ساخت مبدل کاتالیزوری پایه فلزی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، مرکز تحقیقات مواد ساپکو، تهران، ایران

2 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان ، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی،تهران، ایران *(مسئول مکاتبات).

3 استادیار، گروه سرامیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

چکیده

در این تحقیق در راستای کاهش گازهای آلاینده خروجی از خودرو ، مبدل کاتالیزوری پایه فلزی طراحی و ساخته شد که نمونه های ساخته شده قابلیت نصب و استفاده بر روی خودروهای با حجم موتورهای مختلف را دارا می باشد. به این منظورمراحل زیر برای ساخت این مبدل ها انجام گرفت. در ابتدا آماده سازی ورق 4-α شامل رول کردن و عملیات حرارتی و سپس ساخت مونولیت، در مرحله دوم تهیه واش کوت و آماده سازی فلزات گران بها (کاتالیزور) و پوشش دادن آن بر روی مونولیت واش کوت شده  و در آخرین مرحله جلد گیری مبدل کاتالیزوری صورت گرفت. بعد از طی مراحل بالا تست های مورد نیاز شامل : اندازه‌گیری آلاینده‌های خروجی از خودرو، پایداری مبدل در خودرو (تست جاده) و در نهایت اندازه گیری میزان مصرف سوخت خودروهای مجهز به مبدل کاتالیزوری صورت گرفت که نتایج تست آلایندگی نشان داد میزان نشر گاز CO خروجی از خودرو متناسب با استاندارد جهانی Euro3 بوده و در مورد نشر گاز NOX  خروجی این میزان متناسب با استاندارد Euro4 می باشد و همچنین در مورد نشر NOX + HC  استاندارد Euro3  رعایت شده است.

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست ، دوره شانزدهم، شماره یک ،  بهار 93

 

ساخت مبدل کاتالیزوری پایه فلزی

 

مرتضی امرونی حسینی[1]

مانی آزادمند[2]*

mani_azadmand@yahoo.com   

کاوه ارزانی3

 

تاریخ دریافت:17/11/89

تاریخ پذیرش:2/5/90

 

چکیده

در این تحقیق در راستای کاهش گازهای آلاینده خروجی از خودرو ، مبدل کاتالیزوری پایه فلزی طراحی و ساخته شد که نمونه های ساخته شده قابلیت نصب و استفاده بر روی خودروهای با حجم موتورهای مختلف را دارا می باشد. به این منظورمراحل زیر برای ساخت این مبدل ها انجام گرفت. در ابتدا آماده سازی ورق 4-α شامل رول کردن و عملیات حرارتی و سپس ساخت مونولیت، در مرحله دوم تهیه واش کوت و آماده سازی فلزات گران بها (کاتالیزور) و پوشش دادن آن بر روی مونولیت واش کوت شده  و در آخرین مرحله جلد گیری مبدل کاتالیزوری صورت گرفت. بعد از طی مراحل بالا تست های مورد نیاز شامل : اندازه‌گیری آلاینده‌های خروجی از خودرو، پایداری مبدل در خودرو (تست جاده) و در نهایت اندازه گیری میزان مصرف سوخت خودروهای مجهز به مبدل کاتالیزوری صورت گرفت که نتایج تست آلایندگی نشان داد میزان نشر گاز CO خروجی از خودرو متناسب با استاندارد جهانی Euro3 بوده و در مورد نشر گاز NOX  خروجی این میزان متناسب با استاندارد Euro4 می باشد و همچنین در مورد نشر NOX + HC  استاندارد Euro3  رعایت شده است.

 

واژه های کلیدی: مبدل کاتالیزوری، خودرو، گازهای آلاینده، مونولیت، فلزات گران بها.

 

مقدمه


یکی از ابزارهای مفید به منظور نیل به کاهش انتشار آلاینده‌ها از خودروها استفاده از مبدل کاتالیزوری است.

مقایسه بین میزان آلایندگی خودروهای فاقد مبدل کاتالیزوری با خودروهایی که از مبدل کاتالیزوری استفاده می کنند، نشان دهنده کاهش درمیزان هیدروکربن های مشتعل نشده به میزان ۹۷٪ ، انواع اکسید کربن ۹۶٪ و انواع اکسید ازت ۹۵٪ می باشد.

 

 

جدول 1- واکنش های صورت گرفته در کاتالیست کنورتور

H2 + NO®NH3+H2O

7

CO + NOx®N2+CO2

4

CO + O2®CO2

1

CO + H2O®CO2+H2

8

HC+NOx®N2+H2O+CO2

5

HC + O2®CO2+H2O

2

HC+H2O®CO2+H2

9

H2+CO®N2+H2O

6

H2 + O2®H2O

3

 

 

در اواسط سال ۱۹۶۰ قوانین کنترل انتشار آلاینده های خروجی از اگزوز اتومبیل ها در کالیفرنیا مطرح شد که در نتیجه آن بسیاری از کمپانی های سازنده کاتالیست ، کارهای تحقیقاتی خود را برای تهیه این نوع کاتالیست ها آغاز نمودند.

استاندارد های اولیه کنترل آلودگی هوا توسط کمپانی های سازنده اتومبیل و بدون استفاده از سیستم های کاتالیستی تامین می گردید، لیکن سخت تر شدن استاندارد ها در دهه ۱۹۷۰ منجر به تلاش برای ساخت  کاتالیست های مناسب به جهت تامین این استاندارد ها گردید و از سال ۱۹۷۵ به بعد انواع متنوعی از کاتالیست ها برای کنترل و کاهش آلاینده های خروجی از اگزوز اتومبیل در امریکا مورد استفاده قرار گرفت.

تا قبل از سال ۱۹۷۸  در آمریکا برای کاهش آلاینده هایی مانند مونواکسید کربن  و هیدرو کربن های نسوخته، از کاتالیست های اکسید کننده (دو راهه) در مبدل ها استفاده می گردید.

بعد ها با سخت تر شدن استاندارد های کنترل آلودگی هوا به خصوص در زمینه انتشار اکسید های نیتروژن ، استفاده از کاتالیزورهایی که بتوانند همزمان با اکسیداسیون منواکسید کربن و هیدرو کربن های نسوخته ، احیای اکسید های نیتروژن را نیز تسریع نماید مورد توجه قرار گرفت ]1[.

امروزه استفاده از کاتالیست هایی که به طور همزمان عمل تبدیل هر سه نوع آلاینده را انجام دهند، مد نظر است. به این نوع کاتالیست های سه راهه (Tree-Way catalysts) می گویند.

این مبدل ها در دو نوع فلزی و سرامیکی ساخته می شود که در این میان مبدل های فلزی به علت ارایه خواص برتر نسبت به کاتالیست های سرامیکی برتری خود را اثبات کرده اند. این برتری ها عبارتند از داشتن سلولهای دارای حجم زیاد و دیواره نازک، کاهش افت فشار گاز داخل سلولها و داشتن سطح بیشتر جهت انجام واکنش کاتالیزوری، مقاومت در برابر ضربه و عوامل مکانیکی ، گرم شدن سریع و آغاز واکنش از اولین لحظات استارت . به همین دلیل نیز صنایع مدرن اتومبیل سازی در فن­آوری و طراحی جدید از این نوع مبدل ها جهت برطرف نمودن گازهای مضر و حاصل از سوخت خودرو ها استفاده می کنند.

این مبدل ها شامل یک یا دو استوانه مشبک (مونولیت) فلزی هستند که روی سطح ورقه آن که به ضخامت 65-30 میکرومتر می‌تواند باشد، یک لایه آلومینای متخلخل بنام آلومینای انتقالی گاما پوشانده شده و داخل حفرات آلومینا ذرات فلزات فعال کننده واکنش‌های احیایی مانند رودیم (Rh) و ذرات فلزات فعال کننده واکنش‌های اکسیدی مانند پلاتین (Pt) قرار گرفته است ]2[.

مونولیت داخل یک بستر نسوز پیچانده می‌شود وسپس داخل یک بستر لوله مانند فلزی مقاوم به اکسیداسیون در دمای بالا قرار داده می‌شود و پس از انجام عملیات جوشکاری در نزدیکی موتور در مسیر اگزوز قرار داده می‌شود.

هدف از انجام این تحقیق دستیابی به دانش فنی ساخت مبدل های کاتالیزوری پایه فلزی با نگاهی صنعتی، شامل پروسه ی تولید پایه ی کاتالیست، آماده سازی واش کوت و پوشش دهی آن بر روی پایه ی کاتالیست، نشاندن مواد کاتالیزوری بر روی واش کوت، جلدگیری و نصب و انجام تست های استاندارد می باشد.

 

روش بررسی

1- انتخاب ورقه فولادی مناسب برای ساخت مونولیت (ورق 4-α ) و مواد شیمیایی مورد نیاز (هگزاکلروپلاتینیک اسید، نیترات رودیم، نیترات پالادیوم، نیترات رنیم ).

2- کرکره کردن و رول کردن ورقه‌های 4-α.

3- انجام عمل آنیل برروی ورقه‌های رول شده استوانه‌ای 4-α برای رسیدن به سطح متخلخل برای چسبندگی بهتر واش‌کوت بر سطح آن .

4- تولید واش‌کوت اکسیدآلومینیوم ونشاندن آن برروی ورق 4-α  به عنوان محمل فلزات گرانبها(کاتالیزور)  .

5- نشاندن فلزات گرانبهای پلاتین (Pt) ، پالادیوم (Pd) و رودیم (Rh) (کاتالیزور) برروی واش‌کوت و فیوزکردن آنها به وسیله حرارت .

6 -جلدگیری (Canning)

7- آزمایشهای عملکردی مبدل کاتالیزوری تهیه شده که شامل موارد زیر  هستند: 

الف ـ پایداری در خودرو (تست جاده)

ب ـ مصرف سوخت خودروهای مجهز به مبدل کاتالیزوری  

ج ـ اندازه‌گیری آلاینده‌های خروجی از خودرو

 

یافته ها

پس از انجام بررسی های لازم ورق 4-α برای ساخت مونولیت و مواد شیمیایی مورد نیاز (هگزاکلروپلاتینیک اسید، نیترات رودیم، نیترات پالادیوم، نیترات رنیم ) انتخاب شد. نقش ورقه فولادی برای ساخت مونولیت بسیار مهم است. مشخصات ورق انتخابی در جدول 2 آورده شده است.

 

 

 

جدول 2- مشخصات ورق 4-α انتخاب شده

عرض(width)

ضخامت (thickness)

نوع عملیات حرارتی

کد شرکت سازنده

30 mm
50 mm
Soft - Annealed
Sandvic OC404

 

آنالیز ورقه ارسال شده شامل عناصر مندرج در جدول 3 بود.

جدول3- آنالیز ورقه 4-α انتخاب شده

آلومینیوم(Al)

کروم(Cr)

کربن(C)

فلزات خاکی نادر

(rare earth element)

آهن

5.5%

20%

0.02%

0.02%

بالانس

 

 

وجود فلزات خاکی نادر جهت افزایش چسبندگی اکسید آلومینیوم تشکیل شده بر سطح و جلوگیری از تشکیل پوسته بر سطح در اثر حرارت بالا لازم می‌باشد. جهت رسیدن به سطح زیاد باید ورقه 4-α را به صورت کرکره درآورده شود. برای کرکره‌دار کردن ورقه ها، با استفاده از دستگاه CNC یک غلطک فلزی ساخته شد که به وسیله غلطک ورقه های 4-α به صورت کرکره‌های سینوسی با دامنه mm 4/1 و ارتفاع mm 6/0 شکل داده شد. با قرار دادن یک ورق کرکره شده و یک ورق صاف بر روی هم و پیچاندن آن ها حول یک محور مشترک یک مونولیت استوانه ای شکل با سلول های مثلثی شکل ایجاد شد .

به همین روش یک سری نمونه‌های کوچک آزمایشی وهفت نمونه در ابعاد استاندارد  ساخته شد.

عملیات آنیل برروی ورقه‌های رول شده استوانه‌ای 4-α برای رسیدن به سطح متخلخل برای چسبندگی بهتر واش‌کوت بر سطح آن انجام یافت. برای رسیدن به زمان و دمای بهینه آنیل کردن آزمایش های زیادی صورت گرفت. قبل از عملیات حرارتی روی ورقه ابتدا باید آن را چربی‌گیری کرد اگر عملیات چربی‌گیری خوب انجام نشود چسبندگی درحد مطلوب نخواهد بود و ناحیه‌های ضعیف واش کوت روی سطح به وجود می‌آید. برای چربی‌گیری در داخل یک بشر آب مقطر ریخته و سپس به آن به نسبت 50 به 50 مخلوط تولوئن و زایلین و چند قطره نونیل آلکیل سولفانات اضافه شد. سپس یک نوار از ورق 4-α توسط این محلول شستشو داده شد. پس از شستشو ورقه 4-α در درجه حرارت ها و زمان های مختلف جهت آنیل شدن مورد آزمایش قرار گرفت، تا زمان و درجه حرارت و افزایش وزن بهینه ورقه 4-α در اثر اکسید شدن به دست آید. شکل 1 تغییرات وزنی فویل‌های 40 و 50 میکرونی را بر حسب زمان و در دمای ثابت °C1100 نشان می دهد. همان طور که در شکل نیز مشخص است تغییر وزن (تشکیل لایه‌های اکسیدی) در نمونه 40 میکرونی در هر زمان بیشتر از نمونه 50 میکرونی بوده و در هر دو به صورت پارابولیک می‌باشد.

 

 

 

شکل1 - تغییر وزن نمونه های 40 و 50 میکرونی در دمای 1100 درجه سانتی گراد

 

 

در شکل 2 کاهش میزان آلومینیوم در نمونه در زمان های مختلف نشان داده شده است. همان طورکه از  نمودار مشخص است با گذشت زمان و افزایش مدت اکسیداسیون، در اثر افت مقدار آلومینیوم و کم شدن آن از حد بحرانی شکستی در نمودار ایجاد می‌گردد که زمان ایجاد این شکست در حقیقت زمان شروع اکسیداسیون داخلی فویل و نتیجتاً ایجاد ترک برروی سطح اکسید محافظ Al2O3 می‌باشد.

 

 

 

 

 

 

شکل2-تغییرات غلظت آلومینیوم در زمان های مختلف برای ضخامتهای مختلف

 

 

پس از 400 ساعت اکسیداسیون در 1100 درجه سانتی گراد حدود 8 میکرون افزایش ضخامت در فویل 40 میکرون به چشم می‌خورد.

 یک نوار باریک از 4-α در کوره قرار داده شد و کوره روشن گردید. در دمای °C 600 و پس از گذشت 5/5 ساعت رنگ ورقه زرد متمایل به قرمز بود که علت تشکیل این رنگ مربوط به آمدن کروم موجود در ورقه 4-α به سطح ورقه می‌باشد و پس از گذشت 4 ساعت دیگر دمای کوره به °C 850 رسید  که رنگ ورقه نیز در این حالت نقره‌ای گردید و به همین ترتیب زمان و درجه حرارت افزایش داده شد تا رنگ ورقه به صورت خاکستری درآید(آمدن آلومینای α به سطح ورق) که خلاصه زمان و درجه حرارت ها درزیرآورده شده است:


 

 
   
 

       4-α                        4-α به رنگ زرد                           4-α نقره‌ای                         4-α خاکستری

 


برای به دست آوردن زمان و دمای بهینه آنیل شدن ورقه‌های مختلفی از 4-α  را پس از شستشو دادن با محلول چربی‌گیر وزن نموده و در یک محدوده زمانی افزایش وزن را که همان تشکیل اکسید آلومینیوم است اندازه‌گیری گردید و در نهایت این نتیجه گیری به عمل آمد که اگر ورقه 4-α به مدت  4 ساعت در درجه حرارت °C 1150 قرار داده شود، بیشینه اکسید آلومینیوم نوع α تشکیل می‌گردد. لازم به ذکر است که در زمان های بالاتر میزان اکسید آلومینیوم تشکیل شده افزایش بسیار کندی دارد که از نظر اقتصادی مقرون بصرفه نمی‌باشد. در ادامه واش‌کوت اکسیدآلومینیوم تولید و به عنوان محمل فلزات گران بها (کاتالیزور)  برروی ورق 4-α اعمال شد.

دلایل انتخاب آلومینا به عنوان واش کوت :

1- آلومینا ارزان قیمت است .

2- با گاز واکنش نمی کند .

3- دارای سطح کافی جهت انجام واکنش است .

پس از تشکیل اکسید آلومینیوم نوع α بر سطح ورقه 4-α  که دارای چسبندگی بالا و مقاومت خوبی می‌باشد، لازم بود افزایش سطح اکسیدآلومینیوم که بعدها سبب بازده بالای تبدیل آلاینده‌ها می شود مدنظر قرار گیرد. به همین دلیل از اکسیدآلومینیوم نوع γ ( g - آلومینا) که دارای سطح مخصوص بیشتری نسبت به نوع α می‌باشد، استفاده گردید )سطح مخصوص g - آلومینا m2/gr 500 درمقابل سطح ویژه m2/gr2 آلومینای آلفا) [3 و 4]. اولین مشکلی که در ساخت واش‌کوت وجود دارد، این است که از چه نوع چسبی استفاده شود. برای مبدل های سرامیکی می‌توان به جای چسب از آب هم استفاده کرد چون آب در سرامیک نفوذ می‌کند و به چسب نیازی نمی‌باشد. برای مبدل پایه فلزی چسب اتیل سیلیکات انتخاب شد. چسب اتیل سیلیکات در °C 400 تجزیه شده و تنها اکسید سیلیسیم باقی می ماند و این اکسید هیچ گونه مزاحمتی برای عمل تبدیل گازهای آلاینده به غیر آلاینده ندارد. مشکل بعدی، تهیه g - آلومینای مناسب می باشد که باید بیش ترین مقدار چسبندگی را ایجاد کند. توزیع دانه‌بندی g - آلومینای مصرفی بسیار با اهمیت می‌باشد که نتیجتاً با روش آزمون و خطا حالت بهینه مش انتخاب شد که در محدوده  400-270 بهترین میزان چسبندگی حاصل می شود. همچنین برای به دست آوردن نسبت چسب به g - آلومینا ، این نسبت بارها تغییر داده شد و نهایتاً نسبت 3 به 2 یعنی سه گرم چسب به دو گرم g - آلومینا انتخاب شد. روش پوشش دادن به صورت DIP COATING بوده و نمونه باید کاملاً در واش‌کوت غوطه‌ور باشد[5].

افزودنی های واش کوت : جهت روان سازی واش‌کوت حدود 2% وزنی واش‌کوت اسیداستیک و نیز به مقدار 15% وزن واش‌کوت نیز کلریدسریم زیرکونیا به عنوان جاذب اکسیژن     (Oxygen Storage Component) : OSC بر سطح کاتالیزور استفاده گردید.

 

آزمایش1 : چسباندن g - Al2O3 برروی نوار 4-α

ابتدا یک نوار از ورقه 4-α به وزن 5973/1 گرم بریده شد و با مایع چربی‌گیر خوب شسته شده و به مدت 1 ساعت در کوره °C 1100 قرار داده شد.  وزن نوار فوق به 611/1 گرم افزایش یافت (به دلیل ایجاد لایه اکسید). یعنی در حدود 0638/0 گرم معادل 4% افزایش وزن در مدت یک ساعت حاصل گردید. سپس 130 گرم چسب اتیل سیلیکات 60% با صد گرم g - آلومینا به کمک همزن خوب هم زده شد ( rpm1980) سپس نوار 4-α از کوره خارج و پس از سرد شدن در محلول فوق فرو بـرده و سپس در آون°C 60 خشک گردید و مجدداً در محلول چسب اتیل سیلیکات فروبرده شد. مشاهده شد که لایه‌های g - آلومینا برروی هم نشسته‌اند و کنده می‌شوند. با وجود این در آون °C 60 درجه خشک و به مدت 5 دقیقه در کوره °C 850 قرار داده شد، ولی چسبندگی اکسید آلومینیوم نوع g روی نوار 4-α مطلوب نبود.

آزمایش2 : چسباندن g-Al2O3 برروی نوار 4- α

ابتدا 104 گرم چسب اتیل سیلیکات برداشته شد و 60 گرم g - آلومینا به آن اضافه گردید و زیر همزن کاملا هم زده شد. چند سی‌سی اسید استیک به آن افزوده شد تا مخلوط کاملاً یک دست گردد و نیز به میزان 15% وزنی مخلوط نیز کلریدسریم و زیرکونیا اضافه گردید، سپس دو نوار 4-α را جداگانه در آن فرو برده و پس از خشک کردن معلوم گردید که لایه g ـ آلومینا کاملاً تشکیل نشده و فاقد یکنواختی کامل بر سطح ورقه 4-α بود، به همین خاطر هم آزمایش  با 100 گــرم g ـ آلومینا و 130 گرم چسب اتیل سیلیکات تکرار شد که پوشش یک دست و یکنواختی بر سطح ورقه 4-α حاصل گردید.

آزمایش3 : اثر آنیل کردن ورقه در چسبندگی g ـ آلومینا

یک نوار 4-α را پس از چربی‌گیری در مخلوط 77% وزنی g ـ آلومینا در چسب اتیل سیلیکات فرو کرده و پس از خشک کردن در آون ،در کوره قرار داده و به مدت نیم ساعت در دمـای °C 800 حرارت داده شد و مشاهده شد که چسبندگی مناسب را ندارد. بنابراین نتیجه گرفته شد که باید ورقه 4-α قبل از چسباندن g ـ آلومینا حتماً آنیل گردد و درجه حرارت مناسب برای آنیل کردن نیز °C 1100 می‌باشد.

آزمایش4 : مواد افزودنی جهت افزایش سطح و خلل و فرج

با توجه به این که افزایش سطح ویژه روی ورقه بسیار با اهمیت است سعی شد با افزودنی های مختلف به این سطح ویژه افزایش یابد که خلاصه‌ای از کارها و نتایج حاصل از آن ها در جدول 6 آورده ‌شده است.


جدول6- نتایج افزودن مواد افزودنی

شماره

g- آلومینا

نوع چسب

مواد افزودنی

نتیجه

1

7 گرم

9 گرم اتیل سیلیکات

اسیداستیک 1cc

سریا و زیرکونیا هرکدام gr 3/0

نشاسته gr 15/0

تخلخل خوبی در سطح مشاهده گردید ولی مانند قبل چسبندگی مطلوب نبود.

2

7 گرم

9 گرم پلی وینیل الکل (PVA)

اسیداستیک 3cc

سریا و زیرکونیا هرکدام gr 4/0

نمونه‌ها اصلا چسبندگی خوبی روی سطح نداشتند ولی تخلخل به دست آمده مطلوب بود.

3

14 گرم

پلی‌وینیل الکل (PVA)

4 گرم + اتیل سیلیکات

20 گرم

اسیداستیک + سود + خنثی

دراین مخلوط ابتدا در حالت خنثی یک نمونه دیپ گردید سپس در حالت بازی و در نهایت در حالت اسیدی که نمونه اسیدی از همه بهتر بود.

4

14 گرم

اتیل سیلیکات 20 گرم

اسیداستیک cc 2

سریا gr 3/0

زیرکونیا gr 3

توسط پیستوله به سطح ورقه اسپری گردید که چسبندگی و تخلخل خوب بود ولی میزان آلومینای روی سطح کم بود که آن نیز به خاطر کوچک بودن قطر دهانه پیستوله بود.

 


فلزات گران بهای پلاتین (Pt) ، پالادیوم (Pd) و رودیم (Rh) (کاتالیزور) برروی واش‌کوت پوشانیده و به وسیله حرارت فیوز شد. در ساخت مبدل کاتالیزوری برای صدور استاندارد Euro II میزان فلزات گران بها باید gr/ft3 50 باشد و نسبت فلزات گرانبها Pt:Rh نیز باید 5:1 باشد.

برای موتور پژو 206 از نوع PTU5 JP4 که حجم موتور cc 1587 می‌باشد، باید حجم کاتالیست 2/1-1/1 برابر حجم موتور باشد بنابراین:

76/1=1/1 × 6/1

 92/1 = 2/1 × 6/1

68/3 = 92 /1 + 76/1

84/1 =  2 ÷ 68/3

 

 

                                (حجم مبدل پژو 206 )                                                  lit 28              gr 50

                        میزان فلزات گرانبها 2/3  X =                                              84/1                   X

 

 

                    6= 1 + 5

   رودیم 53/0 = 6 ÷ 2/3

پلاتین 65/2 = 5 × 53/0

 

و چون پلاتین به صورت هگزاکلروپلاتینیک اسید می باشد که دارای 38% پلاتین است، بنابراین:


                                                                                                                Pt       H2PfCl6         

                                                                                                               38/0                    1

                     میزان هگزاکلروپلاتینیک اسید 97/6  X =                                         65/2                 X    

 


برای تهیه محلول فلزات گرانبها 4 شیشه یک گرمی هگزاکلروپلاتینیک اسید را با 2/1 گرم کلرور رودیم در cc 37 آب مقطر ریخته و به هم زده شد، سپس نوارهای 4-α  کوت داده شده با g ـ آلومینا داخل محلول غوطه‌ور گردید، سپس بیرون آورده و بمدت نیم ساعت در آون °C 150 قرار دادیم تا خشک گردد. سپس به مدت 9 ساعت در کوره °C 650 قرار داده شد. مشکلی که در این بخش پیش آمد سیاه شدن سطح ورقه‌های 4-α پس از بیرون آمدن از کوره بود که تلاش هایی برای از بین بردن رنگ سیاه آن صورت گرفت که در نهایت با استفاده از بخار آمونیاک و استفاده از گاز آرگون تا حدودی این رنگ از بین رفت، ولی این رنگ سیاه به خاطر تشکیل پلاتین سیاه می‌باشد که هیچ تاثیر منفی بر کارآیی مبدل ندارد[6].

مبدل های ساخته شده برای جلوگیری از وارد شدن ضربه، داخل یک جلد محافظ استوانه‌ای که سایز آن (قطر و طول) با سایز مبدل یکسان بود، قرار گرفت و سپس داخل جلد اصلی (heat shield) قرار داده و به اتصالات اگزوز جوش داده شد.

آزمایش های عملکردی مبدل کاتالیزوری به صورت زیر صورت گرفت. در زمان نصب مبدل کاتالیزوری کیلومترشمارخودرو در شماره 336  کیلومتر بود که وقتی کیلومترشمار به عدد 1347 کیلومتر رسید تست آلاینده انجام گرفت که نتایج آن در جدول 7 آمده است.


 

جدول7- میزان آلایندگی(1347 = شماره به کیلومتر)

l

% CO

% CO2

% O2

HC (ppm)

NOx (ppm)

998/0

01/0

4/16

02/0

47

0

998/0

04/0

7/16

00/0

12

5

995/0

02/0

8/16

00/0

108

4

998/0

01/0

8/16

00/0

103

0

 


آزمایش تست میزان آلاینده‌ها در کیلومترهای مختلف و در روزهای مختلف تکرار شد که نتایج آن ها در جدول های 8 و 9 آمده است.


 

 

 

 

 

جدول8- میزان آلایندگی)2074=شماره به کیلومتر(

l

% CO

% CO2

% O2

HC (ppm)

NOx (ppm)

995/0

02/0

8/16

0

108

4

998/0

01/0

8/16

0

103

0

 

جدول9 - میزان آلایندگی(4513= شماره به کیلومتر)

l

% CO

% CO2

% O2

HC (ppm)

NOx (ppm)

999/0

04/0

5/16

1/0

96

5

995/0

04/0

5/16

0/0

101

5

 


میزان مصرف بنزین نیز در طی مسافت های مختلف اندازه‌گیری شد.در مسافت 1038 کیلومتر 69 لیتر بنزین مصرف گردید یعنی به ازای هر صد کیلومتر    64/6 لیتر بنزین مصرف شده است که نشان می‌دهد نصب مبدل کاتالیزوری تاثیر زیادی برروی میزان مصرف بنزین ندارد. که در نمونه مشابه دیگری در طی مسافت 1254 کیلومتر میزان 65 لیتر بنزین مصرف شده است. یعنی به ازای هر 100 کیلومتر 2/5 لیتر بنزین مصرف شده است.

 

نتیجه گیری

در این پژوهش مبدل کاتالیزوری پایه فلزی ساخته و به روش استاندارد آزمایش شد. نتایج تست های به عمل آمده نشان می‌دهد که نمونه‌های مبدل کاتالیستی ساخته شده استاندارد جهانی Euro3 را دارا بوده و در رقابت با استاندارد Euro4 قرار دارد به طوری که :

1- نشر CO مربوط به نمونه مبدل پایه فلزی ساخته شده برابر  g/km 28/1 می‌باشد و این در حالی است که این میزان برای استاندارد Euro4 حدود  g/km 1 و برای استاندارد Euro3 حدود  g/km 3/2 می‌باشد پس از لحاظ نشر CO، استاندارد Euro3 را دارا می باشد .

2- نشر NOX مبدل پایه فلزی ساخته شده برابر g/km 069/0 می‌باشد در حالی که این میزان برای استاندارد Euro4 برابر g/km  08/0 می‌باشد که مبدل ساخته شده استاندارد Euro4 را در مورد نشر NOX پاس می‌کند.

3- در مورد نشر HC+NOX نیز مبدل ساخته شده استاندارد بالاتر از Euro3 را دارا می باشد.

 

تشکر و قدردانی

به این وسیله از بخش های مختلف شرکت ساپکو به خصوص کارگاه CNC و کارگاه تست آلایندگی به دلیل زحمات ایشان در پیشبرد این پروژه قدردانی می گردد.

 

پیشنهادها

با توجه به قیمت بالای مواد کاتالیزوری (فلزات گران بها) همچون پلاتین و رودیوم و در نتیجه افزایش قیمت تمام شده مبدل، پیشنهاد می شود از مواد دارای خاصیت کاتالیزوری با قیمت پایین تر که بتوان جایگزین فلزات گران بها نمود استفاده شود.

 

 


 

منابع