汽車尾氣處理方案匯16頁

1、 主題 學(xué)習(xí)課題名稱空氣污染及汽車尾氣處理 導(dǎo)師 夏學(xué)儒 課題組成員唐麗珠 張新明 曹博 陳偉 劉麒 張東 毛磊 周多軒 任旭 組長 鮑鵬飛 班級 9班化學(xué)組研究主導(dǎo)課程 研究性學(xué)習(xí) 相關(guān)課程 化學(xué)研究背景： 本文對山丹縣空氣污染及汽車尾氣處理狀況進(jìn)行調(diào)查，旨在了解其對環(huán)境的影響，找到問題，為解決問題提供事實依據(jù)。在此思路指導(dǎo)下，我組各位同學(xué)計劃在掌握相關(guān)實際資料以及設(shè)計好問卷的基礎(chǔ)上進(jìn)行抽樣，發(fā)放問卷，調(diào)查信息，了解到多種車型及尾氣處理裝置。課題的目的及意義： 汽車尾氣污染物主要包括：一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、二氧化硫、煙塵微粒（某些重金屬化合物、鉛化合物、黑煙及油霧）、臭氣（甲醛等

2、）。據(jù)統(tǒng)計，每千輛汽車每天排出一氧化碳約3000kg，碳?xì)浠衔?00400kg，氮氧化合物50150kg；美國洛杉磯市汽車等流動污染源排放的污染物已占大氣污染物總量的90%。汽車尾氣可謂大氣污染的“元兇”。 汽車尾氣最主要的危害是形成光化學(xué)煙霧。汽車尾氣中的碳?xì)浠衔锖偷趸衔镌陉柟庾饔孟掳l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧，它和大氣中的其它成份結(jié)合就形成光化學(xué)煙霧。其對健康的危害主要表現(xiàn)為刺激眼睛，引起紅眼??；刺激鼻、咽喉、氣管和肺部，引起慢性呼吸系統(tǒng)疾病。光化學(xué)煙霧能使樹木枯死，農(nóng)作物大量減產(chǎn)；能降低大氣的能見度，妨礙交通。 汽車尾氣中一氧化碳的含量最高，它可經(jīng)呼吸道進(jìn)入肺泡，被血液吸收，與血紅蛋白

3、相結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白，降低血液的載氧能力，削弱血液對人體組織的供氧量，導(dǎo)致組織缺氧，從而引起頭痛等癥狀，重者窒息死亡。 汽車尾氣中的氮氧化合物含量較少，但毒性很大，其毒性是含硫氧化物的3倍。氮氧化合物進(jìn)入肺泡后，能形成亞硝酸和硝酸，對肺組織產(chǎn)生劇烈的刺激作用，增加肺毛細(xì)管的通透性，最后造成肺氣腫。亞硝酸鹽則與血紅蛋白結(jié)合，形成高鐵血紅蛋白，引起組織缺氧。 汽車尾氣中的二氧化硫和懸浮顆粒物，會增加慢性呼吸道疾病的發(fā)病率，損害肺功能。二氧化硫在大氣中含量過高時，會隨降水形成“酸雨”。 汽車尾氣中的鉛化合物可隨呼吸進(jìn)入血液，并迅速地蓄積到人體的骨骼和牙齒中，它們干擾血紅素的合成、侵襲紅細(xì)胞，引起

4、貧血；損害神經(jīng)系統(tǒng)，嚴(yán)重時損害腦細(xì)胞，引起腦損傷。當(dāng)兒童血中鉛濃度達(dá)0.60.8ppm時，會影響兒童的生長和智力發(fā)育，甚至出現(xiàn)癡呆癥狀。鉛還能透過母體進(jìn)入胎盤，危及胎兒。所以，我們要多走路，能不坐車就盡量不坐車。研究內(nèi)容：1同學(xué)們及市民對空氣污染及汽車尾氣的認(rèn)識;2現(xiàn)有汽車尾氣處理的方法；3如何保護(hù)好環(huán)境，對自家車進(jìn)行改造。研究分工（按個人主要分工填寫）：唐麗珠 周多軒 張新明：安排及協(xié)調(diào)小組任務(wù)，分析確定抽樣框及調(diào)查對象；張東 陳偉：主要負(fù)責(zé)實地調(diào)查及收集整理信息；鮑鵬飛 曹博：制作電子版的研究報告及PPT劉麒 毛磊 任旭：采訪及后勤采訪及訪談：盡可能全組同學(xué)參加上網(wǎng)資料查詢：曹博 鮑鵬飛圖

5、書資料查詢：毛磊 劉麒活動步驟階段時間主要任務(wù)階段目標(biāo) 第一階段 第5周第6周各組員到圖書館或是上網(wǎng)查資料，提出大家感興趣的問題。 確定研究課題 第二階段 第7周第10周分析相關(guān)資料，按照課題內(nèi)容審計調(diào)查問卷與活動方案。 完成開題報告 第三階段 第11周第14周通過抽樣選擇被調(diào)查對象，發(fā)放問卷，展開實地調(diào)查。 進(jìn)行實踐調(diào)查 第四階段 第15周第16周總結(jié)整理，分析加工收集到的客觀真實信息，匯總主要內(nèi)容。 形成結(jié)題報告 第五階段 第17周第18周全班或全年級各小組之間進(jìn)行論文，研究報告，PPT展示。 最終交流評價預(yù)期成果： 調(diào)研報告，PPT英文概要：1.The students and citi

6、zens knowledge of air pollution and the exhausted gas;2.The methods of dealing with the exhausted gas;3.How to protect the environment, and improve their own cars.摘要 本文對山丹縣空氣污染及汽車尾氣處理狀況進(jìn)行調(diào)查，旨在了解其對環(huán)境的影響，找到問題，為解決問題提供事實依據(jù)。在此思路指導(dǎo)下，我組各位同學(xué)計劃在掌握相關(guān)實際資料以及設(shè)計好問卷的基礎(chǔ)上進(jìn)行抽樣，發(fā)放問卷，調(diào)查信息，了解到多種車型及尾氣處理裝置。 汽車尾氣污染物主要包括：一氧

7、化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、二氧化硫、煙塵微粒（某些重金屬化合物、鉛化合物、黑煙及油霧）、臭氣（甲醛等）。據(jù)統(tǒng)計，每千輛汽車每天排出一氧化碳約3000kg，碳?xì)浠衔?00400kg，氮氧化合物50150kg；美國洛杉磯市汽車等流動污染源排放的污染物已占大氣污染物總量的90%。汽車尾氣可謂大氣污染的“元兇”。 汽車尾氣最主要的危害是形成光化學(xué)煙霧。汽車尾氣中的碳?xì)浠衔锖偷趸衔镌陉柟庾饔孟掳l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧，它和大氣中的其它成份結(jié)合就形成光化學(xué)煙霧。其對健康的危害主要表現(xiàn)為刺激眼睛，引起紅眼病；刺激鼻、咽喉、氣管和肺部，引起慢性呼吸系統(tǒng)疾病。光化學(xué)煙霧能使樹木枯死，農(nóng)作物大量減產(chǎn)；能

8、降低大氣的能見度，妨礙交通。 汽車尾氣中一氧化碳的含量最高，它可經(jīng)呼吸道進(jìn)入肺泡，被血液吸收，與血紅蛋白相結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白，降低血液的載氧能力，削弱血液對人體組織的供氧量，導(dǎo)致組織缺氧，從而引起頭痛等癥狀，重者窒息死亡。 汽車尾氣中的氮氧化合物含量較少，但毒性很大，其毒性是含硫氧化物的3倍。氮氧化合物進(jìn)入肺泡后，能形成亞硝酸和硝酸，對肺組織產(chǎn)生劇烈的刺激作用，增加肺毛細(xì)管的通透性，最后造成肺氣腫。亞硝酸鹽則與血紅蛋白結(jié)合，形成高鐵血紅蛋白，引起組織缺氧。 汽車尾氣中的碳?xì)浠衔镉?00多種，其中C2H4在大氣中的濃度達(dá)0.5ppm（十萬分之一）時，能使一些植物發(fā)育異常。汽車尾氣中還發(fā)現(xiàn)有

9、32種多環(huán)芳烴，包括3,4-苯并芘等致癌物質(zhì)。當(dāng)苯并芘在空氣中的濃度達(dá)0.012ug/m3時，居民中得肺癌的人數(shù)會明顯增加。離公路越近，公路上汽車流量越大，肺癌死亡率越高。 汽車尾氣中的二氧化硫和懸浮顆粒物，會增加慢性呼吸道疾病的發(fā)病率，損害肺功能。二氧化硫在大氣中含量過高時，會隨降水形成“酸雨”。 汽車尾氣中的鉛化合物可隨呼吸進(jìn)入血液，并迅速地蓄積到人體的骨骼和牙齒中，它們干擾血紅素的合成、侵襲紅細(xì)胞，引起貧血；損害神經(jīng)系統(tǒng)，嚴(yán)重時損害腦細(xì)胞，引起腦損傷。當(dāng)兒童血中鉛濃度達(dá)0.60.8ppm時，會影響兒童的生長和智力發(fā)育，甚至出現(xiàn)癡呆癥狀。鉛還能透過母體進(jìn)入胎盤，危及胎兒。所以，我們要多走路

10、，能不坐車就盡量不坐車。關(guān)鍵詞：空氣，汽車尾氣，處理正文目前同學(xué)們及市民對空氣污染及汽車尾氣的認(rèn)識1.我小組共發(fā)放了500份調(diào)查試卷，針對各年級及不同街道居民進(jìn)行調(diào)查，將同學(xué)們及居民分為五個層次，就問卷調(diào)查結(jié)果而言，較為理想，同學(xué)們及居民認(rèn)真填寫問卷，問卷所表達(dá)的結(jié)果較為可觀，真實，有助于我小組的研究。2.我小組發(fā)放的問卷中，有100位在校學(xué)生，有100位文化街社區(qū)居民，100位南關(guān)社區(qū)居民，100位北街社區(qū)居民，100位縣府街社區(qū)居民，而這其中認(rèn)為汽車尾氣污染空氣最嚴(yán)重的人數(shù)有300人，了解汽車尾氣處理裝置的有58人。我們發(fā)現(xiàn)人們普遍了解汽車尾氣的危害，但對其的處理方法卻只有極少數(shù)人知道。3

11、.在我組發(fā)放的問卷調(diào)查中，有455人認(rèn)為對空氣污染及汽車尾氣處理，應(yīng)由國家加大力度進(jìn)行治理，要求購車購油加大上稅，對汽油質(zhì)量加以提高。有25位認(rèn)為我們應(yīng)少用私家車，多乘公交車，地鐵等公共交通工具。汽車尾氣危害及處理方案汽車作為現(xiàn)代化交通工具, 在給人們的生產(chǎn)與生活帶來方便的同時, 它排放的尾氣, 給大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。多項研究表明:城市機動車尾氣污染已上升為主要的大氣污染, 而過去以二氧化硫為主煤煙型污染轉(zhuǎn)變?yōu)橐砸谎趸?、氮氧化物為主的機動車尾氣污染和二氧化硫為主的煤煙型污染并重的格局。在大城市, 汽車排放中CO 占63 %, NOx 占22 %, CH （碳?xì)浠衔铮┱?3%。在發(fā)達(dá)國家

12、, 如美國大氣污染物排放中CO 的66 %, NOx 的43 %,CH 的31%、微粒的20%均屬于汽車排放。汽車對大氣的污染已成為城市大氣污染的主要污染源。因此,必須采取有效措施,減少或者消除汽車尾氣的污染及危害,這是本文與大家共同研究與探討的一個重要課題。一、 汽車尾氣的有害成份與危害汽車排放的尾氣, 除燃燒產(chǎn)物CO2、水蒸氣為無害成分外,其余均為有害成分。汽車發(fā)動機排放的尾氣中的一部分毒性物質(zhì),是由于燃料不完全燃燒或燃?xì)鉁囟容^低而導(dǎo)致的，如CO、CH和碳煙；另一部分有毒物質(zhì),是由于燃燒室內(nèi)的高溫、高壓環(huán)境而產(chǎn)生的氮氧化合物NOx (NOx 是NO和NO2 的總稱) ；此外還有燃料及添加劑

13、本身燃燒所產(chǎn)生的S02和鉛化合物等物質(zhì)。這些物質(zhì)中，CO可與人體血液中的血紅素結(jié)合,阻礙血液吸收氧氣和輸送氧氣而中毒死亡，被稱為汽車尾氣第一排氣公害。NOx 是NO及NO2 的總稱,其中NO與血液中的血紅素的結(jié)合能力比CO還強,容易使人們中毒而死亡，還能與O2反應(yīng)產(chǎn)生NO2。而NO2 是一種褐色有毒氣體,有特殊刺激臭味,損害人的眼睛和肺部,是汽車尾氣排放的第二公害。CH化合物在太陽光紫外線作用下,會與NO起光化反應(yīng)生成臭氧、醛等煙霧狀物質(zhì),刺激人們的喉、眼、鼻等粘膜。它還嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長,迫使農(nóng)業(yè)減產(chǎn),同時還具有致癌作用,它是汽車尾氣排放的第三公害。S02是產(chǎn)生酸雨的主要原因，鉛化合物是導(dǎo)

14、致土壤重金屬污染的直接原因，而碳煙能粘附SO2等有毒物質(zhì),對人體呼吸道極為有害。普遍方法及最優(yōu)方案改變汽車使用的能源。1.1、選用恰當(dāng)?shù)臐櫥砑觿C械摩擦改進(jìn)劑。在機油中添加一定量（比例為3%5%）石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯粉末等固體添加劑，加入到引擎的機油箱中，可節(jié)約發(fā)動機燃油5%左右。此外，采用上述固體潤滑劑可使汽車發(fā)動機汽缸密封性能大大改善，汽缸壓力增加，燃燒完全。尾氣排放中，CO 和碳?xì)浜侩S之下降，可減輕對大氣環(huán)境的污染。1.2、使用無鉛汽油，嚴(yán)禁使用有鉛汽油。為了能夠有效地提高汽車燃油的抗爆性，一般加入四乙基鉛。它具有很高的揮發(fā)性，甚至在0 攝氏度時就開始揮發(fā)，而揮發(fā)出的鉛粉末，以

15、蒸氣及煙的形態(tài)存在于空氣中，或以固體鉛的形式存在于土壤中，最終通過食物鏈到達(dá)人體，影響人體的健康，侵蝕造血系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)以及腎臟等。實驗證明，甲醛樹丁醚同樣具有良好的抗爆性，汽油中用甲醛樹丁醚作滲合劑，不僅不含鉛，還能降低汽車尾氣排出的一氧化碳、氮氧化合物、碳?xì)浠衔锖俊?.3、摻入添加劑，改變?nèi)剂铣煞?。向汽油中摻?5%以下的甲醇或乙醇燃料，能在一定程度上減少或者消除CO、NOx、CH的污染效果，提高燃料的利用率。若采用“甲醇燃料”，當(dāng)醇類的比重占30%40%時，汽車尾氣排出的污染物可基本上消除。采用含10%水份的水汽油燃料亦有一定的效果。將汽車燃料改為天然氣，也能夠有效降低尾氣中污染物的

16、比重。目前世界各國在天然氣作燃料方面技術(shù)比較成熟，我國也有大量使用天然氣的汽車。1.4、采用生物燃料等可再生能源。有關(guān)專家指出，開發(fā)乙醇代替汽油，既節(jié)約能源，又可消化陳糧，使汽車排出的有害氣體減少，是一項有利于保護(hù)環(huán)境和資源的新課題。如果按照19 的乙醇汽油配比，用20 萬噸乙醇，可配出約200 萬噸的乙醇汽油，200 萬噸的乙醇只消耗糧食70 萬噸。因此，發(fā)展、開發(fā)使用專用乙醇汽油既可緩解汽車尾氣污染問題，又可緩解原油供應(yīng)的緊張狀況。隨著太陽能電池的改進(jìn)，太陽能轉(zhuǎn)化效率不斷提高，使用太陽能作動力已經(jīng)成為現(xiàn)實。事實上，美國和歐洲都以開發(fā)出自己的太陽能汽車，相信太陽能作為動力將是今后研究的熱門之

17、一。1.5、使用電能作為動力，研制電動汽車。電能是清潔能源，汽車使用電能作為能源的瓶頸技術(shù)已經(jīng)解決，蓄電池技術(shù)的發(fā)展將電動汽車的研制推向了高潮。目前已經(jīng)有不少的電動汽車投入使用，它不產(chǎn)生任何尾氣，完全解決了汽車因尾氣產(chǎn)生的污染。電動汽車是未來汽車技術(shù)研發(fā)的主題。改變汽車燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。2.1、優(yōu)化發(fā)動機內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)置，降低尾氣污染物含量。（1）減少噴油提前角。減少噴油提前角，可降低發(fā)動機工作的最高溫（1500 攝氏度），使NOx 的生成量減少。（2）改善噴油器的質(zhì)量，控制燃燒條件（燃比、燃燒溫度、燃燒時間），可使燃料燃燒完全，從而可減少CO、CH 的煤煙。（3）調(diào)整噴油器的質(zhì)量，可降低發(fā)動機的功率

18、，使霧化的燃料有足夠的氧氣進(jìn)行完全燃燒，從而也可以減少CO、CH 和煤煙的生成。2.2、設(shè)計循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)行尾氣再利用。(1)正曲軸箱通氣系統(tǒng)的設(shè)計:把從汽缸竄入曲軸箱的氣體(主要是未燃體)再循環(huán)進(jìn)入進(jìn)氣歧管,使其再次燃燒,改變了過去將其直接排入大氣所造成的污染。(2)排氣再循環(huán)設(shè)計:發(fā)動機排氣口用控制閥與進(jìn)氣歧管相連接,使排出的氣體經(jīng)過再次循環(huán),以降低氮氧化物的排放量。(3)蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)的設(shè)計:將化油器浮子室中的汽油蒸發(fā)汽引入進(jìn)氣系統(tǒng),而將油箱中的蒸發(fā)汽引入儲存系統(tǒng),可大大減少污染物的排放。使用車用選擇性催化還原排氣后處理系統(tǒng)3.1、車用選擇性催化還原排氣后處理系統(tǒng)工作原理車用選擇性催化還

19、原排氣后處理(SCR)是通過尿素反應(yīng)產(chǎn)生的氨再與汽車尾氣進(jìn)行反應(yīng)的一種技術(shù)，是被認(rèn)證為滿足歐法規(guī)的綜合排放控制系統(tǒng)。是一項控制柴油發(fā)動機排氣中NOx 的技術(shù)。系統(tǒng)使用尿素與水混合成32.5% 的溶液。這種溶液公認(rèn)的工業(yè)商品名稱是AdBlue。其成分在DIN 標(biāo)準(zhǔn)No.70070 中有規(guī)定。固體或水溶液中的尿素（AdBlue）被分類為非危險品。AdBlue 是一種透明液體，有淡淡的氨水氣味。如果濺出，水分蒸發(fā)，形成結(jié)晶。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下，AdBlue 存儲在一個安裝在底盤上的尿素罐中。尿素罐向安裝在底盤上的定量給料單元(DU) 供應(yīng)溶液。DU 由發(fā)動機控制模塊(ECM) 控制。DU 使用來自車輛

20、系統(tǒng)的壓縮空氣來產(chǎn)生AdBlue噴霧，通過非常精確的計量和泵送系統(tǒng)輸送到發(fā)動機排氣系統(tǒng)內(nèi)的噴嘴處。噴入排氣中的AdBlue 數(shù)量由ECM 控制，在任意轉(zhuǎn)速和負(fù)載狀況下都能與發(fā)動機的NOx 輸出相匹配。當(dāng)與高溫排氣接觸時，水迅速蒸發(fā)，尿素變成氨。氨與NOx 在催化器內(nèi)反應(yīng)，這一過程的結(jié)果就是從排氣管中排放出無害的N2 和H2O。 該系統(tǒng)中能夠有效地減少汽車尾氣中的含量，降低由于NOx所引起的污染。但是SCR系統(tǒng)存在不少的不足之處，導(dǎo)致其普及率不高。（1） SCR系統(tǒng)安裝復(fù)雜，設(shè)備成本較高，而且必須在汽車出廠前進(jìn)行安裝；（2） SCR系統(tǒng)需要消耗由尿素配成的AdBlue溶液，使得汽車使用成本大大

21、上升，尿素的生產(chǎn)消耗也會引起二級污染；（3） SCR系統(tǒng)對于汽車尾氣中的CO、CH、微粒等污染物沒有效果，必須加 裝其它凈化設(shè)備；（4） SCR系統(tǒng)對汽車智能要求較高，容易引起發(fā)動機無法點火。使用高壓脈沖電暈放電技術(shù)凈化汽車尾氣。4.1、高壓脈沖電暈放電技術(shù)凈化汽車尾氣的理論依據(jù)。高壓脈沖電暈放電技術(shù)利用等離子體體系中的活性物種強化(催化)氧化還原反應(yīng)，將汽車尾氣中的有害物質(zhì)通過氧化、還原或離解而轉(zhuǎn)化為無害或低害物質(zhì)以達(dá)到降低環(huán)境污染的目的。通常認(rèn)為，高壓脈沖放電是由高壓電場中電子雪崩產(chǎn)生的流柱在電場中的運動現(xiàn)象，流柱理論是被廣泛接受的一種理論。該理論認(rèn)為，在流柱頭部包含大量由電場加速的高能電

22、子，它們碰撞氣體分子而使得氣體分子化學(xué)鍵斷裂，從而達(dá)到減少反應(yīng)氣體中有害成分的目的。高頻率的脈沖電壓能夠在不發(fā)生火花和弧光放電的前提下，達(dá)到更高的脈沖峰值電壓，同時，在時間上產(chǎn)生更多的流柱，從而提供更多的高能電子。這些高能量的電子高速碰撞氣體分子，打開氣體分子的化學(xué)鍵，產(chǎn)生大量的活性粒子，使氣體中的氣體成分發(fā)生改變。4.2、高壓脈沖電暈放電技術(shù)凈化汽車尾氣的技術(shù)實現(xiàn)。在汽車尾氣排放管后加裝一個正電暈裂變反應(yīng)器，就能將高壓脈沖電暈放電技術(shù)用于尾氣處理。所謂“正電暈裂變”是指電暈凈化器中的尾氣分子突然得到“爆炸式”的巨大能量時成為活化分子，發(fā)生頻繁碰撞，在納秒級的有效碰撞瞬間，將動能轉(zhuǎn)化為分子內(nèi)部

23、勢能，使其化學(xué)鍵破壞，將CO、HC、NOX 和SO2 等分解成單質(zhì)固體微粒子S、C 和單原子氣體分子O2、N2 以及H2O的電離過程。 汽車尾氣電暈凈化器安裝位置如圖1 所示。4.3、凈化汽車尾氣的技術(shù)難點正電暈裂變需要的超高壓窄脈沖激活。所謂“超高壓窄脈沖”是指脈沖幅值為幾百千伏，半幅值脈寬為幾百納秒，頻率為幾百赫的脈沖。它由于脈沖陡并且峰值很高，能使凈化器空間電場強度發(fā)生突然的巨大變化，從而使汽車尾氣分子突然獲得裂變的巨大能量，在納秒間成為活化分子。目前為了產(chǎn)生超高壓窄脈沖，廣泛使用的手段有兩種：一是在直流電壓上疊加脈沖；二是用特殊造型的脈沖變壓器及其關(guān)聯(lián)裝置直接生成脈沖。不管使用那種手段

24、，都必須保證脈沖本身內(nèi)耗應(yīng)足夠小，同時保證使脈沖電壓峰值盡量高，以降低能耗。盡管如此，正電暈裂變?nèi)匀恍枰拇罅康碾娔?，并且現(xiàn)有的的超高壓窄脈沖發(fā)生器發(fā)生器體積較大。高壓脈沖電暈放電技術(shù)在汽車上的應(yīng)用仍然需要進(jìn)一步的研究，但是該技術(shù)在長、大隧道空氣凈化方面擁有經(jīng)濟(jì)有效的應(yīng)用前景。汽車催化劑技術(shù)在減少汽車尾氣上的應(yīng)用。5.1、早期發(fā)展。人們很早就知道,一些材料,尤其是貴金屬元素或某種非貴金屬化合物,在溫度足夠高的氣流和多余的氧氣存在的條件下,可以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)幕钚?。于是有人考慮把這種性質(zhì)應(yīng)用于汽車發(fā)動機下游的催化劑, 將不完全燃燒的CH、CO等氧化。由于對催化劑的毒性,鉛被從汽車燃料中脫除出來。為了

25、消除由于鉛的脫除帶來的不良影響,采用了改進(jìn)的內(nèi)燃機工藝,汽車燃料的辛烷值也沒有因此減小。具有適當(dāng)活性,可用于催化劑的金屬太少,僅限于貴金屬元素,金屬冶煉代價很大。后來的廢汽車上的催化轉(zhuǎn)化器循環(huán)利用技術(shù)又使這一問題得以解決。壓縮環(huán)境、高氣流率和低反作用壓力的綜合因素使汽車催化劑采用整體式,這和許多工業(yè)和石化廢氣催化劑的集成結(jié)構(gòu)有很大不同。整體結(jié)構(gòu)是多孔的陶瓷晶體,這些小孔的壁上有比表面很大的涂層,涂層中分布著貴金屬固體顆粒,廢氣從小孔中通過。目前,整體式催化劑廣泛應(yīng)用于汽車尾氣催化劑,而且,這種技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于處理工業(yè)廢氣的工業(yè)催化劑。5.2、催化劑用貴金屬的選擇。選擇用貴金屬作為汽車尾氣催化劑的

26、原因主要有: (1)由于催化劑容量很小,而廢氣的流量很大,這需要催化劑能在很短時間將污染物轉(zhuǎn)化,只有貴金屬能有如此高的活性; (2)只有貴金屬對廢氣中殘留的硫氧化物有足夠的抗毒性; (3)貴金屬最不易在高溫下與Al, Ce, Zr等反應(yīng)而失活。因此,最初的催化劑采用Pt和Rh的不同比例混合;后來, Pd被應(yīng)用于三效催化劑中用于增強催化劑對氮氧化物的還原作用?，F(xiàn)在, 三效催化劑中各金屬的使用配比如Pt/Rh, Pt/Pd /Rh和Pd /Rh貴金屬催化劑都有商業(yè)上的價值。5.3、現(xiàn)代催化技術(shù)化學(xué)反應(yīng)和電子控制設(shè)備的結(jié)合。80年代初期,美國出臺了NOX排放標(biāo)準(zhǔn),對汽車尾氣的排放做了更加嚴(yán)格的限制,

27、這就要求有一種除了能夠處理CO 和CH之外還能處理NOX的新型催化劑。隨著三效催化劑的發(fā)展,化學(xué)反應(yīng)和電子控制設(shè)備越來越受到重視。CO和CH的處理是在氧化條件下進(jìn)行,而NOX的處理則是在富余燃料的還原條件下進(jìn)行的。一開始,這個矛盾是通過采用雙反應(yīng)床轉(zhuǎn)化器來解決的。首先在還原條件下的第一個催化轉(zhuǎn)換器中NOX被還原;在第一個催化劑后加入更多氧氣,這樣充足的氧氣進(jìn)入第二個催化轉(zhuǎn)換器,在這里CO和CH被氧化處理。雙反應(yīng)床轉(zhuǎn)化器遠(yuǎn)不是理想處理手段,因為低的空燃比大大影響了燃料的利用率,并且限制了發(fā)動機的使用范圍。而且在低的空燃比造成的還原環(huán)境下可能是把NOX轉(zhuǎn)換為NH3 ,而不是所期望的N2。這樣在后續(xù)

28、的氧化環(huán)境中,NH3又被轉(zhuǎn)化為NOX ,降低了尾氣處理能力。研究發(fā)現(xiàn),將空燃比控制在合適的范圍內(nèi),三種污染物都可以在一個催化反應(yīng)器中有效地去除。這就需要電子控制系統(tǒng)對發(fā)動機中的氣體反應(yīng)環(huán)境進(jìn)行實時控制。這項技術(shù)的基本思路是采用一種氧氣含量傳感器,傳感器探測還原環(huán)境或者氧化環(huán)境并將信號傳遞給發(fā)動機電子控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)將信號反饋到燃料注射系統(tǒng),從而決定加料的程度,這樣可以將空燃比控制在合適的范圍。此外,通過引入儲氧材料也可以削弱空燃比在最佳點附近的擺動。最近的進(jìn)展是在催化劑之后添加第二個氧含量探測器,下游的探測器對熱老化和污染物不敏感,而且傳感比上游探測器更加平衡的氣體組成。這種情況下,即使是在

29、汽車突然加速或減速時也可保持合適的空燃比?；瘜W(xué)反應(yīng)和電子控制設(shè)備的結(jié)合使用是一個很有前途的發(fā)展領(lǐng)域。隨著機載計算機技術(shù)的發(fā)展,將會采用更加合適的空燃比以降低污染物的數(shù)量。5.4、冷啟動后短時間內(nèi)催化劑效率提升。汽車尾氣催化劑應(yīng)用過程中的另外一個事實是:決定催化劑處理效果的關(guān)鍵是對冷啟動后的很短時間內(nèi)尾氣處理的效果的好壞。早期人們開發(fā)了一些措施來改進(jìn)對尾氣、尤其是CH的利用。通過采用不銹鋼來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的管材料可以減少尾氣熱量的散失。盡管這樣可以使催化劑很快達(dá)到最佳催化溫度,但這也意味著催化劑必須承受更高的溫度。現(xiàn)在廣泛采用的減少冷啟動期間尾氣排放的措施是減緩汽車發(fā)動機的運作,這樣可以使尾氣帶來更多

30、的熱量。例如,可以通過推遲點火時間來達(dá)到這樣的效果:推遲了燃燒,并且可以使尾氣得到更充分的處理。除了對汽車發(fā)動機和尾氣排放系統(tǒng)的改進(jìn),人們通過改進(jìn)催化劑的整體式布局,使點火行為得到了改善。通過開發(fā)新的薄壁和更大的比表面積的催化劑載體,使催化劑更快地達(dá)到使用溫度并且有合適的面積使催化反應(yīng)順利進(jìn)行。相應(yīng)的,催化劑形式的改變也使得其點火性質(zhì)得到改進(jìn),高含量的Pd催化劑正是這類催化劑的代表。目前解決冷啟動問題的主要措施有緊密耦合催化劑、前置小體積催化劑、電加熱和燃燒尾氣等技術(shù)。5.5、尾氣中顆粒物的凈化處理。解決這一問題主要采取兩種技術(shù)。第一種是顆粒物催化燃燒,其實現(xiàn)分為兩個步驟:首先,顆粒物的捕集,

31、這可以通過催化過濾裝置完成;然后是顆粒物的催化燃燒,以可控方式在較低溫度下完成這一步驟是困難的。第二種技術(shù)是采用持續(xù)性可再生捕集催化劑,這種技術(shù)是在第一種技術(shù)之前添加了氧化催化劑以氧化顆粒物中的可揮發(fā)組分,同時將NO轉(zhuǎn)化為NO2 , NO2比O2有更高的氧化性能,可以更加有效的推動顆粒物的氧化。5.6、汽車催化劑的發(fā)展方向。未來十年值得關(guān)注的研究方向大致有以下幾點:（1） 凈化在貧燃條件下產(chǎn)生的氮氧化合物處理的催化劑的開發(fā);（2） 在硫氧化合物存在情況下對含氮化合物能有效氧化催化劑的開發(fā);（3） 催化劑中可以吸附HC和NOX的材料的開發(fā);（4） 對含碳顆粒物能有效燃燒的催化劑以及反應(yīng)器的開發(fā);（5） 在尾氣產(chǎn)生的高溫下催化劑的穩(wěn)定性問題;（6） 起火溫度低的催化劑的開發(fā);（7） 抗硫毒性的催化劑的開發(fā);（8） 低溫還原環(huán)境中能對CO有效氧化的催化劑的開發(fā);（9） 抗CO的毒性的電催化劑的開發(fā);（10） 燃料電池電催化劑的開發(fā)。柴油機尾氣微粒凈化處理技術(shù)柴油機尾氣中含有的大量固體微粒，是當(dāng)今柴油機汽車行業(yè)所面臨的難題之一, 至今未有良好的解決辦法。柴油機中, 微粒和炭煙的生成源于高溫和局部混合氣過濃?；旌蠚庠綕? 其中碳成分就越多?；旌蠚庠诟哂谝欢囟葪l件下, 某些燃料分子會產(chǎn)生熱裂解而分解成許多分子量低而碳比例高的碳?xì)浠衔? 如