汽车尾气催化净化器中的稀土 稀土三效催化剂

汽车工业发展推动了经济发展，也造成了严重的环境污染排放物有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、硫化物、颗粒（铅化合物、黑碳、油雾等）、臭气（甲醛、丙烯醛）等，其中CO、HC、NOx是造成环境污染的三种主要气态污染物，对人体的危害极大，下面我们就来聊聊关于汽车尾气催化净化器中的稀土 稀土三效催化剂?接下来我们就一起去了解一下吧!

汽车尾气催化净化器中的稀土 稀土三效催化剂

汽车工业发展推动了经济发展，也造成了严重的环境污染。排放物有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、硫化物、颗粒（铅化合物、黑碳、油雾等）、臭气（甲醛、丙烯醛）等，其中CO、HC、NOx是造成环境污染的三种主要气态污染物，对人体的危害极大。

更重要的是，这些污染物在一定条件下会生成二次污染物——光化学烟雾，从而对环境造成更大的危害。因此，控制机动车尾气作为改善空气质量的重要措施。而在众多的尾气排放控制手段中，三效催化净化技术的应用尤其重要。

汽车尾气催化剂主要有两种类型：蜂窝型和颗粒型。但是，由于颗粒型催化剂单位体积的重量为蜂窝型的23倍，且有加热时间长，易磨损等缺点，因此自80年代起，颗粒型催化剂逐渐为蜂窝型催化剂所取代。汽从70年代中期在美国开发并使用以来，按其特点可以分为以下几个阶段：

（1）Pt，Pd氧化型催化剂为第一代产品，主要控制CO和HC的排放，70年代在美国曾得到广泛的应用。

（2）还原氧化双段催化剂为第二代产品，应用于80年代。在催化剂的还原段，NOx被还原为NH3，但是经过氧化段又被复原，所以它并未得到实质性的使用。

（3）三元催化剂为第三代产品，主要控制尾气排放中的CO、HC及NOx，其主要活性成分为Pt、Rh、Pd等贵金属。

（4）单钯催化剂为第四代产品，虽然可耐更高的温度，但对空燃比和燃油的要求也更高，因此未得到工业应用。

现今最为常见的汽车尾气催化剂又被称为三效催化剂或三元催化剂(Three-WayCatalyst，简称TWC)，这是因为它能同时净化汽车尾气中的三种有害成分的缘故。三效催化剂主要由四部分组成：载体、氧化铝涂层、活性组分和助剂。

载体

载体是担载主催化剂和助催化剂组分的组分，从汽车尾气排放标准要求及催化技术发展来看，载体形式主要有颗粒状和整装两类。颗粒状载体主要为氧化铝小球，因其堆密度大、热容量大、预热性能差、排气阻力大、使用中易收缩、活性组分容易剥落等缺点，基本上已经被淘汰。目前最常用的车用三效催化剂为整体蜂窝状堇青石陶瓷（2MgO2Al2O35SiO2），由许多薄壁平等小通道构成，其气流阻力小、几何表面积大、无磨损、耐高温、催化转化率高。近年来，人们也对金属合金、氧化铝、莫来石、分子筛及玻璃纤维等尾气净化催化剂载体进行了相关研究，其中金属合金载体研究最多，且已经开始在美国、日本等的部分电加热催化剂的汽车上安装使用，它对降低汽车排气阻力十分有利，明显改善了动力性能，提高了尾气净化效率，同时延长了净化器的使用寿命。研究表明：Ni-Cr，Fe-Cr-Al，Fe-Mo-W三类合金均可作为尾气净化催化剂载体。而从加工性能和经济价值等方面综合考虑，Fe-Cr-Al是最具有应用前景的合金载体。

氧化铝涂层

涂层附着于载体表面，其作用是提供大比表面来附着贵金属或其它催化成分。γ-Al2O3具有很强的吸附能力和很大的比表面，因而常用于涂层材料。但γ-Al2O3的缺点是高温不稳定，在1000℃时会相变成比表面很小（＜10m2/g）的α-Al2O3，从而降低催化活性。为防止α-Al2O3高温劣化，通常加入Ce、La、Ba、Sr、Zr等稀土或碱土元素氧化物作为助剂。

活性组分

活性组分是三效催化剂中最重要的成分。目前，国际上商业催化剂的主要成分是贵金属。主要组分有Pt-Pd、Pt-Rh、Pd-Rh、Pt-Pd-Rh，其优点是起燃温度低、寿命长，对CO、HC、NOx同时具有较高的催化转化效率；缺点是贵金属价格昂贵，资源稀少，易发生Pb、S中毒。

针对贵金属催化剂价格昂贵的缺点，人们对非贵金属化合物进行了探索，用其取代或部分取代催化剂中的贵金属，以期降低催化剂的昂贵成本。

目前，非贵金属催化剂以Mn、Co、Fe、Sr、Cu、Ni、Bi等过渡金属与碱金属氧化物为主要活性组分，非贵金属氧化物添加物中常见的是稀土氧化物。

钙钛矿（ABO3）型三效催化剂具有多种优秀的物理化学性质与催化性能，其催化组分可变，能通过选择合适替代物来控制金属离子价态，从而增强反应活性，因此用来处理汽车尾气。LaCoO3和LaMnO3对CO和HC的氧化催化活性与Pt相当。La0.8K0.2MN0.9O0.1O3催化剂在过量（CO H2）气氛中对NO还原活性很高并生成较多NH3，有较好的初始三效性能，但高温老化导致活性下降。非贵金属催化剂具有容易获得和价格低廉的优点，也成为尾气净化三效催化剂的首选材料。但非贵金属又具有不可克服的缺点，如在低温下对硫很敏感，在富氧环境下更易失活；活性不如贵金属高；非贵金属对空速更为敏感等。

助剂

助剂是自身无催化作用或活性较低的添加物，但将其加入催化剂中可以提高催化剂性能。常用作助剂的为一些稀土元素和碱金属氧化物。如铈具有强储放氧能力，可提高贵金属催化剂的热稳定性，延缓γ-Al2O3向α-Al2O3的高温相变，增强Al2O3的热稳定性。CeO2是应用最广泛的稀土氧化物添加剂。La也是常用的汽车尾气催化助剂，主要以La2O3的形式存在。稀土复合氧化物催化剂La-Co/γ-Al2O3有优良的CO氧化性能并有一定的NO还原活性。另外还有一些其它的助剂如Zr、Ti、Sm和及碱金属氧化物MgO、BaO、CaO、SnO等。

显然，三效催化剂是控制汽车排放污染物的最有效的措施之一，是消灭汽车尾气的最佳材料。随着国家排放法规的不断严格，国内三效催化剂产业进程将大大加快。

中国，没有单独的贵金属矿藏，用于三效催化剂的贵金属主要依赖于进口，而国内稀土资源相对丰富。此外，排放标准在持续严格提升，尾气净化器需要有一次更新，国内产品的渗透率尚有很大的提升空间。因此，稀土添加少量贵金属型车用三效催化剂在国内的应用前景广泛。