用于汽車廢氣處理的鐵催化劑研究

YasunariHanakietal. SAE 2016-01-0930.

編譯：朱會

隨著排放法規(guī)的嚴(yán)格和世界汽車產(chǎn)量的增加，貴金屬的使用量也在增加。最小化廢氣催化劑中貴金屬的使用量不僅能夠降低車輛的成本，而且能夠提高對稀缺資源的利用率。而鐵是貴金屬的替代材料，因此開發(fā)了一種代替貴金屬催化劑的鐵催化劑，該催化劑被鐵元素激活成低氧化狀態(tài)，而納米級別的氧化態(tài)鐵和氧化態(tài)鈰能夠同步運(yùn)動，使高度分散的鐵和二氧化鈰顆粒更好地接觸，提高了催化劑的廢氣凈化性能。鐵催化劑降解是鐵氧化物與氧化鋁反應(yīng)形成鋁酸鹽的過程。為了確定催化劑的吸氧/放氧特性，對催化劑進(jìn)行還原和氧化，通過原位X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)光譜（XANES）分析氧化鐵和氧化鈰的結(jié)構(gòu)變化。在有0.2g催化劑的氣流反應(yīng)器中進(jìn)行CO氧化反應(yīng)試驗。首先，將催化劑在500℃、氧含量為10%的條件下預(yù)處理30min。冷卻后將制備的CO含量為0.4%、O2含量為0.2%、剩余為氦氣的反應(yīng)氣體以50mL/min的流速注入裝置入口處，并將溫度從10℃升高到450℃，升溫速率為5℃/min。之后，分別將由6%CO和94%He的氣體以及3%O2和97%He組成的混合氣體以50mL/min流速交替并重復(fù)地輸入反應(yīng)器中，持續(xù)5min。利用日本的Spring-8同步加速器輻射設(shè)備對排氣口處的氣體組分進(jìn)行分析。測試結(jié)果表明，該催化劑能夠在減少廢氣排放的同時降低貴金屬消耗，且其老化后仍具有比貴金屬催化劑更高的廢氣凈化性能和熱降解特性。同時發(fā)現(xiàn)，在新開發(fā)的鐵催化劑中加入少量的銠能顯著降低貴金屬的使用量。