|
⸻ 一、概述 催化转化器（Catalytic Converter）是汽车尾气排放控制的重要装置，用于降低尾气中的有害 物质，如： • 一氧化碳（CO） • 未燃烧碳氢化合物（HC） • 氮氧化物（NOₓ） 三元催化器（Three-Way Catalytic Converter, TWC）是汽油车常用类型，能够同时实现氧化 CO/HC 和还原 NOₓ三种功能，因此称“三元”。 催化转化器的核心由三部分构成： 1. 载体（Substrate）：支撑结构和气流通道 2. 涂层（Washcoat）：提供高比表面积和金属吸附位点 3. 贵金属催化层：Pt、Pd、Rh 等活性组分 ⸻ 二、工作原理 1. 三元催化器工作机理 三元催化器的核心目标是同时完成氧化与还原反应： 1. CO 氧化反应： \text{CO + ½O₂ → CO₂ } 2. HC 氧化反应： \text{CxHy + (x + y/4) O₂ → xCO₂ + y/2 H₂ O} 3. NOₓ还原反应： \text{2NO → N₂ + O₂ } \text{或} \quad 2NO + 2CO → N₂ + 2CO₂ 催化器内部气体流经蜂窝状载体时，贵金属颗粒吸附气体分子并降低活化能，使反应在低温 下高效进行。 温度控制是关键，通常在 200–800 °C 范围内达到最佳转化率。 2. 氧储存–释放机制（OSC） 为了应对发动机在不同燃烧状态下的空气/燃料比波动，TWC 使用 CeO₂ –ZrO₂ 储氧体系： • 富氧时：储存多余氧气 • 贫氧时：释放储存的氧气，保证 CO/HC 氧化和 NOₓ还原反应顺利进行这使催化器在发动机瞬态工况下仍能维持高转化效率。 ⸻ 三、催化器材质 1. 载体（Substrate） 堇青石 (Cordierite) 热膨胀低、抗热冲击强 汽油机 TWC 蜂窝基体 碳化硅 (SiC) 导热高、强度大 高温柴油催化器/工业废气 载体结构通常为蜂窝状或片状波纹通道，以降低背压并提供大量表面积。 2. 涂层（Washcoat） • 主要由γ-Al₂ O₃ 、CeO₂ –ZrO₂ 、TiO₂ 组成 • 功能： • 增大比表面积（提供数百平方米/g） • 固定贵金属 • 提供储氧/释氧功能 • 厚度通常 10–30 μm，微孔结构保证气体与金属充分接触 3. 贵金属催化层 • 铂（Pt）：氧化 CO 和 HC • 钯（Pd）：氧化 HC 和 CO • 铑（Rh）：还原 NOₓ 贵金属通过浸渍、干燥和焙烧形成纳米颗粒，分散在涂层孔隙中，保证高活性和耐久性。 ⸻ 四、应用场景 1. 汽车尾气净化 • 汽油车 TWC：同时氧化 CO/HC、还原 NOₓ • 柴油车 DOC + DPF 组合：氧化未燃烧碳氢化合物，辅助颗粒物捕集器再生 • SCR + DOC：部分 NOₓ通过还原剂（NH₃ 或尿素）进一步降解 2. 工业废气治理 • VOC 催化燃烧 • CO 和 NOₓ处理 • 化工合成反应优化 在工业系统中，载体通常采用高导热碳化硅或氧化铝，贵金属可通过涂层均匀分布，保证废 气高温下仍能高效转化。⸻ 五、老化与改进 • 老化问题：贵金属烧结、涂层孔隙减少、储氧能力下降 • 改进措施： • 稳定化涂层（CeZr 固溶体、La₂ O₃ 掺杂） • 纳米分散技术，保证贵金属高分散 • 高导热载体材料减少局部过热 ⸻ 六、结论 催化转化器和三元催化器通过蜂窝结构载体、涂层优化及贵金属分散技术实现高效尾气净化。 在汽车与工业废气治理中，其性能直接决定排放控制效果。
| 
咨询与服务
23 Read
|
0 Reply
|
2026-01-07
