Katalizatoriai yra svarbūs komponentai, padedantys mažinti kenksmingų medžiagų išskyrimą į aplinką, ypač iš vidaus degimo variklių. Jų paskirtis - mažinti išmetamųjų dujų kenksmingumą, paverčiant nuodingas chemines medžiagas mažiau pavojingomis. Šiuolaikiniai katalizatoriai tapo neatsiejama automobilio dalimi, ir daugelyje šalių jų naudojimas yra privalomas.
Sieros dioksido (SO₂) ir sieros trioksido (SO₃) tarša bei rūgštūs lietūs
Viena iš aplinkai pavojingų teršalų grupių yra sieros oksidai, tokie kaip sieros dioksidas (SO₂) ir sieros trioksidas (SO₃). Šios medžiagos prisideda prie rūgščių lietų susidarymo, kurie daro didelę žalą gamtai ir infrastruktūrai.
Sieros dioksidas (SO₂)
- Fizikinės savybės: SO₂ yra bespalvės, troškaus kvapo, sunkesnės už orą dujos, kurių virimo temperatūra yra -10°C.
- Cheminės savybės: Sieros (IV) oksidas gerai tirpsta vandenyje, sudarydamas silpnąją sulfitinę rūgštį (H₂SO₃): SO₂(d) + H₂O(s) ⇄ H₂SO₃(aq). Jis taip pat reaguoja su bazėmis, sudarydamas druskas - sulfitus: SO₂(d) + Ba(OH)₂(aq) → BaSO₃(k) + H₂O(s) ir SO₂(d) + CaO(k) → CaSO₃(k).
Sieros trioksidas (SO₃)
- Fizikinės savybės: Sieros trioksidas (cheminė formulė SO₃, sieros oksidacijos laipsnis +6) yra lakus, bespalvis skystis. Ore jis rūksta, nes susidaro labai smulkūs sieros rūgšties lašeliai.
- Cheminės savybės: Sieros (VI) oksidas gerai tirpsta vandenyje. Tirpstant išsiskiria daug šilumos, o gautas tirpalas yra stiprioji sieros (sulfato) rūgštis: SO₃(d) + H₂O(s) → H₂SO₄(aq) + Q.
Katalizatoriai, naudojami SO₂ oksidacijai į SO₃
Sieros dioksidas reaguoja su deguonimi, veikiant katalizatoriui, ir virsta sieros trioksidu pagal reakciją: 2SO₂(d) + O₂(d) ⇄ 2SO₃(d). Nors pateiktas tekstas tiesiogiai nenurodo konkretaus pramoninio katalizatoriaus šiai reakcijai, jis pabrėžia, kad automobilių katalizatoriuose, skirtuose išmetamųjų dujų valymui, naudojami taurieji metalai, kurie yra atsparūs sieros junginių poveikiui.
Automobilių katalizatorių aktyvioji medžiaga yra keraminė arba metalinė, padengta kelių atomų storio katalizinių savybių turinčio metalo - platinos, paladžio ar rodžio - sluoksniu. Būtent šie metalai yra atspariausi degimo metu išsiskiriančių sieros junginių poveikiui. Dėl šios savybės jie gali efektyviai veikti aplinkoje, kurioje yra sieros dioksido, ir prisidėti prie jo oksidacijos proceso.
Automobilių katalizatorių veikimo principas ir sandara
Vidinio degimo variklio darbo proceso metu į atmosferą išmetama nuodingų cheminių medžiagų puokštė, iš kurių pavojingiausios - anglies monoksidas (CO), nesudegę angliavandeniliai (CH) ir azoto oksidai (NO, NO₂). Katalitinis neutralizatorius yra ekologiniu požiūriu svarbiausias automobilio išmetimo sistemos elementas, mažinantis šių teršalų kiekį.
Veikimo principas
Bet koks katalizatorius, metalinis ar keraminis, sumažina į atmosferą patenkančių kenksmingų medžiagų kiekį. Taip atsitinka dėl to, kad karštos išmetamosios dujos pereina per katalitinio neutralizatoriaus groteles, o kenksmingos dalelės arba oksiduojasi, arba skyla į ne tokias kenksmingas chemines medžiagas. Neutralizacijos procesui užtikrinti būtina aukšta temperatūra - apie +250 ºC.
Sandara
Šiuolaikinis katalitinis neutralizatorius - tai korpusas, kurio viduje išdėstytas karščiui atsparus keraminis pagrindo blokas (monolitas). Keramika perverta išilginėmis poromis, kurių paviršius padengtas platinos, paladžio ir rodžio katalitiniu sluoksniu. Dėl specialaus pagrindo su mikroreljefu, bendrasis katalizinio sluoksnio plotas gali siekti iki 20 000 kv. m.
Trijų komponentų katalizatorius ir "Lambda" zondas
Pirmieji neutralizatoriai buvo dviejų komponentų, nes galėjo išvalyti tik SO ir CH. Vėliau pradėtas naudoti rodis, azoto oksidus paverčiantis paprasčiausiu azotu. Šiuolaikiniai automobiliai dažniausiai turi trijų komponentų selektyvinį dviejų dalių katalitinį grįžtamojo ryšio neutralizatorių, kuris yra pripažintas veiksmingiausiu. Jis sugeba kovoti su anglies monoksidu (CO), nesudegusiais angliavandeniliais (CH) ir azoto oksidais (NO, NO₂).
Svarbų vaidmenį atlieka "Lambda" zondas (arba deguonies daviklis). Jis tiria laisvo deguonies kiekį išmetamosiose dujose ir siunčia signalą elektroniniam sistemos valdymo blokui (ECU), kad mišinį reikia sutirštinti arba pariebinti. Pirmą kartą tokią sistemą 1977 m. panaudojo "Volvo", o dabar ji yra beveik kiekviename naujame automobilyje.
Katalizatorių tipai ir eksploatacijos ypatumai
Katalizatoriai būna dviejų rūšių: redukciniai ir oksidaciniai. Dyzeliniai varikliai veikia aukšto slėgio ir žemesnės temperatūros režimu, o jų išmetamosios dujos yra prisotintos kietųjų dalelių bei azoto oksidų. Platinos naudojimas dyzeliniuose katalizatoriuose yra būtinas kaip efektyvus oksidacijos katalizatorius. Benzininių variklių išmetamosios dujos skiriasi nuo dyzelinių, o jų katalizatoriuose dažnai gali būti visi trys taurieji metalai - platina, paladis ir rodis.
Katalitinis neutralizatorius apskaičiuotas apytiksliai 100 000-150 000 km, tačiau veikimas priklauso nuo degimo ir maitinimo sistemos parametrų, taip pat nuo benzino kokybės. Katalizatorius gali veikti tik variklyje, kuriame yra elektroninė uždegimo sistema ir mikroprocesoriumi valdomas įpurškimas. Taip pat, esant katalizatoriui, automobilio galia sumažėja 3-5 proc.
Gedimų priežastys ir pasekmės
Ankstyvas arba vėlyvas degimas ir pernelyg riebus mišinys sąlygoja keraminio pagrindo perkaitimą. Dėl to koriai išsilydo, o neutralizatorius užsikemša. Kita gedimo priežastis - prastas kuras, ypač etiliuotas benzinas, kuris beveik momentaliai sunaikina katalitinį sluoksnį neutralizatoriuje ir cirkoninį "Lambda" zondo padengimą.
Keraminių katalizatorių pagrindinis trūkumas - jų trapumas. Užtenka nelabai stipraus smūgio kelyje, arba ant įkaitusio paviršiaus patekęs šaltas vanduo gali pažeisti detalę. Jei variklis iškart neužsiveda, sudega ne visas kuras, todėl jis kaupiasi katalizatoriuje. Dar viena problema - keraminio katalizatoriaus bloko susidėvėjimas, kai atsiradusios keraminės dulkės patenka į degimo kamerą. Tai lemia greitesnį cilindrų susidėvėjimą ir gali sukelti variklio gedimą anksčiau laiko.
Dėl aukštos katalizatorių kainos kai kurie senesnių automobilių savininkai linkę juos išpjauti ir vietoj jų sumontuoti rezonatorių, neatliekantį katalizatoriaus funkcijų. Tačiau daug Europos firmų gamina katalizatorius, niekuo nesiskiriančius nuo montuojamų automobilių gamintojų, bet kainuojančius žymiai pigiau.
Kaip veikia išmetamųjų dujų katalizatorius?
tags: #koks #katalizatorius #naudojamas #so2 #oksiduoti #i