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1、汽車尾氣凈化催化劑的研究現(xiàn)狀1劉軍2崔心水1西安工程大學后勤發(fā)展集團陜西西安7100482環(huán)境與化學工程學院陜西西安710048摘要：本文綜述了汽車尾氣凈化催化劑的組分及其制備的研究現(xiàn)狀和進展，展望了汽車尾氣凈化催化劑的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：汽車尾氣催化劑凈化0引言汽車是現(xiàn)代社會最重要的交通工具之一，它在為人們的生活和工作帶來方便的同時，它所排放的尾氣也給大氣環(huán)境造成了嚴重的污染。最典型的是1943年和1954年美國洛杉磯發(fā)生的兩次光化學煙霧中毒事件，其罪魁禍首就是汽車尾氣[1]。近幾年來，我國許多大中城市如上海、廣州、南寧等都出現(xiàn)過類似的“光化學煙霧”現(xiàn)象[2]，它便是汽車
2、排出的碳氫化合物（HC）及氮氧化合物(NOx)在陽光中的紫外線的作用下形成的，可使人呼吸困難、眼紅、喉痛等。汽車尾氣的污染物主要有氫化物、一氧化物、氮氧化合物，此外還有鉛、二氧化硫等有害物質(zhì)，它們對人體的健康以及動植物的生存構(gòu)成了巨大危害（如表1所示）組分危害CO吸入人體的CO與血紅蛋白結(jié)合，導(dǎo)致人體內(nèi)缺氧，甚至引起窒息；長期少量吸入會引起慢性中毒。HC其化合物有致癌作用，并強烈刺激眼睛和呼吸器官；與NOX一起在太陽光能的作用下產(chǎn)生光化學煙霧，嚴重時使人麻痹中毒。NOX高濃度的NO引起中樞神經(jīng)癱瘓及痙攣，NO2引起人體中毒，與HC一起產(chǎn)生光化學煙霧。SO2它是形成酸雨的主
3、要成分，嚴重污染河流、湖泊等水系，殃及野生動物的安全、破壞生態(tài)系統(tǒng)的自然酸堿平衡P血液鉛含量過高，影響兒童的身體和智力發(fā)展，還可引發(fā)成血壓高及心血管疾病。因此，汽車尾氣的污染控制和防護受到了世界各國的高度重視。一般來講，汽車尾氣污染控制主要有機內(nèi)凈化和機外凈化兩個方面。機內(nèi)凈化指的是通過改善燃燒系統(tǒng)減少有害物質(zhì)的生成；機外凈化指的是將汽車尾氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。由于絕大多數(shù)污染物來自尾管排放，因此機外凈化控制是控制汽車排污的快捷而有力的手段，其研究的重點主要集中在催化凈化的問題，而催化劑性能及選擇又是提高凈化效果的關(guān)鍵。本文闡述了催化劑凈化機理、組成、制備方法及其
4、評價與表征的最近研究現(xiàn)狀及其進展。1汽車尾氣催化凈化機理1.1催化凈化CO和HC的機理早期的研究認為CO在鉑的表面氧化是一個結(jié)構(gòu)不敏感反應(yīng)，其過程遵循Langmiur-Hinshelwood動力學。但是，當CO從低濃度向高濃度快速過渡時，上述理論不能很好的預(yù)測某些實驗結(jié)果。Lynch[3~5]對此作了詳細的綜述，提出了CO氧化的基本機理：CO+*=CO*（1）（*代表催化劑的活性中心，下同）O2+2*=2O*(2)CO*+O*=CO2*+2*(3)Engel[6~7]指出這個機理包括氧的化學解離和CO的分子吸附。此外，Cleudel[8]在CO和CeO2催化氧化的研究中，
5、根據(jù)電導(dǎo)率的測定肯定了氧化物中晶格陽離子參與反應(yīng)，其反應(yīng)機理如下：CO+*=CO*(4)CO*+O2-=CO2*+□2-(5)CO2*=CO2+*(6)O2*+2□2-=2O2-(7)式中：O2-和□2-分別表示晶格陽離子和表層陰離子空缺。催化凈化HC的機理和催化凈化CO的機理相同。1.2催化凈化NO的機理NO在TWC中主要是通過CO還原成無污染的N2，機理解釋主要有三種，其中通常認為[9~13]:CO與NO吸附在催化劑上，NO分解出一個氮原子和一個氧原子，氮原子重新組合形成N2，或者與另一個吸附的NO形成N2O或N2，在催化劑表面留下一個氧原子，吸附的CO和氧原子反應(yīng)生
6、成CO2氣體。Sadhankar[10]給出了它的模型：CO+*=CO*（8）NO+*=NO*（9）NO*+*=N*+O*(10)N*+N*=N2+2*(11)N*+NO*=N2+O*+*(12)N*+NO*=N2O+2*(13)CO*+O*=CO2+2*(14)Klein[14]和Banse[15]提出了雙分子反應(yīng)模型，吸附的NO的分界不需要一個貴金屬孔穴，只需要吸附的CO來完成，并且生成CO2，吸附態(tài)的氮原子。反應(yīng)模型為：CO+*=CO*（15）NO+*=NO*（16）CO*+NO*CO2+N*+*（17）2N*N2+2*(18)Kudo[16]和Cho[17]提出了
7、兩個吸附的NO分子共同作用形成N2或N2O和吸附態(tài)氧的機理。同樣，在這種情況下，不需要空穴。Kudo[16]給出了詳細步驟：CO+*=CO*（19）NO+*=NO*（20）2NO*=N2+2O*（21）2NO*=N2O+O*+*（22）CO*+O*=CO2+2*(23)2汽車尾氣催化劑組分2.1催化劑載體載體是影響催化劑效能的重要因素之一。其主要作用是提供有效比表面積及適宜的孔結(jié)構(gòu)，并使催化劑獲得好的機械強度及熱穩(wěn)定性，起著活性中心和節(jié)省活性組分用量的作用。一般來講，理想的車用催化劑載體應(yīng)具備下列關(guān)系：①不含使催化劑中毒的物質(zhì)
