袁艷婷

摘 要：目前國民經(jīng)濟不斷提高，汽車的使用量逐漸增加，與此同時汽車尾氣排放帶來的環(huán)境污染問題也越來越嚴重。因此，目前迫切解決的是汽車尾氣排放的問題。本文介紹了汽車尾氣凈化載體的特點與種類，并比較它們之間的優(yōu)缺點及未來的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：汽車尾氣；凈化；催化劑載體

引言

隨著我國經(jīng)濟社會持續(xù)快速發(fā)展，國民生活水平不斷地提高，汽車的使用量也不斷上升。截止2017年底6月底，全國汽車保有量達2.05億輛，與2016年相比增加了938萬輛，增加了3.18%。汽車保有量地不斷增長，隨之帶來的是汽車尾氣排放日益嚴重。汽車尾氣由100多種物質(zhì)組成，其中最主要的污染物有：一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、碳煙顆粒物等[1]。這些污染物不僅對環(huán)境造成嚴重的影響，而且對人類的身體造成極大的傷害。

由于人類賴以生存的自然環(huán)境受到汽車尾氣的污染，針對嚴峻的環(huán)境問題，對于尾氣的處理問題，發(fā)達國家制定了一系列相應的排放法規(guī)，形成了以美國，歐洲和日為代表的三大汽車排放法規(guī)。中國在歐洲排放法規(guī)的基礎上形成了自己的排放法規(guī)，并在全國各地已經(jīng)開始采用國Ⅳ、國Ⅴ標準。

為使汽車尾氣排放達到相應的排放標準，對于汽車尾氣治理，目前大多數(shù)國家采用的是尾氣凈化催化裝置。尾氣凈化裝置的原理是：汽車尾氣通過凈化裝置使有害氣體變成無害氣體。因此需要用大量的催化載體，載體的性能也直接影響催化劑的性能，從而會影響尾氣凈化效果。

1.催化劑載體應具備的條件

汽車燃油燒燒后排出氣體的溫度一般在300～500℃之間，這樣催化劑載體通常需要再冷熱交替狀態(tài)下工作，而且汽車總體運行工況是復雜多變的，所以催化劑載體應具備足夠的機械性能，良好的耐沖擊性能與導熱能力，適當?shù)目障督Y(jié)構(gòu)和空隙率，較低的熱膨脹系數(shù)，較大的比表面積，與催化劑不反應，且低成本的特點。

2.汽車催化劑載體的分類及現(xiàn)狀

目前汽車尾氣后處理裝置所使用的催化劑載體的種類比較多，主要有多孔陶瓷載體和金屬陶瓷載體。

2.1多孔陶瓷載體

目前不管是國外還是國內(nèi)，汽車尾氣催化劑載體材料使用最多的就是多孔陶瓷。陶瓷載體主要分以下幾種：

（1）堇青石多孔陶瓷載體

堇青石（2MgO·2Al2O3·5SiO2））載體具有優(yōu)良的抗熱震性能，良好的吸附性能，較高的機械強度，且燒結(jié)溫度較低的特點而被廣泛使用[2-3]。堇青石載體采用擠出成型，微波干燥，高溫燒結(jié)的工藝。1972年，美國康寧公司通過擠壓成型技術首先開發(fā)了具有低熱膨脹系數(shù)的堇青石蜂窩陶瓷載體，其制備的蜂窩陶瓷凈化器應用到各種車型上。1979年，美國康寧公司又接著推出更高性能的蜂窩陶瓷載體。1996年，日本 HONDA 公司就已經(jīng)生產(chǎn)出了 600 孔/平方英寸的產(chǎn)品[4-5]。目前對于堇青石蜂窩陶瓷載體的研究集中在通過各種方法來降低蜂窩陶瓷的熱膨脹系數(shù)和增加單位面積孔的數(shù)目，具體方法如：原料選用片狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的高嶺土，通過高嶺土在堇青石蜂窩陶瓷的定向排位 來降低堇青石的熱膨脹系數(shù)；引入一部分高純的無定形的SiO2 來降低堇青石蜂窩陶瓷的熱膨脹系數(shù)等。

（1）SIC多孔陶瓷載體

與堇青石多孔陶瓷載體相比，SIC載體的機械性能，耐腐蝕，耐高溫性能遠遠高于堇青石，但是SIC燒結(jié)溫度更高，一般的燒結(jié)溫度需要再2200℃左右進行，所以對載體制備的燒結(jié)難度過大。但是由于更優(yōu)的性能，SIC多孔陶瓷載體有很好的應用前景，近年來受到很大的關注。

2.2 金屬載體

在80年代，隨著對于載體的深入研究，金屬載體逐漸出現(xiàn)。金屬載體具有更高的空隙率且導熱系數(shù)大，機械強度高等特點，比目前的蜂窩陶瓷載體更有優(yōu)勢，在未來會有更好的發(fā)展前景。目前可用作汽車尾氣凈化器的金屬載體材料主要是Fe- Cr- Al、Ni- Cr、Fe- Mo- W等3類合金。從加工性能和經(jīng)濟價值等方面考慮Fe- Cr- Al被認為是最具應用前景的一類，因此金屬載體的研究也主要圍繞Fe- Cr- Al而進行。

2.3 其他載體

2.3.1 顆粒型載體

在汽車尾氣凈化催化裝置開始使用初期，顆粒型載體是最早使用的形式。顆粒型載體是由多個直徑為3-4mm的活性氧化鋁（r-Al2O2 ）小球堆積而成。這種載體具有比表面積大，價格便宜，裝填容易，在使用初期被廣泛使用，但是由于但這種載體的孔結(jié)構(gòu)在縱向上沒有連續(xù)不受阻擋的流動通道"因此會導致發(fā)動機排氣阻力和背壓大&油耗上升&功率下降，且容易使活性氧化鋁活性氧化鋁（r-Al2O2）變成無活性（r-Al2O2）等缺點，現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰。

2.3.2 活性炭載體

活性炭載體具有很好的比表面積，較高的孔隙率且孔結(jié)構(gòu)良好，但是活性炭載體的抗沖擊性能差，機械強度弱，所以應用效果不佳。

2.3.3玻璃纖維載體

玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機非金屬材料，以葉蠟石、石英砂、石灰石等天然無機非金屬礦石為原料，按一定的配方經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡紗等數(shù)道工藝秘制而成，具有質(zhì)輕、強度高、耐高溫、耐腐蝕、隔熱、電絕緣性能好等性能[6]。因玻璃纖維的這些優(yōu)良性質(zhì)，所以也應用在汽車尾氣凈化載體中。

2.3.4 陶瓷纖維載體

多孔陶瓷纖維是一種纖維狀的輕質(zhì)的耐火材料，所以由陶瓷纖維制備的載體具有質(zhì)輕，耐高溫，耐腐蝕性好，比表面大，使用壽命長，且三維貫通氣孔等優(yōu)點。但由于受到陶瓷纖維的長度和編制性能的影響，導致三維編制技術高，從而使價格比較昂貴[7].

3 總結(jié)

隨著汽車行業(yè)越來越發(fā)達，尾氣排放越來越嚴重導致全球環(huán)境狀況日益嚴重，人民愛護環(huán)境、保護環(huán)境的意識越來越強烈，隨著而來的汽車尾氣排放法規(guī)也會越來越嚴格。所以在未來很長一段時間，汽車尾氣凈化裝置也一定會是研究的重點。人們的注重點也會傾向于改善催化載體性能的提高，降低催化劑價格，延長載體的使用壽命，相信在不久的將來，環(huán)境問題會得到很好的改善，人們的身體健康也會得到更有力的保護。

參考文獻：

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