汽車(chē)尾氣催化劑載體研究現(xiàn)狀及發(fā)展

袁艷婷

摘 要：目前國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷提高，汽車(chē)的使用量逐漸增加，與此同時(shí)汽車(chē)尾氣排放帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。因此，目前迫切解決的是汽車(chē)尾氣排放的問(wèn)題。本文介紹了汽車(chē)尾氣凈化載體的特點(diǎn)與種類(lèi)，并比較它們之間的優(yōu)缺點(diǎn)及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)尾氣；凈化；催化劑載體

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展，國(guó)民生活水平不斷地提高，汽車(chē)的使用量也不斷上升。截止2017年底6月底，全國(guó)汽車(chē)保有量達(dá)2.05億輛，與2016年相比增加了938萬(wàn)輛，增加了3.18%。汽車(chē)保有量地不斷增長(zhǎng)，隨之帶來(lái)的是汽車(chē)尾氣排放日益嚴(yán)重。汽車(chē)尾氣由100多種物質(zhì)組成，其中最主要的污染物有：一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NOx）、碳煙顆粒物等[1]。這些污染物不僅對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，而且對(duì)人類(lèi)的身體造成極大的傷害。

由于人類(lèi)賴(lài)以生存的自然環(huán)境受到汽車(chē)尾氣的污染，針對(duì)嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，對(duì)于尾氣的處理問(wèn)題，發(fā)達(dá)國(guó)家制定了一系列相應(yīng)的排放法規(guī)，形成了以美國(guó)，歐洲和日為代表的三大汽車(chē)排放法規(guī)。中國(guó)在歐洲排放法規(guī)的基礎(chǔ)上形成了自己的排放法規(guī)，并在全國(guó)各地已經(jīng)開(kāi)始采用國(guó)Ⅳ、國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)。

為使汽車(chē)尾氣排放達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于汽車(chē)尾氣治理，目前大多數(shù)國(guó)家采用的是尾氣凈化催化裝置。尾氣凈化裝置的原理是：汽車(chē)尾氣通過(guò)凈化裝置使有害氣體變成無(wú)害氣體。因此需要用大量的催化載體，載體的性能也直接影響催化劑的性能，從而會(huì)影響尾氣凈化效果。

1.催化劑載體應(yīng)具備的條件

汽車(chē)燃油燒燒后排出氣體的溫度一般在300～500℃之間，這樣催化劑載體通常需要再冷熱交替狀態(tài)下工作，而且汽車(chē)總體運(yùn)行工況是復(fù)雜多變的，所以催化劑載體應(yīng)具備足夠的機(jī)械性能，良好的耐沖擊性能與導(dǎo)熱能力，適當(dāng)?shù)目障督Y(jié)構(gòu)和空隙率，較低的熱膨脹系數(shù)，較大的比表面積，與催化劑不反應(yīng)，且低成本的特點(diǎn)。

2.汽車(chē)催化劑載體的分類(lèi)及現(xiàn)狀

目前汽車(chē)尾氣后處理裝置所使用的催化劑載體的種類(lèi)比較多，主要有多孔陶瓷載體和金屬陶瓷載體。

2.1多孔陶瓷載體

目前不管是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，汽車(chē)尾氣催化劑載體材料使用最多的就是多孔陶瓷。陶瓷載體主要分以下幾種：

（1）堇青石多孔陶瓷載體

堇青石（2MgO·2Al2O3·5SiO2））載體具有優(yōu)良的抗熱震性能，良好的吸附性能，較高的機(jī)械強(qiáng)度，且燒結(jié)溫度較低的特點(diǎn)而被廣泛使用[2-3]。堇青石載體采用擠出成型，微波干燥，高溫?zé)Y(jié)的工藝。1972年，美國(guó)康寧公司通過(guò)擠壓成型技術(shù)首先開(kāi)發(fā)了具有低熱膨脹系數(shù)的堇青石蜂窩陶瓷載體，其制備的蜂窩陶瓷凈化器應(yīng)用到各種車(chē)型上。1979年，美國(guó)康寧公司又接著推出更高性能的蜂窩陶瓷載體。1996年，日本 HONDA 公司就已經(jīng)生產(chǎn)出了 600 孔/平方英寸的產(chǎn)品[4-5]。目前對(duì)于堇青石蜂窩陶瓷載體的研究集中在通過(guò)各種方法來(lái)降低蜂窩陶瓷的熱膨脹系數(shù)和增加單位面積孔的數(shù)目，具體方法如：原料選用片狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的高嶺土，通過(guò)高嶺土在堇青石蜂窩陶瓷的定向排位 來(lái)降低堇青石的熱膨脹系數(shù)；引入一部分高純的無(wú)定形的SiO2 來(lái)降低堇青石蜂窩陶瓷的熱膨脹系數(shù)等。

（1）SIC多孔陶瓷載體

與堇青石多孔陶瓷載體相比，SIC載體的機(jī)械性能，耐腐蝕，耐高溫性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于堇青石，但是SIC燒結(jié)溫度更高，一般的燒結(jié)溫度需要再2200℃左右進(jìn)行，所以對(duì)載體制備的燒結(jié)難度過(guò)大。但是由于更優(yōu)的性能，SIC多孔陶瓷載體有很好的應(yīng)用前景，近年來(lái)受到很大的關(guān)注。

2.2 金屬載體

在80年代，隨著對(duì)于載體的深入研究，金屬載體逐漸出現(xiàn)。金屬載體具有更高的空隙率且導(dǎo)熱系數(shù)大，機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，比目前的蜂窩陶瓷載體更有優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)會(huì)有更好的發(fā)展前景。目前可用作汽車(chē)尾氣凈化器的金屬載體材料主要是Fe- Cr- Al、Ni- Cr、Fe- Mo- W等3類(lèi)合金。從加工性能和經(jīng)濟(jì)價(jià)值等方面考慮Fe- Cr- Al被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的一類(lèi)，因此金屬載體的研究也主要圍繞Fe- Cr- Al而進(jìn)行。

2.3 其他載體

2.3.1 顆粒型載體

在汽車(chē)尾氣凈化催化裝置開(kāi)始使用初期，顆粒型載體是最早使用的形式。顆粒型載體是由多個(gè)直徑為3-4mm的活性氧化鋁（r-Al2O2 ）小球堆積而成。這種載體具有比表面積大，價(jià)格便宜，裝填容易，在使用初期被廣泛使用，但是由于但這種載體的孔結(jié)構(gòu)在縱向上沒(méi)有連續(xù)不受阻擋的流動(dòng)通道"因此會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)排氣阻力和背壓大&油耗上升&功率下降，且容易使活性氧化鋁活性氧化鋁（r-Al2O2）變成無(wú)活性（r-Al2O2）等缺點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰。

2.3.2 活性炭載體

活性炭載體具有很好的比表面積，較高的孔隙率且孔結(jié)構(gòu)良好，但是活性炭載體的抗沖擊性能差，機(jī)械強(qiáng)度弱，所以應(yīng)用效果不佳。

2.3.3玻璃纖維載體

玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料，以葉蠟石、石英砂、石灰石等天然無(wú)機(jī)非金屬礦石為原料，按一定的配方經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗等數(shù)道工藝秘制而成，具有質(zhì)輕、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕、隔熱、電絕緣性能好等性能[6]。因玻璃纖維的這些優(yōu)良性質(zhì)，所以也應(yīng)用在汽車(chē)尾氣凈化載體中。

2.3.4 陶瓷纖維載體

多孔陶瓷纖維是一種纖維狀的輕質(zhì)的耐火材料，所以由陶瓷纖維制備的載體具有質(zhì)輕，耐高溫，耐腐蝕性好，比表面大，使用壽命長(zhǎng)，且三維貫通氣孔等優(yōu)點(diǎn)。但由于受到陶瓷纖維的長(zhǎng)度和編制性能的影響，導(dǎo)致三維編制技術(shù)高，從而使價(jià)格比較昂貴[7].

3 總結(jié)

隨著汽車(chē)行業(yè)越來(lái)越發(fā)達(dá)，尾氣排放越來(lái)越嚴(yán)重導(dǎo)致全球環(huán)境狀況日益嚴(yán)重，人民愛(ài)護(hù)環(huán)境、保護(hù)環(huán)境的意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)烈，隨著而來(lái)的汽車(chē)尾氣排放法規(guī)也會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格。所以在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間，汽車(chē)尾氣凈化裝置也一定會(huì)是研究的重點(diǎn)。人們的注重點(diǎn)也會(huì)傾向于改善催化載體性能的提高，降低催化劑價(jià)格，延長(zhǎng)載體的使用壽命，相信在不久的將來(lái)，環(huán)境問(wèn)題會(huì)得到很好的改善，人們的身體健康也會(huì)得到更有力的保護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

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