机动车尾气净化关键材料及集成技术

该项目成果属于材料与环境交叉的学科领域，针对机动车尾气排放特点，开发出满足或超过国Ⅳ（汽油车、柴油车）及国Ⅲ（摩托车）的国家排放标准要求的机动车尾气净化关键材料及系统集成匹配技术。主要技术性能指标及创新点如下：　　（1）高性能催化材料及关键涂覆工艺：采用共沉淀＋浸渍两步法，制备出含Pr、Nd、Sr等改性元素的铈锆基储氧材料，在实际应用中，所制备的催化材料经1050C水热老化6小时后，500C下的实测储氧能力达713.8μmol/g，动态（0.1Hz）储放氧速率最大可达110.8μmol/g/s。所制备的高热稳定性的活性氧化铝材料，初始比表面积达219m^2/g，经1050C水热老化10小时后比表面积仍可保持151m^2/g。在材料成份、老化条件、测试条件和方法相近的条件下，国内外文献报道的铈锆基储氧材料的储氧能力最高值为605.0μmol/g，、储放氧最大速率低于100μmol/g/s，经1000C水热老化6小时后氧化铝的比表面积最高107m^2/g。可见，该课题所开发关键材料的相关性能指标均已达到或超过目前国内外专利和文献报道的最高水平。在使机动车尾气净化器整体性能达到或超过当前国家排放标准的基础上，这些材料的应用能够有效提高催化剂的抗老化性能，延长净化器使用寿命，并降低贵金属用量。另外，通过开发等离子喷涂和电泳共沉积等表面处理工艺，解决了无机催化涂层材料与金属载体热膨胀系数差异过大造成的界面结合力不强的问题。利用等离子工艺处理在FeCrAl金属载体表面喷涂氧化铝涂层，用热冲击＋超声波方法进行结合性能评价，脱落率仅为0.35wt%，保证了机动车尾气净化器在使用过程中的寿命里程。查新证明，上述关键材料及涂层工艺创新在国内外均具前沿水平。（2）机动车尾气净化系统集成与匹配技术：针对汽油车排气催化净化特点，开发了基于耐高温氧化铝、高性能储氧材料的低贵金属含量的先进催化剂配方，结合催化剂在蜂窝载体上的原位制备/涂敷技术，集成出高性能汽车尾气催化净化器，使汽油车尾气排放水平达到国Ⅳ（相当于欧Ⅳ）以上标准，净化器寿命达到10万公里；针对轻型柴油车排气的净化特点，在完成实现国Ⅲ标准的关键技术的基础上，进一步通过系统设计集成壁流式金属网板过滤体、铂基氧化催化剂和铜铈再生催化剂，开发出具有微粒捕集、催化净化和连续再生一体化功能的净化系统，使柴油车尾气排放水平达到国Ⅳ（相当于欧Ⅳ）以上标准，净化器综合寿命达到10万公里；针对摩托车排气净化特点，开发了新型波纹状金属丝网载体和稀土－过渡金属－贵金属复合型高性能催化剂，并通过等离子喷涂等表面处理工艺实现金属载体表面催化剂涂层的牢固上载，由此集成出的摩托车尾气净化器产品技术可使摩托车尾气排放水平达到国Ⅲ（相当于欧Ⅲ）以上标准，催化净化器寿命达到1.5万公里。该项目所研究开发的机动车尾气净化关键材料及集成技术已在无锡威孚力达催化净化器有限责任公司年产300万升的催化剂生产线上顺利实施，所生产的催化剂年销售量从2003年的16.2万升增加到2007年的92.7万升，约占国产汽车尾气催化剂市场的80%以上，2007年实现产值2.4亿元，利税5767万元；自2004年到2008年6月30日，该项目创造的直接经济效益已逾8.3亿元，目前已成功在20多个国内主要汽车生产厂家的40余个车型中配套使用，国家发改委国IV阶段配套车型公告中90%的车型所使用的催化净化器来源于威孚力达催化净化器有限责任公司。该公司已成为目前国IV车型国产汽车尾气催化净化器的供货龙头企业，并已将部分产品打入国际市场，打破了国外汽车尾气净化器公司在汽车尾气净化催化剂整车匹配市场上的垄断。项目成果的应用有效地解决了机动车尾气排放所带来的环境污染问题，建立和完善了我国机动车排放污染控制技术的创新体系，形成了具有自主知识产权、达到国际领先水平的机动车尾气后处理关键材料和集成技术储备，使我国在机动车尾气净化材料与集成技术方面基本与世界接轨，经济和社会效益显著。2007年我国汽车产量已达888万辆，预计今年将超过1000万辆，摩托车产量也已超过2000万辆。随着我国机动车排放标准的日趋严格，新车都必须安装满足相应排放法规要求的尾气净化器，表明该课题成果及产品具有很大的市场潜力和广阔的推广应用前景。随着该课题成果所开发尾气净化关键技术的逐步推广，按照目前国产尾气净化器市场的发展趋势估计，预计在未来3～5年内直接应用该课题所开发技术的机动车尾气净化器产量国内市场占有率将继续保持国内第一，并实现出口100万套以上，产生直接经济效益达10亿元以上。另外在柴油车尾气净化方面，由于柴油机具有传统汽油发动机所不具备的经济性、动力性及低污染排放等特性，我国的柴油车总量一直保持稳定增长速度，2004年柴油车总产量猛增到140万辆，占机动车总产量的27.6%。据了解，目前国外有以氧化型催化剂和壁流式陶瓷过滤器组成的重型车柴油车排气净化装置，每台价格相当于人民币5万元以上，且无法适应我国的柴油品质和发动机。我们自主研发的技术产品将成本控制在5000元人民币左右，其成本大大低于国外同类产品，且具有独特设计结构和对我国油品的适应性。待到柴油车新车市场成熟后，预计每年有约60万套的市场，即30亿元的潜力产值，且其市场总额会逐年增长。从这个意义上说，该课题成果具有广阔的应用前景和可观的潜在经济社会效益。