Катализатор это вещество
Общая информация о катализаторах
Катализатор - это элемент выхлопной системы. Он выполняет две задачи:
- Окисление выхлопных газов с целью снижения содержания вредных для экологии примесей
- Создание противодавления в выхлопной системе
Устройство катализатора и его разновидности
Существуют три вида катализаторов, разделяющихся по принципу работы:
- Фильтрующий (катализатор дожигания)
- Химический
- Магнитно-стрикционный (МСК)
В данной статье мы рассмотрим самый известный и популярный вид катализатора - катализатор дожигания.
Катализатор дожигания, в свою очередь, делится на два типа:
- Керамический катализатор
- Металлический катализатор
Внутренняя структура катализатора представляет собой соты, выполненные из керамики или металла. По функциональности они идентичны, но катализатор из металла более надежен, тогда как керамические соты довольно хрупки. Стоит металлический катализатор дороже керамического.
На соты наносится тонкий слой платино-иридиевого сплава, который и обеспечивает окисление выхлопных газов. Платина и иридий – дорогие металлы, отсюда такая высокая стоимость катализатора.
Сам катализатор помещается в корпус из нержавеющей стали.
Принцип работы катализатора
Выхлопные газы представляют собой смесь NO (оксид азота), CH (углеводород), CO (оксид углерода – угарный газ). Эти газы опасны как для окружающей среды, так и для самого человека. Смог, который еще недавно был визитной карточкой больших городов, образуется из-за взаимодействия этих и некоторых других соединений, в результате получается вредная для человека дымовая завеса.
Принцип работы катализатора основан на том, чтобы эти элементы до-окислять путем каталитической реакции между элементами газов и сплава катализатора, в результате на выходе получаются либо более низкие концентрации вредных веществ, либо чистые кислород и углекислый газ.
Реакция происходит из-за высокой температуры выхлопных газов (выше 300 градусов). Чем выше температура, тем быстрее протекает реакция. Температура выхлопных газов во многом зависит от заправляемого топлива. Топливо низкого качества может выдавать очень большую температуру отработанных газов, что уменьшает срок службы катализатора.
Стандарты
Экологическая политика привела к появлению норм содержания вредных веществ в выхлопных газах. В зависимости от конкретного стандарта, топливо и катализаторы разделяются по своему качеству (соответствию стандартам).
На данный момент существует 6 стандартов, принятых в Евросоюзе – Евро-1, Евро-2, Евро-3, Евро-4, Евро-5, Евро-6. Евро-6 ввели в 2013 году, тогда как в России максимальным стандартом на данный момент является Евро-5.
Сейчас в России введен закон на запрет эксплуатации транспортных средств со стандартом ниже Евро-3.
Стандарт Евро-3:
оксид углерода (CO) — не более 2,3г/км (грамм на километр пути)
углеводороды (СН) — не более 0,2 г/км
оксиды азота (NO) — не более 0,15 г/км
Выхлопная система
На современных машинах обычно ставится минимум два катализатора, один из которых ставится прямо на выпускной коллектор (катколлектор).
Для нормальной работы катализатора нужно обеспечить постоянное оптимальное соотношение воздуха и топлива в рабочей смеси, поступающей в камеру сгорания.
Этот параметр (количество кислорода) измеряется датчиком лямбда-зонд, который подает сигнал в блок управления, а тот, в свою очередь, соответствующим образом регулирует подачу топлива в двигатель.
После первого катализатора стоит второй лямбда-зонд, который регистрирует изменение содержания кислорода в выхлопе. Если разницы нет или она ниже допустимого значения, подается сигнал о неисправности катализатора.
После второго лямбда-зонда ставится второй катализатор, который располагается примерно под ногами человека на переднем сидении.
Если установлено 4 катализатора, то два других (нижних) располагаются на некотором отдалении от верхних катализаторов. Если из строя выходит один катализатор, то меняют как минимум два верхних, в противном случае возникает неправильное противодавление.
Из-за чего катализатор выходит из строя
Катализатор это фильтр, а фильтры со временем приходится менять.
Существует несколько причин неисправности катализатора.
1. Истек срок службы. В процесс работы катализатор забивается и превращается в пробку. В таком случае машина начинает «тупить», уменьшается мощность работы. Обычно катализатора хватает на 100-120 тысяч километров пробега. После этого катализатор необходимо менять.
2. Стерся платино-иридиевый слой катализатора. В принципе, забившийся катализатор возможно почистить, однако со временем каталитический сплав стирается и чистка становится абсолютно бесполезным занятием.
3. Керамический слой катализатора разрушился. Это либо вторая стадия после «забивки» катализатора, либо наличие чисто механических повреждений типа ударов. Такое чаще всего происходит у автомобилей, предназначенных для загородной езды. В этом случае частички керамики попадают в двигатель и нарушают его работу. Если это запустить, то можно дойти до капитального ремонта или замены двигателя. Если вы слышите странный треск и дребезжание под ногами, это может говорить в пользу разрушения катализатора.
4. Фильтрующая структура катализатора оплавилась. Это происходит, если температура выхлопных газов превышает допустимый порог. В норме катализаторы выдерживают температуру от 300 до 900 градусов. Причина заключается в некачественном топливе. Оплавленный катализатор так же превращается в пробку.
Как правило, при неисправном катализаторе вы увидите сигнал «Check Engine» или при сканировании – код ошибки P0420. Однако, для точного определения причин проблемы необходимо провести диагностику катализатора.
Что делать и кто виноват
Кто или что несет вину за сломанный катализатор – мы уже узнали выше. Возникает вопрос – что делать дальше?
В первую очередь, необходимо провести диагностику выхлопной системы. Если катализатор вышел из строя, вам предложат его заменить на новый. Вышедший из строя катализатор ремонту не подлежит.
Есть и другой вариант, более дешевый – вы убираете катализатор и ставите на его место пламегаситель. Пламегаситель не фильтрует выхлоп, но зато выполняет вторую функцию катализатора – разбивает поток газов, снижая, тем самым, нагрузку на резонатор. Ставить прямую трубу не рекомендуется - либо катализатор, либо пламегаситель.
Если вы решили поставить пламегаситель, то второй лямбда-зонд будет постоянно подавать сигнал ошибки, что довольно сильно раздражает. Но есть способ его обмануть. Здесь либо вам ставят механический контроллер лямбда-зонда, либо программный.
Механический контроллер представляет собой втулку. Втулка вставляется в выхлопную трубу, а лямбда-зонд уже в нее. В таком случае зонд находится на расстоянии от основного потока выхлопных газов и регистрирует норму.
Программный контролер надежнее. Он подает сигнал на бортовой компьютер, соответствующий нормальной работе катализатора.
Штатный или универсальный?
Это второй выбор, с которым вы сталкиваетесь при замене катализатора. Со штатным или оригинальным катализатором все понятно – его продает ваш дилер. Обычно дилер продает катализатор вместе с коллектором, что еще больше увеличивает цену.
Универсальный катализатор намного дешевле, что является очевидным плюсом, т.к. на катализаторы не дают гарантии. Функциональность такая же, как и у штатного, только штатный предназначен специально для марки вашей машины, а универсальный катализатор необходимо подбирать. Здесь большое значение уделяется сервису, который производит замену катализатора.
Кроме того, некоторые автосервисы, например наш автосервис «Глушак», предоставляют гарантию.
примеров катализаторов
В химии катализатор - это вещество, которое вызывает химическую реакцию иначе, чем без этого катализатора - например, катализатор может вызвать реакцию с большей скоростью, или при более низкой температуре, чем было бы возможно без катализатора.
Когда термин «катализатор» используется вне химии, он относится к чему-то, что вызывает изменение или реакцию.
нехимические катализаторы
-
Дженнифер и Джейсон встретились в миссис.Харрисон 1-й класс. Они были друзьями на протяжении всей начальной школы, средней школы и колледжа. Все их друзья и члены семьи думали, что они должны встречаться, но они так и не сделали, и люди вокруг стали проявлять нетерпение. Наконец их друзья Сара и Мэтт взяли дело в свои руки. Сара попросила Дженнифер пойти с ней на концерт, а Мэтт попросил Джейсона пойти на тот же концерт с ним. В последнюю минуту Сара и Мэтт отказались, оставив Дженнифер и Джейсона вместе присутствовать на концерте.Они начали встречаться, а потом поженились. Сара и Мэтт были катализаторами в установлении отношений Дженнифер и Джейсона.
-
Женская баскетбольная команда West High School отстала в матче плей-офф со счетом 51-45, а игроки теряли пар. За две минуты до конца матча тренер заменил защитника Эллу. Элла была свежа энергией и тем, что нужно команде. Она набрала две корзины в течение первой минуты, зажигая энергию в своих товарищах по команде.Вест Хай сплотился и выиграл игру 52-51. Элла была катализатором, который заставил ее команду победить.
-
Три человека собрались, чтобы подготовить конверты для рассылки. Один человек складывает буквы; другой человек сует письма в конверты; а третье лицо запечатывает и штампует конверты. Вскоре у третьего человека перед ним лежит стопка писем; он не может идти в ногу с двумя другими, потому что он выполняет две работы, а не одну.Четвертый человек поздно присоединяется к группе и помогает с отставанием штамповки и запечатывания, а затем берет на себя штампование. Это позволяет третьему лицу наверстать упущенное и служит катализатором для группы, чтобы выполнить работу быстрее.
Эти примеры катализаторов показывают, как катализатором изменений может быть одно действие или один человек, как в химии, так и в жизни.
Горящая палочка в качестве примеров катализаторов.В химии, катализатор - это вещество, которое вызывает или ускоряет химическую реакцию без воздействия на себя. Катализаторы участвуют в реакциях, но не являются ни реагентами, ни продуктами реакции, которую они катализируют. В организме человека ферменты - это природные катализаторы, ответственные за многие важные биохимические реакции [источник: Chemicool].
В каталитическом нейтрализаторе работают два различных типа катализатора: катализатор восстановления и катализатор окисления .Оба типа состоят из керамической структуры, покрытой металлическим катализатором, обычно платиной, родием и / или палладием. Идея состоит в том, чтобы создать структуру, которая подвергает максимальную площадь поверхности катализатора потоку выхлопных газов, а также минимизирует количество необходимого катализатора, так как материалы чрезвычайно дороги. Некоторые из новейших конвертеров даже начали использовать золото, смешанное с более традиционными катализаторами. Золото дешевле других материалов и может увеличить окисление, химическую реакцию, которая уменьшает загрязняющие вещества, до 40 процентов [источник: Kanellos].
Большинство современных автомобилей оснащены трехходовыми каталитическими нейтрализаторами . Это относится к трем регулируемым выбросам, которые помогают уменьшить.
Катализатор восстановления является первой ступенью каталитического нейтрализатора. Он использует платину и родий, чтобы помочь уменьшить выбросы NOx. Когда молекула NO или NO2 контактирует с катализатором, катализатор вырывает атом азота из молекулы и удерживает его, освобождая кислород в форме O2.Атомы азота связываются с другими атомами азота, которые также прилипают к катализатору, образуя N2. Например:
2NO => N2 + O2 или 2NO2 => N2 + 2O2
2NO => N 2 + O 2 или 2NO 2 => N 2 000000
Катализатор окисления является второй ступенью каталитического нейтрализатора.Он уменьшает количество несгоревших углеводородов и окиси углерода, сжигая их (окисляя) над платиновым и палладиевым катализатором. Этот катализатор помогает реакции СО и углеводородов с оставшимся кислородом в выхлопных газах. Например:
2CO + O 2 => 2CO 2
Существует два основных типа структур, используемых в каталитических нейтрализаторах - сота и керамические шарики . Большинство автомобилей сегодня используют сотовую структуру.
В следующем разделе мы рассмотрим третью стадию процесса конверсии и то, как вы можете получить максимальную отдачу от своего каталитического нейтрализатора.
,Благодаря сочетанию теории и умного, тщательного изготовления геля ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и Университета Торонто разработали новый тип катализатора это в три раза лучше, чем предыдущий рекордсмен по разделению воды на водород и кислород - жизненно важный первый шаг в получении топлива из возобновляемой солнечной и ветровой энергии.
Исследование, опубликованное сегодня в журнале Science , обрисовывает в общих чертах потенциальный способ получения будущих поколений катализаторов расщепления воды из трех распространенных металлов - железа, кобальта и вольфрама, а не из редких, дорогих металлов, которые многие из сегодняшние катализаторы полагаются на.
«Преимущества этого катализатора в том, что его легко изготавливать, его производство можно очень легко наращивать без каких-либо сверхсовременных инструментов, он последовательный и очень надежный», - сказала Александра Войводич, сотрудник SLAC из SUNCAT. Центр Интерфейса Науки и Катализа, который возглавлял теоретическую сторону работы.
Хранение энергии солнца и ветра
Ученые искали эффективный способ хранения электроэнергии, вырабатываемой солнечной и ветровой энергией, чтобы ее можно было использовать в любое время, а не только тогда, когда солнце светит и дует ветер.Один из способов сделать это - использовать электрический ток, чтобы разделить молекулы воды на водород и кислород, и хранить водород для дальнейшего использования в качестве топлива.
Эта реакция происходит в несколько этапов, для каждого из которых требуется катализатор - вещество, которое ускоряет химические реакции, но не расходуется само по себе - для быстрого его перемещения. В этом случае ученые сфокусировались на шаге, когда атомы кислорода объединяются в пары, образуя пузырьки, которые были узким местом в этом процессе.
В предыдущей работе Воеводич и ее коллеги из SUNCAT использовали теорию и вычисления, чтобы посмотреть на расщепляющие воду оксидные катализаторы, которые содержат один или два металла, и предсказать способы сделать их более активными.Для этого исследования Эдвард Сарджент, профессор электротехники и вычислительной техники в Университете Торонто, попросил их взглянуть на эффект добавления вольфрама - тяжелого, плотного металла, используемого в филаментных лампах и радиационной защите - к железо-кобальтовый катализатор, который работал, но не очень эффективно.
С помощью мощных компьютеров в SLAC и в других местах и современных вычислительных инструментов команда SUNCAT решила, что добавление вольфрама должно значительно увеличить активность катализатора - особенно если три металла можно смешивать так тщательно, чтобы их атомы были равномерно распределены вблизи активного центра катализатора, где происходит реакция, а не разделялись на отдельные кластеры, как это обычно происходит.
«Вольфрам - довольно большой атом по сравнению с двумя другими, и когда вы добавляете его немного, он расширяет атомную решетку, и это влияет на реакцию не только геометрически, но и электронно», - сказал Воеводич. «Мы смогли понять, на атомном уровне, почему это работает, и тогда это было проверено экспериментально».
Добавить Атомы металлов, смесь и гель
На основании этой информации команда Сарджента разработала новый способ равномерного распределения трех металлов в катализаторе: они растворили металлы и другие ингредиенты в растворе, а затем медленно превратили раствор в гель при комнатной температуре, настроив процесс так, чтобы атомы металла не слипались.Затем гель высушивали в белый порошок, частицы которого были пронизаны крошечными порами, увеличивая площадь поверхности, где химические вещества могли присоединяться и реагировать друг с другом.
В ходе испытаний катализатор смог генерировать газообразный кислород в три раза быстрее на единицу веса, чем предыдущий рекордсмен, сказал Сарджент, и он также оказался стабильным в течение сотен реакционных циклов.
«Это большой прогресс, хотя еще есть куда улучшаться», - сказал он.«И нам нужно будет сделать катализаторы и системы электролиза еще более эффективными, экономически эффективными и высокоинтенсивными в их работе, чтобы снизить стоимость производства возобновляемого водородного топлива до еще более конкурентоспособного уровня».
Сарджент сказал, что исследователи надеются использовать тот же метод для разработки других трехметаллических катализаторов для расщепления воды, а также для расщепления углекислого газа, парникового газа, выделяющегося при сжигании ископаемого топлива, для производства возобновляемых видов топлива и химических сырьевых запасов.Он и пять других членов команды Университета Торонто подали предварительный патент на методику приготовления катализатора.
Будущие направления
«Нам нужно еще многое понять, - сказал Воеводич. «Существуют ли другие богатые металлы, которые мы можем испытать в виде смесей в оксидах? Каковы оптимальные смеси компонентов? Насколько стабилен катализатор и как мы можем увеличить его производство? Он действительно должен быть проверен на уровне устройства."
Джеффри К. Гроссман, профессор материаловедения и инженерии в MIT, который не принимал участия в исследовании, сказал: «Работа впечатляюще подчеркивает мощь вычислительной науки о материалах в тесной связи с передовыми экспериментальными методами и устанавливает высокую планку для таких исследований. комбинированный подход. Он открывает новые возможности для ускорения прогресса в области эффективных материалов для преобразования и хранения энергии ".
,