的主要成分則是特殊氧化鋁材料、貴金屬材料、助劑以及堇青石基體，在這兩種催化劑中稀土都是主要成分，稀土成分占催化劑整體的50%以上，在當(dāng)前稀土汽車催化劑的生產(chǎn)過程中，特殊的氧化鋁材料生產(chǎn)是稀土催化劑最核心的技術(shù)。

2.柴油車

柴油車尾氣催化劑則主要分為：選擇性還原催化劑、柴油車氧化催化劑和帶催化劑涂層的顆粒物捕集器。

3.摩托車

摩托車尾氣催化劑與汽車的尾氣催化劑相似，包含三效氧化劑和密偶催化劑，三效催化劑的主要成分為稀土材料、貴金屬材料、特殊的氧化鋁材料以及助劑，而密偶催化劑的主要成分則是特殊氧化鋁材料、貴金屬材料、助劑以及堇青石基體，在這兩種催化劑中稀土都是主要成分，稀土成分占催化劑整體的50%以上。

4.CNG車催化劑

CNG車催化劑則主要由稀土材料、貴金屬材料以及助劑組成，在CNG車催化劑中稀土以及助劑對(duì)于提升催化劑的活性具有關(guān)鍵作用。

當(dāng)前在汽車尾氣催化劑研發(fā)領(lǐng)域已經(jīng)開始對(duì)納米材料進(jìn)行研發(fā)，希望在納米材料方面取得突破，能夠獲得新的汽車尾氣催化劑材料，這主要是基于當(dāng)前汽車尾氣催化劑材料的制作成本過于高昂，難以量化生產(chǎn)并投入汽車尾氣處理實(shí)際使用中去，因而研發(fā)新的催化劑可替代材料成為了當(dāng)前汽車尾氣催化劑研究中的重要方向。

三、總結(jié)

在當(dāng)前汽車交通高度發(fā)達(dá)的時(shí)代，對(duì)汽車尾氣進(jìn)行凈化處理，防止汽車尾氣污染氣體進(jìn)入大氣，并對(duì)空氣質(zhì)量造成負(fù)面影響成為了共識(shí)，但當(dāng)前盡管已經(jīng)研發(fā)出了部分對(duì)尾氣凈化有顯著作用的尾氣催化劑材料，但由于其制作成本過于高昂，目前并未大規(guī)模、普遍性地使用，因此在未來尋求安全、高效且成本較為低廉的尾氣催化劑材料成為了汽車尾氣催化劑研究領(lǐng)域的重要問題。

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（作者單位：西安科技大學(xué)）