PDF《催化燃烧技术基本原理进展及其应用的研究》

6 科技咨询导报 Science and Technology Consulting Herald

2007 NO.

06 Science and Technology Consulting Herald 高新技术科技咨询导报

1 催化燃烧的基本原理研究进展 1.1 催化剂的作用 像"气―固"反应一样,一种有机物 RH在催化剂作用下完全氧化,一般需经以 下步骤: (1)反应物分子由气相扩散到催化剂表面;

(2)通过细孔由外表面向内表面扩散;

(3)克服气固界面膜的阻力被催化剂表面 的活性部位吸附;

(4)被活化的吸附物与另一种活化的吸附 物、或物理吸附物、或直接来自气相之间的 反应物进行化学反应;

(5)反应产物从催化剂表面上脱附;

(6)脱附物通过细孔向催化剂外表面扩散;

(7)由外表面向气相扩散. 1.2 反应活性 不同种类的反应物具有不同的反应活 性,这一点是催化材料开发过程中应该明确 的.由于分子中所含元素成分不同,电子云 分布状态及空间构型不同,其活化过程对催 化剂表面活性中心性质及结构的要求各不相 同,因此需要研制具有不同活性成分、表面 性质及集团结构的催化剂与之相适应,以提 高催化反应的实际效果. 1.3 混合效应 单一组分的氧化活性与混合组分的氧化 活性往往有所不同,而废气治理中遇到的多 数是多种成分的混合物,所以对混合效应需 要加以注意.这种混合效应是相当复杂的, 许多因素尚不清楚,一般认为是竞争吸附所 致.大致的规律是:性质与结构类似的分子 相互影响小,极性分子与非极性分子共存时 有明显影响,含有孤对电子原子的分子如 H2 O,CH2 Cl2 等对其他共存分子的反应一般 都有一定程度的抑制作用,尤其是在较低温 度时更为明显. 1.4 O2 分子的活化及活性 燃烧反应中,氧是重要因素.O

2 分子 首先在催化剂表面上活化形成不同类型的活 性氧物种,这些物种的存在已得到实验的证 实,其中有一类氧物种具有极高的氧化活 性,大多数学者认为催化剂表面这类"氧种"在完全氧化反应中起主要作用. "氧种"是亲电性的,主要进攻反应物分子中电 荷密度较大部位(例如不饱和键).催化剂表 面不同氧物种的相对比例,除随催化剂性质 而变外,还随反应条件而变化,也就是说在 给定的催化剂上,可以通过反应条件的变化 调节氧活性.活性较弱的氧物种也并非专管 选择性反应,随温度升高、活性增强,亦 起完全氧化作用.

2 催化燃烧技术应用 2.1 工业产业应用 (1)汽车尾气催化净化剂其应用原理是在 汽车排气管尾部安装催化转化器,在精确空燃 比(A / F =14

7 ±

0 1)的条件下,CO、HC 和NO x 借助燃烧催化剂的作用,发生氧化还 原反应而转化为无毒的 CO2 、H2 O 和N2 .所 用催化剂为通常所说的三效催化剂, 既有把 N O x 还原的功能,同时又有把 C O 和烃类氧 化的功能.目前所用TWC的活性组分基本 上是 Pt、Rh 混合物,或是将 Pt 沉积在高比 表面积的 Al

2 O3 上.在大量过剩氧气的存在 下,具备原位 N O x 还原能力催化剂的发展, 是对于下一代燃油经济型发动机的最大挑 战.如果这一点能够得到顺利实现, 商业化 的发动机可以节约燃油 25% 以上.汽车制造 商开发的部分杂合贫燃发动机,是将在贫油状 态下产生的NOx 储存在内置于TWC中的一 种碱土金属氧化物(如BaO)中,周期地快速 强化空气 - 燃油比,将储存的 NOx 在TWC上 还原.其基本要求为必须使用含硫量低的燃 油,以防止 SO x 吸附于催化剂上而导致催化 剂的活性中心中毒.随着新材料的应用,以 及低硫含量(