探析汽车尾气净化用的蜂窝状催化剂

摘要:关于《探析汽车尾气净化用的蜂窝状催化剂》的汽车制造论文范文：采用菁青石陶瓷蜂窝做载体,用浸渍法制备了Pt-Pd-Rh负载型催化剂。试验结果表明,老化前,起燃温度为320~325℃;转化率可达CO: 97.9%, THC: 92.7%, NOX: 99.1%。

关键词:尾气净化;蜂窝载体; Pt-Pd-Rh负载型催化剂 

 汽车尾气中,污染大气主要是其中含有体积分数约为1%~2%的CO, 500×10-6~1000×10-6的THC及NOX(100×10-6~3000×10-6)[1]。在实际运行当中,要使尾气中的CO, THC全部转化成CO2和H2O;NOX转化为N2则需借助催化剂的作用。贵金属Pt和Pd是优良的深度氧化催化剂,能使氧化反应进行彻底,可除去尾气中的CO和THC;而铑是提高NOX净化效果不可少的部分[2],贵金属铑作为还原催化剂,可对NO2转化为N2起催化作用,从而起到净化尾气的目的。堇青石陶瓷蜂窝做载体,可耐1000℃的高温,同时也可减少流体阻力。加入稀土元素La和Ce做助催化剂, La2O3能稳定载体的结构, CeO2能使金属高度分散在载体上,防止聚集烧结[3]。本研究采用浸渍法制成以堇青石陶瓷蜂窝做载体, Pt, Pd, Rh为主催化剂, La, Ce为助催化剂的尾气净化催化剂。并对该种催化剂的制备工艺、催化性能做了初步研究。

1 实验方法

1.1 催化剂的制备
1.1.1 载体   选用热膨胀系数小、耐热冲击性能好,抗压强度和抗震动性能优良的堇青石陶瓷蜂窝载体[4],以γ-Al2O3做涂层,增加载体的比表面积,加入稀土元素做助催化剂。所选用的堇青石陶瓷蜂窝载体的主要技术指标示于表1。

1.1.2 浸液的配制   铂、钯、铑含量按一定配比配制浸液。常温常压下,用氯钯酸溶液、硝酸亚铈粉末、蒸馏水配制含钯浸液。常温常压下,用氯铂酸溶液、硝酸亚铈粉末、蒸馏水配制含铂浸液。常温常压下,用氯铑酸溶液、硝酸镧粉末、蒸馏水配制含铑浸液。
1.1.3 催化剂的制备在常压,温度为40℃左右的条件下,将涂有Al2O3涂层的堇青石陶瓷蜂窝载体依次浸入含钯、含铑、含铂浸液中,经过反复浸渍、干燥,煅烧等负载过程,制得具有多涂层[4]结构的催化剂。
1.1.4 催化剂的还原活化把密闭反应罐放入加热炉中加热,在氢气氛中还原活化2h,然后冷却至室温。   催化剂工作示意图如图1所示。

2 实验结果与讨论

2.1 催化剂的性能评价
2.1.1 催化剂的活性组分分析   活性组分按一定的配比及一定的次序浸渍,一方面考虑到经济原因及贵金属的协同效应[5]问题,活性组分按一定配比浸渍;另一方面则考虑到催化剂的活性组分的抗毒能力[2]问题。活性组分按一定的次序浸渍,外层的铂具有很强的抗铅、硫、磷的毒化作用,并能提高催化剂的热稳定性,从而延长催化剂的寿命。
2.1.2 催化剂的A/F (空气/燃料油)特性试验   将已还原活化的催化剂封装起来,在空速SV=40000h-1,入口温度Ti=530℃条件下,做催化剂老化前A/F特性试验。试验结果如表2所示。  由表2可以看出在A/F为14.65的条件下: CO的转化率为97.9%, THC的转化率为92.7%, NOX的转化率为99.1%。    A/F (空燃比)的理论值为14.7,但在不同车型上,对催化剂催化效果最好的最佳空燃比却不尽相同,大体上是围绕理论值上下波动,氧化型催化剂主要催化CO和THC的氧化反应,即:    CO+O2→CO2    THC+O2→CO2+H2O

还原型催化剂主要催化NOX的还原反应:    NOX+CO→CO2+N2    NOX+THC→CO2+H2O+N2   目前国内高品质尾气净化器的初始最高转化率分别是CO 97.3%, THC 89.6%, NOX96.3%。本工作研制的净化转化催化剂初始最高转化率与其相比,在空燃比适宜的情况下,催化效果更好,尾气中有害气体的转化更彻底。
2.1.3 催化剂起燃温度特性试验   用封装好的催化剂,在空速SV=40000h-1,空燃(上接第42页)比A/F=14.65的条件下,做催化剂起燃温度特性试验。试验结果如图2所示。   由图2可以看出,在400℃条件下,使用90#无铅汽油,尾气中有害气体转化率分别为:CO 93%,THC89%, NOX98%,完全达到国家排放法规的规定。

 由图2也可以看出,在转化率达到50%的情况下,起燃温度分别为: CO 322℃, THC 325℃及NOX321℃,与目前国内高品质的汽车尾气净化器相比,略微偏高。   尾气中有害气体的催化反应温度不能人为控制,完全决定于汽车尾气的自身温度,汽车尾气的温度又不恒定,启动时的温度低,加速时温度高,甚至高达1000℃[3]。因此催化剂既要能耐高温,又要有良好的低温活性。起燃温度越低,催化剂活性越好,由图2可看出催化剂的起燃温度范围是320~325℃。分析原因首先在于做活性评价试验时,由于进气口气密性不是很好,这样就导致测温仪上的温度比实际催化剂中实际气体的温度高,从而引起一定的测试误差;另外Ce的含量偏低。由于Ce的加入可提高催化剂的低温活性,应该进一步提高催化剂中Ce的含量,或者也可以采用附加热源加热排放气和催化剂,使催化剂可以尽快发挥作用。同时在安装时,要尽可使催化剂更靠近发动机的位置,这样尾气温度较高可以缩短起活时间,减少有污气体的排放。

3 结论

(1)依次浸渍Pd, Rh, Pt制成催化剂,再加入稀土金属作助催化剂以提高主催化剂的催化活性。试验表明:老化前,该种催化剂有良好的催化活性。
(2)以铂钯铑的配比约为1.3∶10∶1制成催化剂,其起燃温度为320~325℃;转化率可达CO:97.9%, THC: 92.7%, NOX: 99.1%。

参考文献
[1]  冯昭仁.车用催化剂与汽车污染治理[J] .工业催化, 1998, 6(2): 3-12.
[2] 付名利,叶代启,梁红.铑含量对贵金属型三效催化剂性能的影响[J] .贵金属, 2002, 23, (2): 6-
[3]  李玉敏.工业催化原理[M] .天津:天津大学出版社, 1996,175.
[4]  蔡俊修,陈笃慧.用于汽车废气处理的多孔材料[J] .功能材料, 1994, 25 (5): 465-473.
[5]   Hideaki Muraki, Geng Zhang. Design of advanced automotiveexhaust catalysts [J] . Catalytic Toddy, 2000, 63: 339-340.