nsr氮氧化物存储还原催化剂

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1、用于汽车稀燃发动机的新概念三效催化剂：存储还原催化剂稀薄燃烧为提高汽油机动力及燃油经济性，减少和HC等温室气体排放，稀燃汽油发动机应运而生。在保证发动机对外输出扭矩变动较小和NOx排放不超过上限的前提下，控制空燃比A/F在大于理论空燃比14.7的稀燃情况下燃烧运行，这种燃烧方式为稀薄燃烧(Lean-Burn)。三效催化剂顾名思义，三效催化剂能同时净化汽车尾气中的三种有害成分，是现今最为常见的汽车尾气催化剂，又被称为三元催化剂(Three-WayCatalyst，简称TWC)。它能催化汽车尾气中的CO、HC、NOx三种有害物质转

2、化为CO2、N2、H2O等无害物质再排入大气。三效催化剂主要由四部分组成：载体、氧化铝涂层、活性组分和助剂。摘要开发了用于稀薄燃烧发动机的新概念三效催化剂，并且研究了NOx的净化机制。该催化剂由贵金属、铝氧化物和其他一些金属化合物如NOx存储化合物等组成。在氧化条件下，NOx在贵金属作用下被氧化并与NOx存储化合物结合成硝酸盐而存储下来。在化学当量和还原条件下，所存储的NOx还原为N2。NOx存储容量会因为硫而降低。改进的催化剂在日本10-15工况测试中表现出足够的NOx转化耐久性。1、绪论减少汽车CO2的排放对于防止温室效应

3、具有很重要的作用。汽油燃料的稀燃发动机是提高客车燃料效率的关键技术之一。然而，在使用传统的三效催化剂时，排放的NOx在氧化条件下不能被净化，致使稀燃操作条件收到限制。即，当稀燃发动机在稀燃条件下运行时，NOx的排放量会增多。如果可以用一个新的催化剂净化NOx，稀燃工作条件范围可以加宽，燃料效率也可以提高。最近，在氧化条件下选择性地还原NOx的催化剂得到了广泛的研究。这些催化剂的著名的例子有铜离子交换沸石(铜-ZSM-5)，氧化铝，负载在氧化铝上的碱金属，及负载在沸石上的贵金属。但是，这些催化剂在实际运用上有许多问题，如低的NO

4、x转化率，窄的温度窗口和不足的耐久性等。绪论新概念三效催化剂由贵金属，铝氧化物和其他一些金属化合物组成。在配备了稀薄燃烧发动机的轿车上进行的日本10-15工况排放测试显示，这些催化剂对NOx的转化率在动态氧化条件下要高于静态氧化条件下。这些新的催化剂被称为“NOx存储还原催化剂（NSR催化剂）”。在本报告中，研究了NOx的净化机理，其老化的原因和改进的催化剂在车辆测试中对NOx的净化性能。NSR催化剂的稀薄燃烧系统在另一篇文章中详细说明了。绪论2、实验过程催化剂制备采用贵金属（主要是铂），各种碱和碱土金属（主要是钡）和用作载体

5、的稀土氧化物浸渍而成。在许多情况下，载体采用氧化铝。用二氧化硅作载体时，无氮氧化物存储功能。催化剂对NOx转化率是利用模拟废气每隔几分钟交替氧化和还原条件来测定的。典型的模拟废气的气体组成如表1所示。用MEXA(Horiba)化学发光氮氧化物分析仪测量NOx浓度。使用配备1.81稀薄燃烧发动机的客车进行实验。表1NOx存储还原反应中典型的气体组成实验过程3、实验结果与讨论3.1NSR催化剂的NOx净化现象当模拟气体交替流入氧化和还原条件下时，NOx的净化行为如图1所示。NOx在氧化条件下去除，随着时间的推移出口气体中NOx的浓

6、度逐渐增加。当催化剂长时间暴露于氧化条件下的模拟气体中时，出口气体中的NOx浓度几乎是恒定的（图2）。含氮化合物的浓度采用四极质谱仪测定，如图3所示。当NO在氧化条件下作为矩形脉冲流入催化剂时，在出口气体中只检测到NO和NO2。但是，在出口气体中总的NO和NO2的量要小于进气中NO的量。在化学当量条件下，进口气体不含有含氮化合物时，却在出口气体中检测到N2。这些结果表明，在氧化条件下氮氧化物存储在该催化剂上，当在化学当量的和还原条件下，所存储的NOx被还原为N2。实验结果与讨论图1NSR催化剂的NOx净化的行为.（-----）

7、为进气，（——）为出气，入口气体每120秒交替处在还原和氧化条件下。催化剂：Pt／Ba／AI2O3，温度：573K,气体组成:(a)为还原条件，（b)为氧化条件。图2模拟气体长时在氧化条件下NSR催化剂的NOx净化的行为。（-----）为进气，（——）为出气。催化剂：Pt／Ba／AI2O3，温度：573K,气体组成:(a)为还原条件，（b)为氧化条件。NOx的存储机理图4显示在模拟气体中NOx储存量与O2浓度的关系函数。没有O2时NOx储存量很低，当O2浓度增加时NOx储存量也迅速增加，当O2浓度超过1%时最终达到一个恒定值。

8、从这些结果可以推测NOx作为一种氧化态储存在催化剂上。存储的NOx种类利用漫反射红外光谱测定（图5）。从吸收峰在约1350cm-1处看，所存储的NOx种类应该为硝酸根离子。其中饱和存储量中NO2与Ba摩尔比约为2。这个结果表明，NOx与Ba2+结合形成Ba（NO3）2。每种N