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由于左旋右旋的结构相同,在人工合成过程中,这两种结构就是相声相伴,很难分离,分离成本非常高。之后是由一名孟山都的科学家发明的催化剂可以选择性的生产左旋解构,而这种药对于治疗多巴胺有很好的疗效一直用到今天。
当然催化剂在石油化工的领域中的运用最最常见的,比如石油催化裂化的FCC催化剂,就是要种沸石的结构。那催化剂在平常生活中的应用也很广泛。奶油相信大家都吃过,但是你们知道我们平时吃的奶油大多都是人造奶油么,也叫麦淇淋。从动物性油脂中制作奶油的工艺非常复杂也很高,人们就想如何可以从植物性油脂通过反应变成动物油脂。后来发现植物性油脂中含有比较多的不饱和脂肪酸(双键),而动物性油脂含有很多的饱和脂肪酸,那么就可以通过一种加氢的催化剂比如说镍,来将不饱和的脂肪酸的双键反应成饱和的脂肪酸。
那最后在总结一下催化剂的性能,催化剂就是一种介质,可以将本来不容易反应的A和B变成AB,如果我们把催化剂叫做E的话,那就是E先和A,B吸附,当降低了A,B电子结构之后,A和B就可以更容易的反应了。所以催化剂常常使用过度金属元素比如铁,镍,铂,钯等,因为这些元素用电子轨道理论来说就是D轨道有空位可以接受其他元素的电子。 接下来就介绍一下我自己工作相关的也就是汽车尾气催化剂的知识。因为我们有汽油车,柴油车所以这两种车的的后处理催化剂也不同,一个叫三元催化TWC,一个叫SCR。其中SCR不仅仅是可以用于柴油车尾气后处理,也用于电厂的脱销,因为其组成成分都是相同的都是钒坞钛。说到汽油和柴油车,那么我们就要了解一下汽油发动机和柴油发动机的不同,因为这个也是跟尾气后处理密切相关的。汽油发动机和柴油发动机最大的不同是点火方式为点燃,柴油是压燃。其次汽油大多都是预先混合充分进入缸内燃烧,当然现在为了提高汽油的使用效率也有GDI就是缸内直喷柴油机。而柴油机是直接喷油倒缸内压燃。在有一个重要的概念就是空燃比。空气和燃油的比例。 空燃比的概念就是完全氧化一克然后所需要的空气是多少,那么对于汽油车来说就是14.7,柴油车是14.3。也就是说当空气是汽油的14.7倍的时候汽油才可以充分的燃烧。对于汽油机来说通常是在空燃比的附近摆动,因为如果空气太多,汽油太少比较难以点燃。那对于柴油车来说由于柴油车要载货,需要产生很大的扭矩,所以柴油发动机是一个稀燃的工况,也就是空燃比要大于14.3。当然在空气很多的情况下,柴油可以完全燃烧,完全做功,但随随之带来的问题是产生的NO2很多。所以对于柴油车尾气处理最关键的就是还原NO2,也就是脱硝反应。
再回到汽油车尾气后处理催化剂我们称之为三元催化,为什么叫三元催化呢,是哪三元呢?这三元指的并不是催化剂中用到的铂,钯,铑,而是尾气中含有的CO, HC和NOX。 用了含有铂,钯,铑的三元催化就可以将CO氧化为CO2,HC氧化为CO2 和H2O,NOX还原为N2。从1975年美国安格公司第一个发明了三元催化剂并且应用在乘用车上,三元催化到今天也历经了很多年的发展,除了贵金属的用量越来越少,铂也渐渐不被使用,目的就是减少催化剂的成本。目前市场上比较有名的催化剂尾气供应商分别为巴斯夫,优美科还有庄信万丰。
现在我们来说说柴油机后处理系统。柴油后处理之所以被称之为系统是因为,最终的排放不仅仅取决于催化剂,其中还包括的发动机本体设计,标定,以及尿素喷射策略等等。我们知道排放法规从欧一到欧六其实其中欧一到欧三是不需要催化剂的,只需要通过调整发动机的喷射压力,废气再循环,喷油提前角等就可以改善排放。但是随着法规的日益家严,从第四阶段开始后处理催化剂就是必不可少的一个组成部分。
下图所示的就是博世的一套后处理系统,包括尿素喷射。那整个后处理的的流程就是尾气从尾管排出里面的CO,和HC可以被DOC(柴油氧化催化剂)所氧化成为CO2和H2O。之后我们看到尿素的喷射系统,尿素在170C可以水解成为氨气,那么氨气就可以在SCR催化剂上和NOX反应,生成N2。
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