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三元催化背后的故事

2w ago

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三元催化器是汽车尾气处理中非常关键的一环,不过这个配件的历史其实仅有不到40年。今天咱们就来聊聊三元催化器是怎么一步一步发展到如今这个样子的。

其实催化转化器这一概念早在19世纪末就已经在法国出现了,当时的设计只是简单地把铂、铱和钯这些金属镀在一些惰性材料的表面,然后把这些材料封进一个金属的缸体中。在那个年代,全世界街上燃油的车都算上也就几千辆。

-1908年的福特T型车,此前的汽车并未真正大规模生产过。来自http://unusual-cars.com/ford-model-t/

第一位意识到燃油车可能需要加装催化器的也是一位法国人。1909年,法国化学家Michel Frenkel在第七届国际应用化学大会(国际纯粹与应用化学联合会的前身)上提出了这一观点。不过他的想法是让发动机排气在催化剂的辅助下在一个专门的排气室中补充燃烧一次。不过汽车尾气的问题并未得到重视。

下一位对催化器做出杰出贡献的人是机械工程师Eugene Houdry,还是一位法国人。他本人是从事炼钢行业的,热爱赛车运动的他在自家钢厂工作时与汽车行业有了很多接触,当时汽车行业的工程师们都在尝试提高发动机的性能,这激发了他对高性能燃料的兴趣。

-Eugene Houdry在1952年注册的专利。来自https://en.wikipedia.org/wiki/Eugene_Houdr

1930年时,Eugene Houdry已经在煤的催化裂化领域颇有建树了,不过他在法国国内的事业却并非一帆风顺,因此他在1930年移居到了美国。关于雾霾的早期研究成果在洛杉矶发表之后,Eugene Houdry就开始关注烟气和汽车尾气带来的污染了。在1952年,他研制出了催化转化器并注册了专利。

这些催化转化器首先在工厂烟囱中得到了应用,之后紧接着被用在了大型仓库的叉车身上。此时的催化转化器没能在汽车身上得到应用的原因是燃料,汽油中的抗爆震添加剂四乙基铅会污染催化剂,使催化转化器失效。

-1955年的洛杉矶街头,一位骑摩托车的邮递员戴着防毒面具送信。来自https://www.reddit.com/r/TheWayWeWere/comments/3lfwm6/a_motorcycle_messenger_uses_a_gas_mask_to_make/

这种情况在70年代初迎来了转机,美国政府先是展开了一项“净化空气”行动。这项行动中规定截止到1975年,机动车的污染物排放必须减少75%。同时,1973年开始的含铅汽油淘汰计划也从侧面推动了催化转化器的发展。同年,世界上第一款量产的催化转化器诞生了。1975年,美国法规规定所有汽油车都必须加装催化转化器。

-二元催化器并没有去除氮氧化物。来自https://www.carboncleaningusa.com/technical/catalytic-converter

当时的催化转化器还都是二元的,由铂和钯金属组成的氧化催化剂可以把汽车尾气中的一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物氧化成二氧化碳和水。这样就从汽车尾气中去掉了有毒性的一氧化碳以及光化学烟雾污染中非常重要的一环——碳氢化合物。不过氮氧化物依然逍遥法外。

-引入空气协助氧化的三元催化器。来自https://www.carboncleaningusa.com/technical/catalytic-converter

到了1981年,三元催化器在美国和加拿大的汽车上得到了应用。这种三元催化器本质其实就是让尾气在通过氧化催化剂之前先通过还原催化剂层,一般是铂和铑,这样就去除掉了氮氧化物。这种催化器可以处理的有害物质由一氧化碳和碳氢化合物这两种变成了氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物这三种,因此得名三元催化。

要是从1908年福特T型车诞生开始算的话,三元催化在民用车上可是迟到了73年。1981年之后,各国在汽车排放法规中逐渐都加入了汽油车加装三元催化的规定,三元催化这才得到普及。

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