浅谈汽车尾气净化技术的发展

张彪彪 李孟轩 胡宝宝

【摘 要】本文主要介绍了汽车尾气净化技术的相关情况，包括净化催化剂的特征、组成、制备工艺和反应机理等情况，并对当前汽车尾气净化技术在汽车尾气、柴油尾气、摩托车尾气及CNG车尾气处理中的应用进行分析。

【关键词】汽车尾气;净化技术;污染控制

随着温室效应导致全球变暖以及雾霾等现象的出现，当前人们对于大气污染物排放问题尤为关注，而各类交通工具尾气排放是造成大气污染的主要来源之一，近年来尾气净化处理倍受关注。

一、汽车尾气净化技术的概况

（一）催化剂的特征

由于尾气排放具有一定的特殊性，因此汽车尾气净化催化剂必须具备以下特征：首先，尾气的排放量比较大，且尾气经过排气管排放后会瞬间进入到大气，因此净化催化剂必须具备高活性，能够瞬间与尾气发生反应，提高污染物的转化效率;其次，尾气中含有多种污染物，因此净化催化剂需要能够对主要的尾气排放物进行处理，同时对其他的污染物也能够进行一定的处理;最后，尾气的排放温度在200℃-1000℃之间，因此净化催化剂必须具备耐高温性，在高温的状态下净化催化剂本身需要保持其结构稳定，同时能够在高温环境下与尾气迅速反应，起到净化尾气的作用。

（二）催化剂的组成

尾气催化剂主要由四个部分组成，首先是尾气催化剂的活性剂，活性剂是汽车催化剂最重要的组成部分也是汽车催化剂的主要组成部分，当前尾气催化剂主要使用金属和稀土作为氧化物;其次，载体是活性剂的粘合剂或者分散剂，是支撑活性剂的骨架;再次，是助催化剂，助催化剂本身是没有活性的，将其应用在尾气催化剂中主要是为了改变活性剂的化学结构、晶体结构以及机械强度等方面，进而帮助活性剂增强活性，提升活性剂与尾气发生反應的效率;最后，尾气催化剂的第四个组成部分为涂层，涂层主要分布在载体的表面，用于增加载体的表面积，使得载体表面能够附着更多的活性剂，增强尾气净化效果。

（三）净化催化剂的制备工艺

当前尾气催化剂的种类比较多，各种催化剂之间的制备原理和制备方法也各不相同，但当前生产尾气催化剂的方式主要为：沉淀法、浸渍法、热熔融法和溶胶凝胶法等。

（四）催化剂的反应机理

尾气中主要的污染物为CO、HC以及NOx，因此尾气催化剂主要需要针对这三种污染气体进行处理，具体是使CO、HC这两种污染气体通过氧化反应生成无污染的CO2以及H2O这两种物质，而对NOx的处理则是通过使用净化催化剂将其还原成为无污染气体N2，而当前能够同时对这三种主要尾气污染性气体进行处理的催化剂为贵金属三效催化剂或稀土催化剂。

二、汽车尾气净化技术的具体应用

（一）贵金属催化剂的应用

尽管贵金属催化剂对于尾气净化有良好的效果，然而由于贵金属催化剂的生产成本过高，难以进行量化生产，被广泛应用到实际的尾气净化中去，成本问题成为了制约贵金属催化剂的关键性问题，为了降低贵金属催化剂的成本，相关科研机构对此展开了研究，并取得了一定的研究进展，当前贵金属催化剂的发展情况更加多样化，贵金属与非贵金属的混合催化剂、纳米技术催化剂、超临界技术等在贵金属催化剂的研发方面都具有广阔的前景。

（二）稀土在机动车尾气净化催化剂中的应用

1.汽油车

当前主要的稀土汽车催化剂包括两大类型，一是三效催化剂，三效催化剂的主要成分为稀土材料、贵金属材料、特殊的氧化铝材料以及助剂;另一类则是密偶催化剂，密偶催化剂的主要成分则是特殊氧化铝材料、贵金属材料、助剂以及堇青石基体，在这两种催化剂中稀土都是主要成分，稀土成分占催化剂整体的50%以上，在当前稀土汽车催化剂的生产过程中，特殊的氧化铝材料生产是稀土催化剂最核心的技术。

2.柴油车

柴油车尾气催化剂则主要分为：选择性还原催化剂、柴油车氧化催化剂和带催化剂涂层的颗粒物捕集器。

3.摩托车

摩托车尾气催化剂与汽车的尾气催化剂相似，包含三效氧化剂和密偶催化剂，三效催化剂的主要成分为稀土材料、贵金属材料、特殊的氧化铝材料以及助剂，而密偶催化剂的主要成分则是特殊氧化铝材料、贵金属材料、助剂以及堇青石基体，在这两种催化剂中稀土都是主要成分，稀土成分占催化剂整体的50%以上。

4.CNG车催化剂

CNG车催化剂则主要由稀土材料、贵金属材料以及助剂组成，在CNG车催化剂中稀土以及助剂对于提升催化剂的活性具有关键作用。

当前在汽车尾气催化剂研发领域已经开始对纳米材料进行研发，希望在纳米材料方面取得突破，能够获得新的汽车尾气催化剂材料，这主要是基于当前汽车尾气催化剂材料的制作成本过于高昂，难以量化生产并投入汽车尾气处理实际使用中去，因而研发新的催化剂可替代材料成为了当前汽车尾气催化剂研究中的重要方向。

三、总结

在当前汽车交通高度发达的时代，对汽车尾气进行净化处理，防止汽车尾气污染气体进入大气，并对空气质量造成负面影响成为了共识，但当前尽管已经研发出了部分对尾气净化有显著作用的尾气催化剂材料，但由于其制作成本过于高昂，目前并未大规模、普遍性地使用，因此在未来寻求安全、高效且成本较为低廉的尾气催化剂材料成为了汽车尾气催化剂研究领域的重要问题。

参考文献：

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（作者单位：西安科技大学）