貴金屬催化劑蜂窩陶瓷載體的用量計算

A. 請問下，蜂窩陶瓷催化劑載體所說規格150X150X300是什麼意思

150×150是尺寸，單位mm.形狀有圓柱和方形。所以具體是直徑和高度還是長度和寬度。看載體形狀。
300是指目數。每平方英寸300個單元格孔。

B. 蜂窩陶瓷特點和工藝

一.蜂窩陶瓷的特點：
環保陶瓷 陶瓷材料由於其高強度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨等特異性能可廣泛應用於各種環保領域，如汽車尾氣排放等。
1。用於微過濾、超過濾和納過濾用的多孔超薄陶瓷和聚合陶瓷薄膜 陶瓷無機膜的發展始於世紀美國科學家首次採用多孔陶瓷膜來分離腐蝕性極強的UF 6 同位素。由於SiO 2 、Al 2 O 3 、MgO、ZrO 2 、TiC、UC等無機硅酸鹽材料制備的無機膜具有聚合物有機薄膜無法比擬的優越性，21世紀起，無機陶瓷薄膜的開發和應用研究得到了更進一步的發展，除了傳統的核工業、航空航天、食品工業、化工、生物等工業，在環境領域的應用和發展特別引起了世界各國的重視。
德國茵萊精密陶瓷有限公司已研發出具世界領先水平的用於微濾(1?m至30nm)、超濾(30nm至3nm)和納濾(3nm至0.9nm)用的多孔陶瓷薄膜，並已開發出多種規格和用途的工業實際應用成套分離和過濾裝置，如對含放射性物質廢水的三級陶瓷膜過濾凈化處理裝置。這種用於微濾、超濾、納濾用的多孔陶瓷薄膜是一種進行物質分離和能量傳輸的中間介質隔膜，薄膜根據實際需要製成所需孔徑(微米級、亞微米級和納米級微孔)，所有薄膜都有界定的阻斷過濾值，如超濾（用於對諸如乳膠濁液的清理、消毒滅菌和其它化學物質的純化）和納濾(用於固化微生物和細胞的生物陶瓷載體，固化後的生物膜用來生產如蛋白和疫苗這樣的生物活性物質)。其中，我司的0.9nm孔徑納濾膜是目前世界已知最小孔徑的納濾陶瓷膜，阻斷過濾值小至450g/mol，如果界定的阻斷過濾值為<1000g/mol，試驗證明可以對SO 4 2 －的阻止高達90%。
多孔陶瓷載體是上述三種陶瓷過濾膜的基礎，並決定過濾組件的形狀和陶瓷膜面積大小。我司開發的過濾組件在高至450°C的溫度和60巴大氣壓的環境下能完全正常工作，可用各種酸鹼液或蒸汽高溫沖洗。這些陶瓷載體通過不同生產工藝製造出平板形、毛細管形、單孔道、多孔管道等。平板載體厚度1mm，需要時可用陶瓷粘接技術將多個盤形體層黏在一起。毛細管陶瓷載體的直徑可小至1.1mm。多孔管道陶瓷載體的尺寸大小不一(22孔道載體的標准尺寸為寬101mm，厚6mm，孔道直徑3mm)。載體的具體形狀、尺寸大小取決於陶瓷薄膜面積和分離過濾用途，並與不銹鋼套體結合一起使用。
薄膜中間隔有一或數層多孔陶瓷體，用特別的工藝鍍膜在粗糙的多孔陶瓷基體上，陶瓷基體可以是多種形狀的平面或管道，其制備依據分離要求可用溶膠－凝膠工藝、發泡工藝、有機泡沫浸漬工藝、添加造孔劑工藝等備制。分離膜兩邊的物質粒子由於尺寸大小、擴散系數或溶解度的差異等，在一定力差、濃度差、電位差或化學位差的驅動下發生傳質過程。傳質速率的不同會導致選擇性透過，進而引起混合物的分離。
我司擁有目前世界上已知的所有納米陶瓷鍍膜工藝技術，包括溶膠鍍膜技術。常規的塗層技術如浸塗、噴塗、旋轉塗等也可用來製作溶膠薄膜，然後通過燒制或固化將這層溶膠薄膜轉化成陶瓷膜。各種鍍膜技術適合不同產品用途，含水多的溶膠鍍膜技術生成一種所謂的膠態溶液，其離散顆粒受表面荷質比影響非常穩定。溶膠層在400°C－600°C溫度燒制，可以生成TiO 2 、ZrO 2 和γ－Al 2 O 3 這樣的間隙多孔薄膜，非常適合超過濾用途。通過可控水解生成帶自由羥基的齊聚物聚合溶液，這種生成過程可以通過加入一定量的水或加入某種抑制水分解的絡合劑來實現，羥基通過縮聚作用在200°C－500°C度時固化，形成陶瓷微孔網狀系統。由此可製成適用於納濾和納米級氣體分離的TiO 2 、ZrO 2 、Al 2 O 3 和SiO 2 無定形微孔陶瓷膜。
我司研製出的納米過濾薄膜，其孔結構與以粒子間孔結構為特徵的微過濾和超過濾薄膜不同，是一種無單個粒子的不定形無組織微孔結構，通過聚合溶膠技術鍍膜而成。開發的陶瓷薄膜在制備時是根據要過濾和分離物質的大小的具體需要特製成所需孔徑和孔隙數量，故每一薄膜根據用途的不同而都有界定的阻斷過濾值，即這種陶瓷薄膜的孔徑和孔隙數量可根據用途不同在制備時予以調整。另外，陶瓷薄膜技術是以物理原理為基礎的，無需化學品的輔助，沒有二次污染，效率高，能耗低，操作簡易。化學穩定性非常好，耐腐蝕、耐高溫、結構造型穩定、機械強度高，能經受高速粒子粉塵的沖擊，可在高壓高溫和腐蝕環境中應用，有利於提高流通量，並可有效地對陶瓷薄膜進行酸鹼、高壓反沖和高溫蒸汽清洗。採用我司陶瓷膜的液相和氣體分離成套工業應用設備已經成功應用在包括核工業、航空航天、食品工業、醫葯、環保等眾多實際工業領域中，包括對放射性廢水的凈化處理、聚合物薄膜與陶瓷薄膜結合的抑制和排除蛋白的超過濾凈化、用於凈化處理含重金屬和有機物廢水的陶瓷薄膜生物反應器、凈化處理輥軋乳液的陶瓷薄膜超過濾凈化裝置、對生產玻璃纖維產生的廢水的兩級薄膜過濾凈化處理裝置等等。
陶瓷薄膜在環保中的過濾和分離應用范圍非常廣。在對紡織或印染廠的有色廢水經陶瓷薄膜凈化過濾處理時，不僅可清除各種有害化學物質，也可以對溶入水中的化學色劑分子進行分離回收並再次循環實用。薄膜陶瓷也可以通過將可溶金屬離子轉化成非溶性金屬碳酸鹽來減少工業廢水中的重金屬，當薄膜上的金屬碳酸鹽堆積到一定量時對其進行沖洗然後用另一過濾器回收，經濟效益非常明顯。
由於納米孔徑級陶瓷薄膜的發展和應用，使採用無機陶瓷薄膜對含低分子有機污染物、重金屬離子、表面活性劑廢水的處理成為可能。故薄膜陶瓷不僅在凈化生活用水、處理工業用水和廢水等環境治理方面，同時在冶金、化工、食品、醫葯、生物技術等領域都有著極好的市場應用前景。茵萊精密陶瓷有限公司的陶瓷溶膠鍍膜及各種溶膠和納米復合薄膜的生產完全是在公司超凈廠房內進行的(等級10/100±5%；室溫：±1 °C)。不僅研發、生產各種薄膜，同時可為客戶研發設計適合客戶特定產品的陶瓷薄膜和過濾分離系統集成。
2。陶瓷觸媒 我公司開發的陶瓷催化或觸媒技術和產品在工業廢氣和廢水凈化處理中的應用已越來越廣泛。催化體的化學組成及設計因具體實際應用而各不相同，其幾何體和形狀可以多種多樣，如蜂窩瓷、顆粒陶瓷、球形陶瓷、多孔或單孔管道陶瓷等。典型的陶瓷材料有：堇青石、莫來石、塊滑石、高鋁、碳化硅、氧化鈦、氧化鋯、電剛玉、沸石、復合陶瓷等。用途從簡單的瓦斯焊槍、汽車尾氣處理、大型柴油發電機的廢氣凈化到用於工業廢氣處理、熱交換及熱儲存的大型蜂窩瓷。例如：
分解一氧化二氮(Nitrous oxide)的陶瓷觸媒 在硝酸(Nitric－acid)生產中，利用一種特殊的陶瓷觸媒體可完全分解一氧化二氮，將其分別分解至相應的元素而不會產生NO X ，主要產品鍩(NO)不會受任何影響。
氧化碳氫化合物的陶瓷觸媒 用鈣鈦類氧化材料研製的陶瓷觸媒體可以氧化碳氫化合物，其催化性能遠勝於貴金屬觸媒，特別在抗高溫、抗腐蝕、抗毒性和低成本經濟性方面表現尤為突出。
氧化鹵代烴(Halogenated hydrocarbons)的陶瓷觸媒 在過渡金屬氧化物混合物基礎上開發的陶瓷觸媒可以分解鹵代烴，其活性、選擇性和使用壽命要遠優於常規催化劑。
汽車尾氣處理用陶瓷觸媒轉化器 為了控制汽車的廢氣污染，降低一氧化碳、黑煙及其他有毒氣體的排放，觸媒轉化器從70年代末開始被使用在汽車上。在過去數十年中的技術發展中，汽車製造廠使用了許多不同的方式來降低排放污染，例如排氣循環、燃料箱油氣回收及引擎電子控制系統等，但觸媒轉化器一直是降低有害廢氣排放的最有效方法。在觸媒轉化器的化學反應中，貴金屬原子產生各種不同的過渡反應，使整體反應活化能降低，進而提高廢氣轉化成一般無害氣體的反應機率，而觸媒本身在化學反應後仍然保持原來的狀態，這是觸媒轉化器和傳統排煙過濾器的最大差異。觸媒轉化器不僅有良好的使用壽命，也避免了長期使用後被阻塞的可能性。
大部分的現代觸媒轉化器包含了兩個部分：還原性蜂窩瓷及氧化性蜂窩瓷。當廢氣通過還原性蜂窩瓷時，氮氧化物首先被分解為氮氣和氧氣。當廢氣進一步通過氧化性蜂窩瓷時，一氧化碳和碳氫化合物被進一步氧化成二氧化碳及水。此時前一階段產生的氧氣亦有助於此類氧化反應的進行，特別是高壓縮比的發動機，由於排放的氮氧化物濃度較高，在還原反應中產生的氧氣濃度亦明顯提高。
二.蜂窩陶瓷生產工藝：
汽車尾氣處理用的蜂窩陶瓷材料常為多孔堇青石，其每平方英寸400孔道的幾何外形，以及材料中 2－3mm 的多孔結構，產生了0.2－0.3m 2 /g的高比表面積。用同步電子輻射測量方法(EXAFS：extended X－ray absorption fine structure)可精確地測定貴金屬鉑元素在蜂窩陶瓷載體表面上的原子排列方式，顯示了鉑原子在堇青石陶瓷載體表面形成所謂的海棉狀結晶，使得觸媒轉化器內的氣體接觸面積平均在2000M 2 以上，同時也使氣體分子在觸媒轉化器中有足夠高的機率與貴金屬原子碰撞產生有效的觸媒轉化反應。除研發不同型號的全陶瓷載體外，茵萊賽米克高新陶瓷有限公司擁有生產復合、合金化以及陶瓷塗層的觸媒蜂窩瓷技術和生產工藝。

C. 汽車蜂窩陶瓷載體體積密度公式

摘要 蜂窩陶瓷無數相等的孔組成的各種形狀，目前最大的孔數已達到了每平方厘米20～40，密度每立方厘米4～6克，吸水率最高達20%以上。由於多孔薄壁的特點，大大增加了載體的幾何表面積和改善了抗熱沖擊性能，生產的產品，其網狀孔以三角和四方為主，三角比四方承受力好得多，孔數也多些，這一點作為催化載體尤其重要。隨著單位面積孔數的提高和載體孔壁厚度的減少，陶瓷載體的抗熱沖擊趨勢是提高的，熱沖擊破壞的溫度也是提高的。因此蜂窩陶瓷必須要降低膨脹系數和提高單位面積的孔數。熱膨脹系數是主要性能指標，當前國外水平是α25－1000℃≤1.0×10－6℃－1，與國內對比有一定差距，不過這差距越來越小。最早生產蜂窩陶瓷的原料主要是高嶺土、滑石、鋁粉、粘土等，而今天已突破了，尤其是硅藻土、沸石、膨脹土以及耐火材料的應用，蜂窩陶瓷應用日益廣泛，性能越來越好。

D. 蜂窩陶瓷支撐體為什麼用升為單位

蜂窩陶瓷載體是個啥子東西，有啥具體作用呢？其實蜂窩陶瓷載體長得有點像蜂窩狀的「濾芯」，跟我們生活最相關的例子是汽車/發動機尾氣處理過程中，為了凈化尾氣，就需要以蜂窩陶瓷載體為基礎，在載體上塗覆一些重金屬和助催化劑，使尾氣（含NOx、Co、HC等有害氣體以及通常所說的PM）通過蜂窩陶瓷載體的時候能發生一系列氧化/還原反應生成水H2O、氮氣N2和CO2，使尾氣得到凈化作用。題主問得堇青石載體，是目前普遍用到的材質，每升30~50元，而通常我們提到蜂窩陶瓷是##升，主要是為了與汽油/柴油/天然氣發動機的排量相對應的，使有害氣體有充分的反應時間和空間。希望可以幫到題主，thanks。

E. 蜂窩陶瓷價格及其用途介紹

早在約8000年前的新時代時期，人們就發明了陶瓷，陶瓷是以地球上大量擁有的黏土資源為原料萃取而成的。它除了在食器方面運用廣泛外，還在科學技術的發展中扮演著重要角色。因為它的用法彈性，在今天依然有許多創意的應用。隨著近代技術的發展，又有許多新的陶瓷品種出現並迅速傳播開來。蜂窩陶瓷就是近三十年來才開發出來的蜂窩狀陶瓷產品。那麼，它的價格又是怎樣的?它又有什麼優點?

一.蜂窩陶瓷

蜂窩陶瓷無數相等的孔組成的各種形狀，目前最大的孔數已達到了每平方厘米20～40，密度每立方厘米4～6克，吸水率最高達20%以上。由於多孔薄壁的特點，大大增加了載體的幾何表面積和改善了抗熱沖擊性能，生產的產品，其網狀孔以三角和四方為主，三角比四方承受力好得多，孔數也多些，這一點作為催化載體尤其重要。隨著單位面積孔數的提高和載體孔壁厚度的減少，陶瓷載體的抗熱沖擊趨勢是提高的，熱沖擊破壞的溫度也是提高的。因此蜂窩陶瓷必須要降低膨脹系數和提高單位面積的孔數。熱膨脹系數是主要性能指標，當前國外水平是α25-1000℃≤1.0×10-6℃-1，與國內對比有一定差距，不過這差距越來越小。最早生產蜂窩陶瓷的原料主要是高嶺土、滑石、鋁粉、粘土等，而今天已突破了，尤其是硅藻土、沸石、膨脹土以及耐火材料的應用，蜂窩陶瓷應用日益廣泛，性能越來越好。

除了用於燒結成型的蜂窩陶瓷外，還出現了不燒結的蜂窩陶瓷，這大大提高了催化性能的活性。不僅外觀尺寸由最小的球環形狀發展到大尺寸的立柱和方形和圓形。根據模具設計的不同;可以製作成不同尺寸不同形狀不同結構的蜂窩陶瓷。如用在石化行業煉油空氣吸附乾燥的分子篩催化劑，尺寸高達0.8m，寬0.25m的正方形，孔數每平方厘米達到25，從原料、工藝以及機械製造方面都有了很大的變化。尤其是生產工藝有了很大提高。作為催化劑的蜂窩陶瓷要求在製造成型時不開裂，有機成分必須釋放干凈，除了耐磨性能外還要求有一定的機械強度，再生回用多次。

蜂窩陶瓷可由多種材質製成。主要材質有:堇青石、莫來石、鈦酸鋁、活性炭、碳化硅、活性氧化鋁、氧化鋯、氮化硅及堇青石一莫來石、堇青石一鈦酸鋁等復合基質。

活性炭粉末或顆粒製成蜂窩陶瓷形狀後，大大提高了水處理的凈化和廢水處理能力，尤其在醫葯工業中抗菌素、激素、維生素、核酸針劑及各種針劑，葯物等的脫水脫色去雜質等。

蜂窩陶瓷按用途可以分為蓄熱體、填料、催化劑載體和過濾材料四大類。

蜂窩陶瓷蓄熱體熱容量J/kgk1000以上，產品最高使用溫度≥1700℃，在加熱爐、烘烤器、均熱爐、裂解爐等窯爐中可節省燃料達40%以上，產量提高15%以上，排放煙氣溫度低於150℃。

蜂窩陶瓷填料比其它形狀填料的比表面積更大，強度更好等優點，可使汽液分布更均勻，床層阻力降低，效果更好，且可延長使用壽命，在石化、制葯和精細化工行業中作填料效果相當好。

蜂窩陶瓷用在催化劑方面更具優勢。以蜂窩狀陶瓷材料為載體，採用獨特的塗層材料，以貴金屬，稀土金屬及過渡金屬制備，因而具有高的催化活性，良好的熱穩定性，長的使用壽命，高強度等優點。

用於催化裂化的蜂窩陶瓷正在取代現有的產品。催化裂化用200～500℃之間的重餾分油為原料(包括減壓餾分，直餾輕柴油、焦化蠟油等)，以硅鋁酸鹽為催化劑，反應溫度在450～550℃之間(隨反應器類型而異)。它產量大(每個大型催化裂化裝置，每年裂化油品百萬噸以上)，技術條件要求高(例如，催化劑每接觸油幾分鍾甚至幾秒鍾就要再生，每分鍾流過流化床催化劑達10t或更多)隨著催化活性的提高，為了加快再生速度，要求更加苛刻的再生條件。例如600～650℃，甚至700℃，催化劑消耗量大，每噸進料油消耗0.3～0.6kg催化劑，催化劑力學強度差的，消耗的還要大得多。這要求著催化劑活性、選擇性、穩定性的稍微提高，對生產實際將具有重大意義。正因為如此，蜂窩陶瓷催化劑也在不斷推陳出新，市場需求也越來越大，這些催化裂化用的催化劑被蜂窩陶瓷催化劑所代替，大尺寸多孔數的蜂窩陶瓷催化劑已嶄露頭角，有著強勁的發展勢頭。

蜂窩陶瓷作為過濾材料有以下優點：化學穩定性好，耐酸鹼及有機溶劑;極好的耐急熱急冷性能，工作溫度可高達1000℃;抗菌性能好，不易被細菌降解，不易堵塞且易再生;較強的結構穩定性，孔徑分布狹窄，滲透率高;無毒，尤其適用於食品和葯物的處理。

其主要在冶金行業得到應用。蜂窩陶瓷體的比表面積大，提高了過濾片吸附和捕捉細小雜質的能力，比傳統多孔陶瓷過濾效果好，金屬液流動平穩。

二.蜂窩陶瓷的用途

蜂窩陶瓷對的用途很廣，介紹如下：

1.催化劑載體

蜂窩陶瓷用作催化劑載體時，主要應用於汽車排氣凈化、鍋爐排煙脫硝(NOx)、工業排氣除臭、除去有毒有害氣體等。

汽車排氣凈化用的蜂窩陶瓷催化劑載體主要是被覆γ-Al2O3的堇青石蜂窩陶瓷載體。[1]

2.耐火窯具

擠出蜂窩陶瓷窯具的質量比傳統窯具輕60%-75%，熱量傳遞迅速，可實現快速燒成，用它墊燒鐵氧體或其它電子陶瓷時，有利於提高產品的性能。[2]

3.壁流式過濾器

多孔狀薄壁的蜂窩陶瓷可過濾凈化柴油機燃氣廢氣(約500℃)中的碳粒。

三.蜂窩陶瓷價格

蜂窩陶瓷蓄熱體

參考價格：12500.00元/平方米

蜂窩陶瓷蓄熱磚

參考價格：60.00元/件

100mm圓形紅外線蜂窩陶瓷板,蓄熱陶瓷板,耐火多孔陶瓷板,節能板

參考價格：13.68元/件

150*10蜂窩陶瓷板

參考價格：20.00元/件

80*10蜂窩陶瓷板

參考價格：5.50元/件

堇青石蜂窩陶瓷,陶瓷蜂窩體,蜂窩陶瓷載體,汽車蜂窩載體

參考價格：50.00元/件

堇青石紅外線陶瓷燃燒板/遠紅外爐灶蜂窩輻射陶瓷聚能片蓄熱體

參考價格：16.00元/件

圓柱形陶瓷噴咀/加熱耐高溫蜂窩陶瓷圈/外徑8MM

參考價格：14.00元/件

蜂窩陶瓷在不同領域有不同的作用，並且型號價格相差很大，根據自己所需，商家可以貨比三家，選出自己需要的商品，以上價格都只是做個大概的參考，希望可以幫助到大家。蜂窩陶瓷在近幾年得到很大發展且它的制備方法也得到不斷完善，價格也會將隨著它制備方法的改善而波動。但是同時的，蜂窩陶瓷的缺點也隨之暴露出來，比如說機械強度不夠，膨脹系數太高等。但是相信隨著技術的提高，蜂窩陶瓷的缺點也將一一改善並更加適合各種領域。

F. 求有關蜂窩陶瓷載體國家標准和國際標准以及相關的檢驗檢測方法

你可以看一看國家建材局工業局行業標准《蜂窩陶瓷 JC/T 686-1998》，標準是現行有效的，對車用催化劑載體-堇青石蜂窩陶瓷有外觀質量、尺寸偏差范圍、物理性能、試驗方法都有明確的規定

G. 蜂窩陶瓷催化劑載體所說規格150X150X300是什麼意思

150×150是尺寸。單位mm
300是每平方英寸有300個孔

H. 【大學化學】

先轉載一個關於汽車尾氣處理催化劑的東西，

汽車尾氣催化劑的研究現狀及發展前景

環境問題是一個全球問題, 要靠全世界每一個人的努力來解決。隨著世界經濟、科技的不斷發展和社會文明的不斷進步, 人們的物質需求也在一天天增長。汽車是現代社會最普及的交通工具,特別是近年來私家車越來越多, 帶來了很多問題,其中環境問題是不容忽視的。汽車的使用對環境的污染主要有噪音污染和尾氣排放造成的空氣污染。在我國, 汽車尾氣凈化是解決尾氣排放污染的最有效方法。汽車排放的污染物主要來源於內燃機，其有害成分包括一氧化碳（CO）、碳氫化合物(CH)、氮氧化合物(NOx) 、硫氫化合物和臭氧等，其中CO、HC及NOx是汽車污染控制的主要大氣污染成分。汽車尾氣對人類的健康危害很大，治理汽車排放污染，已成為一項刻不容緩的任務。

1 汽車尾氣凈化的方法

國外早在20世紀60年代中期對汽車污染控制技術已經進行了研究開發，目前己達到實用階段。研究表明，通過改善催化劑及其載體的性能和生產工藝，改善汽車內燃機燃燒技術及三效催化劑排氣系統的處理可凈化這些有害氣體。汽車尾氣污染控制可以分為機內和機外兩種技術。機內凈化主要是提高燃油質量和改善燃料在發動機中的燃燒條件，盡可能減少污染物的生成；機外凈化的主要方式是安裝催化凈化器，對有害氣體進行處理是機外尾氣凈化最有效的方法，催化劑又是凈化效果的關鍵。因此開發實用高效的汽車尾氣凈化催化劑是控制汽車尾氣排放的最佳措施之一。

汽車尾氣催化凈化的目的就是將有害的CO和HC氧化為CO2和H2O，將NOx還原成N2。由於汽車尾氣的化學成分很復雜，其轉化率除和催化劑的活性有關外，還和反應氣是氧化氣還是還原氣有關，因此催化劑在功能上分為氧化型和還原型兩部分。氧化型催化劑主要催化CO和HC的氧化反應，有關反應如下：
2CO+O2→2CO2
4HC+5O2→4CO2+2H2O
2NO+2CO→2CO2+N2
HC+NO2→CO2+H2O
HC+CO→N2+CO2+H2O
3NO+2NH3→2N2+3H2O
2NH3→N2+3H2O
還原型催化劑主要催化NOx的還原反應：
2NO+CO→N2+CO2
2NO+H2→N2+2H2O
2NO+HC→N2+H2O+CO2
NO和H2反應除生成無毒的N2和H2O外，尚有所不希望發生的副反應：
2NO+5H2→2NH3+H2O
2NO+H2→N2O+2H2O
因兩種反應要求的化學環境不同，故早期的催化劑將兩者分立。後來由於發動機的改進，實現了可使兩種功能兼容的化學環境；由於催化劑制備技術的改進，使氧化與還原兩種活性中心共存於同一個催化劑上，最終出現了三效催化劑TWC(three-way catalyst)。目前最常用的催化器是使用蜂窩型催化(honeycomb catalyst)，載體是陶瓷蜂窩體，其外附載有高比表面積的氧化鋁塗層，其上再浸漬活性組分。所以，汽車尾氣凈化催化劑主要由載體、塗層及活性物質三部分組成。
2 國內外研究狀況
2.1 國外研究狀況
2.1.1 氧化型催化劑
20世紀70年代中期到末期的汽車排放法規只要求控制CO與CH的排放，發動機尚未使用化油器開環系統，由於機械地固定A/F比到理論值，不能隨工作狀況的變化而自動地調節，在這種狀態下，通過將A/F比調到15左右，在富氧狀態下裝上氧化型催化劑，可使CO與HC的轉化率達到90％，但NOx的轉化率比較低。這一時期使用的主要是貴金屬型催化劑，以鉑、鈀為活性組分。通常以二者形成的合金態使用，鉑：鈀=7：3，總載量0.12％左右。貴金屬催化劑有致命的弱點，那就是它怕鉛中毒。因此，為了有效地使用貴金屬催化劑，必須改變燃油的結構，實行汽油的無鉛化。
2.1.2 雙金屬催化劑
20世紀70年代末到80年代中期，隨著美國EPA提出對NOx的排放實行控制，氧化型催化劑己不能滿足要求。出現了鉑、銠三效雙金屬催化劑。20世紀70年代末至80年代初出現的是雙床式鉑、銠催化劑，催化劑的氧化還原反應是分段進行的，前段使用還原型蜂窩催化劑，後段使用氧化型蜂窩催化劑，兩段中間補充空氣。這種設置可使還原反應與氧化反應分別在有利於自身的化學氣氛中進行，但該種催化器結構復雜，操作麻煩，且NOx還原後有可能重新被氧化。1980-1985年，Pt-Rh三效催化劑開始用於電噴閉環裝置，將A/F控制在窗口范圍內，CO、CH和NOx的轉化率可達80-90％以上。典型催化劑的Pt-Rh總負載量為0.1-0.15％,Pt:Rh=5:1塗層中加入鹼土和稀土元素，穩定催化劑結構並與貴金屬協同產生卓越的儲氧功能。但在高溫時，Rh與表面塗層中的Al2O3和CeO2發生化學作用，導致催化劑在還原氣氛時對NOx的還原活性下降。
2.1.3 三金屬催化劑
20世紀80年代中期到90年代初，開始使用新一代的Pt-Rh-Pd三效催化劑。這一代催化劑相當於在一個Pd催化劑上再安置一個標准Pt-Rh催化劑。此結構中，鈀在內層有更好的耐熱穩定性；銠在外層更有利於NOx的還原；鉑在鈀銠間起積極的協調作用。故催化劑的性能有了明顯改善。隨著汽油質量的提高，催化劑的使用壽命也大大延長，且每升催化劑中貴金屬的總量已下降到0.6-0.8g。據介紹，Engelhard開發的Tri-Metal催化劑在使用16萬公里後，轉化率仍可達CO 85％,HC 90％和NOx95％，顯然可滿足更高的環保要求。
2.1.4 三效鈀催化劑
20世紀80年代末，福特公司推出了三效鈀催化劑，這種鈀催化劑要求氧化鋁和稀土氧化物與過渡金屬氧化物形成有機的協和體，鈀在其中發揮主導作用，通過採用特殊措施使材料具有特定結構從而使高溫下的活性得以穩定。實驗表明，單獨Pd基催化材料在1200℃的熱沖擊下，催化活性依然良好。目前，這種催化劑還在進一步研製之中。Englhard公司研製了一種雙層Pd基催化材料。底層由Pd和Ce構成，頂層由分散於塗層上的Pd構成。兩層中都添加廉價金屬氧化物以產生穩定作用，並提高Pd的活性。頂層提供低溫催化活性；Pd-Ce層提供高的儲氧能力以保證高溫催化活性。Pd在423-823℃溫度范圍內對,HC、CO和NO的同時轉化具有活性。
2.1.5 NOx存儲還原型三元催化材料
這種催化材料由貴金屬、鹼金屬或鹼土金屬、稀土氧化物組成。基本原理是：富氧條件下NOx首先在貴金屬上被氧化，然後與NOx存儲物發生反應，形成硝酸鹽。在理論比或富燃狀況燃燒時，硝酸鹽分解形成NOx，然後NOx與CO、H2、HC反應被還原成N2。研究表明，NOx的存儲能力與氧的濃度有關。氧濃度增加，NOx存儲能力提高。當氧濃度達到1％以上時，NOx存儲能力基本不變。此外，HC選擇還原催化材料在富氧條件下也具有較好的催化活性。
2.2國內研究現狀
我國汽車尾氣污染控制是從上世紀80年代中期開始的，我國高等院校和院所在汽車尾氣污染控制方面作了大量前期基礎研究工作，並且研究開發了能夠符合我國國情的汽車尾氣控制有效的產品，為減少汽車尾氣作出了貢獻。
2.2.1 非貴金屬催化劑的研究現狀
我國許多研究工作者在1990年前後對非貴金屬和稀土等混合氧化物為活性組分的汽車尾氣凈化催化劑進行了研究。通過組分特別是稀土元素合理搭配，可產生協同效應，具有良好的催化活性和一定的三效性能。
含稀土鈣鈦礦型催化劑研究是汽車排氣催化劑領域的一個熱門課題。我國科研人員在這方面作了很多研究。如1988年，王道等用浸漬法制備了一系列負載鈣欽礦型La(Cu,Mn,Co)O3/LaAlO3-Al2O3催化劑，並經實驗研究表明其活性較高。1993年，許開立等還研製成凈化柴油機尾氣的鈣鈦礦型催化劑，活性優於Pt族貴金屬催化劑，且具有強抗SO2抗積碳性能。顧其順等研究成以陶瓷蜂窩塗活性氧化鋁為載體，活性成分為稀土復合氧化物的,HR-1型催化劑。後又添加稀土元素穩定氧化鋁塗層結構，是一種較好的三效催化劑。2001年，韓巧鳳等用PFG法制備了鈣鈦礦LaMnO3納米材料，並將其負載在塗有Al2O3的堇青石載體上作為凈化汽車尾氣的催化劑，研究發現納米晶活性組分的分散度好、粒徑小、表面積大，對汽車尾氣催化效率比溶液製得的催化劑好。
2.2.2 貴金屬催化劑的研究現狀
鑒於貴金屬催化劑Pt、Rh價格昂貴，資源十分短缺，Pd與之相比是較廉價及豐產的貴金屬，使用Pd替代或部分替代Pt和Rh。國內研究者開展了以Pd為主要活性組分的研究及致力於改善制備工藝、添加助劑、用非貴金屬代替部分貴金屬以減少貴金屬用量的研究。含鈀催化劑最常用的助劑是稀土氧化物、鹼土金屬氧化物和過渡金屬氧化物。黃傳榮等對La-Co-Ce-Pd催化劑活性和熱穩定性的研究表明稀土元素, La、Ce在催化劑表面的富聚和在活性氧化鋁塗層中的存在，對其它活性組分特別是貴金屬Pd起到分散、隔離和穩定的作用，使之不易遷移、煤結和流失，保證了催化劑良好的熱穩定性。郭清華等在含Pd催化劑中塗層中添加Ce，Ba同樣對Pd組分起到分散、隔離和穩定結構的作用，從而達到改善催化劑熱穩定性的作用。另外也有對Rh及Ag催化劑的研究。負載Pd催化劑雖具有較高的催化活性和較好的低溫活性，但抗燒結和抗硫中毒能力較差，特別是對NOx凈化性能難以達到實用要求。
3 汽車尾氣凈化催化劑結構組成
汽車催化劑主要由四個部分組成：載體、高比表面的塗層、活性組分和助劑。
3.1 載體
催化活性組分要擔載在高比表面的載體上,才能很好的發揮作用,載體的選擇對催化劑活性有很大影響。早期的載體是以活性氧化鋁、硅氧化鎂、硅藻土為原料製得的顆粒物,表面積大,使用方便,但存在壓力降和熱容大、耐熱性差、強度低和易破碎等缺點, 故80年代後逐漸被蜂窩陶瓷載體所取代。蜂窩陶瓷載體也叫作整體載體,由許多薄壁平行小通道構成整體, 具有氣流阻力小、幾何表面大、無磨損等優點。堇青石載體由於熱膨脹系較低,抗熱沖擊性突出而被廣泛用作汽車尾氣催化劑的載體。目前所用的汽車催化劑的載體95%為蜂窩堇青石陶瓷體,其原材易得、費用較低以及總體性能良好。另一種整體式載體是將Ni-Cr、Fe-Cr-Al或Fe-Mo-W等合金壓成波紋狀而製成的整體型合金載體,相比陶瓷蜂窩載體有更高的熱穩定性。目前這種金屬載體主要用於對汽車尾氣排放要求十分嚴格的國家,如日、美的出口汽車上。金屬載體的使用對降低汽車排氣阻力十分有利,明顯改善了動力性能,提高尾氣凈化效率,同時延長了凈化器的使用壽命。
3.2 高比表面的塗層(也叫第二載體)
活性塗層附著於載體的表面,它的作用是提供大的表面積來附著貴金屬或其它催化成分。堇青石載體的比表面較低, 一般只有1m 2 /g左右, 須塗敷一層高比表面的塗層。塗層材料通常採用γ-Al2O3,它具有很強的吸附能力和大的比表面積,但在高溫條件下會發生相變,轉變為α-Al2O3,比表面積降低。為了抑制Al2O3 的相變,通常加入Ce、La、Ba、Sr、Zr等稀土元素或鹼土元素氧化物作為助劑。
3.3 活性組分
尾氣催化劑的活性組分可分為貴金屬和非貴金屬兩種類型。
貴金屬類以Pt、Rh、Pd最為常用。Pt組分在催化劑中主要起氧化CO和HC的作用,它對NO有一定的還原能力,但CO的濃度就較高或有SO 2 存在時, 它的效果沒有Rh好。Rh組分是催化還原NOx的主要成分,在有氧時,得到唯一的還原產物N2;無氧時,低溫下的主要還原產物是NH3,高溫下的還原產物主要為N 2。此外,Rh對CO的氧化和烴類的水蒸氣重整反應也有重要作用,Rh的抗毒型較Pt差。Pd組分主要用來轉化CO和烴類,對於飽和烴類效果稍差,抗Pb、S中毒能力差,易高溫燒結,與鉛形成合金,但它的熱穩定性較高, 起燃性好。汽車尾氣三效催化劑中, 各種組分的作用是相互協同進行的。非貴金屬活性組分主要以過渡元素氧化物及其尖晶石、鈣鈦礦結構復合氧化物為活性組分。但由於單組分氧化物耐熱性能差、活性低、起燃溫度高,在使用上受到限制,一般採用多組分的配方和適當的制備技術。
3.4 助劑
助劑本身是一些沒有催化作用或活性較低的添加物, 能大大提高催化劑的活性、選擇性和壽命。CeO2 是汽車尾氣凈化催化劑最主要的助劑, 其主要作用有：貯存及釋放氧；提高貴金屬的分散性, 抑制貴金屬顆粒與Al2O 3 形成無活性的固溶體；提高催化劑的抗中毒能力; 增加催化劑的熱穩定性等。Summers和Ausen對鈰和貴金屬的相互作用進行了研究,在Al2O3擔載的新鮮的Pd、Pt貴金屬催化劑中,增加CeO2的量,Pt的表面分散性下降；而Pd的表面分散性與CeO2的負載量無關。
4 汽車尾氣凈化催化劑的發展方向
4.1 貧燃條件下的NOx 催化轉化
貴金屬三效催化劑只有在發動機的空燃比接近化學計量比(14.7/1)且使用無鉛汽油時才能有效凈化三種污染物CO、HC、NO x。當空燃比低於14.7時,處於富燃區,催化劑具有高還原性、低氧化性, CO和HC凈化不完全；而高於14.7時處於貧燃區,尾氣中氧含量較大,而CO和HC含量很低,催化劑具有高氧化性、低還原性, 不能有效還原NOx 。因此應開發貧燃條件下的新型汽車尾氣凈化催化劑已成為當前的研究熱點,此種催化劑一旦研究成功,將在柴油發動機和貧油型汽油發動機的車輛上得到廣泛應用。對已排放到大氣中的NOx , 特別是大城市中峽谷式的街道和隧道等大氣擴散條件較差的地帶, 為了降低NOx濃度有人提出了利用TiO2光催化所具有的高氧化能力和還原能力,將TiO2 混在建築材料中,塗在建築物的外壁,再有O2 和H2O共存條件下,將氮氧化物變為NO 3-, 因為這種具有高活性的四配位結構的TiO2分子篩催化劑,經過注入金屬離子後,TiO2催化劑能夠有效的利用可見光和太陽光。
4.2 開發非貴金屬催化劑
貴金屬三效催化劑是目前較流行的汽車尾氣凈化催化劑,但貴金屬價格昂貴,又容易發生Pb、S、P等中毒,還可能對環境造成二次污染,如產生N2O氣體,而N2O是主要的溫室氣體之一,因此尋找新型催化材料部分或全部替代貴金屬已成為必然趨勢。非貴金屬催化劑價格遠低於貴金屬,但其催化活性比貴金屬低,需要製成特殊結構,而且要多種金屬組分相互作用來提高活性。目前研究最多的是用稀土元素作為活性組分,但因稀土催化劑性能不及貴金屬催化劑,如活性、穩定性等,故要解決很多技術問題。稀土催化劑主要有鈣鈦礦型、特殊的鑭復合物、特殊的鈰復合物、含銅鎳的稀土金屬和硝酸鹽等；其次為過渡金屬作為主要成分的催化劑, 其中CuO 、MnO2 和Co2O3 等對CO 的氧化活性較高,NiO和Cr2O3 對NOx 的還原活性較好,故制備三效催化劑必須採用復合配方。
5當前存在的問題及解決方法
汽車尾氣凈化催化劑的使用，有效改善了尾氣對大氣的污染，但在實踐中也暴露出了不少問題，尚有待於進一步深入研究探索。
（1）催化轉化率：當前大多數催化劑高溫活性好，低溫活性較差，這極大地抑制了其性能。
（2）催化劑失效：包括熱失效和中毒失效，這也是自汽車尾氣催化劑研製以來一直未能妥善解決的問題，高溫下催化劑的熱劣化和S、P、Pb中毒極大地縮短了催化劑的使用壽命。
（3）冷啟動問題：汽車尾氣中60％-80％的有毒氣體是由於冷啟動兩分鍾內產生的，要有效處理好這個階段內的廢氣必須著手改善催化劑的低溫活性，以提高尾氣的低溫催化轉化。
（4）成本問題：當前汽車廣泛應用的催化劑大多還是貴金屬或貴金屬摻雜其它金屬氧化物型，其成本仍然很高。
目前達到實用化的尾氣凈化催化劑不外乎貴金屬催化劑（氧化型和三元催化劑）和稀土催化劑。而貴金屬催化劑在我國現階段尚不具備推廣使用條件，主要原因是價格昂貴，要求使用無鉛汽油以及與之相適應的電控噴油系統等汽車技術改造。已經證明稀土催化劑對CO和HC都具有較好的凈化效果，抗鉛中毒能力強，能滿足現有汽車排放標准。特別是我國稀土資源極為豐富，價格便宜，是現階段適合我國國情的首選催化劑。因此開展以稀土金屬為主添加少量貴金屬或過渡金屬的尾氣凈化催化劑的研究勢在必行，前景廣闊。重點應在以下三個方面有所突破：
(1)運用組合化學原理，設計具有最佳催化活性的催化劑，開發新材料，提高貴金屬的利用率。
(2)開發以粘土礦物為載體的三效催化劑，提高催化劑的耐高溫性能，同時，降低生產成本，為催化凈化器的產業化開拓道路。
(3)開展非貴金屬催化材料體系的研究，以期部分或完全取代貴金屬催化劑。
6結語
隨著汽車工業的快速發展,汽車尾氣造成的環境污染也日益嚴重。世界各國制定了嚴厲的汽車尾氣排放標准,採用汽車尾氣凈化催化劑,極大地減輕了城市的大氣污染。但貴金屬催化劑價格昂貴且使用條件有一定限制,因此開發貧燃條件下使用的催化劑和非貴金屬催化劑已成為目前研究的熱點,汽車尾氣凈化催化劑的發展前景十分廣闊。