项目团队：功能材料与催化技术团队研究方向为功能材料、石油催化技术、环境催化、金属氧簇催化等领域开展学术研究。团队成员设计合成新型具有光、电、磁特性的金属有机骨架材料，环境保护新型催化剂。团队研究工作主要集中在大气污染、工业污染等环境治理催化材料的的研究与开发，开展了大气污染物PM10、PM2.5净化技术研究、PM2.5氧化消除催化剂中试实验性能研究、大庆油田CO2驱地面集输工艺优化研究、CO₂驱集油管线流动保障研究，开发了消除碳颗粒，CO₂优化利用的方法。

项目简介：柴油车排放的炭烟颗粒是城市大气PM2.5的主要来源之一，催化净化技术能够实现从“源头”上大幅度减少PM2.5的形成，该技术在从基础研究到应用研究过程中的关键问题是如何实现高活性、高稳定性催化剂在柴油颗粒过滤器（DPF）表面的有效涂覆。本研究拟选择对反应物具有良好接触性能的氧化物作为催化剂涂层，以金属或/和氧化物纳米颗粒或三维大孔作为涂层活性组分。实现氧化物在DPF表面的涂覆，并利用涂覆法实现活性组分在氧化物涂层上的可控涂覆。深入研究DPF表面催化剂涂层以及与DPF结合程度等的可控涂覆工艺条件，形成相应的整体式催化剂涂覆技术；系统考察柴油车排放PM2.5催化消除整体式催化剂性能，并为提供理论依据和技术。

项目特色：柴油车排放PM2.5氧化消除催化剂在过滤器表面涂覆规律以及中试实验性能研究项目通过制备出新型整体式催化剂，实现高活性、高稳定性催化剂在柴油颗粒过滤器（DPF）表面的有效涂覆，并系统考察柴油车排放PM2.5催化消除整体式催化剂性能。涉及了先进制造领域汽车制造，新材料领域化学与化工材料和稀土复合材料，资源与环境领域大气及噪声污染防治等领域中的科学问题研究和关键共性技术。本项目体现了学科间的交叉融合，属于多学科、多领域交叉，综合应用的协同研究。

项目成果：

1.获得对催化剂涂层的可控制备以及PM2.5催化净化过程中涉及的重要基础化学问题的深入和系统认识，为“从源头上”彻底解决PM2.5催化净化方面存在的技术问题提供理论依据、解决办法和思路。

2.建立氧化物催化剂涂层和担载大孔基和纳米颗粒催化剂涂层的制备新方法，设计、制备出多个体系的高活性、高选择性的PM2.5净化催化剂涂层材料。

3.认识催化剂与涂层材料的组成和制备方法对其稳定性的影响规律，掌握中试试验条件下机动车尾气排放PM2.5催化过滤器上活性组份分散和涂覆规律。

4.深入认识催化剂涂层结构与催化反应性能之间的关系，探讨机动车尾气条件下，炭烟颗粒催化燃烧反应过程的催化作用机理。认识柴油机台架条件下，催化净化反应的机理及本质，为进一步设计高效机动车尾气排放PM2.5催化消除催化剂提供科学依据。

5.国内外催化领域著名学术期刊上发表4篇研究论文，其中被SCI或EI检索收录2篇，申请专利2项。

6.参加国内环境催化学术会议与合作交流会议2次。

7.主要技术指标和水平

主要技术指标达到国内先进水平，如催化剂金属负载和涂覆技术、高性能稀土稳定纳米氧化铝、钙钛矿类纳米复合氧化物储氧材料等。

（1）纳米催化材料技术指标：

①稳定纳米氧化铝材料经1100 °C老化4小时，比表面积>100 m2/g；

②铈锆类纳米复合氧化物储氧材料新鲜比表面积>100 m2/g；1000 °C，5小时高温老化后比表面积>50 m2/g，

（2）催化剂涂覆技术指标：

①催化剂载体直径2 inch～12inch、高度2 inch～15 inch的柔性化涂覆系统，涵盖目前催化剂所有的载体范围；

②区域负载涂层材料的高精度可控涂覆，涂层材料涂覆一致性公差≤3%，涂覆带控制精度<1 cm。

（3）催化剂活性指标：

DPF涂层催化剂的炭颗粒催化燃烧的起燃温度< 300 °C；

预计产生的经济效益：

柴油车尾气排放的污染物中，炭烟颗粒物PM是最难脱除的，制约了柴油车的广泛应用。高活性催化剂在DPF（柴油PM过滤器Diesel Particulate Filter）表面的高效涂覆是实现大幅度降低柴油车排放PM2.5的必由之路。PM2.5的减排和治理属于环境催化学科领域的前沿研究方向，为实现城市大气中PM2.5的降低、减少“雾霾”灾害的发生提供理论依据和技术支持。总之，研发出对柴油车尾气排放PM2.5的氧化消除性能优异的催化净化过滤器具有十分重要的理论基础研究意义，而且对空气中来源于柴油车尾气的PM2.5减排具有广泛的应用前景。

目前，汽车催化剂的涂覆技术正向定域化、均匀化、高精度化方向发展。催化涂层材料可控分区涂覆、可控精度涂覆、高孔密度载体均匀涂覆已成为欧V阶段国内外催化剂制造企业研究开发的热点工艺。目前广泛应用的Pd/Rh涂层交叉涂覆工艺易造成“催化活性组分分布不均匀、涂层交叉带难控、高孔密度载体涂覆背压高”等不足。此外，汽车催化剂的涂覆系统也是保障催化剂产品一致性的重要环节。近年来，汽车催化剂涂覆系统均由各企业自行设计开发，与工艺结合度高，具有很强个性化，保密性强，基本无专利和文献参考。据了解，国际上涂覆系统均由制料系统、注料系统、高精度流量控制系统、真空涂覆系统、在线检测系统五部分组成。国内昆明贵研、国外庄信万丰公司均采用上注料工艺，国外巴斯夫公司、优美科公司、国内威孚公司均采用下注料工艺。上注料具有涂覆控制精度高、外观清洁度好、涂覆过程贵金属损耗小的优势，但对催化涂层材料制浆水平、流量控制装置精度水平要求很高。上注料工艺已成为推进涂覆技术向定域化、均匀化、高精度化发展的技术方向。我国企业在涂覆工艺多样性、注料稳定性、注料精确度、自动化程度、过程防错水平方面与国外公司还存在差距。

总之，研发出对柴油车尾气排放PM2.5的氧化消除性能优异的催化净化过滤器具有十分重要的理论基础研究意义，而且对空气中来源于柴油车尾气的PM2.5减排具有广泛的应用前景。减少“雾霾”灾害的发生提高理论依据和技术支持，具有重大的社会、环境和经济效益，催化净化器的开发利用得以实现，将会提高黑龙江省多数地区经济效益，实现环境效益和社会效益的双赢，促进地区的可持续发展提供环境保障。

化学工程学院 唐龙团队