稀薄燃烧催化剂的研究概况
作者：http://www.haochenghuanbao.com/ 发布于：2013-12-4 18:09:15 点击量：
发动机不完全燃烧不仅产生环境污染问题，同时也浪费宝贵的石油资源，因此开发高效 燃油利用技术和催化转化技术成为目前的研究热点。对于让燃料在富氧条件下充分燃烧的催 化剂的研究已提上日程，人们开始不断探索稀薄燃烧技术。
稀薄燃烧技术主要是将燃料的空燃比（空气和燃料的比值，简称空燃比，Air/Fuel)控 制在（15 : 1)〜(27 : 1),将少量燃料和大量空气混合，让燃料充分燃烧的技术，而传统的 发动机其空气和燃料的比值在14.7: 1附近。由于燃料燃烧充分，所以稀燃发动机可节约燃 油15%〜22%，可显著减少尾气中有害废气的排放。
与传统发动机相比，稀燃发动机尾气中氧含量高、HC和CO含量低、尾气温度通常在300〜600°C，因此它们不能一次通过催化装置完成转化，而是将CO分开处 理，即加装尾气捕集装置，先对NOi进行捕集、催化，之后才能与尾气中的HC、CO和 H2反应，使其转化成无害气体排出。但作为还原剂的CO和HC在稀燃发动机中含量很低， 加上氧气含量高、尾气温度低这样的条件限制导致在实际应用中很难找到能显著降低尾气中 NOx含量的催化剂。
目前处理氮氧化物的方法很多，从根本上看，可以分为两大类：一类是控制氮氧化物的 生成，即治本方法；一类是将排放的（或产生）的氮氧化物消除或无毒处理，即治标方法。 这类方法大体上又分非催化法和催化法两大类。非催化法主要包括湿式吸收法、固体吸收 法、电子束照射法等。这些方法往往存在设备投资庞大、费用高、二次污染等问题。催化法 是目前研究较多的一种脱除NOz的方法，它包括催化分解法和催化还原法，其关键技术是 开发活性和选择性高、稳定性好、耐毒能力强的催化剂，
NO-直接分解法由于具有不需要加人任何还原剂、简单、有效、经济、产物可以直接 排入大气、不会造成二次污染等优点，被认为是治理NO:的最佳途径。关键是如何找到一 种合适的催化剂来有效地降低其高达364kJ/mol的活化能。
对稀燃发动机尾气净化催化剤进行的大量研究表明，比较有效的材料集中在以下三类：
a.贵金属类，一般是指铂、铑、钯等；b.过渡金属氧化物类，主要是指铜、铁、’钴、锆、 锰、钒、钨等；c.稀土金属氧化物类，主要是指镧系金属，如镧、铈、钦和镨等》这些元 素通常以单金属氧化物、盐或相互配合构成复合金属氧化物和复合金属盐类，负载于一定的 载体上就构成了催体剂的活性成分。用于负载活性成分的物质可以是分子筛如丝光沸石、镁 碱沸石、I型沸石等各种沸石，也可以是A1203、Si02、Ti02、Zr02等。它们具有多孔结 构和高的比表面积，使其能够与载在它上面的活性成分相互作用形成特定的空间结构，从而 形成很多的活性点，有效地对汽车尾气中的N02等进行吸附和催化转化。
稀燃发动机的难点是去除尾气中的NO”因而能将尾气中NCX的吸附富集或将剩余氧 储存起来的催化剂是当前的研究热点。
.钙敢矿型氧化物催化剂属储氧型催化剂。它高温结构稳定，容易脱氧形成氧空位，表面 带负电的活性位适宜做N,Ot分解催化剂。其A位的稀土元素，外层电子结构为 4fi~i45d0~2 6S2,在钙钛矿型化合物中价态多为正三价，5d轨道中没有电子，可以提供良好 的电子转移轨道和接收NO-的电子对的空轨道吸附NOz产生催化作用。在贫氧燃烧过程 中，虽然稀土钙钛矿型催化剂的储氧作用对NCX的分解不利，但若选用那些不容易发生价 态变化，同时能导致整个钙钛矿结构具有成单电子的稀土和金属元素作为催化剂的主要活性 组分，使其活性组分中的成单电子易与NO:(主要是NO和N02)的成单电子配对，就能 提髙对Ntt.的吸附概率。
稀薄燃烧催化剂的研究还很不成熟，许多研究仍处在实验室阶段。如近来报道的Cu-ZSM-5催化剂虽然NO分解活性高，但在稀燃条件下仍然存在高活性温度范围窄、温度高 于700°C时分子筛骨架不稳定、有水蒸气和S02存在时易造成不可逆失活等缺点。一些贵金 属和金属氧化物如钙钛矿型复合氧化物虽具有较高的热稳定性，并且反应温度比较低，但其 活性要在高温条件下才能充分体现。因此到目前为止还没有发现活性非常稳定的适用于稀薄 燃烧的高效催化剂。
由于汽车实际运行工况的复杂性，而稀薄燃烧技术需要辅助监控装置对净化的持续时 间、频率等参数进行控制。如丰田公司已将尾气捕集装置应用于其生产的轿车上，通过控制 发动机交替工作在稀燃和富燃条件下来达到净化尾气的目的。也有采用废气循环系统（Exhaust Generate Recycle, EGR),将冷却后的发动机废气再次送回燃烧室中燃蛲，以减少氮 氧化物排放。原理是当废气与新鲜空气、燃油混合后，其峰值燃烧温度降低，从而降低氮氧
化物的排放。但这种方法会引起颗粒物（Particulate Matter，PM)增加，所以废气循环系 统常与颗粒物捕收器配合使用。目前废气循环系统在汽油车和柴油小轿车上已经是非常成熟 的技术，但还没有技术成熟地应用于重型柴油车上。
国内外对贫燃条件下处理NOr的研究虽然很广泛，但随着各国对环境问题的重视，各 种法规的日益严格，NO-处理催化剂的研究更贴近应用，目前需解决的问题主要有以下几 个方面：a.保证对NOT的高效催化转化，b.具有较宽的操作窗口，使催化剂能在较宽的范 围内适应稀燃发动机尾气中各种组分的催化转化，如贵金属的活性温度在200〜300°C，分 子筛在35Q〜600T：，氧化物的温度更高。c.低温下的高活性，尤其是冷启动时的高效催化 转化。d.用少量责金属或非贵金属取代贵金属，解决催化剂价格较高的问题。e.某些活性 高的催化剂中02>的存在对催化活性有抑制作用，如Pt/Al203、Cu-ZSM-5。f.催化剂的稳 定性需进一步提高，如热稳定性、水热稳定性、抗中毒能力、机械强度等。g.降低二次污 染> 如某些工厂的固定源排放，NH3作还原剂时存在着设备和运转费用高，未反应的NH3 及NH3泄漏会再次造成污染等。
另外，催化转化器的设计也是解决稀薄燃烧的一个系统工程，包括对催化剂的设计、催 化剂载体的选擇,、催化转化器结构的设计等。其中催化转化器结构的设计与整个车辆密切相 关，它对发动机的动力性、+经济性、排气噪声等有着重要影响。只有在设计时考虑将它与其 他系统或单元匹配，才能生产出符合排放标准的最终产品。
山东双成环保科技有限公司：http://www.haochenghuanbao.com 欢迎您的光临！
请百度一下：双成废气处理，双成废气处理设备，双成废气净化设备
上一篇：三效催化剂的研究概况