余热锅炉|GGH换热器|废热锅炉|烟气余热回收器|高温换热器|ORC低温余热发电|全焊接板式换热器|气气换热器|脱硫脱硝
汽车尾气催化剂以稀土和铂、钯等贵金属为原材料，分氧化型催化剂和三元催化剂两大类，是技术密集型产品。
一、概述
汽车尾气污染已逐渐成为我国大中城市的主要污染源之一，并引起了各级政府的重视，治理汽车尾气的各种法律法规相继出台，为汽车尾气催化净化技术开发和推广提供了广阔空间。
汽车本身是个复杂庞大的系统工程，按照动力方式简单划分为汽油车和柴油车，其燃油产生的尾气有极大的不同。汽油车燃油产生的尾气是一氧化碳，碳氢化合物和氮氧化合物;而柴油车燃油产生的主要是烟炭粒子。前者是缺氧燃烧，后者是富氧燃烧。因此，治理的内容和方式是完全不同的。就前者汽油车发动机工作燃油产生的尾气，国际上按发动机燃油工作产生的不同部位不同名目对应尾气研制的治理装置已经有300余件种。而对柴油发动机汽车燃油产生的烟炭粒子治理装置目前世界上仅有一件，是由美国人研制的“烟炭粒子捕集器”。该装置治理效果很好，它的滤芯是用近纳米级的堇青石制作的，结构复杂，壁薄仅有0.4~0.6毫米，透气性很好，类似于透气不透水的宜兴紫砂壶壁，只透油气混合汽，不透烟炭粒子。每只2000美元，价格昂贵，且清理困难，需要专业人员用特制工具清理，清理价格也不菲。而且工作时间短，满负荷8小时就会积满烟炭粒子，堵塞孔道，无法工作。只有更换清理再安装才能重新工作。所以，至今无法推广。
目前真正冶理汽车尾气长久有效的产品是“汽车前置多元催化器”。前置多元催化器寿命长，可保用15万公里，有效降低尾气60%~90%，巧妙利用发动机自然产生的吸力，将产品的活性气体吸入气缸加快燃烧反应，提高燃烧率，达到大幅减少有害废气的产生，提升动力，节省燃油，清理积碳，降低噪音等效果。汽车前置多元催化器是应用多种稀有贵金属，通过特殊的工艺制作流程，制成催化母粒装入催化装置，利用汽车发动机自然产生的负压，将催化气体引入发动机参与燃烧，使气缸内燃料充分燃烧率接近完美峰值，从源头上减少汽车废气产生，达到尾气净化效果，可在节省燃料消耗的前提下大幅度提高发动机输出功率，成为********的优质产品。
汽车尾气催化剂以稀土和铂、钯等贵金属为原材料，分氧化型催化剂和三元催化剂两大类，是技术密集型产品。在国内，一方面由于尾气催化剂产业起步较晚，缺少关键技术，产品层次低下。另一方面，由于国内汽车行业存在不正当竞争，少数实力较弱的汽车生产商为降低成本，采用了不合格的尾气催化剂。而有关部门对尾气净化市场缺乏严格监管和必要的处罚，致使假冒伪劣产品难以杜绝，也是尾气超标的一个原因。
汽车尾气净化催化剂是控制汽车尾气排放减少污染的最有效手段。汽车尾气净化催化剂有多种，早期使用普通金属Cu、Cr、Ni，催化活性差、起燃温度高、易中毒，后来用的贵金属Pt、Pd、Rh等作催化剂具有活性高、寿命长、净化效果好等优点，但由于贵金属价格昂贵，很难推广。
二、国外进展
Catalytic Solution公司(CSI)开发了用于控制汽车排放污染的新型陶瓷氧化物催化剂，这种催化剂采用完全不同的设计途径制造，它含有几种金属和非贵金属氧化物的混合物，大多来自非贵金属的尖晶石和钙钛矿，其使用的贵金属比常规汽车排放控制催化剂减少50%~80%。CSI从属于丰田和通用汽车公司，本田汽车公司已将CSI技术应用于2002年款轿车车型中，通用汽车公司也将于2005年采用，该公司的GM汽车可望使用25万台以上。CSI还与福特汽车公司签约在福特汽车上试用该催化剂。此外，CSI还投资了2960万美元用于开发控制燃气轮机的NOX排放污染的催化剂。
日本原子能研究所称，他们使用一种名为"钙钛矿"的物质作为催化剂，有效防止了颗粒结块现象。含有少量钯的新型催化剂，在发动机产生的废气中工作100多个小时后仍能保持较强的催化能力，且物质微粒没有结块。普通含钯的氧化铝催化剂，在同样情况下催化能力会下降10%。据称，这种催化材料可以将汽车废气转换器里的贵金属用量减少70%~90%。由于贵金属的提取过程会产生大量污染物，新材料不仅有利于降低成本，也有利于保护环境。
俄罗斯科学院物理化学研究所将氧化铝与钴、铜、锰、镁、锌等金属的硝酸盐相混合，并用特殊工艺对混合物进行热处理，使其具有一定的内部结构，从而制成了一种成本较低的催化剂。实验结果显示，新催化剂可完全清除汽车尾气中的一氧化碳，将尾气中64%的氮氧化物转换成无害物质。研究指出，虽然新催化剂会使汽车尾气中含有钴、铜离子，但马路两侧的植物能够吸收钴、铜等普通金属的离子，采用现有的工艺便可确定植物中的上述金属离子含量，从而推测出环境是否受到了影响。据悉，俄科研人员正在继续对新型催化剂进行试验，以提高其净化汽车尾气的能力。
含稀土的汽车尾气净化催化剂价格低、热稳定性好、活性较高、具有较好的抗中毒能力，使用寿命长，引起人们广泛关注。目前国内外已成功开发了含少量贵金属的稀土基汽车尾气净化催化材料，特别是用于活性涂层的铈锆稀土复合氧化物已成功用于汽车净化器上，催化性能与使用寿命大大提高。汽车尾气净化稀土催化剂所用的稀土主要是氧化铈、氧化镧和氧化镨等，其中氧化铈是关键成分，能有效拓宽汽车尾气的有效空燃比。用于汽车尾气净化催化剂的载体通常为蜂窝陶瓷，稀土还可作为陶瓷载体的稳定剂以及活性涂层材料等。可以预测，稀土作为汽车尾气净化催化材料，在未来将会有很大的发展。
福特汽车公司亚太部及科技研究院与我国昆明贵金属研究所合作，采用中国储量丰富的稀土氧化物，开发成功一种创新型稀土基催化剂。该新型催化剂在保持对有害物较高转化效率的同时，可降低催化剂转化器中昂贵的贵金属用量约75%，具有明显的环境效益和经济效益，该稀土催化剂技术在美国申请了专利。福特汽车公司、昆明贵金属研究所开发成功的新型稀土催化剂目前已实现规模生产，并进入推广应用阶段，福特汽车公司因此获得云南省科学技术奖国际科学技术合作奖项。
芬兰凯米拉公司开发了基于甲酸铵的催化剂应用于控制重负荷柴油机排放，有助于满足欧洲2008年氮氧化物新的排放规范。凯米拉公司的Denoxium产品已在欧洲所有汽车生产商应用中得以验证，该催化剂在芬兰奥卢生产。
美国能源所属Argonne国家实验室于2007年4月底宣布，开发的氧化铈新催化剂可有效地减少柴油车氮氧化物排放95~100%。该催化剂现已推向商业化生产。该催化剂附着在微孔结构中、含有铜离子的Cu-ZSM-5沸石，该结构的外部涂复有氧化铈。新的氧化铈助剂与Cu-ZSM-5沸石相组合，从而使这种催化剂可有效地减少氮氧化物排放高达95~100%。
日本产业技术综合研究所2008年5月中旬宣布成功开发出新型电化学反应器，不用催化剂就可在低温条件下对柴油车尾气中氮氧化物进行高效分解净化。该反应器可形成纳米结构电极，在250℃以下，能分解氧浓度高达约20%的柴油尾气中的氮氧化物。通过向电极施加电压，它可将氮氧化物分解为氮分子和氧分子，而不使用催化剂。该反应器还能减少尾气净化所需能量，有助于提高燃效。由于利用该反应器可建立兼顾大气环保和削减二氧化碳的系统，将有望取代现有的柴油车尾气净化装置。研究机构还将进一步降低反应器工作温度，提高反应面积集成度，将该反应器实用化,发展综合性电化学尾气净化设备。
美国FEV公司于2009年4月15日宣布开发出应用于氮氧化物还原的固体选择性催化剂还原(SCR)的系统，该系统基于使用固体氨基甲酸铵(NH4NH2CO2)作为还原剂。该固体SCR系统已在Dodge Ram 2500卡车上使用。SCR技术用于氮氧化物还原使用氨，通常由尿素溶液形式来提供。而FEV公司固体SCR系统(SSCR)是液体尿素喷射系统可行的替代方案。用量可减少70%，SSCR系统的使用性能优于液体尿素系统。
三、国内进展
减少工业和机动车有害气体的排放是当今社会最现实的问题之一，解决这一问题的有效办法是使用能同时转化一氧化碳、碳氢化物、氮氧化物的三效催化剂。我国各大高校科研机构及相关企业研发中心在机动车尾气净化催化剂的技术开发及总成产品研制方面也取得了一些重要成果。
中科院兰州化学物理研究所的“汽车尾气净化催化剂的研发”项目中试产品在宁波环驰集团催化高新技术公司成功下线。经国家汽车检测中心的台架试验测试表明，封检产品性能指标达到欧Ⅱ标准，具有空燃比窗口较宽、初活性起燃温度低、耐久性能优异的显著特点。经8万公里老化后起燃温度只有325℃，接近国产同类催化剂的初活性性能;贵金属含量低于进口催化剂10%~15%，其性价比在国内处于领先水平。环驰集团筹建年产能力为100万套的设施，届时我国对高档尾气净化器完全依赖进口的局面将有所缓解。
由中国科学院生态环境研究中心承担的国家“863”项目——柴油机氮氧化物净化技术课题，通过科技部'863'项目资源环境技术领域办公室组织的验收。该课题取得了一系列创新性成果：确定了氮氧化物选择性催化还原的技术路线，开发的催化剂银、氧化铝和还原剂乙醇组合体系具有原创性，在氮氧化物选择性催化还原机理研究上取得了突破性进展，催化剂在典型排气温度范围内对氮氧化物的平均去除率达到80%以上。催化转换器在柴油发动机台架试验中显示了良好的氮氧化物去除效果，达到欧Ⅲ标准，同时优化了催化剂涂层的工艺技术，设计、建立了一套拥有自主知识产权的自动真空涂层催化剂设备，为该技术的产业化奠定了基础;建立了柴油机氮氧化物催化剂的活性和寿命评价试验方法，初步完成了催化转化器与柴油机的系统集成。
由中科院长春应化所承担的非贵金属汽车尾气净化三元稀土催化剂研制项目取得显著进展，并通过吉林省科技厅组织的专家鉴定。项目组已与吉林同方实业发展有限公司达成协议，共同建设年产5万套欧Ⅲ净化器生产线。中科院长春应化所以现有的稀土催化剂制备技术为基础，通过完善非贵金属催化剂活性组分的批量制备技术和连续涂覆技术，完成了非贵金属汽车尾气净化器生产技术，开发出了新一代由密耦催化剂-稀土催化剂构成，可达欧Ⅲ排放标准的新型汽车尾气净化器。在台架实验中净化器的效率为：烃类、一氧化碳≥80%，氮氧化物≥70%;催化剂寿命达8万公里。该项目已经获得一项中国发明专利。汽车排气净化催化剂在国内外有巨大的应用市场。如果以此技术为核心技术建立年产5万套汽车尾气欧Ⅲ净化器，可节省大量贵金属资源。
天津化工研究设计院开发的具有自主知识产权的三效基催化剂GYM制备技术、三效催化剂用稀土储氧材料技术完成中试和产业化建设，汽车、摩托车尾气净化催化剂制备以及稀土储氧材料的发明等3项成果已申报国家发明专利。采用GYM制备技术能显著提高三效催化剂涂层的附着力及均匀性，使催化剂中的陶瓷蜂窝载体、活性氧化铝、稀土储氧材料、贵金属活性组分等达到****匹配，从而提高三效催化剂的性能，保证产品质量和使用寿命。三效催化剂用稀土储氧材料技术是以氧化铈基为基础的铈锆复合氧化物材料，具有储存和释放氧的功能。该项目采用最新的模板技术，开发出稀土储氧材料系列技术。据介绍，该项目研制的总成产品催化净化器，由催化剂、密封衬垫或金属衬垫、不锈钢外壳等构成。用该技术生产的25万只总成产品经20多款国产汽车实际应用检测表明，尾气排放能够达到欧II或欧III标准。
由中科院上海硅酸盐研究所与浙江达峰汽车有限公司合作开发的金属载体纳米催化剂三元催化转换器系统，通过浙江省科技厅的成果鉴定。该产品具有自主知识产权，获得两项专利授权证书。该产品经国家汽车质量监督检验中心和国家轿车质量监督检验中心检测符合国家标准，催化器装车试验达到国家第三阶段排放标准。该产品的创新点是：采用新的金属载体和纳米介孔催化剂，解决了传统催化剂大量使用贵金属成本居高不下的问题，同时明显提高了催化剂的净化效率;推出的金属载体专用材料在汽车尾气高温环境下能够不变形不氧化。科研人员采用自制专用设备用物理方法将金属载体专用材料表面处理成微坑，提高了纳米新材料催化剂在金属载体表面的粘接强度，并提高了转化器的使用寿命。
位于江苏无锡国家高新区内的威孚力达催化净化器有限责任公司，自主研发的国Ⅲ排放标准汽车尾气纳米稀土催化剂，已成功在奇瑞、沈阳金杯、海马、北汽福田、吉利美日等车型上通过了国Ⅲ匹配试验，综合性能在国内处于领先地位。2008年起全面配套在国内主要机动整车上。据介绍，威孚力达公司利用纳米技术及复合稀土化合物，优化催化剂性能，获得了更良好和稳定的涂层配方、催化剂配方和催化剂制备工艺，利用纳米稀土催化剂开发汽车催化转化器综合性能稳定达到国Ⅲ标准，最终形成具有自主知识产权的催化剂核心技术，并全面实现催化剂及催化转化器的产业化。该企业多年来一直瞄准同行业国际先进水平进行发展，组织实施科研攻关，加速实现高新技术的产业化，解决汽车催化转化器的国产化、系列化问题，希望以此进一步推动我国汽车催化转化器产业的提升和科技进步，推动我国民族汽车催化转化器产业产品的国内外市场竞争力，打破同类产品的国外垄断地位。据了解，威孚力达目前已形成年生产300万升国Ⅲ标准汽车尾气纳米稀土催化剂、100万套汽车催化转化器的能力。
由中国工程院院士魏可镁教授领导的福州大学化肥催化剂国家工程研究中心课题组研发成功的催化净化器技术，已由福州朝日环保科技有限公司投资近800万元建设的年产20万套FD型汽车尾气催化净化器生产线，2009年4月初批量产品下线，并向国内4家汽车生产厂家供货。FD净化器与国内13种车型配装，均达到欧Ⅲ或欧Ⅳ排放标准。FD型汽车尾气催化净化器经国家轿车质量监督检验中心测定，多项指标一次性通过欧III标准，部分指标达到欧Ⅳ标准。FD净化器起燃温度低(230℃~280℃)，转化率高，热稳定性好，寿命长。在8万公里老化试验测定中，该净化器一氧化碳转化率仍达97.4%，烃类转化达100%，氮氧化物转化达92.7%，净化性能在国内外处于领先水平。