汽车尾气净化催化剂的研究现状

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1、汽车尾气净化催化剂的研究现状1刘军2崔心水1西安工程大学后勤发展集团陕西西安7100482环境与化学工程学院陕西西安710048摘要：本文综述了汽车尾气净化催化剂的组分及其制备的研究现状和进展，展望了汽车尾气净化催化剂的发展前景。关键词：汽车尾气催化剂净化0引言汽车是现代社会最重要的交通工具之一，它在为人们的生活和工作带来方便的同时，它所排放的尾气也给大气环境造成了严重的污染。最典型的是1943年和1954年美国洛杉矶发生的两次光化学烟雾中毒事件，其罪魁祸首就是汽车尾气[1]。近几年来，我国许多大中城市如上海、广州、南宁等都出现过类似的“光化学烟雾”现象[2]，它便是汽车

2、排出的碳氢化合物（HC）及氮氧化合物(NOx)在阳光中的紫外线的作用下形成的，可使人呼吸困难、眼红、喉痛等。汽车尾气的污染物主要有氢化物、一氧化物、氮氧化合物，此外还有铅、二氧化硫等有害物质，它们对人体的健康以及动植物的生存构成了巨大危害（如表1所示）组分危害CO吸入人体的CO与血红蛋白结合，导致人体内缺氧，甚至引起窒息；长期少量吸入会引起慢性中毒。HC其化合物有致癌作用，并强烈刺激眼睛和呼吸器官；与NOX一起在太阳光能的作用下产生光化学烟雾，严重时使人麻痹中毒。NOX高浓度的NO引起中枢神经瘫痪及痉挛，NO2引起人体中毒，与HC一起产生光化学烟雾。SO2它是形成酸雨的主

3、要成分，严重污染河流、湖泊等水系，殃及野生动物的安全、破坏生态系统的自然酸碱平衡P血液铅含量过高，影响儿童的身体和智力发展，还可引发成血压高及心血管疾病。因此，汽车尾气的污染控制和防护受到了世界各国的高度重视。一般来讲，汽车尾气污染控制主要有机内净化和机外净化两个方面。机内净化指的是通过改善燃烧系统减少有害物质的生成；机外净化指的是将汽车尾气中的有害物质转化为无害物质。由于绝大多数污染物来自尾管排放，因此机外净化控制是控制汽车排污的快捷而有力的手段，其研究的重点主要集中在催化净化的问题，而催化剂性能及选择又是提高净化效果的关键。本文阐述了催化剂净化机理、组成、制备方法及其

4、评价与表征的最近研究现状及其进展。1汽车尾气催化净化机理1.1催化净化CO和HC的机理早期的研究认为CO在铂的表面氧化是一个结构不敏感反应，其过程遵循Langmiur-Hinshelwood动力学。但是，当CO从低浓度向高浓度快速过渡时，上述理论不能很好的预测某些实验结果。Lynch[3~5]对此作了详细的综述，提出了CO氧化的基本机理：CO+*=CO*（1）（*代表催化剂的活性中心，下同）O2+2*=2O*(2)CO*+O*=CO2*+2*(3)Engel[6~7]指出这个机理包括氧的化学解离和CO的分子吸附。此外，Cleudel[8]在CO和CeO2催化氧化的研究中，

5、根据电导率的测定肯定了氧化物中晶格阳离子参与反应，其反应机理如下：CO+*=CO*(4)CO*+O2-=CO2*+□2-(5)CO2*=CO2+*(6)O2*+2□2-=2O2-(7)式中：O2-和□2-分别表示晶格阳离子和表层阴离子空缺。催化净化HC的机理和催化净化CO的机理相同。1.2催化净化NO的机理NO在TWC中主要是通过CO还原成无污染的N2，机理解释主要有三种，其中通常认为[9~13]:CO与NO吸附在催化剂上，NO分解出一个氮原子和一个氧原子，氮原子重新组合形成N2，或者与另一个吸附的NO形成N2O或N2，在催化剂表面留下一个氧原子，吸附的CO和氧原子反应生

6、成CO2气体。Sadhankar[10]给出了它的模型：CO+*=CO*（8）NO+*=NO*（9）NO*+*=N*+O*(10)N*+N*=N2+2*(11)N*+NO*=N2+O*+*(12)N*+NO*=N2O+2*(13)CO*+O*=CO2+2*(14)Klein[14]和Banse[15]提出了双分子反应模型，吸附的NO的分界不需要一个贵金属孔穴，只需要吸附的CO来完成，并且生成CO2，吸附态的氮原子。反应模型为：CO+*=CO*（15）NO+*=NO*（16）CO*+NO*CO2+N*+*（17）2N*N2+2*(18)Kudo[16]和Cho[17]提出了

7、两个吸附的NO分子共同作用形成N2或N2O和吸附态氧的机理。同样，在这种情况下，不需要空穴。Kudo[16]给出了详细步骤：CO+*=CO*（19）NO+*=NO*（20）2NO*=N2+2O*（21）2NO*=N2O+O*+*（22）CO*+O*=CO2+2*(23)2汽车尾气催化剂组分2.1催化剂载体载体是影响催化剂效能的重要因素之一。其主要作用是提供有效比表面积及适宜的孔结构，并使催化剂获得好的机械强度及热稳定性，起着活性中心和节省活性组分用量的作用。一般来讲，理想的车用催化剂载体应具备下列关系：①不含使催化剂中毒的物质