相应材料主要为汽油车上采用的密偶催化剂(CCC)技术,以及柴油车上所用的柴油车氧化催化剂(DOC)服务,以实现移动源尾气VOC的机外净化。
碳氢氧化催化材料
能够将汽油车尾气中的芳香族碳氢化合物、烷烃及烯烃等有害物质(HC)通过催化转化等方式无害化的材料。
- 英文名称
- hydrocarbon oxidation catalytic materials
- 所属学科
- 材料科学与工程
对于汽油车,HC排放量的60%~80%产生于其冷启动阶段。为了提高催化剂效率,研究人员提出了放置与发动机排气口距离很近的密藕催化剂。这类催化材料的主要活性组分为钯(Pd)。为了防止启动后温度升高烧坏CCC,一般不以CexZr1-xO2等储放氧组分作为钯的助剂。
对于柴油车,这类催化剂由于与排气口距离较远,需要有更好的氧化性能,因此最常用的材料为铂(Pt),往往也会加入少量的Pd。为了强化低温下催化剂对HC的捕捉能力,通常在涂层中添加沸石达到吸附HC的目的。且沸石对HC、可溶性有机物(SOF)的脱附温度正处在贵金属催化剂的活性温度区域,还具有良好的耐热性。常用的分子筛有硅土、丝光沸石、Y型分子筛、ZSM-5和β分子筛等。
碳氢氧化催化材料中的关键组分是其活性组分。常用的活性组分有铂、铑和钯等贵金属,助剂为铈、镧等稀土元素和铜、铁、铬、锰等过渡金属,以及碱金属和碱土金属氧化物。对于贵金属催化剂,不同贵金属决定着不同的催化剂特性。铂的主要贡献是氧化一氧化碳(CO)和HC,对氮氧化物(NOx)也起到还原作用;钯在氧化型催化剂中的作用与铂一样,也是氧化CO和HC,但对这两种有害排放物的氧化能力比铂弱。在催化剂中加入钯,主要是因为它可以和铂起到协同作用,这种协同作用不但可以提高催化剂抗老化能力,而且还可以降低硫酸盐的生成量,对催化剂的整体催化行为非常重要。
贵金属催化剂的不足之处在于价格昂贵,对发动机空燃比要求严格。而且柴油是富含硫燃料,尾气中二氧化硫(SO2)含量很高,贵金属催化剂会促使SO2转化为三氧化硫(SO3),并进一步形成硫酸和硫酸盐,这样反而会增加颗粒物的排放。稀土元素作为助剂,作用包括储存及释放氧,稳定载体涂层,促进水煤气转化反应和水蒸气重整反应,改变反应动力学等。研究发现,稀土氧化物二氧化铈(CeO2)催化氧化的能力要远高于其他氧化物,而且不需掺杂贵金属也可达到同样的催化效果。因贵金属资源匮乏和价格昂贵,而中国具有丰富的稀土矿物资源,因此,将稀土元素掺入柴油车用催化剂的涂层具有很好的应用前景。此外,过渡金属氧化物如二氧化钛、五氧化二钒、三氧化二铬、二氧化锰等对SOF和HC有催化作用,它们既可单独使用也能混合使用,不同的催化剂对其氧化效果各不相同。由于这类催化材料较为廉价,相关材料的开发对于减少贵金属的用量具有十分重要的意义。