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盖世汽车讯 氢燃料内燃机可以为重型卡车和公共汽车等提供动力,而且不会产生碳排放,为柴油发动机提供了更清洁的替代品。然而,它们并不是完全清洁的燃料,在高温燃烧过程中会排放氮氧化物,而氮氧化物与大气中的其他化合物发生反应,形成有害的臭氧和细颗粒物,可能对人们的肺部产生影响,从而导致长期健康问题。
(图片来源:加州大学河滨分校)
据外媒报道,加州大学河滨分校(UC Riverside)的研究人员发现了一种低成本方法,通过提高催化转化器的效率,可以明显减少氢发动机造成的污染。
研究人员在催化转化器中将一种名为Y型沸石的高多孔材料与铂相混合,从而大幅促进氮氧化物和氢之间的反应,将它们转化为无害的氮气和水蒸气。
研究发现,与不使用沸石的催化转化器相比,在发动机温度为250摄氏度时,转化为无害物质的氮氧化物数量增加了4-5倍。该系统在较低温度下尤其有效,这对于在发动机首次启动且温度相对较低时减少污染十分重要。此外,该技术还可以减少配备氢喷射系统的柴油发动机的污染。这类似于大型柴油卡车的选择性催化还原系统中使用的喷射系统。
沸石是一种低成本材料,具有明确的晶体结构,主要由硅、铝和氧原子组成。它们的表面积大,三维笼状框架具有均匀的孔隙和通道,支持更有效地分解污染物。通过将铂与Y型沸石(一种来自更广泛的沸石化合物家族的合成类型)物理混合,研究人员创造了一个系统,可以有效地收集氢燃烧过程中产生的水。这种富水环境可以促进氢活化,是提高氮还原效率的关键。
研究人员Shaohua Xie表示,沸石本身并不是催化剂。相反,它通过创造富水环境来提高铂催化剂的有效性。博士生Liping Liu和弗吉尼亚理工大学(Virginia Tech)副教授Hongliang Xin通过对新催化剂体系的理论建模进一步验证了这一概念。Xie补充说:“这个概念也适用于其他类型的沸石,这是一种通用策略。”
Liu强调,这种减少污染的方法相对简单。“这不需要使用复杂的化学过程或其他物理过程。我们只是将铂和沸石这两种材料混合在一起进行反应,然后就可以看到活性和选择性提高。”
UCR研究人员将铂粉和Y型沸石混合在一起,并将它们提供给巴斯夫环境催化剂和金属解决方案(ECMS)的合作人员Yuejin Li。该粉末与结合化合物一起制成浓稠的液浆,并被用在原型催化转化器内的蜂窝结构上。布鲁克海文国家实验室国家同步加速器光源II(简称NSLS-II)的研究人员也是合作者。
研究人员希望,资助这项研究的巴斯夫(BASF)能将这项技术商业化。目前,这种控制氮氧化物排放的新技术正在申请专利。
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