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贵金属催化剂蜂窝陶瓷载体的用量计算

发布时间:2022-04-12 12:50:35

A. 请问下,蜂窝陶瓷催化剂载体所说规格150X150X300是什么意思

150×150是尺寸,单位mm.形状有圆柱和方形。所以具体是直径和高度还是长度和宽度。看载体形状。
300是指目数。每平方英寸300个单元格孔。

B. 蜂窝陶瓷特点和工艺

一.蜂窝陶瓷的特点:
环保陶瓷 陶瓷材料由于其高强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨等特异性能可广泛应用于各种环保领域,如汽车尾气排放等。
1。用于微过滤、超过滤和纳过滤用的多孔超薄陶瓷和聚合陶瓷薄膜 陶瓷无机膜的发展始于世纪美国科学家首次采用多孔陶瓷膜来分离腐蚀性极强的UF 6 同位素。由于SiO 2 、Al 2 O 3 、MgO、ZrO 2 、TiC、UC等无机硅酸盐材料制备的无机膜具有聚合物有机薄膜无法比拟的优越性,21世纪起,无机陶瓷薄膜的开发和应用研究得到了更进一步的发展,除了传统的核工业、航空航天、食品工业、化工、生物等工业,在环境领域的应用和发展特别引起了世界各国的重视。
德国茵莱精密陶瓷有限公司已研发出具世界领先水平的用于微滤(1?m至30nm)、超滤(30nm至3nm)和纳滤(3nm至0.9nm)用的多孔陶瓷薄膜,并已开发出多种规格和用途的工业实际应用成套分离和过滤装置,如对含放射性物质废水的三级陶瓷膜过滤净化处理装置。这种用于微滤、超滤、纳滤用的多孔陶瓷薄膜是一种进行物质分离和能量传输的中间介质隔膜,薄膜根据实际需要制成所需孔径(微米级、亚微米级和纳米级微孔),所有薄膜都有界定的阻断过滤值,如超滤(用于对诸如乳胶浊液的清理、消毒灭菌和其它化学物质的纯化)和纳滤(用于固化微生物和细胞的生物陶瓷载体,固化后的生物膜用来生产如蛋白和疫苗这样的生物活性物质)。其中,我司的0.9nm孔径纳滤膜是目前世界已知最小孔径的纳滤陶瓷膜,阻断过滤值小至450g/mol,如果界定的阻断过滤值为<1000g/mol,试验证明可以对SO 4 2 -的阻止高达90%。
多孔陶瓷载体是上述三种陶瓷过滤膜的基础,并决定过滤组件的形状和陶瓷膜面积大小。我司开发的过滤组件在高至450°C的温度和60巴大气压的环境下能完全正常工作,可用各种酸碱液或蒸汽高温冲洗。这些陶瓷载体通过不同生产工艺制造出平板形、毛细管形、单孔道、多孔管道等。平板载体厚度1mm,需要时可用陶瓷粘接技术将多个盘形体层黏在一起。毛细管陶瓷载体的直径可小至1.1mm。多孔管道陶瓷载体的尺寸大小不一(22孔道载体的标准尺寸为宽101mm,厚6mm,孔道直径3mm)。载体的具体形状、尺寸大小取决于陶瓷薄膜面积和分离过滤用途,并与不锈钢套体结合一起使用。
薄膜中间隔有一或数层多孔陶瓷体,用特别的工艺镀膜在粗糙的多孔陶瓷基体上,陶瓷基体可以是多种形状的平面或管道,其制备依据分离要求可用溶胶-凝胶工艺、发泡工艺、有机泡沫浸渍工艺、添加造孔剂工艺等备制。分离膜两边的物质粒子由于尺寸大小、扩散系数或溶解度的差异等,在一定力差、浓度差、电位差或化学位差的驱动下发生传质过程。传质速率的不同会导致选择性透过,进而引起混合物的分离。
我司拥有目前世界上已知的所有纳米陶瓷镀膜工艺技术,包括溶胶镀膜技术。常规的涂层技术如浸涂、喷涂、旋转涂等也可用来制作溶胶薄膜,然后通过烧制或固化将这层溶胶薄膜转化成陶瓷膜。各种镀膜技术适合不同产品用途,含水多的溶胶镀膜技术生成一种所谓的胶态溶液,其离散颗粒受表面荷质比影响非常稳定。溶胶层在400°C-600°C温度烧制,可以生成TiO 2 、ZrO 2 和γ-Al 2 O 3 这样的间隙多孔薄膜,非常适合超过滤用途。通过可控水解生成带自由羟基的齐聚物聚合溶液,这种生成过程可以通过加入一定量的水或加入某种抑制水分解的络合剂来实现,羟基通过缩聚作用在200°C-500°C度时固化,形成陶瓷微孔网状系统。由此可制成适用于纳滤和纳米级气体分离的TiO 2 、ZrO 2 、Al 2 O 3 和SiO 2 无定形微孔陶瓷膜。
我司研制出的纳米过滤薄膜,其孔结构与以粒子间孔结构为特征的微过滤和超过滤薄膜不同,是一种无单个粒子的不定形无组织微孔结构,通过聚合溶胶技术镀膜而成。开发的陶瓷薄膜在制备时是根据要过滤和分离物质的大小的具体需要特制成所需孔径和孔隙数量,故每一薄膜根据用途的不同而都有界定的阻断过滤值,即这种陶瓷薄膜的孔径和孔隙数量可根据用途不同在制备时予以调整。另外,陶瓷薄膜技术是以物理原理为基础的,无需化学品的辅助,没有二次污染,效率高,能耗低,操作简易。化学稳定性非常好,耐腐蚀、耐高温、结构造型稳定、机械强度高,能经受高速粒子粉尘的冲击,可在高压高温和腐蚀环境中应用,有利于提高流通量,并可有效地对陶瓷薄膜进行酸碱、高压反冲和高温蒸汽清洗。采用我司陶瓷膜的液相和气体分离成套工业应用设备已经成功应用在包括核工业、航空航天、食品工业、医药、环保等众多实际工业领域中,包括对放射性废水的净化处理、聚合物薄膜与陶瓷薄膜结合的抑制和排除蛋白的超过滤净化、用于净化处理含重金属和有机物废水的陶瓷薄膜生物反应器、净化处理辊轧乳液的陶瓷薄膜超过滤净化装置、对生产玻璃纤维产生的废水的两级薄膜过滤净化处理装置等等。
陶瓷薄膜在环保中的过滤和分离应用范围非常广。在对纺织或印染厂的有色废水经陶瓷薄膜净化过滤处理时,不仅可清除各种有害化学物质,也可以对溶入水中的化学色剂分子进行分离回收并再次循环实用。薄膜陶瓷也可以通过将可溶金属离子转化成非溶性金属碳酸盐来减少工业废水中的重金属,当薄膜上的金属碳酸盐堆积到一定量时对其进行冲洗然后用另一过滤器回收,经济效益非常明显。
由于纳米孔径级陶瓷薄膜的发展和应用,使采用无机陶瓷薄膜对含低分子有机污染物、重金属离子、表面活性剂废水的处理成为可能。故薄膜陶瓷不仅在净化生活用水、处理工业用水和废水等环境治理方面,同时在冶金、化工、食品、医药、生物技术等领域都有着极好的市场应用前景。茵莱精密陶瓷有限公司的陶瓷溶胶镀膜及各种溶胶和纳米复合薄膜的生产完全是在公司超净厂房内进行的(等级10/100±5%;室温:±1 °C)。不仅研发、生产各种薄膜,同时可为客户研发设计适合客户特定产品的陶瓷薄膜和过滤分离系统集成。
2。陶瓷触媒 我公司开发的陶瓷催化或触媒技术和产品在工业废气和废水净化处理中的应用已越来越广泛。催化体的化学组成及设计因具体实际应用而各不相同,其几何体和形状可以多种多样,如蜂窝瓷、颗粒陶瓷、球形陶瓷、多孔或单孔管道陶瓷等。典型的陶瓷材料有:堇青石、莫来石、块滑石、高铝、碳化硅、氧化钛、氧化锆、电刚玉、沸石、复合陶瓷等。用途从简单的瓦斯焊枪、汽车尾气处理、大型柴油发电机的废气净化到用于工业废气处理、热交换及热储存的大型蜂窝瓷。例如:
分解一氧化二氮(Nitrous oxide)的陶瓷触媒 在硝酸(Nitric-acid)生产中,利用一种特殊的陶瓷触媒体可完全分解一氧化二氮,将其分别分解至相应的元素而不会产生NO X ,主要产品锘(NO)不会受任何影响。
氧化碳氢化合物的陶瓷触媒 用钙钛类氧化材料研制的陶瓷触媒体可以氧化碳氢化合物,其催化性能远胜于贵金属触媒,特别在抗高温、抗腐蚀、抗毒性和低成本经济性方面表现尤为突出。
氧化卤代烃(Halogenated hydrocarbons)的陶瓷触媒 在过渡金属氧化物混合物基础上开发的陶瓷触媒可以分解卤代烃,其活性、选择性和使用寿命要远优于常规催化剂。
汽车尾气处理用陶瓷触媒转化器 为了控制汽车的废气污染,降低一氧化碳、黑烟及其他有毒气体的排放,触媒转化器从70年代末开始被使用在汽车上。在过去数十年中的技术发展中,汽车制造厂使用了许多不同的方式来降低排放污染,例如排气循环、燃料箱油气回收及引擎电子控制系统等,但触媒转化器一直是降低有害废气排放的最有效方法。在触媒转化器的化学反应中,贵金属原子产生各种不同的过渡反应,使整体反应活化能降低,进而提高废气转化成一般无害气体的反应机率,而触媒本身在化学反应后仍然保持原来的状态,这是触媒转化器和传统排烟过滤器的最大差异。触媒转化器不仅有良好的使用寿命,也避免了长期使用后被阻塞的可能性。
大部分的现代触媒转化器包含了两个部分:还原性蜂窝瓷及氧化性蜂窝瓷。当废气通过还原性蜂窝瓷时,氮氧化物首先被分解为氮气和氧气。当废气进一步通过氧化性蜂窝瓷时,一氧化碳和碳氢化合物被进一步氧化成二氧化碳及水。此时前一阶段产生的氧气亦有助于此类氧化反应的进行,特别是高压缩比的发动机,由于排放的氮氧化物浓度较高,在还原反应中产生的氧气浓度亦明显提高。
二.蜂窝陶瓷生产工艺:
汽车尾气处理用的蜂窝陶瓷材料常为多孔堇青石,其每平方英寸400孔道的几何外形,以及材料中 2-3mm 的多孔结构,产生了0.2-0.3m 2 /g的高比表面积。用同步电子辐射测量方法(EXAFS:extended X-ray absorption fine structure)可精确地测定贵金属铂元素在蜂窝陶瓷载体表面上的原子排列方式,显示了铂原子在堇青石陶瓷载体表面形成所谓的海棉状结晶,使得触媒转化器内的气体接触面积平均在2000M 2 以上,同时也使气体分子在触媒转化器中有足够高的机率与贵金属原子碰撞产生有效的触媒转化反应。除研发不同型号的全陶瓷载体外,茵莱赛米克高新陶瓷有限公司拥有生产复合、合金化以及陶瓷涂层的触媒蜂窝瓷技术和生产工艺。

C. 汽车蜂窝陶瓷载体体积密度公式

摘要 蜂窝陶瓷无数相等的孔组成的各种形状,目前最大的孔数已达到了每平方厘米20~40,密度每立方厘米4~6克,吸水率最高达20%以上。由于多孔薄壁的特点,大大增加了载体的几何表面积和改善了抗热冲击性能,生产的产品,其网状孔以三角和四方为主,三角比四方承受力好得多,孔数也多些,这一点作为催化载体尤其重要。随着单位面积孔数的提高和载体孔壁厚度的减少,陶瓷载体的抗热冲击趋势是提高的,热冲击破坏的温度也是提高的。因此蜂窝陶瓷必须要降低膨胀系数和提高单位面积的孔数。热膨胀系数是主要性能指标,当前国外水平是α25-1000℃≤1.0×10-6℃-1,与国内对比有一定差距,不过这差距越来越小。最早生产蜂窝陶瓷的原料主要是高岭土、滑石、铝粉、粘土等,而今天已突破了,尤其是硅藻土、沸石、膨胀土以及耐火材料的应用,蜂窝陶瓷应用日益广泛,性能越来越好。

D. 蜂窝陶瓷支撑体为什么用升为单位

蜂窝陶瓷载体是个啥子东西,有啥具体作用呢?其实蜂窝陶瓷载体长得有点像蜂窝状的“滤芯”,跟我们生活最相关的例子是汽车/发动机尾气处理过程中,为了净化尾气,就需要以蜂窝陶瓷载体为基础,在载体上涂覆一些重金属和助催化剂,使尾气(含NOx、Co、HC等有害气体以及通常所说的PM)通过蜂窝陶瓷载体的时候能发生一系列氧化/还原反应生成水H2O、氮气N2和CO2,使尾气得到净化作用。题主问得堇青石载体,是目前普遍用到的材质,每升30~50元,而通常我们提到蜂窝陶瓷是##升,主要是为了与汽油/柴油/天然气发动机的排量相对应的,使有害气体有充分的反应时间和空间。希望可以帮到题主,thanks。

E. 蜂窝陶瓷价格及其用途介绍

早在约8000年前的新时代时期,人们就发明了陶瓷,陶瓷是以地球上大量拥有的黏土资源为原料萃取而成的。它除了在食器方面运用广泛外,还在科学技术的发展中扮演着重要角色。因为它的用法弹性,在今天依然有许多创意的应用。随着近代技术的发展,又有许多新的陶瓷品种出现并迅速传播开来。蜂窝陶瓷就是近三十年来才开发出来的蜂窝状陶瓷产品。那么,它的价格又是怎样的?它又有什么优点?


一.蜂窝陶瓷

蜂窝陶瓷无数相等的孔组成的各种形状,目前最大的孔数已达到了每平方厘米20~40,密度每立方厘米4~6克,吸水率最高达20%以上。由于多孔薄壁的特点,大大增加了载体的几何表面积和改善了抗热冲击性能,生产的产品,其网状孔以三角和四方为主,三角比四方承受力好得多,孔数也多些,这一点作为催化载体尤其重要。随着单位面积孔数的提高和载体孔壁厚度的减少,陶瓷载体的抗热冲击趋势是提高的,热冲击破坏的温度也是提高的。因此蜂窝陶瓷必须要降低膨胀系数和提高单位面积的孔数。热膨胀系数是主要性能指标,当前国外水平是α25-1000℃≤1.0×10-6℃-1,与国内对比有一定差距,不过这差距越来越小。最早生产蜂窝陶瓷的原料主要是高岭土、滑石、铝粉、粘土等,而今天已突破了,尤其是硅藻土、沸石、膨胀土以及耐火材料的应用,蜂窝陶瓷应用日益广泛,性能越来越好。

除了用于烧结成型的蜂窝陶瓷外,还出现了不烧结的蜂窝陶瓷,这大大提高了催化性能的活性。不仅外观尺寸由最小的球环形状发展到大尺寸的立柱和方形和圆形。根据模具设计的不同;可以制作成不同尺寸不同形状不同结构的蜂窝陶瓷。如用在石化行业炼油空气吸附干燥的分子筛催化剂,尺寸高达0.8m,宽0.25m的正方形,孔数每平方厘米达到25,从原料、工艺以及机械制造方面都有了很大的变化。尤其是生产工艺有了很大提高。作为催化剂的蜂窝陶瓷要求在制造成型时不开裂,有机成分必须释放干净,除了耐磨性能外还要求有一定的机械强度,再生回用多次。

蜂窝陶瓷可由多种材质制成。主要材质有:堇青石、莫来石、钛酸铝、活性炭、碳化硅、活性氧化铝、氧化锆、氮化硅及堇青石一莫来石、堇青石一钛酸铝等复合基质。

活性炭粉末或颗粒制成蜂窝陶瓷形状后,大大提高了水处理的净化和废水处理能力,尤其在医药工业中抗菌素、激素、维生素、核酸针剂及各种针剂,药物等的脱水脱色去杂质等。

蜂窝陶瓷按用途可以分为蓄热体、填料、催化剂载体和过滤材料四大类。

蜂窝陶瓷蓄热体热容量J/kgk1000以上,产品最高使用温度≥1700℃,在加热炉、烘烤器、均热炉、裂解炉等窑炉中可节省燃料达40%以上,产量提高15%以上,排放烟气温度低于150℃。

蜂窝陶瓷填料比其它形状填料的比表面积更大,强度更好等优点,可使汽液分布更均匀,床层阻力降低,效果更好,且可延长使用寿命,在石化、制药和精细化工行业中作填料效果相当好。

蜂窝陶瓷用在催化剂方面更具优势。以蜂窝状陶瓷材料为载体,采用独特的涂层材料,以贵金属,稀土金属及过渡金属制备,因而具有高的催化活性,良好的热稳定性,长的使用寿命,高强度等优点。

用于催化裂化的蜂窝陶瓷正在取代现有的产品。催化裂化用200~500℃之间的重馏分油为原料(包括减压馏分,直馏轻柴油、焦化蜡油等),以硅铝酸盐为催化剂,反应温度在450~550℃之间(随反应器类型而异)。它产量大(每个大型催化裂化装置,每年裂化油品百万吨以上),技术条件要求高(例如,催化剂每接触油几分钟甚至几秒钟就要再生,每分钟流过流化床催化剂达10t或更多)随着催化活性的提高,为了加快再生速度,要求更加苛刻的再生条件。例如600~650℃,甚至700℃,催化剂消耗量大,每吨进料油消耗0.3~0.6kg催化剂,催化剂力学强度差的,消耗的还要大得多。这要求着催化剂活性、选择性、稳定性的稍微提高,对生产实际将具有重大意义。正因为如此,蜂窝陶瓷催化剂也在不断推陈出新,市场需求也越来越大,这些催化裂化用的催化剂被蜂窝陶瓷催化剂所代替,大尺寸多孔数的蜂窝陶瓷催化剂已崭露头角,有着强劲的发展势头。

蜂窝陶瓷作为过滤材料有以下优点:化学稳定性好,耐酸碱及有机溶剂;极好的耐急热急冷性能,工作温度可高达1000℃;抗菌性能好,不易被细菌降解,不易堵塞且易再生;较强的结构稳定性,孔径分布狭窄,渗透率高;无毒,尤其适用于食品和药物的处理。

其主要在冶金行业得到应用。蜂窝陶瓷体的比表面积大,提高了过滤片吸附和捕捉细小杂质的能力,比传统多孔陶瓷过滤效果好,金属液流动平稳。


二.蜂窝陶瓷的用途

蜂窝陶瓷对的用途很广,介绍如下:

1.催化剂载体

蜂窝陶瓷用作催化剂载体时,主要应用于汽车排气净化、锅炉排烟脱硝(NOx)、工业排气除臭、除去有毒有害气体等。

汽车排气净化用的蜂窝陶瓷催化剂载体主要是被覆γ-Al2O3的堇青石蜂窝陶瓷载体。[1]

2.耐火窑具

挤出蜂窝陶瓷窑具的质量比传统窑具轻60%-75%,热量传递迅速,可实现快速烧成,用它垫烧铁氧体或其它电子陶瓷时,有利于提高产品的性能。[2]

3.壁流式过滤器

多孔状薄壁的蜂窝陶瓷可过滤净化柴油机燃气废气(约500℃)中的碳粒。


三.蜂窝陶瓷价格

蜂窝陶瓷蓄热体

参考价格:12500.00元/平方米

蜂窝陶瓷蓄热砖

参考价格:60.00元/件

100mm圆形红外线蜂窝陶瓷板,蓄热陶瓷板,耐火多孔陶瓷板,节能板

参考价格:13.68元/件

150*10蜂窝陶瓷板

参考价格:20.00元/件

80*10蜂窝陶瓷板

参考价格:5.50元/件

堇青石蜂窝陶瓷,陶瓷蜂窝体,蜂窝陶瓷载体,汽车蜂窝载体

参考价格:50.00元/件

堇青石红外线陶瓷燃烧板/远红外炉灶蜂窝辐射陶瓷聚能片蓄热体

参考价格:16.00元/件

圆柱形陶瓷喷咀/加热耐高温蜂窝陶瓷圈/外径8MM

参考价格:14.00元/件


蜂窝陶瓷在不同领域有不同的作用,并且型号价格相差很大,根据自己所需,商家可以货比三家,选出自己需要的商品,以上价格都只是做个大概的参考,希望可以帮助到大家。蜂窝陶瓷在近几年得到很大发展且它的制备方法也得到不断完善,价格也会将随着它制备方法的改善而波动。但是同时的,蜂窝陶瓷的缺点也随之暴露出来,比如说机械强度不够,膨胀系数太高等。但是相信随着技术的提高,蜂窝陶瓷的缺点也将一一改善并更加适合各种领域。

F. 求有关蜂窝陶瓷载体国家标准和国际标准以及相关的检验检测方法

你可以看一看国家建材局工业局行业标准《蜂窝陶瓷 JC/T 686-1998》,标准是现行有效的,对车用催化剂载体-堇青石蜂窝陶瓷有外观质量、尺寸偏差范围、物理性能、试验方法都有明确的规定

G. 蜂窝陶瓷催化剂载体所说规格150X150X300是什么意思

150×150是尺寸。单位mm
300是每平方英寸有300个孔

H. 【大学化学】

先转载一个关于汽车尾气处理催化剂的东西,

汽车尾气催化剂的研究现状及发展前景

环境问题是一个全球问题, 要靠全世界每一个人的努力来解决。随着世界经济、科技的不断发展和社会文明的不断进步, 人们的物质需求也在一天天增长。汽车是现代社会最普及的交通工具,特别是近年来私家车越来越多, 带来了很多问题,其中环境问题是不容忽视的。汽车的使用对环境的污染主要有噪音污染和尾气排放造成的空气污染。在我国, 汽车尾气净化是解决尾气排放污染的最有效方法。汽车排放的污染物主要来源于内燃机,其有害成分包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物(CH)、氮氧化合物(NOx) 、硫氢化合物和臭氧等,其中CO、HC及NOx是汽车污染控制的主要大气污染成分。汽车尾气对人类的健康危害很大,治理汽车排放污染,已成为一项刻不容缓的任务。

1 汽车尾气净化的方法

国外早在20世纪60年代中期对汽车污染控制技术已经进行了研究开发,目前己达到实用阶段。研究表明,通过改善催化剂及其载体的性能和生产工艺,改善汽车内燃机燃烧技术及三效催化剂排气系统的处理可净化这些有害气体。汽车尾气污染控制可以分为机内和机外两种技术。机内净化主要是提高燃油质量和改善燃料在发动机中的燃烧条件,尽可能减少污染物的生成;机外净化的主要方式是安装催化净化器,对有害气体进行处理是机外尾气净化最有效的方法,催化剂又是净化效果的关键。因此开发实用高效的汽车尾气净化催化剂是控制汽车尾气排放的最佳措施之一。

汽车尾气催化净化的目的就是将有害的CO和HC氧化为CO2和H2O,将NOx还原成N2。由于汽车尾气的化学成分很复杂,其转化率除和催化剂的活性有关外,还和反应气是氧化气还是还原气有关,因此催化剂在功能上分为氧化型和还原型两部分。氧化型催化剂主要催化CO和HC的氧化反应,有关反应如下:
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
还原型催化剂主要催化NOx的还原反应:
2NO+CO→N2+CO2
2NO+H2→N2+2H2O
2NO+HC→N2+H2O+CO2
NO和H2反应除生成无毒的N2和H2O外,尚有所不希望发生的副反应:
2NO+5H2→2NH3+H2O
2NO+H2→N2O+2H2O
因两种反应要求的化学环境不同,故早期的催化剂将两者分立。后来由于发动机的改进,实现了可使两种功能兼容的化学环境;由于催化剂制备技术的改进,使氧化与还原两种活性中心共存于同一个催化剂上,最终出现了三效催化剂TWC(three-way catalyst)。目前最常用的催化器是使用蜂窝型催化(honeycomb catalyst),载体是陶瓷蜂窝体,其外附载有高比表面积的氧化铝涂层,其上再浸渍活性组分。所以,汽车尾气净化催化剂主要由载体、涂层及活性物质三部分组成。
2 国内外研究状况
2.1 国外研究状况
2.1.1 氧化型催化剂
20世纪70年代中期到末期的汽车排放法规只要求控制CO与CH的排放,发动机尚未使用化油器开环系统,由于机械地固定A/F比到理论值,不能随工作状况的变化而自动地调节,在这种状态下,通过将A/F比调到15左右,在富氧状态下装上氧化型催化剂,可使CO与HC的转化率达到90%,但NOx的转化率比较低。这一时期使用的主要是贵金属型催化剂,以铂、钯为活性组分。通常以二者形成的合金态使用,铂:钯=7:3,总载量0.12%左右。贵金属催化剂有致命的弱点,那就是它怕铅中毒。因此,为了有效地使用贵金属催化剂,必须改变燃油的结构,实行汽油的无铅化。
2.1.2 双金属催化剂
20世纪70年代末到80年代中期,随着美国EPA提出对NOx的排放实行控制,氧化型催化剂己不能满足要求。出现了铂、铑三效双金属催化剂。20世纪70年代末至80年代初出现的是双床式铂、铑催化剂,催化剂的氧化还原反应是分段进行的,前段使用还原型蜂窝催化剂,后段使用氧化型蜂窝催化剂,两段中间补充空气。这种设置可使还原反应与氧化反应分别在有利于自身的化学气氛中进行,但该种催化器结构复杂,操作麻烦,且NOx还原后有可能重新被氧化。1980-1985年,Pt-Rh三效催化剂开始用于电喷闭环装置,将A/F控制在窗口范围内,CO、CH和NOx的转化率可达80-90%以上。典型催化剂的Pt-Rh总负载量为0.1-0.15%,Pt:Rh=5:1涂层中加入碱土和稀土元素,稳定催化剂结构并与贵金属协同产生卓越的储氧功能。但在高温时,Rh与表面涂层中的Al2O3和CeO2发生化学作用,导致催化剂在还原气氛时对NOx的还原活性下降。
2.1.3 三金属催化剂
20世纪80年代中期到90年代初,开始使用新一代的Pt-Rh-Pd三效催化剂。这一代催化剂相当于在一个Pd催化剂上再安置一个标准Pt-Rh催化剂。此结构中,钯在内层有更好的耐热稳定性;铑在外层更有利于NOx的还原;铂在钯铑间起积极的协调作用。故催化剂的性能有了明显改善。随着汽油质量的提高,催化剂的使用寿命也大大延长,且每升催化剂中贵金属的总量已下降到0.6-0.8g。据介绍,Engelhard开发的Tri-Metal催化剂在使用16万公里后,转化率仍可达CO 85%,HC 90%和NOx95%,显然可满足更高的环保要求。
2.1.4 三效钯催化剂
20世纪80年代末,福特公司推出了三效钯催化剂,这种钯催化剂要求氧化铝和稀土氧化物与过渡金属氧化物形成有机的协和体,钯在其中发挥主导作用,通过采用特殊措施使材料具有特定结构从而使高温下的活性得以稳定。实验表明,单独Pd基催化材料在1200℃的热冲击下,催化活性依然良好。目前,这种催化剂还在进一步研制之中。Englhard公司研制了一种双层Pd基催化材料。底层由Pd和Ce构成,顶层由分散于涂层上的Pd构成。两层中都添加廉价金属氧化物以产生稳定作用,并提高Pd的活性。顶层提供低温催化活性;Pd-Ce层提供高的储氧能力以保证高温催化活性。Pd在423-823℃温度范围内对,HC、CO和NO的同时转化具有活性。
2.1.5 NOx存储还原型三元催化材料
这种催化材料由贵金属、碱金属或碱土金属、稀土氧化物组成。基本原理是:富氧条件下NOx首先在贵金属上被氧化,然后与NOx存储物发生反应,形成硝酸盐。在理论比或富燃状况燃烧时,硝酸盐分解形成NOx,然后NOx与CO、H2、HC反应被还原成N2。研究表明,NOx的存储能力与氧的浓度有关。氧浓度增加,NOx存储能力提高。当氧浓度达到1%以上时,NOx存储能力基本不变。此外,HC选择还原催化材料在富氧条件下也具有较好的催化活性。
2.2国内研究现状
我国汽车尾气污染控制是从上世纪80年代中期开始的,我国高等院校和院所在汽车尾气污染控制方面作了大量前期基础研究工作,并且研究开发了能够符合我国国情的汽车尾气控制有效的产品,为减少汽车尾气作出了贡献。
2.2.1 非贵金属催化剂的研究现状
我国许多研究工作者在1990年前后对非贵金属和稀土等混合氧化物为活性组分的汽车尾气净化催化剂进行了研究。通过组分特别是稀土元素合理搭配,可产生协同效应,具有良好的催化活性和一定的三效性能。
含稀土钙钛矿型催化剂研究是汽车排气催化剂领域的一个热门课题。我国科研人员在这方面作了很多研究。如1988年,王道等用浸渍法制备了一系列负载钙钦矿型La(Cu,Mn,Co)O3/LaAlO3-Al2O3催化剂,并经实验研究表明其活性较高。1993年,许开立等还研制成净化柴油机尾气的钙钛矿型催化剂,活性优于Pt族贵金属催化剂,且具有强抗SO2抗积碳性能。顾其顺等研究成以陶瓷蜂窝涂活性氧化铝为载体,活性成分为稀土复合氧化物的,HR-1型催化剂。后又添加稀土元素稳定氧化铝涂层结构,是一种较好的三效催化剂。2001年,韩巧凤等用PFG法制备了钙钛矿LaMnO3纳米材料,并将其负载在涂有Al2O3的堇青石载体上作为净化汽车尾气的催化剂,研究发现纳米晶活性组分的分散度好、粒径小、表面积大,对汽车尾气催化效率比溶液制得的催化剂好。
2.2.2 贵金属催化剂的研究现状
鉴于贵金属催化剂Pt、Rh价格昂贵,资源十分短缺,Pd与之相比是较廉价及丰产的贵金属,使用Pd替代或部分替代Pt和Rh。国内研究者开展了以Pd为主要活性组分的研究及致力于改善制备工艺、添加助剂、用非贵金属代替部分贵金属以减少贵金属用量的研究。含钯催化剂最常用的助剂是稀土氧化物、碱土金属氧化物和过渡金属氧化物。黄传荣等对La-Co-Ce-Pd催化剂活性和热稳定性的研究表明稀土元素, La、Ce在催化剂表面的富聚和在活性氧化铝涂层中的存在,对其它活性组分特别是贵金属Pd起到分散、隔离和稳定的作用,使之不易迁移、煤结和流失,保证了催化剂良好的热稳定性。郭清华等在含Pd催化剂中涂层中添加Ce,Ba同样对Pd组分起到分散、隔离和稳定结构的作用,从而达到改善催化剂热稳定性的作用。另外也有对Rh及Ag催化剂的研究。负载Pd催化剂虽具有较高的催化活性和较好的低温活性,但抗烧结和抗硫中毒能力较差,特别是对NOx净化性能难以达到实用要求。
3 汽车尾气净化催化剂结构组成
汽车催化剂主要由四个部分组成:载体、高比表面的涂层、活性组分和助剂。
3.1 载体
催化活性组分要担载在高比表面的载体上,才能很好的发挥作用,载体的选择对催化剂活性有很大影响。早期的载体是以活性氧化铝、硅氧化镁、硅藻土为原料制得的颗粒物,表面积大,使用方便,但存在压力降和热容大、耐热性差、强度低和易破碎等缺点, 故80年代后逐渐被蜂窝陶瓷载体所取代。蜂窝陶瓷载体也叫作整体载体,由许多薄壁平行小通道构成整体, 具有气流阻力小、几何表面大、无磨损等优点。堇青石载体由于热膨胀系较低,抗热冲击性突出而被广泛用作汽车尾气催化剂的载体。目前所用的汽车催化剂的载体95%为蜂窝堇青石陶瓷体,其原材易得、费用较低以及总体性能良好。另一种整体式载体是将Ni-Cr、Fe-Cr-Al或Fe-Mo-W等合金压成波纹状而制成的整体型合金载体,相比陶瓷蜂窝载体有更高的热稳定性。目前这种金属载体主要用于对汽车尾气排放要求十分严格的国家,如日、美的出口汽车上。金属载体的使用对降低汽车排气阻力十分有利,明显改善了动力性能,提高尾气净化效率,同时延长了净化器的使用寿命。
3.2 高比表面的涂层(也叫第二载体)
活性涂层附着于载体的表面,它的作用是提供大的表面积来附着贵金属或其它催化成分。堇青石载体的比表面较低, 一般只有1m 2 /g左右, 须涂敷一层高比表面的涂层。涂层材料通常采用γ-Al2O3,它具有很强的吸附能力和大的比表面积,但在高温条件下会发生相变,转变为α-Al2O3,比表面积降低。为了抑制Al2O3 的相变,通常加入Ce、La、Ba、Sr、Zr等稀土元素或碱土元素氧化物作为助剂。
3.3 活性组分
尾气催化剂的活性组分可分为贵金属和非贵金属两种类型。
贵金属类以Pt、Rh、Pd最为常用。Pt组分在催化剂中主要起氧化CO和HC的作用,它对NO有一定的还原能力,但CO的浓度就较高或有SO 2 存在时, 它的效果没有Rh好。Rh组分是催化还原NOx的主要成分,在有氧时,得到唯一的还原产物N2;无氧时,低温下的主要还原产物是NH3,高温下的还原产物主要为N 2。此外,Rh对CO的氧化和烃类的水蒸气重整反应也有重要作用,Rh的抗毒型较Pt差。Pd组分主要用来转化CO和烃类,对于饱和烃类效果稍差,抗Pb、S中毒能力差,易高温烧结,与铅形成合金,但它的热稳定性较高, 起燃性好。汽车尾气三效催化剂中, 各种组分的作用是相互协同进行的。非贵金属活性组分主要以过渡元素氧化物及其尖晶石、钙钛矿结构复合氧化物为活性组分。但由于单组分氧化物耐热性能差、活性低、起燃温度高,在使用上受到限制,一般采用多组分的配方和适当的制备技术。
3.4 助剂
助剂本身是一些没有催化作用或活性较低的添加物, 能大大提高催化剂的活性、选择性和寿命。CeO2 是汽车尾气净化催化剂最主要的助剂, 其主要作用有:贮存及释放氧;提高贵金属的分散性, 抑制贵金属颗粒与Al2O 3 形成无活性的固溶体;提高催化剂的抗中毒能力; 增加催化剂的热稳定性等。Summers和Ausen对铈和贵金属的相互作用进行了研究,在Al2O3担载的新鲜的Pd、Pt贵金属催化剂中,增加CeO2的量,Pt的表面分散性下降;而Pd的表面分散性与CeO2的负载量无关。
4 汽车尾气净化催化剂的发展方向
4.1 贫燃条件下的NOx 催化转化
贵金属三效催化剂只有在发动机的空燃比接近化学计量比(14.7/1)且使用无铅汽油时才能有效净化三种污染物CO、HC、NO x。当空燃比低于14.7时,处于富燃区,催化剂具有高还原性、低氧化性, CO和HC净化不完全;而高于14.7时处于贫燃区,尾气中氧含量较大,而CO和HC含量很低,催化剂具有高氧化性、低还原性, 不能有效还原NOx 。因此应开发贫燃条件下的新型汽车尾气净化催化剂已成为当前的研究热点,此种催化剂一旦研究成功,将在柴油发动机和贫油型汽油发动机的车辆上得到广泛应用。对已排放到大气中的NOx , 特别是大城市中峡谷式的街道和隧道等大气扩散条件较差的地带, 为了降低NOx浓度有人提出了利用TiO2光催化所具有的高氧化能力和还原能力,将TiO2 混在建筑材料中,涂在建筑物的外壁,再有O2 和H2O共存条件下,将氮氧化物变为NO 3-, 因为这种具有高活性的四配位结构的TiO2分子筛催化剂,经过注入金属离子后,TiO2催化剂能够有效的利用可见光和太阳光。
4.2 开发非贵金属催化剂
贵金属三效催化剂是目前较流行的汽车尾气净化催化剂,但贵金属价格昂贵,又容易发生Pb、S、P等中毒,还可能对环境造成二次污染,如产生N2O气体,而N2O是主要的温室气体之一,因此寻找新型催化材料部分或全部替代贵金属已成为必然趋势。非贵金属催化剂价格远低于贵金属,但其催化活性比贵金属低,需要制成特殊结构,而且要多种金属组分相互作用来提高活性。目前研究最多的是用稀土元素作为活性组分,但因稀土催化剂性能不及贵金属催化剂,如活性、稳定性等,故要解决很多技术问题。稀土催化剂主要有钙钛矿型、特殊的镧复合物、特殊的铈复合物、含铜镍的稀土金属和硝酸盐等;其次为过渡金属作为主要成分的催化剂, 其中CuO 、MnO2 和Co2O3 等对CO 的氧化活性较高,NiO和Cr2O3 对NOx 的还原活性较好,故制备三效催化剂必须采用复合配方。
5当前存在的问题及解决方法
汽车尾气净化催化剂的使用,有效改善了尾气对大气的污染,但在实践中也暴露出了不少问题,尚有待于进一步深入研究探索。
(1)催化转化率:当前大多数催化剂高温活性好,低温活性较差,这极大地抑制了其性能。
(2)催化剂失效:包括热失效和中毒失效,这也是自汽车尾气催化剂研制以来一直未能妥善解决的问题,高温下催化剂的热劣化和S、P、Pb中毒极大地缩短了催化剂的使用寿命。
(3)冷启动问题:汽车尾气中60%-80%的有毒气体是由于冷启动两分钟内产生的,要有效处理好这个阶段内的废气必须着手改善催化剂的低温活性,以提高尾气的低温催化转化。
(4)成本问题:当前汽车广泛应用的催化剂大多还是贵金属或贵金属掺杂其它金属氧化物型,其成本仍然很高。
目前达到实用化的尾气净化催化剂不外乎贵金属催化剂(氧化型和三元催化剂)和稀土催化剂。而贵金属催化剂在我国现阶段尚不具备推广使用条件,主要原因是价格昂贵,要求使用无铅汽油以及与之相适应的电控喷油系统等汽车技术改造。已经证明稀土催化剂对CO和HC都具有较好的净化效果,抗铅中毒能力强,能满足现有汽车排放标准。特别是我国稀土资源极为丰富,价格便宜,是现阶段适合我国国情的首选催化剂。因此开展以稀土金属为主添加少量贵金属或过渡金属的尾气净化催化剂的研究势在必行,前景广阔。重点应在以下三个方面有所突破:
(1)运用组合化学原理,设计具有最佳催化活性的催化剂,开发新材料,提高贵金属的利用率。
(2)开发以粘土矿物为载体的三效催化剂,提高催化剂的耐高温性能,同时,降低生产成本,为催化净化器的产业化开拓道路。
(3)开展非贵金属催化材料体系的研究,以期部分或完全取代贵金属催化剂。
6结语
随着汽车工业的快速发展,汽车尾气造成的环境污染也日益严重。世界各国制定了严厉的汽车尾气排放标准,采用汽车尾气净化催化剂,极大地减轻了城市的大气污染。但贵金属催化剂价格昂贵且使用条件有一定限制,因此开发贫燃条件下使用的催化剂和非贵金属催化剂已成为目前研究的热点,汽车尾气净化催化剂的发展前景十分广阔。

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