轻型柴油催化剂结构原理
随着全球汽车保有量的增加，汽车尾气排放对环境的影响也日益严重。由于汽车尾气中含有很多对人体有害的物质，各国政府针对尾气排放制定了不同的排放法规。美国于1970 年出台了《大气清洁修正法》，起初仅使用Pt、Pd 氧化型催化剂，后来加强了对NOx 排放的限制，Pt、Pd、Rh 三效催化剂才逐渐普及化。我国汽车尾气催化起步较晚，目前研究主要集中在含少量贵金属的体系。前一阶段环保部批准了国V 排放法规，相比国IV 标准，对汽车尾气排放提出了更加严格的要求。以前柴油机只用于重型和中型汽车，在家用轻型轿车上几乎没有应用，但就目前来看，柴油机应用于轻型汽车将是大势所趋。但柴油机高的PM 和NOx 排放也对大气环境造成了一定程度的污染，研究开发针对轻型柴油机尾气排放的新型催化剂迫在眉睫。
柴油机排放的废气当中，N2 约占75.2%，CO2约占7.1%，O2 及其它成分约占16.89%，有害排放物约占0.81%[6]。有害排放物主要包括NOx(35.4%)、CO(35.3%)、PM、SOx(20.76%)、HC(8.54%)。可见柴油机排放的主要有害物质为PM 和NOx，其中PM 只有亚微米级，几乎全部被人体吸入，对健康造成严重危害。大部分PM 是一种类石墨结构的物质，表面吸附有可溶性有机成份(SOF)，另有约5%的硫酸盐。在PM 的净化中，最难处理的是SOF。柴油机尾气的处理方法分为机内净化和后处理技术。机内净化包括燃油高压喷射技术、以增压为核心的进气系统改进和匀质混合压缩点火式燃烧技术(HCCI)等。后处理技术以发动机废气为处理目标，使其转化为无污染或污染程度较轻的气体。NOx 主要依靠还原技术将其转化为N2；PM 的净化过程与之相反，利用氧化催化剂将PM 氧化为CO2 和H2O，其关键在于低温氧化燃烧。发达国家通过改善油品质量，采用发动机多次喷射等技术来提高尾气温度，以实现PM 的氧化燃烧。我国发动机制造技术与西方相比还有差距，且柴油含硫量较高，导致尾气中的SO2 易被氧化为SO3，从而形成硫化物堵塞颗粒捕集器的孔道，并造成催化剂中毒。故我国目前采用尾气催化剂来降低PM 的燃烧再生温度，以实现柴油机尾气的净化。对于NOx 的净化，目前主要方法有选择性催化还原(SCR)、稀薄NOx 吸附-催化还原(LNT)[15]。PM控制技术有氧化催化转化器(DOC)、颗粒捕集器
(DPF)及颗粒氧化催化转化器(POC). 氧化催化转化器(DOC) 安装在柴油车排气系统中，其目的是对CO 和HC，以及PM 中的SOF 进行氧化。对于SOF中燃烧温度较低的碳氢化合物，使用氧化催化剂可使其减少90%以上。DPF 是减少PM 最直接的方法，也是目前国际上较实用的柴油机微粒后处理技术。其原理是利用机械力将PM 阻挡在过滤器内。常用的过滤器有表面型和体积型微粒捕集器，表面型微粒捕集器中微粒聚积在过滤材料的表面上，其过滤效果主要受材料孔隙尺寸的影响，包括壁流式陶瓷体和泡沫陶瓷体。贵金属在催化剂上的运用是无法取代的，现主要利用铂，钯，铑等贵金属，之后必将长期使用，无法取代。