张倩

（国家知识产权局专利局专利审查协作（北京）中心 100083）

关于机动车尾气催化净化装置技术进展探讨

张倩

（国家知识产权局专利局专利审查协作（北京）中心 100083）

汽车排放的污染物主要来自排气管排出的废气、曲轴箱窜气和燃油蒸发等等。随着现代社会汽车保有量与日俱增，汽车排放的尾气对人类健康的危害和对环境的污染越来越严重，为了有效控制汽车排放的有害物质，人们一直都没停止过研发尾气净化装置。本文分析了尾气净化原理，探讨了包括贵金属催化剂、助催化剂和稳定剂在内的催化材料的性能和进展，对构成尾气催化净化器的基体、扩表涂层和催化层做了介绍。

尾气；催化净化装置；机动车

1 汽车尾气的有害物质

汽车排放的有害污染物成分主要有一氧化碳（CO）、碳氢化物（HC）、氮氧化合物（NO）x和微粒等等，这些污染成分主要来自发动机排气管的排气、曲轴箱的排气和燃油蒸汽。窜入曲轴箱内的气体主要是HC化物，也含有少量的CO；油箱、化油器浮子室及油管接头蒸发、汽化的气体主要HC化物；发动机发动时排气含有不同比例的CO、HC和NOx，当节气门开度较小时，为了使发动机平稳运转，化油器浓混合气燃烧不充分，就会产生较多的HC化物和CO，NOx则比较少，中速负荷时NOx多，而CO和HC较少；在发动机高速运转、温度升高的过程中，增加的NOx的增多就更加显著。微粒则主要来源于柴油机排除的碳烟中。

2 汽车尾气净化原理和条件

2.1 催化净化器的净化原理

机外汽车尾气催化净化器，一般安装在汽油机上面，构成部分有壳体、载体和催化剂等，载体表明有催化剂，其作用是将汽车排出的废气污染HC化物、CO、NOx等氧化或还原成H2O、CO2和N2等无害物，从而净化尾气。目前常用的尾气催化净化装置是三效催化器加电喷系统，有效净化率可达到90%。总的来说，在提高燃油质量和发动机性能的基础上再辅以催化净化器就能够最大限度控制汽车尾气污染。

2.2 载体条件要求

催化净化器载体是有条件要求的，比如配比、研磨度、温度及焙烧程度等等，其中活性炭物质比例不得少于12%，以充分发挥吸附功能，拟薄水铝石研磨颗粒直径在0.4～0.8mm之间，成细粉末状，高岭土灼烧温度要控制在150℃，这样才能够使催化剂具有复合金属氧化特性，氧化锆的转化率要达到80%以上，这样才有助于控制反应中各物质的pH值，最后，高强度薄片载体表面积要高于600m2/g，以有助于获得更大表面。

3 尾气催化净化技术进展

3.1 前置式燃烧催化净化技术

CO、HC、NOx有害气体的产生是燃油燃烧不充分造成的，前置式燃烧催化净化技术就是针对这个特点开发应用的，它通过在化油器进气管增加燃烧催化净化装置，使燃油充分燃烧，从而减少有害污染气体排放。该技术的主要特点是可以减少有害尾气的排放量，CO的排放量可降低50～80%，HC的排放量可降低30～60%；具有一定省油效果，可节省10～30%燃油；安置简便，使用寿命长，对汽油使用效果好些，对其他燃油作用很小，而且最受局限的是虽然其对CO和HC气体能发挥有效的净化作用，但对NOx效果不明显，所以推广使用受限。

3.2 三效催化净化技术

3.2.1 载体

在催化剂制备上使用载体，刚开始是为了替代贵金属材料（铂、钯），也为了能够提高催化剂的机械强度，不同的载体会使催化剂产生不同的活性效果，具体来讲，载体的作用有以下几个方面：能够有效增大表面积和提供合适的孔结构；提高催化剂的机械强度；提高催化剂热稳定性；提供催化反应的活性中心；和活性组分发生反应产生新的化合物；使催化剂的抗毒性能得到提高；降低活性组分用量，降低成本。从催化转化器技术的发展历程来看，载体的状态有颗粒状的，也有整装式的，颗粒状载体在催化转化器的早期就曾被大量使用，对尾气的控制起到了重要性作用，具体采用的是工业应用比较广泛的成分为活性氧化铝的氧化铝颗粒，颗粒状载体的热容量大，采用堆积式装填，气阻大，会对发动机排气造成较大影响，在高温腐蚀气流冲刷下很快就会磨损掉，所以用这种为载体的催化剂使用寿命很短，由于这种缺陷的存在，颗粒状载体逐渐被淘汰，取而代之的是整装式的蜂窝载体。整装式载体根据构成材料的不同又可以分为陶瓷蜂窝载体、金属蜂窝载体、金属网、片状载体和玻璃纤维载体。陶瓷载体有一组薄壁平行通道、可以减少压力降，强度高，几何表面积大，适合在高温条件下使用。金属载体是一种Fe-5Al-20Cr合金，它的孔壁薄，在50μm左右，几何表面积大，集合结构更加开放，热溶低、导热性能好，抗热冲击机械强度高，虽然其在汽车尾气的净化效果较好，但成型工艺繁琐复杂，生产成本高，因此它的推广使用受到限制。

3.2.2 涂层

活性组分如果直接担载在载体孔道上，会发生迁移和凝聚而不能充分发挥效果，因此需要在载体表面涂一层高比面积物质，在三效催化净化技术中一般采用活性γ-Al2O3作为这种物质，也叫涂层，这种涂层能够为活性组分及助剂提供稳定的高比面积，催化剂的稳定性很大程度上也跟涂层表面积大小和涂层在载体上的附着力有着关联性。涂层包括稳定剂和γ-Al2O3，后者的比例占到了九成以上，是涂层稳定性的关键所在。汽车在工作状态下，排气的温度很高，这就要Al2O3具有较高的耐热性，为了提高其稳定性，可以通过添加氧化物的方式来改善，比如用碱土金属这种稳定剂来推迟γ-Al2O3的相变温度和减少变面积损失。

4 结束语

现在我国一方面面临的是汽车保有量的不断增多，另一方面面临的是环境污染的日益严重，因此，我国对汽车尾气污染的排放标准的要求也越来越严格，这对汽车尾气净化器装置的性能也提出了更高的要求，正因为此，汽车尾气污染净化技术研究和汽车尾气净化装置开发也必须不断深入、提升。

[1]张金妹.浅谈汽车涂装有机废气处理方法[J].现代涂料与涂装，2015（12）：24.

[2]宗苍龙.三元型催化式净化装置与闭环电控系统的匹配[J].汽车维修，2010（06）：31.

[3]叶子波.柴油机二相深度净化装置的设计研究[J].小型内燃机与摩托车，2011（03）：18.

X734.2

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1004-7344（2016）06-0293-01

2016-2-10

张 倩（1987-），女，汉族，北京通州人，见习审查员，本科，研究方向为交通工程（汽车运用工程方向）。