三元催化转化器的研究与探讨

1 使用三元催化转化器的原因

随着国民经济的快速增长，以及汽车价格的不断下调。汽车已再不作为高档的奢侈品而是作为代步工具的一种正以惊人速度走向普通百姓家庭。在城市汽车保有量的迅速增加的同时，城市的大气污染也随之严重，并影响到了人们的正常生活与身体健康。为此中国国家质量技术监督局于1999 年3 月10 日颁布中华人民共和国国家标准GB14761— 1998(汽车排放污染物限值及测试方法)，并于2000 年1 月1 日起开始实施。随后国家又出台了只要通过国家欧2 标准(2004 年以后的要求)的车型，用户所购买的整车就可享有减免30%消费税的优惠的政策。

在解决排放污染问题上，世界各国的整车生产厂和科研机构都投入了巨大的人力物力对其进行研究，中国作为整车生产与消费的大国为此也投入了大量的人力和物力。在研究的各种方案中，各国整车生产厂大多认为只有使用汽油机电子喷射技术加三元催化转化器来改善排放问题才是最希望达到商业化阶段的方案。

2 三元催化转化器的结构

三元催化转化器主要由外壳、隔热保护罩、中间段、入口和出口锥段、弹性夹紧材料、防直通密封催化剂等几部份组成， 其中催化剂作为三元催化转化器的技术核心包括载体、涂层两部分。

2.1 载体

基本材料为陶瓷(MgO2， Al2O3，SiO2)。目的是提供承载催化剂涂层的惰性物理结构。为了在较小的体积内有较大的催化表面，载体表面制成为蜂窝状。

2.2 涂层

在载体表面涂敷有一层极松散的活性层，它以金属氧化物γ-AL2O3 为主。由于表面十分粗糙，这使壁面的实际面积增大了约7000 倍，大大的增加了三元催化转化器的活性表面和储存氧的能力。在活性层外部涂敷有含锆Zr 和铈Ce 等元素的助催剂，含有铑Rh、钯Pd、铂Pt 等贵金属的主催化剂。

3 三元催化转化器的工作原理

发动机尾气中主要的三种污染物为CO，HC，NOX。三元催化转化器的作应就是利用转化器上的重金属作催化剂，使CO、HC、NOX、O2 各气体间相互之间发生氧化与还原的化学反应，生成N2、CO2、H2O等无害气体。

3.1 反应的三个步骤：

1)外部物质交换阶段：从废气流到催化表面的物质交换。

该步骤与载体的目数(液压直径)，催化转化器直径、气体流量(雷诺数)有关。

2)微孔扩散阶段：废气扩散到催化剂的微孔中。

该步骤与催化器涂层厚度，微孔形状有关。

3)氧化反应阶段：与贵金属作用发生的催化反应。

该步骤与废气浓度，废气温度有关。

注：整个反应速度及转化率取决于反应速度最慢的步骤。