陳澤智，周玉香，劉 濤，龔惠娟，唐秋萍
(南京大學(xué)污染控制與資源化國家重點實驗室，江蘇南京 210093)
目前用于治理機動車尾氣的主流催化劑是貴金屬～稀土復(fù)合型催化劑，該類催化劑已在汽車尾氣凈化裝置中得到廣泛應(yīng)用。隨著我國對摩托車尾氣治理力度的不斷加大，加之國內(nèi)大量的摩托車出口需要滿足國外的排放標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)了國內(nèi)摩托車尾氣催化凈化技術(shù)的快速發(fā)展。但該技術(shù)的發(fā)展還存在著明顯的不足之處。首先是基于金屬蜂窩載體的催化劑制備技術(shù)不過關(guān)，導(dǎo)致目前國內(nèi)各摩托車廠普遍采用國外產(chǎn)品；其次，對此類催化劑的工作性能研究還不夠深入。鑒于此，我們開展了貴金屬一稀土復(fù)合型催化劑的制備及其應(yīng)用于摩托車的工作性能研究，以期促進(jìn)國內(nèi)對此類催化劑核心技術(shù)的掌握。
1 催化劑的制備與活性測試
1．1 制備
1．1．1 催化劑漿料的制備
采用溶膠凝膠法制備出以γ-Al2O3為基質(zhì)，內(nèi)含貴金屬(Pt，Rh，Pd)和稀土氧化CeO2，La2O3等助劑在內(nèi)的水洗涂層。
1．1．2 金屬蜂窩載體催化劑的制備
對金屬載體進(jìn)行預(yù)處理，增強其與催化劑水洗涂層的結(jié)合能力，將催化劑漿料均勻涂覆在金屬蜂窩載體上，焙燒后得到貴金屬～稀土復(fù)合型催化劑。
1．2 活性測試
采用以上方法制備了貴金屬～稀土復(fù)合型催化劑(載體直徑35 mm ，長60 mm，貴金屬Pt含量1．41 g／L)，在自制的摩托車尾氣催化劑活性試驗臺上進(jìn)行了測試。在試驗中使用汽油機排氣作為尾氣氣源，采用機外補充C2H4和空氣的方式調(diào)節(jié)過量空氣系數(shù)，用加熱器調(diào)節(jié)催化劑人口溫度。在新鮮狀態(tài)和老化后(在900℃ 下焙燒1O h)對所制備的催化劑的起燃過程進(jìn)行了測試，結(jié)果見圖1和圖2。
2 催化劑在摩托車工況法運行中工作過程
將所制備的催化劑(載體直徑35 mm，長60 mm，貴金屬Pt含量1．41 g／L)用于某50型2行程輕便摩托車消音器中，對其在摩托車工況法運行中的工作性能進(jìn)行了測量。
2．1 溫度變化
摩托車在轉(zhuǎn)鼓上進(jìn)行了ECE R47工況運行，在此期間對催化劑的人口溫度、出口溫度和中心溫度進(jìn)行了測量，結(jié)果見圖3。
由圖可見，催化劑人口溫度經(jīng)過一個循環(huán)后就可達(dá)到起燃溫度，隨后催化劑出口溫度和中心溫度迅速上升并趨于穩(wěn)定，說明催化劑能夠快速起燃。
2．2 排放變化
測量了在摩托車工況運行過程中尾氣經(jīng)過催化劑后濃度的變化，結(jié)果見圖4，圖中縱坐標(biāo)為尾氣濃度的相對比例。
圖4表明，經(jīng)過催化劑后的尾氣濃度隨著工況運行逐漸降低，進(jìn)入測試的后4個循環(huán)，基本趨于穩(wěn)定，這表明催化劑在工況測試中可以充分發(fā)揮凈化功能。
2．3 討論
從以上試驗可以看出，摩托車尾氣催化劑在應(yīng)用中有兩點需要重點考慮。
a)催化劑的抗熱老化性能 圖3顯示，在高負(fù)荷運行中催化劑的中心溫度可高達(dá)1 000℃ ，如車輛長時間在此狀態(tài)運行催化劑很容易造成熱燒結(jié)。在中等負(fù)荷下運行溫度也達(dá)800℃左右，因此要保證催化劑耐久性能首先就要提高其抗熱老化性能；
b)催化劑的起燃性能 盡管催化劑的人口溫度可以迅速達(dá)到起燃溫度，但催化劑在工況運行中的活性是逐漸發(fā)揮出來的，這說明催化劑的活性反應(yīng)相對滯后于溫度的變化；因此，必須提高催化劑的起燃性能，縮短反應(yīng)滯后的過渡期。
3 實際應(yīng)用
將所制備的催化劑在多個車型上進(jìn)行了實車試驗，圖5為在某50型2行程輕便摩托車上分別采用一級催化劑方案和兩級催化劑方案的工況法排放測量結(jié)果。由圖可見，原車排放較高，采用一級催化劑的凈化效果有限，為了達(dá)到歐Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn)，需要采用兩級催化劑。
圖6為兩款摩托車裝用催化劑后的工況法排放結(jié)果，圖中CAT 為安裝催化劑的狀態(tài)。由圖可見，采用催化劑后的排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)限值。為了檢驗催化劑的耐久性能，對兩款車型進(jìn)行了10 000 km 耐久性路試，試驗前后的工況法排放結(jié)果見第37頁圖7，其中CAT為新鮮催化劑狀態(tài)。圖中顯示，催化劑經(jīng)過耐久性跑車后，催化活性無明顯劣化，有的排放指標(biāo)還有所改善，說明所制備的催化劑具有良好的實用性能。
從圖6和圖7還能看出，原車的排放主要是CO超標(biāo)，HC和NO 比較低，有的甚至低于歐Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn)，這表明氧化型催化劑還是現(xiàn)階段排放達(dá)標(biāo)的一個主要技術(shù)方向。
4 結(jié)束語
制備了凈化車輛尾氣的貴金屬一稀土復(fù)合型催化劑，對該催化劑的活性進(jìn)行了測試；利用所制備的催化劑在摩托車上進(jìn)行了性能研究，試驗結(jié)果表明催化劑可以快速起燃，但催化活性與催化劑溫度之間存在一定時間的滯后現(xiàn)象；將所制備的催化劑在多款車型的摩托車上進(jìn)行了應(yīng)用試驗，結(jié)果表明能使排放達(dá)到歐Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)，并且通過了10 000 km 的道路耐久性測試。
