实验五催化转化法去除汽车尾气中的氮氧化物
实验意义和目的
随着我国汽车保有量的持续增长，国际上排放法规的日趋严格，以及柴油车、稀燃汽油车、替代燃料车等在减排与节能方面的优越性日益受到重视，汽车尾气中的主要污染物氮氧化物(NOx)在富氧条件下的排放控制变得越来越紧迫，而其中最有效易行的就是发动机外催化转化法——通过在尾气排放管上安装的催化转化器将NOx转化为无害的氮气(N2)。本实验在内容和形式上都接近于当前国际上这一前沿科研课题。
通过本实验的学习，不但可以深入了解该研究领域，更可加深对课程中催化转化法去除污染物相关章节的理解，并掌握相关的实验方法与技能。
实验原理
以钢瓶气为气源，以高纯氮气为平衡气，模拟汽车尾气一氧化氮(NO)和氧气(O2)浓度设定其流量，在多个温度下，通过测量催化剂反应器进出口气流中NOx的浓度，评价催化剂对NOx的去除效率。
去除效率（%）=(入口浓度－出口浓度)/入口浓度×100%
通过改变气体总流量改变反应的空速(GHSV，气体量与催化剂样品量之比，h-1)，通过调节NO的进气量改变其入口浓度，通过钢瓶气加入二氧化硫(SO2)，评价催化剂在不同空速、不同NO入口浓度及毒剂SO2存在条件下的活性。
实验装置、流程和仪器
汽车尾气后处理实验系统，氮氧化物分析仪(ThermoElectron,Model44)，实验用高压钢瓶气N2、NO、O2、丙烯(C3H6)、SO2，Ag/Al2O3催化剂样品。
图1：催化转化法去除NOx试验装置
实验方法和步骤
(一)活性评价部分
称重催化剂样品约500mg，装填于反应器中；
连接实验系统气路，检查气密性；
调节质量流量计设置各气体流量，使总流量约为350mL/min，NO浓度约为2000ppm，O2约为5%，C3H6约为1000ppm，设置气路为旁通（气体不经过反应器），测量并记录不经催化转化的NOx浓度，即入口浓度；
切换气路使气体通过反应器，设定反应器温度为150℃；
待温度稳定后观测NOx浓度，待其稳定后记录下来，此为NOx的出口浓度；
将反应器温度升高50℃，重复步骤5，直至550℃；
关闭气瓶及仪器，关闭系统电源，整理实验室。
(二)空速影响部分
在催化剂活性最高的两个温度下，通过改变总气量改变反应空速，测定催化剂的活性。
(三)NO入口浓度影响部分
在催化剂活性最高的两个温度下，通过改变NO的流量改变其入口浓度，测定催化剂对NOx的去除效率。
(四)SO2影响部分
在催化剂活性最高的两个温度下，通入不同浓度的SO2，测定催化剂的活性。
实验数据记录
实验部分()
实验日期： 记录人：
催化剂： 重量/mg：
气体
N2
NO
O2
C3H6
SO2
流量(mL/min)
浓度
——
空速：
出口浓度/ppm
转化效率/%
出口浓度/ppm
转化效率/%
实验结果分析与讨论
1、作效率-温度、效率-空速、效率-NO入口浓度或效率-SO2浓度图(附后)；
2、计算最佳条件下催化剂的活性；
3、对实验中测定条件下的催化剂去除氮氧化物的性能进行评价。
任选思考题
动力学及反应机理的思考(如何设计相应实验、如何分析数据、如何与提出的假设机理相关联等)；
谈谈对NO选择性催化还原(SCR)的认识(写出反应方程式)；
对实验设置的疑惑，实验中存在的问题及尚需改进的地方。