2010年第3季度评述

 

近期贵金属科技研究方面的热点动态

新近的研究热点:V排放法规的汽油车催化剂研究状况

 

 

机动车在给人们的生产与生活带来便利的同时,也带来了前所未有的污染问题,随着我国汽车保有量的快速增长,由此带来的尾气污染问题越来越严重,国内外公认的机动车尾气控制通常从机内和机外同时入手,外净化目前较为有效的尾气控制措施,它是利用催化转化技术加速机动车废气中COTHCNOx的氧化还原反应,使大部分污染物转化为CO2H2ON2,起到净化机动车尾气的作用。对于机动机污染物排放要求,中国当前阶段已在实行相当于欧IV的排放法规,而中国的国V排放标准已提上了议事日程,北京市环保局表示,2012年前后,北京市机动车排放标准将升级为相当于欧V标准的国V标准,国家环保部已经开始了相关准备工作。

欧 IV 和欧 V 法规的主要目标,就是要显著降低微粒(PM)和氮氧化物(NOx)的排放量。无疑发动机将会更昂贵,但却会更加省油。以沃尔沃、曼、戴-克、斯堪尼亚、依维柯和博世等商用车及系统制造商,在开发满足未来欧 IV 和欧 V 排放法规的动力总成中形成了竞争态势,不过根本的着眼点是相同的.即都把注意力集中在对燃油喷射技术的改进与创新上面。

三效催化剂主要由载体、担体、助剂和活性组分四部分组成,如何通过改变催化剂的成分与结构、通过提高整个涂层的比表面积和热稳定性、组织稳定性来增强催化剂的活性是国内外研究的热点。

贵金属包括PtPdRhOsIrRuAuAg8个元素,其中PtPdRh在控制汽车尾气排放中起着十分重要的作用,车用催化剂对这3种元素的用量逐年递增。PdPt早在20世纪70年代就已用于汽车尾气净化催化剂的研制与应用中,而且Pd也是三效催化剂的重要活性组分,主要用来催化氧化COHCPd在市场上的价格比PtRh低得多,由于PdPbS中毒的敏感性要比PtRh高得多,所以试图用大量Pd取代Pt()Rh的努力一直未能成功。到20世纪80年代末期,随无铅汽油的推广实施,汽油中残余的Pb浓度已经降到可以用Pd代替Pt的水平。1989年福特汽车公司在加利福尼亚的试验中用PdRh催化剂作为三元催化剂的组成,从此PdRh的使用技术迅速普及,该技术的发展也推动了PdRh在涂层中的分离,从而防止了双金属PdRh粒子的形成。

目前稀土纳米材料在国外已经被应用于三效催化剂中,而国内尚处于实验室开发阶段;非纳米过渡金属因具有较强的吸附能力和较弱的脱附能力使得催化剂的供氧速率受到制约,但纳米级铁、镍与γ-Al2O3的混合烧结体却表现出极强的氧化还原性能,然而单独使用仍存在起燃温度高、热稳定性差、中低温活性差以及易中毒等缺点;三效催化剂中最重要的活性组分主要是贵金属PtPdRh,贵金属材料本身就具有优良的催化活性,因此制成纳米颗粒后,巨大的比表面积、表面曲率半径和丰富的悬空键,使之催化性能更为优良。    

四川大学化学学院绿色化学与技术教育部重点实验室姚艳玲等报道制备了具有高性能的稀土储氧材料Ce0.65Zr0.25Y0.07La0.03O1.95和镧稳定的氧化铝(La-Al2O3),并以此为基础制备了Pt-Pd-Rh型中偶汽油车尾气净化催化剂.老化前后的性能检测表明,稀土储氧材料具有较大的比表面积和优异的储氧性能,La-Al2O3也具有优越的织构性能和高的热稳定性.催化剂对模拟尾气具有较高的催化活性和稳定性,在捷达-MT型汽油车上的测试结果表明,经该催化剂处理后的尾气排放能够满足欧Ⅴ排放标准(姚艳玲等.满足欧V排放标准的汽油车中偶催化剂.四川大学化学学院绿色化学与技术教育部重点实验室.2008.04.p316-318)

上海汽车集团股份有限公司技术中心刘启华等报道研究了车用增压汽油机的排放特性,阐述了达到欧V排放标准的技术路线。针对催化器非紧耦合布置和暖机速度较慢问题,进行了两方面的研究:一方面通过对三元催化器的分析,优化了其结构设计以及贵金属的涂覆和配比控制,提高了催化转化效率;另一方面通过发动机的电子控制和标定,设定特别的稀燃控制策略和暖机控制策略,降低了发动机的原始排放,提高了催化器的转化效率。排放测试结果表明,上述设计能使增压汽油机满足欧Ⅴ排放标准(刘启华等.满足欧Ⅴ排放法规增压汽油机的设计和研究.上海汽车集团股份有限公司技术中心.2010.01p48-51+55)。

与国外先进国家相比,我国汽车尾气排放法规起步较晚、水平较低,但发展迅速,2009年我国执行了欧IV的法规,而在欧洲已在执行欧V的排放标准。因此满足欧V排放标准的汽油车催化剂在国外特别在欧洲已属于成熟的产品,本产品与国外同类产品相比,在产品应用方面确关存在着一定的不足。

 

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