汽车尾气微波净化催化剂制造技术

一种汽车尾气净化催化剂，适用于汽车尾气的微波净化，其特征在于：增加介电常数较高、具有中等吸波能力、耐热冲击、耐高温氧化、耐酸腐蚀的集波材料作为微波载体，其加入量占催化剂总量的５％～５０％，该种载体选择ＳｉＣ。本发明专利技术转化率高，成本低，能在很宽的空燃比范围内同时净化ＨＣ、ＮＯ和ＣＯ，并能在发动机冷启动２０秒后高效净化ＨＣ和ＣＯ。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及环境保护课题，特别提供了一种汽车尾气微波净化处理催化剂。环境污染与防治是世界瞩目的课题，因此，作为大气污染的主要来源之一，汽车尾气的无害化处理变得尤为重要。催化、净化技术是目前国际上应用最广的汽车尾气净化技术。以贵金属(Pt，Pd，Rh)为主要催化活性组元的三效催化净化剂，能在理论空燃比附近很窄范围内(＜±0.3)同时高效净化NO、CO和HC，净化效果达到现行标准，代表当前催化净化技术的最高水平。但是由于下述两方面的原因，这种技术应用范围仅限于美、日等发达国家。第一，三效净化的实现要求空燃比严格控制在14.6附近很窄的范围，因而对发动机的燃烧系统和控制系统有很高的要求，实际上增加了汽车成本。第二，三效催化剂必须使用资源稀少的Pt、Rh、Pd等贵金属，大大提高了催化剂成本。对消除NO起关键作用的金属铑(Rh)资源尤为稀少，估计全球储量在几百吨量级，主要产于南非(2/3)和俄罗期(1/3)，随着三效催化净化器在西方发达国家的广泛使用，铑和铂的用量急速增长，据统计，1991年用于汽车尾气净化的Pt和Rh用量分别达到全球总需求的37％和87％。销售额分别达到18亿美元，折算到每辆小汽车，平均需用30美元的铑和40美元的铂，累计每台车耗用70美元的贵金属，尽管这已是近十向年来较低的价格，也令十多年前的美国用户昨舌，更何况现今的发展中国家了。为降低成本，人们曾试图用廉价金属或稀土氧化物替代贵金属，但无论是净化效果、寿命、还是抗毒性等方面都无法与贵金属三效催化剂竞争，无法满足高标准排放要求。发展至今，下述两个技术方面的因素，将令现今的三效催化技术面临重大困难，甚至彻底失效的局面。第一.从七十年代初美国率先开始实行汽车尾气强制性排放法规以来，排放标堆已多次提高。前几轮的提高促进了三效催化净化技术的发展和广泛应用，而新一轮标准(将于2004年执行)，又使这种技术继续发展的前途变得十分困难。按美国颁布的2004年排放标准，至2004年CO、NO、HC排放量分别要从现在的3.4g/英里、1.2g/英里、0.41g/英里降至1.7g/英里、0.2g/英里、0.125g/英里，寿命从现在的5万英里延长至10万英里，催化剂闪点(light-off发动机冷启动时，催化剂正常发挥作用的时间)从现在的100秒以上降至20秒，以控制冷启动时CO、HC的大量排放，在不到十年时间内要求取得如此大的进展，对于已有二十多年发展历史，工艺和技术已相当成熟的三效催化净化技术来说，无疑有很大的难度。从发动机出口到催化净化器入口的尾气温度一般在400～600℃。发动机冷启动后，尾气将三效催化剂加热到最低工作温度(150～300℃)至少需100秒以上的时间。而在这段时间里至少有50％以上的高浓度HC和CO得不到净化就排入大气。因此在冷启动后100秒这一时段，是三效催化技术消除CO和HC最困难的工作时段。换言之，新排放标准将″闪点″从100秒缩短至20秒，无疑将使三效催化净化技术面临严峻的挑战，也自然成为汽车尾气净化技术发展所必须解决的一个重要问题。近十年来，国外就如何缩短″闪点″至20秒进行了多方面的努力。提出了诸如电加热催化剂、移动三效催化剂床到发动机出口、在发动机出口处增加一个高温氧化型催化转化器、或增加一个吸附储存器等多种方案。但由于蜂窝状载体材质选材困难、催化剂高温稳定性差、占用过多空间及增加成本等多种因素，使上述方案都未能在缩短″闪点″方面得到实际应用。第二.如果将发动机的空燃比从14.6提高到18～23，可获得节油10～15％、NO生成量降低约50％的效果，这对于节能和环境保护无疑具有重要意义。从80年代中期以来，这种高空燃比发动机(也称贫油发动机)技术相继被日本、德国、美国的著名汽车公司采用，成为内燃发动机发展的主要趋势。由于这种发动机的工作空燃比大大超出了现有三效催化剂的工作范围(14.6±0.3)，NO几乎得不到净化，三效功能随之彻底失效。如何在富氧条件下，高效地消除NO，使其达到新的排放标准，从而保证这种新型贫油发动机的广泛应用，理所当然地成为当今汽车尾气净化技术研究与发展必须解决的另一个重要问题。八十年代后期以来，西方发达国家把解决这一问题的重点放在开发新型催化剂上取得了许多进展，研制出Cu-ZSM-5、Pt-ZSM-5、YBCO及SrMaCaO3等几类能在富氧条件下对NO进行选择性还原或分解的催化剂。但都存在NO净化效果差(＜50％)，受空速、H2O、SO2影响程度大和催化剂寿命短等问题，远不能满足实用要求。一般而言，NO的净化不外乎是通过NO的直接分解和HC、CO及H2对NO的选择性还原过程来实现的。过量氧的存在之所以限制NO的净化，主要原因在于O2对HC、CO和H2的氧化能力远强于NO的氧化能力(约高105倍！)。大量氧将首先消耗掉尾气中的HC、CO，从而破坏了NO选择性还原的反应条件。因此，除继续寻找新型催化剂来强化NO的选择还原能力外，采用新的催化技术对NO进行强活化，实现NO的直接分解或者使NO形成具有强氧化能力的活性状态，增强NO对HC和CO氧化的竞争力，应是实现富氧气氛下高效净化NO的另一个努力方向。由于微波对高稳定性小分子具有特殊的强活化能力，同时基于微波加热的快速性，美国FORD公司与加拿大皇后大学合作于93年在国际上首先开展了微波催化处理汽车尾气的实验室原理研究，由于所采用的催化剂对微波能的利用率太低(如Pt/Cordierite或Pd/Cordierite催化剂对微波利用率＜30％)，难以充分发挥微波催化效果，故至95年9月底也未取得令人满意的结果(只比常规处理提高5％左右)。本专利技术的目的在于提供一种可适用微波净化处理尾气的催化剂，其转化率高，成本低，能在很宽的空燃比范围内同时净化HC、NO和CO，并能在发动机冷启动20秒后高效净化HC和CO。本专利技术提供了一种汽车尾气净化催化剂，适用于汽车尾气的微波净化，其特征在于增加介电常数较高、具有中等吸波能力、耐热冲击、耐高温氧化、耐酸腐蚀的集波材料作为微波载体，其加入量占催化剂总量的5％～50％，该种载体选择为SiC。适用于本专利技术的催化剂可以为金属离子交换型分子筛，变价金属氧化物，钙钛矿结构陶瓷，铁电陶瓷等廉价催化剂及贵金属催化剂。由于微波具有快速整体加热的特点，本专利技术可使催化剂作用时间从100S以上缩短至20秒内。不仅如此，本专利技术还提出了一种新的微波催化机制，即提供了一种微波催化载体，其对微波能具有高度集累并转化移给活性组元的能力，即提高微波能的利用率，充分发挥微波催化效果，从而高度强活化NO、HC，提高NO选择性还原和NO直接分解的能力。本专利技术相对于现有三效催化净化技术具有如下优点1.对NO、HC、CO等有很强的活化能力，因而可在更宽的空燃比范围，甚至在18以上的高空燃比条件下对CO、NO和HC实现高效净化。2.能高效净化汽车启动时排放的高浓度CO、HC废气。3.能减少贵金属催化剂用量，甚至实现廉价催化剂替代，大幅度降低催化剂成本。4.有较强的抗Pb、S、P毒化的能力，有助于催化剂寿命的延长。随着汽车尾气排放标准的不断提高和新型贫油发动机技术的采用，上述特点，从技术角度为微波催化替代现有催化净化技术提供了市场需求。而用于尾气净化的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车尾气净化催化剂，适用于汽车尾气的微波净化，其特征在于：增加介电常数较高、具有中等吸波能力、耐热冲击、耐高温氧化、耐酸腐蚀的集波材料作为微波载体，其加入量占催化剂总量的５％～５０％，该种载体选择为ＳｉＣ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽华，张劲松，杨永进，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]