催化技术在汽车尾气净化中的应用

随着现代科学技术的进步，交通运输业得到飞速发展，然而，随处可见的汽车尾气我们可以任其自由排放吗？答案是否定的。那么如何处理汽车尾气才能符合绿色化学的标准呢？目前我们应用最广的是尾气净化器，其本质是汽车催化剂。

也许一看到“催化剂”的字样，我们最先想到的是中学所学过的制备氧气的实验，这个实验我们用到MnO2催化KClO3的分解，反应后MnO2由原来的颗粒状变成粉末状；还有工业上制备氨气用铂网进行催化氧化，使用一段时间后表面会变得粗糙。催化剂不但在化学中有着广泛的应用，在生物学中也发挥着不可替代的作用。例如我们的生命无时无刻都离不开的生物催化剂——酶。因此，催化剂与我们的生活息息相关。

今天，我们介绍的尾气净化器可以利用废气中残余的氧气和排气温度，在催化剂表面发生化学反应，使尾气排放出来的有害物质氧化还原成零污染的气体。

图一：尾气净化器的实物图

尾气净化器的核心部分是催化剂（图一）。以目前主流的三元催化剂来说，它具有高活性、高选择性、高热稳定性、良好的物理性能，其主要成分是铂、铑、钯等贵金属，通过三元催化剂加上氧传感器闭路循环反馈系统控制空燃比，能同时高效催化净化尾气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物等有害物质，主要生成二氧化碳、水、氮气等无害气体。

图二：尾气净化器原理示意图

那么，如何通过提高催化剂的活性来更加有效的处理汽车尾气呢？

首先，催化剂活性组分是催化净化技术的核心。为了让它发挥出最大的效果，我们可以加入适量的助剂。助剂也称助催化剂，不同的活性组分对应不同的助剂，好比不同兵种需要不同的武器。助剂的作用包括：提高催化剂的高温稳定性、促进贵金属的分散、增加催化剂的低温催化活性、改善催化剂界面吸附特性及表面酸碱性、影响催化剂金属载体强相互作用、增强催化剂抗中毒能力、产生新的活性中心或活化原有的活性位等。

其次，载体是负载型催化剂的重要组成之一。它可以提供有效比表面积及适宜的孔结构，从而帮助催化剂获得好的热稳定性及机械强度，起着提高活性中心利用率和节省活性组分用量的作用。早期的颗粒状载体容易导致氧化剂快速失活，而金属载体又有制备工艺复杂、成本高的问题。因此，随着技术的发展，陶瓷成为现阶段性价比最高的载体原材料。与其它载体相比，陶瓷具有优越的抗热抗震性能和导热导电性，是一种很有发展潜力的催化剂载体。

最后，催化剂的涂层对活性也产生重要影响。它是由一种或多种金属氧化物组成的复合型粉体材料，其作用包括作为贵金属等活性组分的载体、增大催化活性表面、通过与活性组分的协同作用机制提高催化剂的活性、稳定性和抗中毒性等。为了提高活性涂层的耐高温性能，防止涂层发生结块相变，在改进涂层组分的同时，我们把关注点集中在多层涂层技术上，因为两种不同组分的涂层叠加，经常会出现“1+1>2”的效果。

以上是我们从本质上提高催化剂活性的方法，从而使尾气净化器达到事半功倍的效果。

在当今全民追求绿色化学的时代，汽车尾气的有效处理成为能否达到绿色化学标准的关键。因此尾气净化器在保护大气中扮演着越来越重要的角色，我们对催化剂活性的提高也越来越重视。随着时代的发展，科技的进步，希望尾气净化器能够得到长足的发展，希望更多的人为提高催化剂的活性贡献自己的智慧， 把汽车尾气的问题彻底解决掉。

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导师简介

陶硕，博士，副教授，硕士生导师，山东省重点人才工程（二层次），光岳青年创新团队带头人。主要从事分子筛类固体催化剂的设计、合成、表征及其在能源化工中的应用工作。近年来，承担国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东高校科技计划、聊城大学光岳青年创新团队等多项。在国际知名学术期刊Angew.Chem.Int.Ed.,Nano Energy等期刊发表SCI论文20余篇，相关成果获聊城大学优秀科研成果一等奖。

招生专业：化学工程与技术

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