什么是汽车废气净化?

[拼音]：qiche feiqi jinghua

[外文]：purification of automobile exhaust gas

将汽车废气中的有害成分转化成无害的物质。

汽车排出的废气含有碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、硫氧化物、铅化合物、苯并（a）芘等。对大气造成污染的主要是一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物三种气体。汽车废气净化包括机内净化和机外净化两个方面。机内净化主要是使排出的部分废气再次燃烧，以减少废气中的有害物质。机外净化主要是采用催化净化法。

汽车废气催化净化技术的研究开始于20世纪50年代。1943年9月美国洛杉矶发生光化学烟雾事件，使当地居民和动植物受到很大危害。1951年美国的A.J.哈根查明光化学烟雾是由于汽车废气发生光化学反应造成的，于是人们开始研究汽车废气催化净化技术，创制了催化净化器。

催化净化器一般都安装在汽车底盘上，与内燃机的排气系统连结在一起。从内燃机排出的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等废气通过净化器的催化剂床，便转化为二氧化碳、氮和水。

催化净化有多种方法：

（1）催化氧化法(一段净化法)，采用一段氧化型催化剂床，使废气中的一氧化碳和碳氢化合物完全氧化成二氧化碳和水。这种方法不能除去氮氧化物。

（2）催化氧化-还原法（二段净化法），汽车废气通过第一段的还原型催化剂床，使氮氧化物还原成氮，然后通过第二段氧化型催化剂床，使一氧化碳和碳氢化合物氧化成二氧化碳和水。这种方法可除去汽车废气中的一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物。但是，氮氧化物经过第一段还原型催化剂床被还原成氨(NH3)，进入第二段氧化型催化剂床，氨又有一部分被氧化成氮氧化物，这就降低了氮氧化物的净化率。此外，由于增加了一段催化剂床，因而阻力增大，燃料消耗增加，加速效应降低。

（3）三元催化净化法，这种方法是采用对一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物都有催化作用的催化剂。当汽车、内燃机在空气与燃料比（称空燃比）严格调整到化学计量值14.7±0.1的条件下运转时，这种方法具有较高的净化效率（见图，图中虚线是由NOx转化生成的NH3的百分率）。采用这种方法的净化器需要附加一套精密的空燃比控制系统。

汽车废气催化净化的关键是选择一种性能优良的催化剂。汽车废气净化使用的催化剂不同于化学工业生产使用的催化剂。汽车排出的废气浓度、流量和温度，是随着汽车的运转状态变化的，所以要求催化剂具备下列特性：低温（200℃以下）活性好，高温(800℃以上)热稳定性好，耐中毒性好（汽油中含有可引起催化剂中毒的铅、硫、磷、锌等），使用寿命长和不造成二次污染等。常用的催化剂大致可分为三类：

（1）贵金属类，如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)和钌(Ru)等。这类催化剂价格昂贵，资源稀少，耐铅中毒性较差，但催化活性高，使用寿命长。

（2）非贵金属类，如铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、锰(Mn)、钴(Co)、钒(V)、铁(Fe)、钛(Ti)、锆（Zr）及稀土类和碱土类金属的氧化物。这类催化剂虽然资源丰富，价格低廉，但是高温稳定性和耐中毒性差。

（3）多元金属类，如Cu-Ni（Monol合金）、Ni-Cr-Fe（Inconel合金）、Cu-Cr-Ni合金等。

由于汽车废气的复杂条件，任何单一组分的催化剂都难以完成催化净化的作用，目前催化剂正向微量贵金属的多组分的方向发展。另外，正在研制含有稀土元素的钙钛矿结构 ABO3型或类似尖晶石结构A2BO4型的新型催化剂。

催化剂的活性组分一般都涂在载体上。汽车废气净化催化剂要求载体有下列性能：

（1）具有较大的比表面积，一般应有50～350米2／克；

（2）能耐高温，在汽车废气温度达800℃以上时不熔融；

（3）有较高的机械强度和一定的导热性等。

汽车安装催化器后，加速时间会延后0.2～0.6秒;在高速全负荷行驶时，发动机的功率约降低10％左右；油耗约增大 5～10％。在进一步研究催化净化技术的同时，改进发动机的结构和改用无污染燃料等试验也在进行。