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1、稀土在機(jī)動(dòng)車催化劑中的應(yīng)用及發(fā)展作者：賀小昆高蘭來源：昆明貴研催化劑有限責(zé)任公司口期：2009-06-11加入收藏城市大氣壞境污染治理已成為21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略課題。本文結(jié)合當(dāng)前排放法規(guī)發(fā)展對催化劑技術(shù)提岀的更高要求，闡述了稀土材料在汽車催化劑行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對其應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車催化丄I?的研究方向和應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。上世紀(jì)90年代以來，機(jī)動(dòng)車排放污染給人類健康和環(huán)境帶來的危害受到極大關(guān)注，城市人氣壞境污染治理己成為21世紀(jì)我國對持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略課題，沿川歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)體系的屮國排放控制法規(guī)和以催化劑技術(shù)為主
2、流的排放示處理技術(shù)十年來發(fā)展迅速。2000年我國全Mi推行國1標(biāo)準(zhǔn)，2004年實(shí)施國2標(biāo)準(zhǔn)，2007年和2010年即將實(shí)施國3（對應(yīng)歐3）和國4（對應(yīng)歐4）排放標(biāo)準(zhǔn)。排放法規(guī)的發(fā)展對催化劑技術(shù)提出了更高耍求隨著汽車尾氣排放法規(guī)越來越嚴(yán)格，與歐1、歐2法規(guī)相比，歐3、歐4法規(guī)中新增了對車輛行駛過程怠速冷啟動(dòng)排放性能、低溫（-7°C）排放性能、OBD（車載H動(dòng)診斷系統(tǒng)）性能、8-10萬公里整車耐久性等排放指標(biāo)的規(guī)定。為滿足更嚴(yán)格的法規(guī)要求，國際上廣泛應(yīng)川的系統(tǒng)解決方案有前證催化劑技術(shù)、前級(jí)催化劑技術(shù)、緊耦合技術(shù)和電加熱催
3、化劑技札這些技術(shù)的岀現(xiàn)引導(dǎo)著作為催化轉(zhuǎn)化器核心部件的催化劑設(shè)計(jì)必須考慮3個(gè)重點(diǎn)。（1）提高催化材料穩(wěn)定性。一方面國3、國4工況中高速行駛階段排溫高，另一方面為使催化劑盡快起燃，催化劑通常安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)出口歧管處，經(jīng)驗(yàn)溫度一般為900°C-1000°C,需要催化劑在長時(shí)間高溫化學(xué)氣氛條件下保持穩(wěn)定的催化活性。（2）改善催化材料儲(chǔ)放氧能力。第一,國3、國4法規(guī)要求收集車輛冷啟動(dòng)40秒內(nèi)排放的HC污染物，這些污染物將占全工況HC排放的80%,使冷啟動(dòng)吋HC氧化成為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問題；笫二，與國2車輛系統(tǒng)相比，國3、國4車輛具備
4、的0BD系統(tǒng)將嚴(yán)格控制經(jīng)過催化劑作用后廢氣屮的含氧量,動(dòng)態(tài)驗(yàn)證催化劑性能在持續(xù)使用過程屮的耐久性和可靠性;笫三,良好的催化劑儲(chǔ)放氧能力可克服汽車行駛過程屮空燃比波動(dòng)帶來的氧化述原氣氛的改變，提供穩(wěn)定的催化轉(zhuǎn)化效率。（3）提高催化材料活性組分分散性，降低貴金屬用量。因此，如何充分發(fā)揮稀土在催化劑中的性能，為催化劑提供更優(yōu)越的助催化作用，不斷提高催化劑中稀土對貴金屬的替代量、改善催化劑高溫穩(wěn)定性能、改善催化劑抗中毒性能等工作，始終是催化劑技術(shù)研究的核心。在機(jī)動(dòng)車催化劑中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀汽午尾氣凈化催化劑由載體、涂層及活件組
5、分二部分組成，其中稀丄氧化物涂層是蟻關(guān)鍵的材料，是催化劑的活性、耐久性及貴金加用雖的主耍影響因素。因此稀土氧化物涂層材料制備、結(jié)構(gòu)及性能關(guān)系的研究一直是催化研究的熱點(diǎn)。20世紀(jì)70年代開始，稀土氧化物由于其特冇的催化性能引起了催化研究者的關(guān)注，Libby等科技人員首先將稀土元素引入汽車尾氣凈化催化劑中。稀十-元素縮由于外層電子充填方式4玖5』，6s?的特姝電子結(jié)構(gòu)，具有可變價(jià)態(tài)和品格氧的可移動(dòng)性，其優(yōu)越的儲(chǔ)放氧性能使三元催化劑助劑Ce（h,基材料率先得到廣泛應(yīng)川。研究初期發(fā)現(xiàn)，由于純Ce02,在氧化還原過程中，會(huì)因表
6、而微孔被堵塞而造成氧化還原能力劇減，尤其在髙溫850C以上，SO?容易燒結(jié)并與Y-ALO；J相互作用形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CoAIOb,使儲(chǔ)氧能力降低，嚴(yán)重影響催化劑對氧化還原反應(yīng)的催化性能，英至可能導(dǎo)致催化劑活性的喪失。上壯紀(jì)90年代初期,如何提高Ce02的熱穩(wěn)定性的問題頗受關(guān)注，1994年召開的笫三屆“國際催化和汽車污染控制（CAP0C）”會(huì)議上，國外學(xué)術(shù)團(tuán)體報(bào)道了有關(guān)Zr02,在改善Ce02儲(chǔ)氧能力（OSC）方面的影響。1997年仔開的第四屆CAP0C和汽車工程師協(xié)會(huì)（SAE）會(huì)議上，國外學(xué)者交流了Zr02,用于穩(wěn)定
7、CcO,抗熱失活的良好表現(xiàn)。隨后催化研究者在稀上氧化物la（h、PUh、NdQ以及堿十.金屬氧化物BaO、ZrO,等助劑對催化劑結(jié)構(gòu)和性能修飾作用等方面的研究也逐步展開大量工作。近幾年來，摻雜Z汕的Ce-Zr復(fù)合氧化物催化材料所表現(xiàn)出的高儲(chǔ)放氧能力、高熱穩(wěn)定性引起了人們的廣泛關(guān)注。另外，根據(jù)口發(fā)單層分散理論，許多固體化合物在遠(yuǎn)低于其熔點(diǎn)的情況下，可在載體表而進(jìn)行自發(fā)單層分散，并具有飽和分散閾值，有利于改善催化材料性能和效應(yīng)。研究結(jié)果認(rèn)為ZrO,是SO,最冇效的熱穩(wěn)定劑,尤其是通過摻雜離了半徑較小的Zr4，-UCe”形
8、成復(fù)合氧化物來提高稀土氧化物的熱穩(wěn)定性和儲(chǔ)氧功能。20世紀(jì)90年代是CexZrlxO2復(fù)合氧化物材料制備和應(yīng)用技術(shù)的重要發(fā)展時(shí)期，國外対（Cr-Zr）02材料的研究首先集中在二元Ce血“2材料的制備和表征。國外己經(jīng)有大量文獻(xiàn)報(bào)道了有關(guān)溶膠凝膠法、共沉淀法、高能球磨法等多種CaZmQ復(fù)合氧化物制備方法，同時(shí)利用各種分析技術(shù)，如XRD、XPS、TP
