Química universitaria
Estado de la investigación y perspectivas de desarrollo de los catalizadores de escape de automóviles
Los problemas ambientales son un problema global y requieren los esfuerzos de todos en el mundo. para resolver. Con el continuo desarrollo de la economía mundial, la ciencia y la tecnología y la civilización social, las necesidades materiales de las personas aumentan día a día. El coche es el medio de transporte más popular en la sociedad moderna, especialmente en los últimos años, el número de coches privados ha aumentado, lo que ha provocado muchos problemas, entre ellos los medioambientales. La contaminación ambiental causada por el uso de automóviles incluye principalmente la contaminación acústica y la contaminación del aire causada por las emisiones de escape. En China, la purificación de los gases de escape de los vehículos es la forma más eficaz de resolver la contaminación por gases de escape. Los contaminantes emitidos por los automóviles provienen principalmente de los motores de combustión interna. Entre sus componentes nocivos se encuentran el monóxido de carbono (CO), los hidrocarburos (CH), los óxidos de nitrógeno (óxidos de nitrógeno), los compuestos de azufre y de hidrógeno, y el ozono, entre ellos, el CO, los HC y los óxidos de nitrógeno. Es el principal componente de la contaminación del aire en el control de la contaminación de los automóviles. Los gases de escape de los vehículos son extremadamente perjudiciales para la salud humana y controlar la contaminación por gases de escape de los vehículos se ha convertido en una máxima prioridad.
1 Método de purificación de gases de escape de automóviles
Ya a mediados de la década de 1960, países extranjeros han investigado y desarrollado tecnología de control de la contaminación de los automóviles, y ahora ha llegado a la etapa práctica. Las investigaciones muestran que estos gases nocivos se pueden purificar mejorando el rendimiento y el proceso de producción del catalizador y su portador, mejorando la tecnología de combustión de los motores de combustión interna de los automóviles y tratando el sistema de escape del catalizador de tres vías. El control de la contaminación por gases de escape de los vehículos se puede dividir en dos tecnologías: tecnologías a bordo y fuera de bordo. El objetivo principal de la depuración dentro del motor es mejorar la calidad del combustible y las condiciones de combustión del mismo en el motor, de manera que se reduzca al máximo la generación de contaminantes; la principal forma de depuración fuera del vehículo es la instalación de un sistema de depuración en el interior del vehículo. purificador catalítico. Tratar los gases nocivos es la forma más eficaz de purificar los gases de escape de los vehículos, y los catalizadores son la clave para el efecto de purificación. Por lo tanto, desarrollar catalizadores de purificación de gases de escape de automóviles prácticos y eficientes es una de las mejores medidas para controlar las emisiones de gases de escape de los automóviles.
El objetivo de la purificación catalítica de los gases de escape de los automóviles es oxidar el CO y HC nocivos en CO2 y H2O, y reducir los óxidos de nitrógeno a N2. Dado que la composición química de los gases de escape de los automóviles es muy compleja, su tasa de conversión no solo está relacionada con la actividad del catalizador, sino también con si el gas de reacción es un gas oxidante o un gas reductor, por lo que el catalizador se puede dividir funcionalmente en dos partes: tipo de oxidación y tipo de reducción. El catalizador de oxidación cataliza principalmente la reacción de oxidación de CO y HC. Las reacciones relacionadas son las siguientes:
2CO+O2→2CO2
4HC+5O2→4CO2+2H2O
.2NO+ 2CO→2CO2+N2
HC+NO2→CO2+H2O
Hidrocarburos+monóxido de carbono→N2+dióxido de carbono+H2O
3NO+ 2NH3→2N2+3H2O
2h 3→N2+3H2O
El catalizador de reducción cataliza principalmente la reacción de reducción de óxidos de nitrógeno
2NO+CO→N2+; CO2
2NO+H2→N2+2H2O
2NO+HC→N2+H2O+CO2
La reacción de NO y H2 no solo produce gases no tóxicos N2 y H2O, pero también tiene efectos secundarios indeseables:
2NO+5H2→2NH3+H2O
2NO+H2→N2O+2H2O
Debido a que estas dos reacciones Requieren diferentes ambientes químicos, temprano Un catalizador los separa. Posteriormente debido al mejoramiento del motor se logró un ambiente químico que compatibilizara las dos funciones debido al mejoramiento de la tecnología de preparación del catalizador, existieron dos centros activos de oxidación y reducción sobre un mismo catalizador* * * Finalmente, TWC; (catalizador de tres vías) apareció. El catalizador más comúnmente utilizado en la actualidad es un catalizador en forma de panal. El soporte es un panal cerámico, que se recubre con alúmina de alta superficie específica y luego se impregna con componentes activos. Por lo tanto, los catalizadores de purificación de gases de escape de automóviles constan principalmente de vehículos, revestimientos y materiales activos.
2 Estado actual de la investigación nacional y extranjera
2.1 Estado actual de la investigación extranjera
2.1.1 Catalizadores de oxidación
En el Desde mediados hasta finales de la década de 1970, las regulaciones de emisiones de los automóviles solo exigen el control de las emisiones de CO y CH, y el motor aún no ha adoptado un sistema de circuito abierto de carburador. Debido a que la relación A/F se fija mecánicamente en el valor teórico, no se puede ajustar automáticamente a medida que cambian las condiciones de trabajo. En este estado, ajustando la relación A/F a aproximadamente 15 e instalando un catalizador de oxidación en un estado rico en oxígeno, la tasa de conversión de CO y HC puede alcanzar el 90%, pero la tasa de conversión de óxidos de nitrógeno es relativamente baja. Durante este período se utilizaron principalmente catalizadores de metales preciosos, con platino y paladio como componentes activos. Generalmente se utiliza en un estado de aleación de platino-paladio = 7:3, con una carga total de aproximadamente el 0,12%. Los catalizadores de metales preciosos tienen una debilidad fatal: el miedo al envenenamiento por plomo. Por lo tanto, para utilizar eficazmente los catalizadores de metales preciosos, se debe cambiar la estructura del fueloil y se debe implementar gasolina sin plomo.
2.1.2 Catalizador bimetálico
Desde finales de los años 1970 hasta mediados de los 1980, cuando la EPA de EE. UU. propuso controlar las emisiones de óxido de nitrógeno, los catalizadores de oxidación no pudieron cumplir con los requisitos. Aparecieron catalizadores bimetálicos ternarios de platino-rodio. Desde finales de los años 1970 hasta principios de los años 1980, aparecieron los catalizadores de platino-rodio de doble lecho.
La reacción redox del catalizador se lleva a cabo en etapas, utilizando un catalizador de panal reducido en la primera etapa, un catalizador de panal oxidado en la segunda etapa y agregando aire en el medio de las dos etapas. Esta disposición permite que la reacción de reducción y la reacción de oxidación se desarrollen en una atmósfera química que es favorable para sí misma. Sin embargo, este catalizador tiene una estructura compleja y es difícil de operar. Los óxidos de nitrógeno pueden oxidarse nuevamente después de la reducción. De 1980 a 1985, se utilizaron catalizadores de tres vías Pt-Rh en dispositivos de circuito cerrado EFI. Controlando A/F dentro del rango de ventana, la tasa de conversión de CO, CH y óxidos de nitrógeno podía alcanzar más del 80-90%. . La carga total de Pt-Rh de un catalizador típico es de 0,1 a 0,15%. Se añaden elementos alcalinotérreos y de tierras raras al recubrimiento de Pt: RH = 5:1 para estabilizar la estructura del catalizador y trabajar sinérgicamente con metales preciosos para producir oxígeno excelente. función de almacenamiento. Sin embargo, a altas temperaturas, el Rh reacciona con Al2O3 y CeO2 en el revestimiento de la superficie, lo que resulta en una reducción de la actividad reductora del catalizador para los óxidos de nitrógeno en una atmósfera reductora.
2.1.3 Catalizador de tres metales
Desde mediados de los 80 hasta principios de los 90, se utilizó una nueva generación de catalizadores de tres vías Pt-Rh-Pd. Esta generación de catalizador equivale a colocar un catalizador de Pt-Rh estándar sobre un catalizador de Pd. En esta estructura, el paladio tiene una mejor estabilidad térmica en la capa interna; el rodio en la capa externa es más propicio para la reducción de óxidos de nitrógeno; el platino desempeña un papel de coordinación activa entre el paladio y el rodio. Por tanto, el rendimiento del catalizador mejora significativamente. Con la mejora de la calidad de la gasolina, la vida útil del catalizador se ha ampliado considerablemente y la cantidad total de metales preciosos en el catalizador por litro se ha reducido a 0,6-0,8 g. Según los informes, después de 16.000 kilómetros de uso, los tres. -El catalizador metálico desarrollado por Engelhard tiene una tasa de conversión de 85% de CO, 90% de HC y 95% de óxidos de nitrógeno, lo que obviamente cumple con requisitos más altos de protección ambiental.
2.1.4 Catalizador de paladio de tres vías
A finales de la década de 1980, Ford introdujo un catalizador de paladio de tres vías, que requería alúmina y óxidos de tierras raras para formar catalizadores orgánicos con metales de transición. óxidos, en el que el paladio juega un papel protagonista. Al tomar medidas especiales, el material tiene una estructura específica que estabiliza su actividad a altas temperaturas. Los resultados experimentales muestran que bajo un choque térmico de 65438 ± 0200 °C, un único material catalítico a base de paladio todavía tiene una buena actividad catalítica. Actualmente, este catalizador aún está en desarrollo. Englhard ha desarrollado un material catalítico de doble capa a base de paladio. La capa inferior consta de Pd y Ce, y la capa superior consta de Pd disperso sobre el revestimiento. Se añaden óxidos metálicos económicos a ambas capas para estabilizar y aumentar la actividad del Pd. La capa superior proporciona actividad catalítica a baja temperatura; la capa de Pd-Ce proporciona una alta capacidad de almacenamiento de oxígeno para garantizar una actividad catalítica a alta temperatura. El Pd es activo para la conversión simultánea de HC, CO y NO en el rango de 423-823°C.
2.1.5 Material catalítico de tres vías con reducción de almacenamiento de óxido de nitrógeno
Este material catalítico está compuesto por metales preciosos, metales alcalinos o alcalinotérreos y óxidos de tierras raras. El principio básico es que los óxidos de nitrógeno se oxidan primero sobre metales nobles en condiciones ricas en oxígeno y luego reaccionan con los óxidos de nitrógeno para formar nitratos. Cuando se quema en proporciones teóricas o en condiciones de combustión rica, el nitrato se descompone para formar óxidos de nitrógeno, que luego reaccionan con el monóxido de carbono, H2 y los hidrocarburos para reducirse a N2. Las investigaciones muestran que la capacidad de almacenamiento de óxidos de nitrógeno está relacionada con la concentración de oxígeno. A medida que aumenta la concentración de oxígeno, aumenta la capacidad de almacenamiento de óxido de nitrógeno. Cuando la concentración de oxígeno supera el 65438 ± 0%, la cantidad almacenada de óxidos de nitrógeno permanece básicamente sin cambios. Además, los materiales catalíticos de reducción selectiva de HC también tienen buena actividad catalítica en condiciones ricas en oxígeno.
2.2 Estado actual de la investigación nacional
El control de la contaminación por gases de escape de los automóviles en China comenzó a mediados de los años 1980. Las universidades e institutos de investigación chinos han realizado una gran cantidad de trabajos preliminares de investigación básica sobre el control de la contaminación de los gases de escape de los vehículos, han desarrollado productos eficaces acordes con las condiciones nacionales de China y han contribuido a reducir las emisiones de los gases de escape de los vehículos.
2.2.1 Estado actual de la investigación sobre catalizadores de metales no preciosos
Muchos investigadores nacionales alrededor de 1990 estudiaron catalizadores de purificación de gases de escape de automóviles utilizando óxidos mixtos como metales no preciosos y tierras raras como componentes activos. Mediante una combinación razonable de componentes, especialmente elementos de tierras raras, se puede producir un efecto sinérgico, con buena actividad catalítica y cierto rendimiento de tres efectos.
La investigación sobre catalizadores de perovskita que contienen tierras raras es un tema candente en el campo de los catalizadores de escape de automóviles. Los investigadores chinos han realizado muchas investigaciones en esta área. Por ejemplo, en 1988, Wang Dao et al. utilizaron un método de impregnación para preparar una serie de catalizadores de La(Cu, Mn, Co)O3/LaAlO3-Al2O3 cargados de calcio. Los estudios experimentales demostraron que su actividad era alta. En 1993, Xu Kaili y otros también desarrollaron un catalizador de perovskita para purificar los gases de escape de diésel. Tiene mejor actividad que los catalizadores de metales preciosos Pt y tiene una fuerte resistencia a la deposición de SO2 y carbono. Gu Qishun et al. desarrollaron un catalizador HR-1 con un panal cerámico recubierto de alúmina activada como portador y un óxido compuesto de tierras raras como componente activo. Luego se añaden elementos de tierras raras para estabilizar la estructura del recubrimiento de alúmina, que es un buen catalizador de tres vías. En 2001, Han et al. prepararon nanomateriales de perovskita LaMnO3 utilizando este método y los cargaron en soportes de cordierita recubiertos con Al2O3 como catalizadores para purificar los gases de escape de los automóviles.
Se encontró que el componente activo nanocristalino tiene buena dispersión, tamaño de partícula pequeño, área de superficie específica grande y su eficiencia catalítica para los gases de escape de automóviles es mejor que la del catalizador preparado mediante el método de solución.
2.2.2 Estado actual de la investigación sobre catalizadores de metales preciosos
En vista del elevado precio y la escasez de recursos de los catalizadores de metales preciosos Pt y Rh, el Pd es un producto relativamente barato y Abundante metal precioso, que puede ser sustituido total o parcialmente por Pd Pt y Rh. Los investigadores nacionales han llevado a cabo investigaciones sobre el Pd como principal componente activo y están comprometidos a mejorar el proceso de preparación, agregar aditivos, reemplazar algunos metales preciosos por metales no nobles y reducir la cantidad de metales preciosos. Los promotores más comúnmente utilizados para catalizadores que contienen paladio son óxidos de tierras raras, óxidos de metales alcalinotérreos y óxidos de metales de transición. La investigación de Huang Chuanrong sobre la actividad y la estabilidad térmica del catalizador La-Co-Ce-Pd muestra que el enriquecimiento de elementos de tierras raras, La y Ce en la superficie del catalizador y la presencia de un recubrimiento de alúmina activada tienen efectos adversos sobre otros componentes activos. especialmente el metal precioso Pd desempeña el papel de dispersión, aislamiento y estabilización, dificultando la migración, la aglomeración y la pérdida del carbón, asegurando así una buena estabilidad térmica del catalizador. Guo Qinghua et al. agregaron Ce al recubrimiento intermedio que contenía catalizador de Pd. Ba también jugó un papel en la dispersión, aislamiento y estabilización de la estructura del componente de Pd, mejorando así la estabilidad térmica del catalizador. Además, se investigan catalizadores de rodio y plata. Aunque el catalizador de Pd soportado tiene una alta actividad catalítica y una buena actividad a baja temperatura, su resistencia a la sinterización y al envenenamiento por azufre es pobre, especialmente su rendimiento de purificación de óxidos de nitrógeno.
3 Composición estructural de los catalizadores de purificación de gases de escape de automóviles
Los catalizadores de automóviles se componen principalmente de cuatro partes: soporte, revestimiento de alta superficie específica, componentes activos y aditivos.
3.1 Vector
Los componentes catalíticamente activos solo pueden desempeñar un buen papel cuando se cargan en un soporte con una superficie específica alta, y la elección del soporte tiene un gran impacto en la actividad del catalizador. . Los primeros portadores eran partículas hechas de alúmina activada, silicato de magnesio y tierra de diatomeas. Tenían una gran superficie específica y eran fáciles de usar. Sin embargo, tenían desventajas como una gran caída de presión y capacidad calorífica, poca resistencia al calor y baja resistencia. y fácil rotura en la década de 1980, posteriormente fue reemplazado gradualmente por un soporte cerámico en forma de panal. El soporte cerámico en forma de panal, también conocido como soporte integral, está compuesto por muchos pequeños canales paralelos de paredes delgadas y tiene las ventajas de una pequeña resistencia al flujo de aire, una gran superficie geométrica y ningún desgaste. Los portadores de cordierita se utilizan ampliamente como portadores de catalizadores de escape de automóviles debido a su bajo coeficiente de expansión térmica y su excelente resistencia al choque térmico. En la actualidad, el 95% de los portadores de catalizadores de automóviles son cerámicas de cordierita alveolar, que tienen las ventajas de una fácil disponibilidad de materias primas, bajo costo y buen rendimiento general. Otro tipo de soporte integral es un soporte de aleación integral fabricado presionando una aleación de níquel-cromo, hierro-cromo-aluminio o hierro-molibdeno-tungsteno en una forma corrugada, que tiene una mayor estabilidad térmica que los soportes cerámicos en forma de panal. En la actualidad, este tipo de soporte metálico se utiliza principalmente en países como Japón y Estados Unidos que tienen requisitos estrictos sobre las emisiones de escape de los vehículos. El uso de soportes metálicos es muy útil para reducir la resistencia de los gases de escape de los automóviles, mejorar significativamente el rendimiento energético, aumentar la eficiencia de la purificación de los gases de escape y extender la vida útil del purificador.
3.2 Recubrimiento superficial de alta especificidad (también llamado segundo soporte)
El recubrimiento activo se adhiere a la superficie del soporte y su función es proporcionar una gran superficie para fijar objetos preciosos. metales u otros componentes catalíticos. El área superficial específica del soporte de cordierita es relativamente baja, generalmente sólo alrededor de 1 m 2 /g, por lo que se debe aplicar un recubrimiento con un área superficial específica alta. El material de recubrimiento suele ser γ-Al2O3, que tiene una gran capacidad de adsorción y una gran superficie específica. Sin embargo, se transformará en α-Al2O3 a altas temperaturas y la superficie específica disminuirá. Para suprimir la transformación de fase del Al2O3 se suelen añadir como aditivos elementos de tierras raras como Ce, La, Ba, Sr y Zr u óxidos de metales alcalinotérreos.
3.3 Componentes activos
Los componentes activos del catalizador de escape se pueden dividir en metales preciosos y metales no preciosos.
El platino, el rodio y el paladio son los metales preciosos más utilizados. El componente Pt en el catalizador desempeña principalmente el papel de oxidar CO y HC, y tiene cierta capacidad de reducción para NO, pero no es tan efectivo como Rh cuando la concentración de CO es alta o hay SO 2 presente. El componente Rh es el componente principal en la reducción catalítica de óxidos de nitrógeno, y el único producto de reducción N2 se obtiene en presencia de oxígeno. En condiciones anaeróbicas, el NH3 es el principal producto de reducción a bajas temperaturas y el N2 es el principal producto de reducción a altas temperaturas. Además, el Rh también desempeña un papel importante en la oxidación del CO y en la reacción de reformado con vapor de los hidrocarburos, y la forma del Rh resistente a los venenos es peor que la del Pt. El componente Pd se utiliza principalmente para convertir CO e hidrocarburos, tiene un efecto ligeramente pobre sobre los hidrocarburos saturados y tiene poca resistencia al envenenamiento por Pb y S. Es fácil de sinterizar a altas temperaturas y forma una aleación con plomo, pero tiene una alta estabilidad térmica y buenas propiedades de ignición. En el catalizador de tres vías de escape de un automóvil, las funciones de varios componentes están coordinadas entre sí. Los componentes activos de metales no nobles son principalmente óxidos de elementos de transición y sus óxidos compuestos de estructura de espinela y perovskita. Sin embargo, debido a la escasa resistencia al calor, la baja actividad y la alta temperatura de ignición de los óxidos de un solo componente, su uso es limitado y generalmente se utilizan fórmulas de múltiples componentes y técnicas de preparación adecuadas.
3.4 Equipos auxiliares
El aditivo en sí es un aditivo sin efecto catalítico o con muy baja actividad, lo que puede mejorar mucho la actividad, selectividad y vida del catalizador. CeO2 es el acelerador más importante para los catalizadores de purificación de gases de escape de automóviles. Sus funciones principales son: almacenar y liberar oxígeno; mejorar la dispersión de metales preciosos e inhibir la formación de soluciones sólidas inactivas entre partículas de metales preciosos y Al2O3; el catalizador; aumentar la estabilidad térmica del catalizador, etc. Summers y Olsen estudiaron la interacción entre el cerio y los metales preciosos.
En catalizadores de metales preciosos frescos de Pd y Pt soportados por Al2O3, la dispersión superficial de Pt disminuye con el aumento del contenido de CeO2. Sin embargo, la dispersión superficial del Pd es independiente de la carga de CeO2.
4 Dirección de desarrollo de catalizadores de purificación de gases de escape para automóviles
4.1 Conversión catalítica de óxidos de nitrógeno en condiciones de combustión pobre
Solo cuando la relación aire-combustible del motor es cercana con la relación estequiométrica (14,7/1) y cuando se utiliza gasolina sin plomo, el catalizador de tres vías de metal precioso puede purificar eficazmente los tres contaminantes CO, HC y NO HC. La purificación es incompleta. Pero cuando es superior a 14,7, está en la zona de combustión pobre, el contenido de oxígeno en los gases de escape es grande, pero el contenido de CO y HC es muy bajo. Este catalizador tiene alta oxidación y baja reducción y no puede reducir eficazmente los óxidos de nitrógeno. Por lo tanto, el desarrollo de un nuevo tipo de catalizador de purificación de gases de escape de vehículos en condiciones de combustión pobre se ha convertido en un tema de investigación. Una vez que el catalizador se haya investigado con éxito, se utilizará ampliamente en motores diésel y vehículos equipados con motores de gasolina pobre. Para los óxidos de nitrógeno que se han emitido a la atmósfera, especialmente en áreas con malas condiciones de difusión atmosférica como calles de cañones y túneles en las grandes ciudades, para reducir la concentración de óxidos de nitrógeno, algunas personas han propuesto utilizar la alta capacidad de oxidación y reducción de la fotocatálisis de TiO_2 Capacidad de mezclar TiO_2 en materiales de construcción, recubrirlo en las paredes exteriores de los edificios y luego convertir óxidos de nitrógeno en NO3- bajo las condiciones de O2 y H2O***, porque esto tiene cuatro coordinaciones El TiO 2 estructurado altamente activo El catalizador de tamiz molecular está impregnado de iones metálicos.
4.2 Desarrollo de catalizadores de metales no preciosos
Los catalizadores de tres vías de metales preciosos son actualmente catalizadores de purificación de gases de escape de automóviles populares. Sin embargo, los metales preciosos son caros, se envenenan fácilmente con plomo, azufre y fósforo, y también pueden causar contaminación secundaria al medio ambiente, como el gas N2O, que es uno de los principales gases de efecto invernadero. Por tanto, se ha convertido en una tendencia inevitable encontrar nuevos materiales catalíticos que sustituyan parcial o totalmente a los metales preciosos. El precio de los catalizadores de metales no nobles es mucho más bajo que el de los metales preciosos, pero su actividad catalítica es menor que la de los metales preciosos. Por lo tanto, es necesario convertirlos en estructuras especiales e interactuar con múltiples componentes metálicos para mejorar su actividad. En la actualidad, los elementos de tierras raras son los componentes activos más estudiados, pero dado que el rendimiento de los catalizadores de tierras raras no es tan bueno como el de los catalizadores de metales preciosos, como la actividad y la estabilidad, es necesario resolver muchos problemas técnicos. Los catalizadores de tierras raras incluyen principalmente el tipo perovskita, complejos especiales de lantano, complejos especiales de cerio, metales de tierras raras que contienen cobre y níquel y nitratos. En segundo lugar, los catalizadores basados en metales de transición, entre los cuales CuO, MnO2_2 y CO2_O3 tienen una mayor actividad de oxidación para el CO, NiO y cr2o_3 tienen una mejor actividad de reducción para los óxidos de nitrógeno. Por lo tanto, se debe utilizar una fórmula compuesta para preparar el catalizador de tres vías.
5 problemas y soluciones actuales
El uso de catalizadores para purificar los gases de escape de los automóviles ha mejorado efectivamente la contaminación de los gases de escape a la atmósfera, pero en la práctica también se han expuesto muchos problemas que deben abordarse. explorado más a fondo.
(1) Tasa de conversión catalítica: en la actualidad, la mayoría de los catalizadores tienen una buena actividad a alta temperatura pero una actividad deficiente a baja temperatura, lo que inhibe en gran medida su rendimiento.
(2) Fallo del catalizador: incluidos el fallo térmico y el fallo por envenenamiento, los catalizadores de escape de los automóviles no se han solucionado adecuadamente hasta el momento. La degradación térmica del catalizador a altas temperaturas y el envenenamiento con azufre, fósforo y plomo acortan considerablemente la vida útil del catalizador.
(3) Problema de arranque en frío: entre el 60% y el 80% de los gases tóxicos en los gases de escape de los automóviles se producen dos minutos después del arranque en frío. Para tratar eficazmente los gases de escape en esta etapa, debemos comenzar mejorando la actividad del catalizador a baja temperatura y mejorar la conversión catalítica a baja temperatura de los gases de escape.
(4) Costo: Actualmente, los catalizadores ampliamente utilizados en automóviles son en su mayoría metales preciosos o metales preciosos dopados con otros óxidos metálicos, y sus costos siguen siendo relativamente altos.
En la actualidad, los catalizadores prácticos para la purificación de gases de escape no son más que catalizadores de metales preciosos (catalizadores de oxidación y catalizadores de tres vías) y catalizadores de tierras raras. En la actualidad, los catalizadores de metales preciosos no reúnen las condiciones para ser promovidos y utilizados en mi país, principalmente porque son relativamente costosos y requieren el uso de gasolina sin plomo y los correspondientes sistemas de inyección de combustible controlados electrónicamente y otras modificaciones de la tecnología automotriz. La práctica ha demostrado que los catalizadores de tierras raras tienen buenos efectos de purificación de CO y HC, tienen una fuerte resistencia al envenenamiento por plomo y pueden cumplir con los estándares de emisiones de automóviles existentes. En particular, los recursos de tierras raras de China son extremadamente abundantes y baratos, lo que los convierte en el catalizador preferido adecuado para las condiciones nacionales de China en esta etapa. Por lo tanto, es imperativo llevar a cabo investigaciones sobre catalizadores de purificación de gases de escape con metales de tierras raras como componentes principales y una pequeña cantidad de metales preciosos o metales de transición añadidos, y las perspectivas son amplias. La atención debe centrarse en lograr avances en los tres aspectos siguientes:
(1) Utilizar los principios de la química combinatoria para diseñar el catalizador con la mejor actividad catalítica, desarrollar nuevos materiales y mejorar la tasa de utilización de metales preciosos. rieles.
(2) Desarrollar un catalizador de tres vías utilizando minerales arcillosos como portador para mejorar la resistencia a altas temperaturas del catalizador y al mismo tiempo reducir los costos de producción y allanar el camino para la industrialización de purificadores catalíticos.
(3) Investigar sistemas de materiales catalíticos de metales no nobles con vistas a sustituir parcial o totalmente los catalizadores de metales preciosos.
6 Conclusión
Con el rápido desarrollo de la industria del automóvil, la contaminación ambiental causada por los gases de escape de los automóviles se está volviendo cada vez más grave. Países de todo el mundo han formulado estrictas normas sobre emisiones de gases de escape de vehículos y adoptado catalizadores de purificación de gases de escape de vehículos, que han reducido en gran medida la contaminación del aire urbano.
Sin embargo, los catalizadores de metales preciosos son caros y tienen condiciones de aplicación limitadas. Por lo tanto, el desarrollo de catalizadores y catalizadores de metales no preciosos utilizados en condiciones de combustión pobre se ha convertido en un punto de investigación actual. Las perspectivas de desarrollo de los catalizadores de purificación de gases de escape de automóviles son muy amplias.