论摩托车尾气净化器的开发和应用

摘　要：摩托车排放大量的有害气体对环境造成了严重的污染，进而使得人们的身心健康也受到严重的危害。因此，摩托车尾气的排放是目前亟须解决的问题。本文从净化器的构成、载体、催化剂这几个方面对摩托车尾气净化器的开发和应用进行了分析。

关键词：摩托车；尾气；净化器
净化器的构成
　　尾气净化器一般结构是涂有贵金属催化剂的金属蜂窝载体。工作原理是当高温尾气通过净化器时，HC,CO 和颗粒物在催化剂和高温的作用下和氧气发生化学反应成为无毒的水和二氧化碳。一般情况下，为了进一步扩充净化器的表面积，还要把活性——氧化铝被薄薄的覆盖上面。然后再在上面覆一层催化剂，此催化剂要能够使有机气体燃烧后产生水和二氧化碳，并且能够分解NOX。然后再加上不锈钢的外壳，用密封材料将其间隙填充好，然后一个尾气净化器就构成了。尾气净化器直接和发动机排气馆相连接，经净化处理后的燃烧室排放的高浓度CO、HC、NOX废气的含量明显降低，在规定的允许值的范围内。
　　有的比较先进的净化器中，过高温的反馈报警探头还附在其中，甚至氧离子探测器有的还附有，主要对电子控制部分反馈控制发动机燃烧室的燃料空燃比。
二、载体
    摩托车尾气净化器内部骨架载体材质应该具有以下的特点：（1）机械强度较高；（2）单位质量有较大的比表面积；（3）具有优良的耐热性和耐热冲击性是构造材必须具有的；（4）结合强度要高，以便有利于催化剂的分散和固定；（5）为了其能够尽快的达到催化剂工作温度，其热容量应小；（6）在保证净化效率的前提下，提高发动机的工作效率，通气阻力越小越好。
　　载体材质的选用应根据综合指标选择。有人试以铁一铬一铝合金制成蜂窝状净化器骨架载体，以解决排气温度超过850℃时，陶瓷载体容易开裂的问题。但此材质高温抗氧化性较差、使用寿命短，载接触媒的性能较差，而且由季热容量大，不利于很快地达到催化剂的工作温度。但这是一种很有前景的材质，不应限于铁、铬、铝系列，还应扩大优选范围。如若排气温度高，可考虑多层的复合载体结构，第一层为多元素合金的载体催化反应层，第二层、第三层等仍采用堇青石质或——氧化铝载体催化反应层。另外，为了降低排气温度，应从发动机构造和材质研究上着手。发动机的效率是由燃烧室的最高温度和排气的温度差所决定，故若能提高发动机的压缩比，便既能降低燃料消耗，又能降低排气的温度，且可装配陶瓷质载体的尾气净化器，这是治本之举。
　　尾气后处理系统载体的主要形式包括陶瓷蜂窝载体、金属蜂窝载体，以及用于柴油机的各种形式的颗粒物捕集器(DPF)等。陶瓷蜂窝载体主要用在汽油机三效催化转化器，柴油机氧化催化型转化器(DOC)，以及柴油机选择性催化还原系统(SCR)。金属蜂窝载体主要用于柴油机分流式颗粒物过滤器(POC)、选择性催化还原装置(SCR)、摩托车用三效催化转化器。DPF主要使用堇青石、碳化硅或钛酸铝等材料。随着机动车排放法规的越趋严格，载体研究趋向于薄壁和高孔密度载体方向发展。
　　目前常用的两种陶瓷载体分别是：（1）比表面积为50~80㎡/g的——氧化铝粒状载体，能耐1000~1100℃的高温；（2）堇青石质蜂窝状载体上，覆一层薄薄的——氧化铝，扩充了其比表面积，这样的载体具有非常优异的性能。
三、催化剂
　　催化剂应具备以下功能：（1）小细孔结构；（2）活性物质的分散和固定化(提高活性、选择性、耐久性)；（3）提高导热性；（4）增加机械强度。
（一）金属催化剂的调制和被覆
　　催化剂的调制过程和被覆于载体的工艺过程和方法不同，其性能相差也很大。例如，为净化加铅汽油，可在Pt-Al2O3催化剂的调制过程中，改变氯铂酸浸渍液中柠檬酸的添加量，这样就能获得蛋壳型、蛋白型、蛋黄型三种不同类型的催化剂，蛋白型催化剂耐久性最好。
　　另外，与氧化铝表面反应性强的溴铂酸水溶液，在500℃下进行热分解，pH值为2.7时，铂吸附于载体，然后又在氟酸共存的氯化钯水溶液中吸附耙，这样便得到铂附载于表层，把又附载于更外层的复合催化剂。该催化剂的耐铅、硫、磷中毒的特性，以及耐热性均比二组分表层附载催化剂、逆层状附载催化剂性能优良。
（二）非金属和金属、非金属复合型催化剂
　　前面所介绍的Pt-Al2O3和Pt一堇青石催化剂便是复合型，国内也成功地研制了活性氧化物一稀土催化剂。目前，美国茵固尔哈尔德开发了能大幅度削减汽车排气中所含有害成分的新型触媒装置(以沸石为主的吸附剂)。该触媒能在发动机启动后，触媒机能最高的数分钟内，大量吸附排气中的有害成分，然后逐渐氧化分解。此外，它还具有结构简单、成本低廉的特点。沸石因吹管焰烧之熔融膨胀，发生泡沸现象而得名。沸石矿物有三十多种，通过水热反应也能够合成人工沸石矿物。我们曾做过合成方沸石的试验，首先从方沸石的理论化学组成出发，分别计算出氧化物或碳酸盐所占重量比例，把所定水量和各化学纯试剂按比例称量配合，实际合成时应考虑到水分的少量逸散，可增加20%左右的引入量，然后在水热反应装置中合成，合成温度400℃左右。合成时通入CO:和O2气，当达到高气压后，持续6h。合成后的人工矿物经X射线分析，已生成较多的方沸石。
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