四效催化劑

柴油機的過量空氣係數大於1，尾氣中氧氣含量高，柴油車的尾氣動態監測表明，排放的HC和NOx的比例不利於二者之間的反映。因為大部分NO是在高負荷的高溫狀況下產生的，此時HC氧化進行得較為完全，沒有足夠的HC還原NO。但是柴油車尾氣中的PM也屬於還原性物質，因而，利用HC、CO和PM在富氧條件下還原NOx，以達到同時去除污染物的目的，在理論上是可行的。

基本介紹

• 中文名：四效催化劑
• 外文名：four-way catalyst

介紹

柴油機的過量空氣係數大於1，尾氣中氧氣含量高，柴油車的尾氣動態監測表明，排放的HC和NOx的比例不利於二者之間的反應。因為大部分NO是在高負荷的高溫狀況下產生的，此時HC氧化進行得較為完全，沒有足夠的HC還原NO。但是柴油車尾氣中的PM也屬於還原性物質，因而，利用HC、CO和PM在富氧條件下還原NOx，以達到同時去除污染物的目的，在理論上是可行的。這種四效催化劑是最理想的柴油機排氣淨化方法。

圖1 柴油機四效催化概念圖

分類

貴金屬

新鮮的鉑催化劑在180~210℃具有最高的還原NO的效率，經過老化實驗後活性一般降低，且在260~280℃的高溫區顯示出高活性，但是排放NOx最多時的尾氣進入催化轉化器的入口溫度並不在這個溫度範圍內，為四效催化劑的設計帶來了困難。

非貴金屬

近年來，人們發現稀土鈣鈦型複合氧化物催化劑對於PM和NOx的同時消除有很好的活性，於是研究者把研究重點放到稀土鈣鈦礦氧化物催化劑上。通過研究發現，Mn基，Co基、Fe基和Cu基鈣鈦礦型複合氧化物對於柴油機尾氣催化處理的活性最高，並且以碳顆粒的起燃溫度進行活性評價，發現活性順序為：Co>Mn>Fe。

四校催化劑的開發是一項系統工程，影響催化劑性能的因素很多，主要有發動機尾氣的排放狀態，催化劑載體、塗層材料、活性組分的選擇等因素。這就要求研究者綜合考慮各因素，根據柴油機尾氣排放特點和對催化性能的要求去設計催化劑。

現有成果

豐田公司的柴油機微粒-NOx淨化系統（DPNR）是目前唯一商品化的四效催化器。DPNR系統將NOx吸附還原技術與DPF技術組合在一起，採用壁流式陶瓷濾芯，NOx吸附還原催化劑塗抹在濾芯上。豐田公司對DPNR系統的研究和改進還在進行中，一些詳細反映機理並未完全高清，尚需進一步研究。

問題與展望

1、柴油機較汽油機的含硫量高，容易使催化劑中毒，因此開發柴油機四效催化劑時還要注重催化劑對抗硫性能的提高。

2、低溫冷啟動時催化劑的活性低，污染物的排放較高，因此對冷啟動時，排放污染物的有效轉化或者吸附也是必須解決的問題之一。

3、 目前開發的四效催化劑效果不是很理想，因此如何科學利用各種材料的特性來合理設計製備高活性的多組分四效催化劑是亟待解決的核心問題。

4、柴油機四效催化劑淨化體系是遠非一種催化劑所能實現的，其中包括各種催化劑的製備科學規律及技術、催化劑性能及表征。整個催化劑體系的構建以及各催化劑的耦合等。