[01257586]高效低温型金属蜂窝状柴油发动机尾气净化催化剂的研发

课题来源与背景近年来，我国汽车产销量随着经济的高速发展呈现较为快速的增长趋势，导致城市大气环境污染日益严重，给城市和区域空气质量带来巨大压力。

根据环境保护部发布的《2014年中国机动车污染防治年报》，机动车所产生的NOx排放量已占到全国各行业NOx排放总量的42%，我国一些地区酸雨、灰霾和光化学烟雾等区域性大气污染问题频繁发生都与机动车排放的氮氧化物、细颗粒物等污染物直接相关。

其中，汽车是机动车污染物总量的主要贡献者，其排放的CO和HC超过70%，NOx和PM超过90%。

按燃料分类，全国柴油车排放的NOx接近汽车排放量总量的70%，PM超过90%。

我国制定了《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）GB 18352.5—2013》，计划于2018年实施。

对于柴油车，从国Ⅳ标准的CO 0.5 g/km、NOx 0.25 g/km、HC+NOx 0.3 g/km、PM 0.025 g/km限值提高到CO 0.5 g/km、NOx 0.18 g/km、HC+NOx 0.23 g/km、PM 0.0045 g/km的限值，NOx和颗粒物排放分别收严了28%和80%。

柴油车（机）尾气具有复杂的化学组成，因尾气中O2含量较高， 故HC 和CO 排放量较少， 一般只有汽油机的1/10; NOx 排放量与汽油机大致处于同一数量级;而PM 的排放量约为汽油机的几十倍因此， 降低NOx 和PM 排放是柴油机车尾气催化净化的主要课题。

柴油机发动机要满足末来的国Ⅴ排放标准，关键是要实现NOx和颗粒物PM排放的大幅消减。实现PM和NOx的协同消除，首先要解决柴油机尾气NOx净化催化剂的研究开发，解决催化剂的冷启动和低温活性，有效地开展柴油机尾气NOx催化消除的研究已成为一项迫在眉睫的工作。

为此，桂林理工大学实施了广西壮族自治区科技厅委托的广西千亿元产业重大科技攻关工程项目“减排及资源化利用共性技术研究与示范”所属课题“高效低温型金属蜂窝状柴油发动机尾气净化催化剂的研发”（合同编号：桂科攻12118022-6）。

技术原理及性能指标

技术原理：项目成果以分子筛为活性载体的Fe、Co系催化剂活性配方和制备技术，以及催化剂活性层负载于金属蜂窝上的整体式金属蜂窝基分子筛涂层催化剂制备技术。

催化剂低温活性配方以掺杂改性的Co/ZSM-5基复合氧化物催化剂较好的实现C3H8选择性催化NOx低温活性，在偏富燃条件下具有较高的稳定NOx净化性能;以掺杂改性的Fe-Mn/ZSM-5基复合氧化物催化剂实现显著的NH3选择性催化还原NOx低温反应活性和较宽最佳转化性能窗口。

催化剂制备原理为：金属蜂窝载体以特定的工艺进行表面预处理，使表面形成易于附着的结构。分子筛预粘化后与粘结剂、成型助剂混合制浆，通过控制浆料的粘度、酸度、固体含量浓度等制得合适附着强度的浆料。以特定的工艺手段使蜂窝孔壁或金属丝网型载体浆料涂覆均匀，干基涂层负载量达到催化剂活性的制备工艺要求。负载涂覆后金属载体先于室温下阴干，再进行活化处理。涂层附着强度以超声波冲击法测试，脱落率应＜5.0%。

性能指标：

A. 催化剂涂层附着强度超声波检测脱落率小于5%。

B. 催化剂的NH3选择性催化还原NOx反应温度T50低至110℃，最佳转化性能窗口宽。

C. 开发的整体式金属蜂窝基ZSM-5分子筛涂层催化剂，安装于轻型柴油车（如东风牌多用途乘用车）上，整车尾气NOx排放值满足GB 18352.5—2013国家排放标准。

③技术的创造性与先进性

A. 解决了整体式金属蜂窝上分子筛催化剂的附着涂覆技术难题，获得了分子筛在金属载体上的涂覆配方和工艺，所制备的涂层附着强度高，涂层超声脱落率小于5%。

B. 开发出的Co/ZSM-5系催化剂具有较佳的利用柴油车尾气排放污染物（如丙烷等烃类）选择性催化NOx的催化性能。

C. 开发出的Fe系ZSM-5催化剂具有较佳的NH3选择性催化还原NOx（NH3-SCR ）低温反应性能，起燃温度T50低至110℃，150℃左右NOx转化率可达到100%，显著拓宽了最佳转化性能窗口。

D. 开发的整体式金属蜂窝基分子筛涂层催化剂，安装于轻型柴油车（如东风牌多用途乘用车）上，实车Ⅰ型试验检测的整车尾气排放的NOx值满足国Ⅴ标准排放。

④技术的成熟程度、适用范围和安全性

整体式金属蜂窝ZSM-5分子筛涂层产品尚缺乏完善的寿命试验考察，另外，产品在实际使用过程中，催化性的稳定转化率窗口有变窄收缩情况。需要进一步给合整车和发动机工况条件下完善开发。本项目的技术与产品可应用于柴油车（机）尾气的NOx催化净化，尤其是轻型柴油车的尾气净化。

应用情况及存在的问题限于技术与产品的工况平台条件下的完善开发投入较大，特别是模拟老化试验和16万km的寿命考察，课题成果尚没有进入实际应用状态。