机动车尾气催化净化装置技术进展

黄育新 廖雄铭 王少明 林超新 肖寅金

（广东加南环保生物科技有限公司 广东汕头 515000）

1 概述

我国的汽车化进程在不断的加快发展着，目前人们在出行时最主要的交通方式就是汽车。虽然汽车对于出行很方便，但与此同时，汽车排放的尾气如NOX、CO、HC等不仅极大的污染了大气环境，也在很大程度上危害着我们身体的健康。目前，尽量减少汽车尾气的排放已是十分重要的问题。现实生活中，减少尾气排放的措施主要有：机前措施、机内措施、机后措施等。其中机后措施是公认的对汽车尾气排放进行有效控制的措施。

机后措施主要是将尾气催化净化器（即三元催化器）安装在汽车上，对尾气进行净化，以便于可以减少废气的排放。文本中对汽车尾气净化的载体发展进行了介绍，即由传统的金属载体发展到新型的多孔陶瓷催化剂载体，还说明了几种载体的特性，最后指出了其发展中存在的问题并提出了建议。

2 汽车尾气净化用到的机理和须达到的条件

2.1 催化净化器用到的净化机理

主要使用机外净化的装置作为汽车尾气的催化净化器，一般在汽油机上面使用，其主要组成为壳体、载体和催化剂等。载体表面的催化剂可以氧化和还原汽车排出废气中的污染物如NOX、CO、HC等，将这些污染物转化为H2O、CO2和N2等，而这些物质是无害的，从而使尾气得到净化。目前对于降低汽车尾气排放最主要的手段之一就是三元催化器加电喷系统，它所削减的排放物超过了90%。将燃油质量和发动机性能的提高作为基础，再用催化净化加以辅助，则就能最大程度的对汽车污染进行控制。

2.2 载体必须达到的条件

载体要符合一定的配比、研磨、温度以及焙烧等条件，其中添加活性炭的物质比例为12%，该物质有吸附功能。拟薄水铝石在研磨过程中，颗粒直径在0.4mm～0.8mm之间，保证研磨物质呈细粉状。高岭土灼烧温度控制在150℃，使得催化剂具有复合金属氧化特性。氧化锆在转化率必须达到80%以上，这样有利于控制反应中各种物质的pH。其次高强度薄片载体表面积一般要高于600m2/g，以便于在后期获得更大的表面积。

3 传统的催化净化器载体

目前，在净化催化剂载体的研究中，主要以金属和多孔陶瓷等为主，其中应用最多的就是多孔陶瓷中的堇青石蜂窝陶瓷。

3.1 金属载体

金属载体所具有的优势是：较大的比表面积，比较薄的壁，比较高的机械强度，排气的阻力比较小等。金属载体在汽车进行冷启动时净化效果较好，但因为其成型工艺比较繁琐复杂，生产成本也比较高，且抗热冲击性不及堇青石蜂窝陶瓷，因此它的发展在很大程度上就受到了限制。

3.2 堇青石蜂窝陶瓷载体

堇青石蜂窝载体所具有的优势是:较大的比表面积，较小的气体阻力比，比较均匀的气氛流畅，比较高的机械强度，催化活性涂层比较薄等。且堇青石原材料容易得到，价格比较便宜，因此得到较为广泛的使用。

4 新型的多孔陶瓷催化剂载体

汽车排放的有害物质中有60%～80%是由于冷启动前的60s燃料燃烧的不充分而排放出的，所以降低冷启动后1min～3min内的尾气排放物是关键的问题。新型催化剂载体的研发如纤维多孔陶瓷和SiC泡沫陶瓷等，就在一定程度上解决了这一问题。

4.1 纤维多孔陶瓷

纤维多孔陶瓷主要是利用陶瓷纤维为原料制备出的，常用的制备工艺是真空抽滤法。这种陶瓷结构大都以开口气孔为主，其孔隙率在90%以上。但受长度和编制性能的影响，其成本比较高，因此在很大程度上就限制了其发展。

4.2 导电型的SiC多孔陶瓷

SiC多孔陶瓷的优点:耐热和耐腐蚀性较好，热导率较高，且抗震性能比堇青石蜂窝载体还要好，因此就比较适合在温度变化剧烈的场合中使用。而利用导电型载体进行电预热，就可以在很短的时间内对催化剂进行起燃，对冷启动前几分钟内有害物质的排放就可以有效的进行减少。

5 存在的问题和发展方向

目前环保要求都是比较高的，因此对汽车尾气的净化就更是非常必要的，所以对多孔陶瓷载体进行研究的意义是十分重要的。站在未来发展的角度来看，今后的重点问题是下面几个：（1）在制备工艺上要采用新的材料，要提高气孔率和力学特性，使制出的载体可以更好的满足需求（2）对快速导热能力要进行提高，使冷启动时的废气排放得到减少（3）对重复使用性要进行提高，以免造成资源浪费（4）要加强技术的研究，使其产业水平得到提高。

其次在三效催化剂制备流程中也需进行改进，按铜、锰、钾、铈和锆摩尔比 1：0.2～0.8：0.1～0.3：1～3：1～3的比例取水溶性铜盐、水溶性锰盐、水溶性钾盐、水溶性亚铈盐和水溶性锆盐，加水溶解，加入按转化成柠檬酸铜、柠檬酸锰、柠檬酸钾、柠檬酸亚铈和柠檬酸锆的化学计量的1～1.1倍的柠檬酸和柠檬酸重量5%～20%的聚乙二醇，完全溶解后蒸发除去水得到凝胶，将凝胶在 80℃～120℃干燥至含水量小于 5%，300℃～400℃焙烧0.5h～3h后，600℃～700℃焙烧1h～5h，冷却，得到三效催化剂。这种配比关系能够改善环保的目前形势，有利于新形势的发展。

[1]周逸潇,许庆峰,杨丽,等.汽车尾气污染的净化处理技术[J].天津化工,2009,32(6）.

[2]夏建国,王少洪,侯朝霞,王美涵,胡小丹,王浩,王彩,等.多孔陶瓷在汽车尾气处理中的研究进展[J].兵器材料科学与工程,2012.(35）4.