陈泽智，周玉香，刘 涛，龚惠娟，唐秋萍
(南京大学污染控制与资源化国家重点实验室，江苏南京 210093)

      目前用于治理机动车尾气的主流催化剂是贵金属～稀土复合型催化剂，该类催化剂已在汽车尾气净化装置中得到广泛应用。随着我国对摩托车尾气治理力度的不断加大，加之国内大量的摩托车出口需要满足国外的排放标准，促进了国内摩托车尾气催化净化技术的快速发展。但该技术的发展还存在着明显的不足之处。首先是基于金属蜂窝载体的催化剂制备技术不过关，导致目前国内各摩托车厂普遍采用国外产品；其次，对此类催化剂的工作性能研究还不够深入。鉴于此，我们开展了贵金属一稀土复合型催化剂的制备及其应用于摩托车的工作性能研究，以期促进国内对此类催化剂核心技术的掌握。
1 催化剂的制备与活性测试
1．1 制备
1．1．1 催化剂浆料的制备
     采用溶胶凝胶法制备出以γ-Al2O3为基质，内含贵金属(Pt，Rh，Pd)和稀土氧化CeO2，La2O3等助剂在内的水洗涂层。
1．1．2 金属蜂窝载体催化剂的制备
     对金属载体进行预处理，增强其与催化剂水洗涂层的结合能力，将催化剂浆料均匀涂覆在金属蜂窝载体上，焙烧后得到贵金属～稀土复合型催化剂。
1．2 活性测试
     采用以上方法制备了贵金属～稀土复合型催化剂(载体直径35 mm ，长60 mm，贵金属Pt含量1．41 g／L)，在自制的摩托车尾气催化剂活性试验台上进行了测试。在试验中使用汽油机排气作为尾气气源，采用机外补充C2H4和空气的方式调节过量空气系数，用加热器调节催化剂人口温度。在新鲜状态和老化后(在900℃ 下焙烧1O h)对所制备的催化剂的起燃过程进行了测试，结果见图1和图2。

 
2 催化剂在摩托车工况法运行中工作过程
     将所制备的催化剂(载体直径35 mm，长60 mm，贵金属Pt含量1．41 g／L)用于某50型2行程轻便摩托车消音器中，对其在摩托车工况法运行中的工作性能进行了测量。
2．1 温度变化
     摩托车在转鼓上进行了ECE R47工况运行，在此期间对催化剂的人口温度、出口温度和中心温度进行了测量，结果见图3。

 
     由图可见，催化剂人口温度经过一个循环后就可达到起燃温度，随后催化剂出口温度和中心温度迅速上升并趋于稳定，说明催化剂能够快速起燃。
2．2 排放变化
     测量了在摩托车工况运行过程中尾气经过催化剂后浓度的变化，结果见图4，图中纵坐标为尾气浓度的相对比例。
图4表明，经过催化剂后的尾气浓度随着工况运行逐渐降低，进入测试的后4个循环，基本趋于稳定，这表明催化剂在工况测试中可以充分发挥净化功能。
2．3 讨论
     从以上试验可以看出，摩托车尾气催化剂在应用中有两点需要重点考虑。
a)催化剂的抗热老化性能 图3显示，在高负荷运行中催化剂的中心温度可高达1 000℃ ，如车辆长时间在此状态运行催化剂很容易造成热烧结。在中等负荷下运行温度也达800℃左右，因此要保证催化剂耐久性能首先就要提高其抗热老化性能；
b)催化剂的起燃性能 尽管催化剂的人口温度可以迅速达到起燃温度，但催化剂在工况运行中的活性是逐渐发挥出来的，这说明催化剂的活性反应相对滞后于温度的变化；因此，必须提高催化剂的起燃性能，缩短反应滞后的过渡期。

 
3 实际应用
     将所制备的催化剂在多个车型上进行了实车试验，图5为在某50型2行程轻便摩托车上分别采用一级催化剂方案和两级催化剂方案的工况法排放测量结果。由图可见，原车排放较高，采用一级催化剂的净化效果有限，为了达到欧Ⅱ排放标准，需要采用两级催化剂。

 
     图6为两款摩托车装用催化剂后的工况法排放结果，图中CAT 为安装催化剂的状态。由图可见，采用催化剂后的排放远远低于欧Ⅱ标准限值。为了检验催化剂的耐久性能，对两款车型进行了10 000 km 耐久性路试，试验前后的工况法排放结果见第37页图7，其中CAT为新鲜催化剂状态。图中显示，催化剂经过耐久性跑车后，催化活性无明显劣化，有的排放指标还有所改善，说明所制备的催化剂具有良好的实用性能。

 
     从图6和图7还能看出，原车的排放主要是CO超标，HC和NO 比较低，有的甚至低于欧Ⅱ排放标准，这表明氧化型催化剂还是现阶段排放达标的一个主要技术方向。
4 结束语
     制备了净化车辆尾气的贵金属一稀土复合型催化剂，对该催化剂的活性进行了测试；利用所制备的催化剂在摩托车上进行了性能研究，试验结果表明催化剂可以快速起燃，但催化活性与催化剂温度之间存在一定时间的滞后现象；将所制备的催化剂在多款车型的摩托车上进行了应用试验，结果表明能使排放达到欧Ⅱ标准，并且通过了10 000 km 的道路耐久性测试。