کاتالیزور چیست و چه کاربردی دارد؟

به گزارش پایگاه خبری جوان خودرو؛

میلیون‌ها خودرو در جاده‌ها و خیابان‌های جهان در حال حركت هستند كه هر كدام یك منبع آلودگی تلقی می‌شوند. در شهرهای بزرگ، آلاینده‌های ناشی از عملكرد خودروها می‌تواند مشكلات بسیاری را به وجود آورد. برای حل این مشكل، كشورها قوانین زیست‌محیطی خاصی را تدوین كرده‌اند.

همچنین قوانینی وضع كرده‌اند كه مقدار آلودگی هر خودرو را محدود می‌سازند. سازندگان خودرو به منظور رعایت این قوانین، روش‌های متفاوتی برای جلوگیری از تولید و انتشار آلاینده‌ها و همچنین سیستم‌های متنوعی برای سوخت‌رسانی خودروها ابداع كرده‌اند.

برای كاهش آلاینده‌های خودرو، وسیله‌ای جالب به نام مبدل كاتالیزور ابداع شده است. محصولات احتراق، قبل از ترك خودرو، از این قسمت عبور كرده و مقدار زیادی از آلودگی‌های آن، حذف می‌شود.

کاتالیزورها انواع مختلفی دارند و واکنش‌‌‌های شیمیایی هر کدام از آنها بسته به نوع موتور و سوخت‌ مصرفی متفاوت است. به‌ طور مثال مبدل کاتالیستی خودروهای گازوئیلی طوری است که در آن واکنش‌‌‌های اکسیداسیون انجام‌‌‌‌ می‌‌شود. طی این واکنش‌‌‌‌‌ها، مونوکسید کربن، مشتقات اکسید نیتروژن و کربوهیدرات‌‌‌های حاصل از احتراق ناقص سوخت، به دی اکسید کربن، نیتروژن و آب تبدیل‌‌‌‌ می‌‌شوند.

اگرچه مبدل‌‌‌های کاتالیستی بیش ترین کاربرد را در خودروها دارند، اما در ژنراتورها، لوکوموتیوها،و هواپیماها نیز مورد استفاده قرار‌‌‌‌ می‌‌گیرند. گفتنی است، این وسیله در حقیقت در راستای پیروی از مقررات دولتی و زیست محیطی مبنی بر رعایت حداکثر میزان آلایندگی خودروها ابداع شده است.

مبدل‌‌‌های کاتالیستی از سه بخش مهم هسته کاتالیست، لایه اکسیدی و ماده کاتالیست تشکیل شده‌ اند که هر کدام در ادامه به‌ طور خلاصه شرح داده‌‌‌‌ می‌‌شود.

بستر کاتالیست: در مبدل‌‌‌های مخصوص خودرو، از بسترهای سرامیکی مونولیتی با ساختار لانه زنبوری استفاده‌‌‌‌ می‌‌شود.

لایه اکسیدی: از این لایه به‌ عنوان نگهدارنده ماده کاتالیست استفاده‌‌‌‌ می‌‌شود که سطح مخصوص کاتالیست را افزایش‌‌‌‌ می‌‌دهد. این لایه معمولا از جنس اکسید آلومینیوم (Al2O3)، دی اکسید تیتانیوم (TiO2)، دی اکسید سیلیکون (SiO2)، یا ترکیبی از سیلیکا و آلومینا انتخاب می شود.

ماده کاتالیست: کاتالیست در واقع ماده اصلی مبدل کاتالیستی است که معمولاً از خانواده فلزات گران‌ قیمت نظیر پالادیوم، رادیوم، پلاتین، طلا، و کادمیوم انتخاب‌‌‌‌ می‌‌شود. اما از نقطه‌ نظر مقرون به صرفه بودن، عموماً از پالادیوم و رادیوم استفاده‌‌‌‌ می‌‌شود.

علاوه بر واکنش‌‌‌های اصلی مبدل کاتالیستی که منجر به تولید محصولات غیرسمی‌‌‌‌ می‌‌شوند، یک سری واکنش‌‌‌های ناخواسته نیز صورت‌‌‌‌ می‌‌گیرند که سبب تولید مقادیر بسیار کمی از محصولات سمی نظیر سولفید هیدروژن (H2S) و آمونیاک (NH3) می‌‌شود.

این نوع واکنش‌‌‌های ناخواسته معمولا در مبدل‌‌‌های کاتالیستی مبتنی بر‌ واکنش‌‌‌های سه مرحله‌‌ای بروز‌‌‌‌ می‌‌یابند. اگرچه حذف چنین واکنش هایی به‌ طور کامل امکان‌ پذیر نیست، اما با اعمال یک سری تغییرات در ماهیت ماده کاتالیست و لایه اکسیدی‌‌‌‌ می‌‌توان از بروز این واکنش‌‌‌‌ها تا حد امکان جلوگیری کرد. به‌ طور مثال، جهت جلوگیری از تولید سولفید هیدروژن‌‌‌‌ می‌‌توان به لایه اکسید فلزی، نیکل یا منگنز اضافه کرد؛ زیرا این فلزات نسبت به جذب گوگرد حساس هستند مانع از جذب آن توسط لایه اکسیدی‌‌‌‌ می‌‌شوند.

به عبارت بهتر، سولفید هیدروژن زمانی تولید‌‌‌‌ می‌‌شود که گوگرد در دمای پایین توسط لایه اکسیدی جذب شده باشد. پس از جذب گوگرد در دمای پایین، در مرحله بعد در دمای بالا آزاد‌‌‌‌ می‌‌شود و پس از ترکیب با هیدروژن، گاز سولفید هیدروژن تشکیل‌‌‌‌ می‌‌شود.