汽车尾气(催化技术在汽车尾气净化中的应用)
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汽车尾气(催化技术在汽车尾气净化中的应用)
原作者:聊城大学化学化工学院 陶硕,本账号获授权代为发布。
随着现代科学技术的进步,交通运输业得到飞速发展,然而,随处可见的汽车尾气我们可以任其自由排放吗?答案是否定的。那么如何处理汽车尾气才能符合绿色化学的标准呢?目前我们应用最广的是尾气净化器,其本质是汽车催化剂。
也许一看到“催化剂”的字样,我们最先想到的是中学所学过的制备氧气的实验,这个实验我们用到MnO2催化KClO3的分解,反应后MnO2由原来的颗粒状变成粉末状;还有工业上制备氨气用铂网进行催化氧化,使用一段时间后表面会变得粗糙。催化剂不但在化学中有着广泛的应用,在生物学中也发挥着不可替代的作用。例如我们的生命无时无刻都离不开的生物催化剂——酶。因此,催化剂与我们的生活息息相关。
今天,我们介绍的尾气净化器可以利用废气中残余的氧气和排气温度,在催化剂表面发生化学反应,使尾气排放出来的有害物质氧化还原成零污染的气体。
尾气净化器的核心部分是催化剂(图一)。以目前主流的三元催化剂来说,它具有高活性、高选择性、高热稳定性、良好的物理性能,其主要成分是铂、铑、钯等贵金属,通过三元催化剂加上氧传感器闭路循环反馈系统控制空燃比,能同时高效催化净化尾气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物等有害物质,主要生成二氧化碳、水、氮气等无害气体。
那么,如何通过提高催化剂的活性来更加有效地处理汽车尾气呢?
首先,催化剂活性组分是催化净化技术的核心。为了让它发挥出最大的效果,我们可以加入适量的助剂。助剂也称助催化剂,不同的活性组分对应不同的助剂,好比不同兵种需要不同的武器。助剂的作用包括:提高催化剂的高温稳定性、促进贵金属的分散、增加催化剂的低温催化活性、改善催化剂界面吸附特性及表面酸碱性、影响催化剂金属载体强相互作用、增强催化剂抗中毒能力、产生新的活性中心或活化原有的活性位等。
其次,载体是负载型催化剂的重要组成之一。它可以提供有效比表面积及适宜的孔结构,从而帮助催化剂获得好的热稳定性及机械强度,起着提高活性中心利用率和节省活性组分用量的作用。早期的颗粒状载体容易导致氧化剂快速失活,而金属载体又有制备工艺复杂、成本高的问题。因此,随着技术的发展,陶瓷成为现阶段性价比最高的载体原材料。与其它载体相比,陶瓷具有优越的抗热抗震性能和导热导电性,是一种很有发展潜力的催化剂载体。
最后,催化剂的涂层对活性也产生重要影响。它是由一种或多种金属氧化物组成的复合型粉体材料,其作用包括作为贵金属等活性组分的载体、增大催化活性表面、通过与活性组分的协同作用机制提高催化剂的活性、稳定性和抗中毒性等。为了提高活性涂层的耐高温性能,防止涂层发生结块相变,在改进涂层组分的同时,我们把关注点集中在多层涂层技术上,因为两种不同组分的涂层叠加,经常会出现“1+1>2”的效果。
以上是我们从本质上提高催化剂活性的方法,从而使尾气净化器达到事半功倍的效果。
在当今全民追求绿色化学的时代,汽车尾气的有效处理成为能否达到绿色化学标准的关键。因此尾气净化器在保护大气中扮演着越来越重要的角色,我们对催化剂活性的提高也越来越重视。随着时代的发展,科技的进步,希望尾气净化器能够得到长足的发展,希望更多的人为提高催化剂的活性贡献自己的智慧, 把汽车尾气的问题彻底解决掉。
导师简介
陶硕,博士,副教授,硕士生导师,山东省重点人才工程(二层次),光岳青年创新团队带头人。主要从事分子筛类固体催化剂的设计、合成、表征及其在能源化工中的应用工作。近年来,承担国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东高校科技计划、聊城大学光岳青年创新团队等多项。在国际知名学术期刊Angew.Chem.Int.Ed.,Nano Energy等期刊发表SCI论文20余篇,相关成果获聊城大学优秀科研成果一等奖。
招生专业:化学工程与技术
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