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华东理工大学科技成果——汽车尾气三效净化催化剂
项目简介
随着我国汽车工业的快速发展，汽车产量和保有量迅速增加，汽车尾气排放给城市空气造成的污染日益严重。
控制汽车尾气污染的最有效途径是降低单车排放量，安装汽车尾气净化催化剂是目前最有效的方法之一，其关键是高效汽车尾气净化催化剂的开发。
根据汽车工业和燃油品质的发展趋势，我们对汽车尾气净化的关键催化反应、净化催化剂的组成、稀土与（非）贵金属组分的相互作用等方面开展了广泛的应用基础研究，采用氧化共沉淀法、尿素水热法、反相微乳液法等制备了高稳定性与高储放氧性能的稀土基储氧材料；采用纤维素模板法和反相微乳液法等制备了大表面积和高热稳定性的氧化铝基复合氧化物；为了降低净化催化剂的成本，充分结合我国丰富的稀土资源，开展了“稀土－非贵金属－微量贵金属”的催化剂设计方案，使催化剂的成本明显下降；发展了整体式催化剂的制备方法，形成了一次涂覆可制备出均质、稳定的整体式催化剂的专有技术；解决了从实验室研究到工业化生产的工程化问题，在多家企业实现了工业化生产，产生了显著的经济效益和社会效益。
使用本技术生产的汽车尾气三效催化净化器后，汽车尾气的排放可达到欧-Ⅳ排放标准，同时核心技术在工业源有毒有害污染物的催化净化和天然气催化燃烧中得到了广泛应用，取得了很好的应用效果。
所属领域环境
项目成熟度产业化
应用前景
随着汽车尾气排放标准的提高，本项目具有很好的应用前景。
知识产权及项目获奖情况
本项目申请了10项中国发明专利（已授权6项）和2项国际发明专利，2005年获第七届上海国际工业博览会创新奖，2006年获上海市技术发明一等奖，2009年获国家科技进步二等奖。
合作方式专利（实施）许可。
DPF技术发展分析随着汽车尾气排放成为世界各国环境保护的重要议题之一，柴油颗粒物过滤器（Diesel Particulate Filter，简称DPF）凭借其高效净化柴油车尾气的特性受到广泛关注和运用。
本文将从技术发展的角度对DPF进行分析，探讨其未来的发展趋势。
DPF作为一种用于净化柴油车尾气的装置，主要通过过滤颗粒物的方式达到净化效果。
在DPF内部，通过使用孔径较小的微孔过滤器，有效地捕获和收集颗粒物。
随着产业技术的发展，DPF技术也得到了不断的改进和完善。
首先，DPF技术在材料方面得到了进展。
近年来，新材料的研发不断推动着DPF技术的进步。
传统的DPF主要采用硅碳化物材料，但其热稳定性和耐久性存在一定的问题。
现如今，新型陶瓷材料如碳化硅纤维和氮化硅纤维等逐渐被应用于DPF制造中，具有更好的耐高温性和耐久性，大大提高了DPF的性能。
其次，DPF技术在结构和设计方面也有了较大的突破。
传统的DPF结构主要采用蜂巢状设计，然而这种结构容易堵塞，影响了净化效果。
为了解决这个问题，新型DPF结构如泡沫状结构和网状结构等被引入，通过增加表面积和改善气流动性，提高了DPF的净化效率。
此外，还有一些智能化的设计被应用于DPF中，如热重降解技术和动态再生技术等，可以在DPF工作时实现高效的颗粒物捕获和再生。
另外，与传统的DPF相比，新一代DPF还可以实现更高的净化效率和更小的压降。
随着技术的发展，更高效的材料和结构设计使得新一代DPF 能够捕获更多的颗粒物，同时减少尾气中的有害物质排放。
此外，对DPF材料的表面处理和整体结构的优化也有助于减小压降，提高柴油车的燃油经济性。
未来，随着环保意识的增强和相关政策的推动，DPF技术有望继续发展壮大。
一方面，DPF技术将更加注重净化效果的提高和排放标准的满足。
另一方面，随着电动汽车的兴起，DPF技术也将与电动车技术相结合，实现更为综合的尾气净化效果。
总之，随着技术的不断进步和创新，DPF技术在材料、结构和设计等方面都得到了显著的发展。
汽车尾气净化技术比较研究及优化设计随着城市化进程的不断加快，汽车已成为城市生活不可或缺的交通工具，但汽车的排放却给城市环境带来了极大的压力。
尾气所排放的有害物质，如二氧化碳、氮氧化物、一氧化碳等，已经日益成为人们思考的难题。
因此，为了减少汽车对环境的影响，科学家们一直在尝试开发新的汽车尾气净化技术来解决这个问题。
近年来，随着汽车技术的不断进步，汽车尾气净化技术也越来越成熟。
在这方面，汽车尾气净化技术比较研究是必要的。
市场上现有的净化技术包括三元催化转化器、吸附式尾气净化器、生物降解尾气净化器等。
这些技术都有其优点和缺点。
三元催化转化器是目前应用最广泛的尾气净化技术，通过将特别设计的催化剂嵌入转化器中，将尾气中的有害物质转化为无害物质。
这种技术具有广泛的适用性、高效和经济，但需要提供一定的空气过量来使催化反应进行顺利。
吸附式尾气净化器则采用吸附剂将有害物质吸附并转化为无害物质。
这种技术相比于其他技术的优点是可以吸附各种类型的有害物质以及不需要额外的空气过量。
然而，由于吸附剂会不断吸附有害物质，会逐渐失效，因此需要周期性地更换吸附剂。
生物降解尾气净化器采用微生物对尾气中的有害物质进行降解。
这种技术不需要额外的空气过量，而且能够生产对环境友好的气体和水。
但这种技术需要适当的温度、湿度和pH值才能实现降解，同时需要考虑控制有害生物的种类和数量。
以上三种技术各自有其优点和缺点，所以现在出现了一些混合技术，比如将吸附式尾气净化器和生物降解技术结合，能够大大提高尾气净化效果。
此外，尾气净化技术的优化设计也十分重要。
其中最为关键的部分是催化剂的选择和设计。
目前，催化转化器的催化剂主要是贵金属，如铂、钯和铑。
由于贵金属的成本很高，所以在提高催化剂的效率的同时，也要尽可能地减少贵金属的使用量，或者探索新的催化剂，来实现减少成本和提高效率的平衡。
另外，在优化设计中需要考虑的因素还包括了排放标准的变化和空气质量的提高。
汽车尾气净化器市场发展现状1. 引言汽车尾气污染是当今社会面临的重要环境问题之一。
由于汽车尾气中的有害物质对空气质量和人体健康产生危害，人们对汽车尾气净化器的需求日益增加。
本文将探讨汽车尾气净化器市场的发展现状，并提供对未来市场趋势的展望。
2. 汽车尾气净化器的作用汽车尾气净化器是安装在汽车尾管上的装置，用于减少尾气中有害物质的排放。
它可以通过物理、化学的方式来降低尾气中的颗粒物、一氧化碳、氮氧化物等有害成分的浓度。
3. 市场发展现状3.1 市场规模近年来，随着环保意识的提高和法规的加强，汽车尾气净化器市场呈现出快速增长的趋势。
据市场研究报告显示，2019年全球汽车尾气净化器市场规模达到X亿美元，预计到2025年将增长至X亿美元。
为满足市场需求，汽车尾气净化器制造商不断进行技术创新和产品升级。
目前，一些先进的汽车尾气净化器不仅可以减少有害气体的排放，还能回收利用废热能量，提高能源利用效率。
3.3 地区分布汽车尾气净化器市场的发展在不同地区存在一定差异。
发达国家和地区的市场规模较大，主要由本土和跨国汽车尾气净化器制造商垄断。
而发展中国家的市场则主要由国外品牌占据，但近年来国内企业也逐渐崭露头角。
4. 市场趋势展望4.1 政策环境各国政府对汽车尾气污染的关注度不断提高，将会出台更加严格的法规和政策以限制汽车尾气排放。
这将进一步推动汽车尾气净化器市场的发展，尤其是高效净化器的需求。
4.2 新能源汽车的发展随着新能源汽车的普及和发展，特别是电动汽车的快速增长，汽车尾气净化器市场也将迎来新的机遇。
新能源汽车尾气净化器的需求将大幅增加，同时也将出现更多针对新能源汽车的专业净化器产品。
汽车尾气净化器市场的未来将不断涌现出新的技术成果。
基于人工智能、物联网和大数据等技术的应用将提升汽车尾气净化器的智能化水平和净化效能。
5. 结论随着环境保护和健康意识的不断提高，汽车尾气净化器市场前景广阔。
政策环境的变化、新能源汽车的快速发展以及技术创新的推动将成为市场发展的主要驱动力。
汽车尾气催化净化技术进展1汽车尾气净化催化发展概况随着汽车工业和交通运输业的发展汽车日益增多汽车尾气已成为当今城市空气污染的主要原因。
它严重影响了人们身体健康动植物的生长。
汽车尾气中含有许多有害物质主要包括CO、氮氧化合物NOx、碳氢化合物以及一些颗粒物（铅化物、黑烟和油雾）、臭气（甲醛或丙烯醛）等。
[1] 汽车尾气净化催化剂最早从20世纪70年代开始的氧化型催化剂它包括两种类型：一种是以柏和钯贵金属为活性组分的氧化催化剂一种是以ABO3型钙钛矿结构的复合氧化物为代表的贱金属催化剂。
当时的汽车尾气排放法规只限制CO和HC的排放而这个时期的催化剂恰好是氧化CO和HC的催化剂。
由于贵金属催化剂活性比贱金属催化剂活性高100倍以上故贱金属催化剂逐渐被贵金属催化剂淘汰。
[1] 70年代末到80年代中期又有了Pt/Rh双金属催化剂。
这期间人们开始考虑尾气中的NO_的净化转化。
人们发现铑能促进NO_还原生成N2因而产生了双床催化剂及三床催化剂。
双床催化剂采用两个反应器氧化、还原分段进行但由于这种催化剂结构复杂NOx还原后可能重新被氧化所以这种催化剂很快被淘汰了。
随后Pt/Rh三效催化剂TWC（Three Way ConversionCatalyst）开始应用在A/F（供给发动机里的空气与汽油的混合比）操作窗口内CO、HC和NO_转化率可达到80%-90%以上。
[1] 80年代中期开始Pt/Rh/Pd新一代催化剂产生了这种催化剂活性成分是Pt、Pd及Rh等贵金属它能同时降低CO、HC 和NO_而且不受汽车发动机的影响还能经受发动时由常温到高负荷的高温变化。
[1] 由于贵金属催化剂中的贵金属资源短缺催化剂对发动机空燃比A/F要求严格抗SO2 和Pb中毒性能差等目前贵金属三效催化剂逐渐被稀土__催化剂代替。
稀土__催化剂主要以稀土氧化物和过渡金属氧化物为主它能提高催化剂载体的热稳定性的机械强度还能提高催化剂的储热能力其技术指标接近贵金属三效催化剂且稀土价格比贵金属要低因为人们把眼光投向贱金属催化剂和添加少量金属的稀土催化剂的研究。
汽车尾气净化器载体及涂层的研究进展
摘要：
随着时代科技的发展，汽车在日常生活中起着重要的作用，但是随之而来的问题也是越来越多，交通拥挤等，但更为严重的是空气污染，温室效应。
虽然现在开始采用多种措施，但是还是避免不了有害气体的排放。
汽车尾气的污染物主要有一氧化碳( CO)、碳氢化合物( HC)、化物(NOx)、氧化硫( SO2)和微粒物质(铅化物、烟等)。
现在大多数国家和地区采用的是机内净化和机外控制两类技术，其中在汽车排气尾管安装催化转化器是被广泛采用的，催化转换器是由壳体、减震层、载体、及催化剂四部分构成的。
载体多以蜂窝陶瓷载体为主，催化剂则以尽量消除废气为目的来展开研究的。
根据多孔陶瓷材料在气体污染控制、废物处理及噪声控制等方面的应用研究现状，我们可以看到多孔陶瓷材料载体及催化剂在处理尾气方面做出的贡献。
关键字：多孔陶瓷载体、蜂窝陶瓷、γ - Al2O3 、堇青石
引言：
随着世界各国政府对汽车尾气排放日益重视且制定了严格的尾气排放标准,因而对汽车尾气净化器的要求也就越来越高，开发具有高效率尾气净化能力的催化净化装置迫在眉睫。
这个研究不仅仅实在汽车尾气方面，而且在各大工厂、研究所等废气、毒气排放方面也会有重大的社会价值。
甚至在更换催化剂后可以在更宽大的领域有作用。
以前存在的金属载体，由于其有很大的局限性。
逐渐的被社会淘汰，对于球形活性氧化铝载体，活性氧化铝主要是指γ - Al2O3，早期多采用此类载体。
但是由于活性氧化铝密度大，热容高，又是堆积式填装，易导致发动机排气阻力增大，背压大，油耗上升，功率下降而且在转化器中易磨损粉化，造成二次污染。
目前已经被整体式蜂窝状载体所代替。
蜂窝陶瓷无数相等的孔组成的各种形状，目前最大的孔数已达到了每平方厘米20~40，密度每立方厘米4～6克，吸水率最高达20%以上。
由于多孔薄壁的特点，大大增加了载体的几何表面积和改善了抗热冲击性能，目前生产的产品，其网状孔以三角和四方为主，三角比四方承受力好得多，孔数也多些，这一点作为催化载体尤其重要。
随着单位面积孔数的提高和载体孔壁厚度的减少，陶瓷载体的抗热冲击趋势是提高的，热冲击破坏的温度也是提高的。
因此蜂窝陶瓷必须要降低膨胀系数和提高单位面积的孔数。
热膨胀系数是主要性能指标。
多孔陶瓷材料在环境工程中应用的吸附、滤等机理及孔隙率、孔径、径分布等参量指标是影响多孔陶瓷材料作为环境功能材料性能的决定因素。
其韧性、性和形貌的控制及再生利用等是当前研究的热点和难点。
堇青石（MgO2Al2O3.5SiO2）是现在比较好的材料实验通过测定不同材料的性能和不同的制备方法来评测多孔陶瓷载体的用料及生产方式，来最大效率的处理尾气。
1. 制备多孔陶瓷材料的常用工艺比较
成型方法孔径
气孔率
( %) 优点缺点
应用实例
有机泡沫浸渍工艺100μm～
5mm
70～90 能制备高气孔率闭
气孔制品且强度
好
不能制备小
孔径闭气空
的制品，制品
形状受限，密
度不宜控制
金属熔体过滤
器
发泡工艺10μm～
2mm 40～90特别适于制备闭气
空孔的制品，气孔
率大，强度高
对原料的要
求高，工艺条
件不易控制
轻质建材，保温
材料
添加造孔剂工艺10μm～
1mm
≤50 可制得形状复杂及
各种气孔结构的制
品
气孔分布性
差、不适宜制
备高气孔率
的制品
一般过滤器催
化剂支持体
溶胶-凝胶工艺2nm～
10nm
≤95 适于制备微孔陶
瓷及薄膜材料，气
孔分布均匀
原料受限，生
存率低，制品
形状受限制
微孔分离膜、
吸音材料
挤压成型≥1mm ≤70 孔形状、尺寸高度
均匀可控，易大量
连续生产很难制造出
小孔径制品
汽车尾气催化
剂载体
颗粒堆积0.1μm至
几十毫米20~30 容易加工成型，强
度较高
气孔率较低部分催化膜
由上表格可见，挤压成型是如今制造汽车尾气催化剂载体的常用方法，这种制备方法制备的蜂窝陶瓷尺寸、形状、间壁厚度、孔隙率等均匀性优良，但是对材料的塑性要求很高，所以说提高材料的韧性势在必行。
2. 多孔陶瓷的强韧化
目前，广泛采用的载体是为蜂窝状的堇青石。
堇青石载体在高温成型过程中，比表面积急剧下降，约为每克几个平方米左右。
其合成见图1，在制造载体的过程中往往会加入一定量
的氧化物，比如氧化铝、氧化锆富铝红柱石等。
下面介绍一下载体加入氧化锆的情况，氧化锆会随着温度变化变化形成单斜晶、正方晶与立方晶三种结构。
在室温下单斜和正方之间相互转化，引起体积变化，可以加入Y2O3、CaO 、MgO 等氧化物固溶于氧化锆形成稳定的氧化锆，这种材料具有优异的绝热性与接近耐热合金的膨胀系数。
随着粉末合成技术的进步，部分稳定化氧化锆（PSZ ），这种材料具有高破坏韧性值，其破坏强度在蜂窝型陶瓷体具有最高值而
且有优异的耐磨损性能。
图 1 堇青石的合成 图 2 附着薄涂层后的蜂窝陶瓷
3. 催化剂表面涂层要求
蜂窝状结构的表面通常是玻璃状或者相当平滑，难以固定催化组分，因此需要在其表面涂上一层涂层。
这种涂层不仅易于固定催化剂活性组分，而且应该具有较大的表面积而使催化剂更加稳定，并能抗硫和卤素等化学毒物。
汽车已涂层只用于蜂窝状催化转化器,要求它与基体的热膨胀系数相差较小,以免发生两者的分离;还要能耐高温,不发生烧结或相变,以保持高的催化转化比表面积。
此外催化助剂往往直接加入涂层中,希望利用涂层与催化剂的强相互作用,改进催化性能,因而涂层常含有铂族贵金属,此外通常还含有催化助剂和添加剂，它的技术关键在于维持在高温服役时的高的比表面积;保持与蜂窝陶瓷载体的较好的 结合;减少涂层对载体的弱化作用。
A l2O 3的高度分散和稳定化对催化转化器的催化性能有决定性的意义（其显微结构见图2） 。
4. 涂层与载体的结合程度影响因素
调节涂层的弹性模量可以调控复合材料热膨胀系数。
对负载成分和制备条件进行优化,改善涂层的微观结构和弹性模量,使弹性模量变化于 32. 3～0GPa 之间。
当涂层的弹性模量较小时,才能使基体膨胀系数小的优点发挥作用。
实测的复合材料的热膨胀系数在 6～ 15×10- 7之间
,
故涂层的弹性模量应在0～10GPa。
这说明堇青石与 A l2O 3的结合并不完整。
这有利于耐久性的提高。
涂层后不应对蜂窝陶瓷产生有害的影响。
小心地控制涂层工艺可避免这一点。
结论：
目前在多孔陶瓷材料的研究和应用方面还存在许多问题有待解决；( 1 )多孔陶瓷特有的高脆性和低韧性；( 2)精确的孔形貌结构的控制；( 3 )低成本、高生产率、工艺成熟的工业规模的生产制备方法；( 4 )多孔陶瓷材料的二次修饰及处理；( 5 )实际应用后多孔材料的再生及回收利用；( 6 )提高催化剂载体活性的同时兼顾使用寿命等。
但是我相信随着各应用领域对多孔陶瓷需求的不断扩大及对高性能多孔陶瓷的迫切需要，特别是本世纪控制和改善环境的呼声不断高涨，将会促进多孔陶瓷技术飞速发展。
多孔陶瓷因其特殊的孔结构和陶瓷本身的特殊性能，使其成为一种性能优异，作用独特的新型陶瓷材料。
多孔陶瓷的研究和开发已经受到人们的普遍重视，多孔陶瓷在许多领域已有广泛的应用，特别是在能源、环保、化工等方面的应用已初露锋芒。
这就激励着我们的陶瓷工作者要深入涉及更广阔的领域，保持开发创新的思维方式，将我国多孔陶瓷材料的研究开发推向一个新的高度。
-参考文献：
[1] 曾令可，王慧，罗民华等.多孔功能陶瓷制备与应用［M］.北京：化学工业出版社，2006.167-169.
[2] 穆柏春等.陶瓷材料的强韧化［C］.北京：冶金工业出版社，2002.257-260.
[3] 王零森.特种陶瓷［M］.湖南：中南工业大学出版社，1993.425-430.。
