三元催化

三元催化，是指将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气的催化。主要是用三元催化器， 三元催化器的载体部件是一块多孔陶瓷材料，安装在特制的排气管当中。

废气中的主要成份为NOx、CO、HC。三元催化剂是极具有氧化CO和HC的能力，同时具有还原NOx的能力的催化剂，称之为三元催化剂，目前我们常用的有铂、钯等少数贵金属和其氧化物。

在CO、HC的氧化燃烧过程中，在氧化物与催化剂交换有两种氧化机理:一类是利用催化剂表面的吸附态氧来进行氧化;另一类是利用催化剂的晶格氧来进行氧化。后者是利用催化剂本身在两种不明显的价态之间循环，使电子反应物向氧转移，造成氧化反应。一般某些还原性元素或其氧化物、共价态容易变化，可用传递氧，使其对反应物起到催化的作用。

V2O4+1/2O2→V2O5 (1)

V2O5+被氧化物→V2O4+氧化物 (2)

Pt+O2→PtO2 (3)

PtO2+被氧化物→Pt+氧化物 (4)

如V2O5+CO→V2O4+CO2

PtO2+CO→Pt+CO2

上述反应方程式(1)、(3)为富氧反应，(2)、(4)为缺氧反应，催化燃烧反应与发动机的空燃比有很大的关系，燃烧反应只能在有氧的条件下进行，即一定浓度条件下发生氧化反应，这就要求发动机工况处于最佳空燃比情况下工作，这对发动机的操作设计来说很困难。因此，稀有金属的储氧与释放氧的能力兼催化剂的能力能满足这一条件。

过度性金属氧化物利用其价态的变化交替进行储氧或释放氧，在尾气交替由富氧变为贫氧的转化过程中，催化剂如Pt和Pt+2、V+4和V+5交替产生，即在稀薄(空燃比大)条件下，Pt、V从尾气中吸附更多的氧变为高价的Pt和V氧化物，将氧储存起来。

在从稀薄至贫氧的过程中高价的Pt+2、V+5被还原成Pt、V而释放出氧(如反应方程式(2)、(4))，当尾气中没有足够的氧时，它又可释放所有的氧，使得二氧化碳和碳氢化合物的氧化反应顺利进行。

当空燃比大时(即回到稀薄状态)，尾气处在富氧状态下时，催化剂的金属或其氧化物又通过吸附或与尾气中的过剩氧发生氧化反应(如反应方程式(1)、(3))，再次开始储存氧，这种储存、释放氧的过程随着尾气中空燃比的变化而周而复始地不断循环，使得发动机排出的废气CO、HC被氧化成稳定的无害的CO2和H2O。

尾气中的NOx在还原剂和催化剂的作用下，还原生成稳定的N2，达到降低NOx的目的。在尾气中、CO既是被处理的对象，也是NOx的还原剂。若HC在催化剂铂、钯存在的条件下，发生如下反应:

HC+NO→CO2+N2+H2O

CO+NO→CO2+N2

NO2+CO→CO2+NO+CO→CO2+N2

由反应看出NOx的还原是以HC、CO为还原剂，其还原反应速度为g=k1[HC]·[NO]或g=k2[CO]·[NO]，看出反应中速度受碳氢化合物和一氧化碳浓度的影响很大，一氧化碳和碳氢化合物浓度越高，其反应进行的越快，则NOx的还原率(处理效率)就越高，所以在三元催化反应中，要根据其反应特点引导反应次序，合理利用废气中的内在资源，达到最优化的处理结果。

空燃比的变化对NOx的还原有很大影响，高燃比(富氧)条件下，NOx有可能进一步被氧化，这就要求催化剂对尾气中的NOx废气有一定的调节作用，在高氧的条件下即CO、HC浓度相对低的条件下，用催化剂的吸附还原特性，先将氢氧化物用吸附剂储存起来，当尾气处在低空燃比(缺氧)条件下，又释放出NOx，NOx再被CO、HC还原成N2。

当然，这种反应需要较高的反应活化能和反应温度，但若有铂、钯等催化剂存在的条件下，可降低反应能和反应温度，使最反应在较低条件下进行。

1、什么是三元催化器

三元催化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体，通过氧化和还原等化学作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。

当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化一还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体;HC化合物在高温下氧化成水(H2O)和二氧化碳;NOx还原成氮气和氧气。令三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。因此得名三元催化器。

2、三元催化器失效原因

因我国汽油中的含硫量标准值较高，而硫有一个特别的特性，燃烧后会变成单质硫，其会浮在催化剂的表面，让催化剂起不了作用。此外汽油中的烯烃也相类似，受热后不易燃烧，易变成球状物。更重要的是，在堵车严重的环境中。车速过慢导致发动机工作温度低，会使三元催化器中的催化剂起不了作用，直排出未经净化的尾气。

长期如此，三元催化器会附着大量化学络合物，造成堵塞。其堵塞物包括：硫、铅、磷、锌等元素，硫和铅来自于汽油，磷和锌来自于润滑油，这四种物质及它们在发动机中燃烧后形成氧化物颗粒，易被吸附在催化剂的表面(还包括发动机积碳排出的炭烟)，使催化剂无法与废气接触，从而失去催化作用。

3、三元催化器的保养

在发达国家，三元催化器寿命能达10～20万公里，而国内因油品及用车环境等原因，其寿命仅为3～8万公里。如能定期对三元催化器检查和保养，延长其寿命也是可行的。车辆每行驶1～2万公里，感觉到动力下降及油耗增加时，均需用专用清洗剂清洗三元催化器。

此外，在清洗喷油嘴、节气门和进气道积碳时也需清洗三元催化器。如三元催化器存在机械损伤，如热烧结，使用超过20万公里时，再清洗的效用已不大。目前原厂的三元催化器价格大多在千元以上，即便是副厂的三元催化器也要数百元价格。所以，好好保护三元催化器，除了能保护环境之外，也是在保护自己的荷包。