满足欧Ⅲ排放标准的机动车尾气净化催化剂

摘要

近年来，由机动车尾气造成的空气污染得到了越来越广泛的关注。机动车尾气净化催化剂的使用可以有效地消除尾气中的碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)和一氧化碳(CO)等有害物质。随着排放标准的不断提高，对催化剂的性能提出越来越严格的要求。本文制备出了高性能稀土储氧材料(Ce<,0.45>Zr<,0.45>La<,0.05>Y<,0.05>Ox)和耐高温高比表面材料(稳定的Al<,2>O<,3>)，用这两种材料做载体备出了性能优异的机动车尾气净化催化剂，对催化剂的催化活性、耐久性、快速起燃以及贵金属活性组分的合理利用等方面进行了详细的考察，并对催化剂在摩托车尾气净化中的应用进行了研究。以下是本文的研究内容和结果。 (1)胶溶法制备的稳定的Al<,2>O<,3>(La-Al<,2>O<,3>，La-Ba-Al<,2>O<,3>和Ce-Zr-Al<,2>O<,3>)具有优异的织构性能和高温稳定性，经1050℃高温老化后，仍有120 m<'2>.g<'-1>以上的比表面积，0.40 cm<'3>.g<'-1>左右的孔容；共沉淀制备的四组分稀土储氧材料CeO<,.45>Zr<,0.45>La<,0.05>Y<,0.05>Ox同样具有优异的织构性能和高温稳定性，同时还具备高的储氧能力，经1050℃高温老化后的OSC达到284.3 μmol.g<'-1>，且仍然保持了完整的立方晶相。两种材料完全能够满足制备高性能机动车尾气净化催化剂的需求。 (2)在对单Pd催化剂的考察中发现，La和Ce的共同使用是助剂的最佳添加方式；储氧组分对单Pd催化剂是不可缺少的成分，以载体的形式加入效果更好，含量在35wt％到65wt％之间：Ba的添加有利于NOx的转化，但对HC的转化有一定的不利影响，要根据催化剂的用途而选择使用。 (3)在对低贵金属含量Pt-Rh型催化剂的考察中，得到了贵金属含量与涂覆量之间的最佳比例关系，有利于贵金属的充分利用。 (4)制备出的高性能Pd-Rh型双涂层催化剂，表现出优异的低温起燃、快速转化和抗高温老化能力，该催化剂在与三家国外公司催化剂样品性能对比测试中，综合性能、尤其是抗高温能力达到、甚至超过所对比样品。 (5)制备了汽油车中偶催化剂，在JETTA-MT车上的检测结果达到欧Ⅲ放标准，测试值只有欧Ⅲ排放限制值的50％左右，有助于我国欧Ⅲ排放标准的按时实施。 (6)制备了压缩天然气(CNG)汽车中偶催化剂，在JETTA-MT车上的检测结果达到欧Ⅲ排放标准，测试值剩与由实验得到的劣化系数只有限制值的50％左右，对我国CNG车欧Ⅲ排放标准的实施具有重要的意义。 (7)针对摩托车尾气排放的特征，详细设计和制备了多种类型、多种规格的催化剂，并对催化剂性能进行综合评价，结果表明各种类型的催化剂均表现出低的起燃温度、优异的快速起燃性能和抗老化性以及宽的空燃比窗口。其中单Pd催化剂表现出良好的氧化性能；Pd-Rh型催化剂具有优异的氧化性能和对NOx较好的转化性能；Pt—Rh型催化剂具有出色的低温催化活性和非常宽的空燃比窗口；Pt-Pd—Rh型催化剂具有前三种催化剂的综合优势，并表现出高的性价比。 (8)在摩托车尾气净化催化剂的应用中，工况法欧Ⅲ排放测试得到十分突出的净化效果，在与其他催化剂的对比测试中具有非常明显的性能优势和性价比优势。该结果对我国摩托车尾气排放满足欧Ⅲ标准的实施提供了有力的技术支持和应用保证。 (9)以上催化剂的成功研制和应用与催化材料的优异织构性能和稳定性能密切相关。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1机动车尾气与环境污染

1.2机动车尾气净化催化剂的发展及现状

1.2.1催化剂的发展过程

1.2.2排放法规的更新与排放系统的优化

1.2.3催化剂组成及催化净化的原理

1.2.4机动车尾气净化催化剂的应用现状

1.3本文研究的目的与内容

第二章催化剂载体的制备及性能表征

2.1稳定的Al2O3

2.1.1概述

2.1.2实验部分

2.2多组分稀土储氧材料CeO2-ZrO2-MOx

2.2.1概述

2.2.2实验部分

2.2.3结果与讨论

2.3结论

第三章催化剂的制备及性能测试

3.1概述

3.2催化剂分类

3.2.1按用途分类

3.2.2按贵金属种类及含量分类

3.2.3按催化剂配置分类

3.2.4按基体材质分类

3.3催化材料(详见第二章)

3.3.1稳定的Al2O3

3.3.2高性能多组分稀土复合储氧材料

3.4助剂

3.5基体

3.6催化剂制备过程

3.7催化剂的老化

3.7.1实验室老化

3.7.2发动机台架老化(engine aging)

3.7.3道路行车老化(road aging)

3.8催化剂性能评价

3.8.1实验室模拟尾气评价

3.8.2发动机台架实验和实车排放测试

3.9结论

第四章高性能单Pd催化剂涂层设计

4.1Pd基催化剂涂层设计

4.2助剂对Pd/La-Al2O3催化活性的影响

4.2.1催化剂制备

4.2.2结果与讨论

4.3 BaO对Pd/Al2O3-OSM催化活性的影响

4.3.1催化剂制备

4.3.2结果与讨论

4.4 La-Al2O3和OSM的配比—催化活性和抗老化性的平衡

4.4.1催化剂制备

4.4.2结果与讨论

4.5结论

第五章Pt-Rh及Pd-Rh催化剂涂层设计

5.1涂覆量对低贵金属含量Pt-Rh型催化剂活性的影响

5.2高性能Pd-Rh双涂层催化剂

5.2.1涂层设计

5.2.2 Pd-Rh双涂层催化剂的性能

5.2.3综合性能测试对比

5.3 结论

第六章满足欧Ⅲ排放标准的中偶催化剂

6.1满足欧Ⅲ排放标准的汽油车中偶催化剂

6.1.1概述

6.1.2催化材料及催化剂的制备

6.1.3催化剂性能测试

6.1.4结果与讨论

6.2满足欧Ⅲ排放标准的压缩天然气汽车中偶催化剂

6.2.1概述

6.2.2催化材料及催化剂的制备

6.3.3催化剂性能测试

6.2.4结果与讨论

6.3结论

第七章满足欧Ⅲ排放标准的摩托车尾气净化催化剂

7.1概述

7.2满足欧Ⅲ排放标准的摩托车尾气净化催化剂的研制

7.2.1催化剂载体的制备（详见本文第二章）

7.2.2催化剂的设计和制备

7.3满足欧Ⅲ排放标准的摩托车尾气净化催化剂的应用

7.3.1满足欧Ⅲ排放标准的摩托车匹配实验

7.3.2实车排放对比测试

7.3.3原始排放与催化剂的选择

7.4结论

第八章结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

致谢