信息来源:技术在线
日本产业技术综合研究所先进制造工艺研究部门功能模块化研究小组开发出了在低温条件下对柴油车尾气中的氮氧化物(NOx)进行高效分解净化的电化学反应器。该反应器通过向电极施加电位,将NOx分解为N2和O2,不使用催化剂也可工作。
通过形成纳米结构电极,可在250℃以下的低温下分解氧浓度高达约20%的柴油尾气中的NOx。另外,能够减少尾气净化所需要的能量,还有助于提高燃效。该装置能够构筑兼顾大气环保和CO2削减的系统,在尾气监管不断加强的情况下,有望取代现有的柴油车尾气净化装置。
稀薄燃烧发动机及共轨柴油发动机等高效发动机随着燃烧温度及压力的上升,NOx排放量会增加。另外,由于尾气中的氧气浓度较高,利用原来的三元催化剂不能充分分解和净化NOx,难以在提高燃效的同时净化尾气。
作为对含有高浓度氧气的尾气中的NOx进行净化的技术,目前业界正在开发NOx吸附选择还原催化剂等。不过,在现有水平下无法实现严密控制,还存在许多问题,比如将剩余燃料作为还原剂使用;对氨的使用造成二次有害物排放等。
尤其是日本国内,市区低速行驶及短距离移动所占的比例较大,驾驶员在等信号灯时需要不断地停止、启动发动机,因此亟需一种能够对温度较低的汽车尾气中的NOx进行净化的技术。
产综研2001年开发出了一种新型尾气净化系统——利用电化学反应的固体电解质型电化学反应器,实现了在含有氧气的尾气中高选择性地分解、去除NOx。不过,该反应器的工作温度难以降低,阻碍了实用化的实现。因此,此次在分析研究NOx的高选择分解机理的基础上,设计了新型电极结构,开发出了能够在低温下工作的高效NOx分解净化反应器。
功能模块化研究小组研究员滨本孝一使用氧离子传导性高的电解质、并采用纳米结构的反应电极,提高了三相界面(由成为反应点的电极-电解质-气相组成)的量和活性。同时,通过在电极部形成有利于NOx分解的环境,使反应器可在远远低于原来的温度下工作。
使用上述纳米结构电极的电化学反应器对NOx显示出高反应性,在250℃的低温下也能使氧气20%(高于实际的柴油发动机尾气组成的氧气浓度)、氮气80%中的1000ppm NO气体实现约90%的净化。使用此前的催化剂,则很难分解。
今后,将在进一步降低工作温度、提高反应面积集成度的同时,评估耐久性及共存气体的影响等,并进行实用化探讨。另外,将把此前开发的高灵敏度高速应答型NOx传感器、同时净化NOx·PM(粒子状碳)的设备技术与本研究结合起来,向综合性电化学尾气净化设备发展,从而确立一种有助于解决能源·环境问题的新技术。
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