汽车尾气催化剂组成之载体、涂层、助剂、活性成分发展分析

——汽车催化剂组成之一：载体，主要为蜂窝陶瓷载体

汽车尾气催化剂载体是影响催化剂效能的重要因素之一，它的主要的作用是提供有效的比表面积及适宜的孔隙结构，并使催化剂获得足够的机械强度及热稳定性，起着活性中心和节省活性组分用量的作用。国内外车用载体骨架的材料主要有陶瓷和金属两种。在结构形式上分为颗粒型载体、蜂窝状载体和 SiC 泡沫陶瓷载体，其中蜂窝状载体是目前的主流。

目前汽车用载体以蜂窝陶瓷为主，且中长期仍将是主流：早期的车用催化剂载体氧化铝颗粒，虽然具备比表面积大、机械强度高，价格低廉的优势，但其排气阻力和背压大，使油耗上升、功率下降；同时高温下易粉化，造成二次污染和载体寿命缩短；因此，在颗粒型载体问世不久便出现了整体型蜂窝陶瓷载体对其形成替代。目前蜂窝陶瓷载体已成为车用催化剂载体的主流。而其它类型的载体（金属载体、新兴的玻璃纤维载体），由于工艺、材料和成本等方面的原因，短期内难以大范围应用，因而未来长时间内蜂窝陶瓷载体仍将是主流。

蜂窝陶瓷分为直通式载体和壁流式载体，其中直通式载体包括 SCR、DOC、ASC、TWC 载体等，壁流式载体包括 DPF 和 GPF。

蜂窝陶瓷行业属于寡头垄断行业，其中康宁和 NGK 市场份额高达 90%。近年来国内以奥福环保、王子制陶等为代表的企业也开始崛起，竞争力不断增强。伴随着国六的实施以及材料国产化要求的提升，国内企业有望在蜂窝陶瓷市场抢占更多份额。

康宁和 NGK 占据蜂窝陶瓷市场 90%的份额

资料来源：CNKI

国内蜂窝陶瓷载体产能情况

资料来源：公开资料

——催化剂组成之二：涂层

涂层主要有两个作用，一是提高载体的机械强度和满足催化要求的高比表面积，另外一个作用是稀释、支撑和分散催化剂活性组分和少量的助剂，从而达到提高催化剂的净化效率。目前用于尾气处理载体上的耐高温涂层可设计为以下体系：Al 2O3 基材料、沸石基材料、钒基（V2O5/TiO2/WO3）材料、MgO 材料和 SiC 材料等，国六之前主要用 Al2O 3 以及钒基作为涂层材料，到了国六阶段，主要用 Al2O3 以及沸石作为涂层材料。

国六阶段高纯氧化铝用量将提升若按纯度划分的话，氧化铝可以分为普通型氧化铝（纯度<99.99%）以及高纯氧化铝（纯度>99.99%），由于汽车尾气催化对于性能要求更加严苛，其要使用的氧化铝为高纯纳米氧化铝。国六阶段汽油车尾气催化器使用数量的提升将带来氧化铝涂层用量的增加。

目前高纯纳米氧化铝的国外主要生产企业有住友、沙索等，国内主要生产企业包括国瓷材料、山东晶鑫晶体科技有限公司、宣城晶瑞新材料有限公司等。

国六阶段推动了国内沸石分子筛在尾气催化领域应用的突破到了国六阶段，涂层材料变化的主要在于 SCR 催化器的涂层由先前的钒基变为沸石分子筛，也就是说国六将推动沸石分子筛在国内汽车尾气催化领域从 0 到 1 的突破。

沸石分子筛分为天然沸石分子筛和合成沸石分子筛，目前大部分工业用沸石分子筛是通过化学合成生产的。型号主要有3A(钾 A 型)、4A(钠 A 型)、5A(钙 A 型)、10Z(钙 Z 型)、13Z(钠 Z 型)、Y(钠 Y 型)、钠丝光沸石型等。石分子筛国内竞争格局高度分散，国外竞争格局集中：根据《分子筛在国内石油化工行业的应用》统计，我国产能规模在 5000 吨以下的小型厂商数量占比 81%，而产能规模在 1 万吨以上的大型厂商数量占比仅 9%。相比于国内竞争格局，国外竞争格局集中，主要企业有 4 家，分别是美国环球石油产品公司、阿科玛、Zeochem以及日本东曹。

沸石分子筛下游应用分散，细分应用领域较多：应用方面，沸石分子筛的下游较为分散，其最大下游是炼油行业，其次是空气分离、石化等。在汽车尾气催化领域，在国五以及之前鲜有应用；沸石的真正大规模应用将在国六阶段。

——催化剂组成之三：助剂

助剂是一些自身没有催化作用或活性较低的添加物，但加入助剂能大大提高催化剂的活性、选择性或寿命。特别是在汽车排气的恶劣条件下,为提高催化剂的稳定性常常需要加入助剂，一些助剂能直接促进催化剂的性质， 而有些助剂起着稳定其它助剂的作用。催化助剂主要为稀土金属氧化物（Ce、La、Sn、Zr、Mo、Ti）和碱金属氧化物（BaO、CaO、SrO）等。

——催化剂组成之三：活性成分

尾气催化剂的活性组分是催化剂中最重要的成分之一，可分为贵金属和非贵金属 2 种类型。贵金属类以 Pt、Ｒh、 Pd 最为常用，其中铂和铑主要用于一氧化碳和碳氢化合物的氧化催化，铑主要提供 NOx 的还原活性，同时兼具对碳氢化合物的氧化活性。贵金属催化剂优点是起燃温度低、寿命长，对 CO、HC、NOx 同时具有较高的催化转化效率; 缺点是贵金属价格昂贵，资源稀少，易发生 Pb， S 中毒。

非贵金属催化剂以 Mn、 Co、 Fe、Sr、Cu、Ni、Bi 等过渡金属与碱金属氧化物为主要活性组分，非贵金属氧化物添加物中常见的是稀土氧化物，但由于其起燃温度高、热稳定性差、活性差易中毒等特点，一直未得到普遍应用。