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集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
贵金属三效催化剂的研究进展
贵金属三效催化剂的研究进展
河南科技大学车辆与动力工程学院 陈昊 王学涛
摘要：本文围绕贵金属三效催化剂为中心，介绍它了的现状，详细描述了它的构成和研究进展。最后，叙述纳米技术在贵金属三效催化剂中的应用。
关键词：贵金属三效催化剂，稀土金属，纳米材料
Abstract：This focus on precious metal three-way catalyst as the center， describing its status. A detailed description of its composition and research progress. Finally，description of nanotechnology in the precious metals in the three-way catalyst applications.
Key words：precious metal three-way catalyst，rare earth，nanomaterials
随着我国经济的高速发展，资源的有限性与环境的日益恶化已经对我们的生存空间造成严重的威胁。为了能够的缓解环境的自身净化污染物的负担，有效的脱除废气中的污染物是一个重要途径。废气主要有生活废气和工业废气两部分组成。生活废气大部分是由现代化交通工具排放出来的尾气构成，而工业废气主要是由工厂中的烟气与垃圾焚烧中的烟气组成。开展废气的有效治理，已成为当代环境治理急需解决的重大问题之一。常规的物理化学、生物脱除方法，处理其中的有机物在技术难以完全降解或矿化部分有毒有害有机物。甚至某些中间产物更加有毒有害，对运行成本和设备上的要求较高，限制了这类废气处理技术。自从贵金属三效催化剂的引入，在
有毒有害的有机难降解污染物的脱除方面有显着的效果，同时它的高活性、高选择性、高热稳定性及良好的物理性能，能脱除其它大部分的污染物。所以它成为国内外学术界与环境科学与工程界研究的热点与焦点。
1. 贵金属三效催化剂的反应机理
贵金属三效催化剂具有高活性、高热稳定性、高选择性、良好物理性能[1]，能同时净化废气中的CO、HC和NOx等有害物质。其反应机理如下：
氧化反应(氧化催化剂)：
2CO+O2→2CO2
4HmCn+(m+4n)O2→2mH2O+4nCO2
(8n+2m)NO+4HmCn→(4n+m)N2+2mH2O+4nCO2
三元反应(三效催化剂)：
2NO+2CO→N2+CO2
4NH3+5O2→4NO+6H2O

目前，国际上贵金属三效催化剂的主要活性成分为Pt、Pd和Rh等贵金属，这些贵金属虽然具有很好的催化活性,可以将有害气体的排放量减少95%以上，但却存在价格昂贵、资源短缺、成本过高等问题。依我国的国情来看，要想大范围使用净化效果较好的贵金属催化剂是不现实的，但是我国有着非常丰富的稀土资源。研究表明[2—4]，稀土金属非常活泼，几乎可与所有的元素发生作用形成化合物，因此
具备优良的催化活性,若将其加入到相应的催化剂载体中，则会有效的提高催化剂的抗毒性、催化活性和高温稳定性。从而能研制出高效的，性价比高的三效催化剂。
3. 贵金属三效催化剂的组成
贵金属三效催化剂由四部分组成：载体、涂层、活性组分和助剂。

载体主要是用来承载有催化活性的材料。贵金属三效催化剂载体作用是：提供有效表面和合适孔结构；使催化剂获得一定的机械强度；提高催化剂的热稳定性能；与活性组分和助剂作用而形成新化合物；节省贵金属的用量，这对贵金属催化剂是非常重要的。现在使用的大部分都是整体式载体，它是由许多薄壁平行小通道构成的整体，其气流阻力小、几何表面积大、无磨损、适于高温、催化转化率高[5]。整体式载体主要有陶瓷和金属材料两种，目前最常用的是整体蜂窝状堇青石陶瓷(2MgO：2AI2O3：5SiO2)。
另外，高孔密度、薄壁的载体是整体式载体的发展趋势。因为它可以明显改善催化剂的起燃特性和空燃比特性；它的低热质特性和对催化剂起燃特性的改善，可以缩短催化剂达到起活的时间，从而对CO、HCs和NOx进行更好的排放控制，尤其对HCs的排放控制效果十分显着；同时可以通过应用高孔密度、薄壁的载体所具有的大开孔面积和低热质特性改善催化剂对HC的储存和催化转化能力，但也要充分考虑互作氧化还原剂的HCs与NOx的动态平衡问题，从而做出相应适当的调整[6]。

涂层附着于载体的表面，可以提供较大的比表面