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日本研制出新型柴油尾气净化技术

　　日本产业技术综合研究所（产综研）尖端制造工艺研究部门日前在全球首次开发出了可用于柴油引擎尾气净化的电化学陶瓷反应器生产技术。与现有的过滤器方式不同，它能够在与氧气共存的状态下边还原NOx（氮氧化物）、边氧化PM（颗粒物），而且还是连续反应。利用此技术，能够实现取代DPF（柴油颗粒过滤器）的柴油尾气净化系统。

　　尽管柴油引擎是一种能量转换效率非常高的内燃装置，但仍存在如何分解尾气中导致地球温室效应和酸雨的NOx，以及如何清除可导致肺病等疾病的PM的课题。现有技术对NOx等有害物通常都是利用金属三元催化剂等活性催化剂，对其进行还原和分解。由于PM等固体物质难以进行化学分解，因此均采用过滤器进行物理清除。由于PM会在过滤器上不断积累，因此要么燃烧积累的PM，要么必须定期更换和清洗过滤器。所以，业界就希望在分解NOx的同时，能够使难以燃烧的固体碳和大分子量的碳氢化合物等彻底而连续地进行氧化分解。

　　在边进行氧化分解、边进行还原分解的手段中，有一种利用电化学方式进行反应控制的方法。产综研利用由离子导电陶瓷制成的电化学单元，提高了电极的分子选择性，从而成功地实现了在与氧气共存的状态下利用低耗电对高温尾气进行还原分解。

　　近年来，在Ca12Al14O33等铝酸钙（Calcium Aluminate）材料中找到了一种可利用电场产生活性氧自由基的物质。由于这类材料具有很强的氧化性，因此即便是对于固态碳，也有可能利用所生成的活性氧自由基进行氧化反应。但是，使用此类物质对PM等进行分解的成果此前从未报告过。此次研究得知，如果把通过电场进行氧离子传导的电化学陶瓷反应器和在电反应场（Reaction Field）中具有氧化作用的材料结合起来，就能使固态碳进行连续分解。

　　作为电化学陶瓷反应器来说，在作为氧离子传导体的二氧化锆（Zirconium Dioxide）底板上形成了具有催化剂作用的陶瓷电极。这种电极是把作为固态碳燃料催化剂的铝酸钙和作为NOx还原催化剂的氧化镍（Nickel Oxide）等物质与二氧化锆混合而成。结果得知，在475℃的高温下施加电场后，涂在表面的碳就会分解。而且，通过使之与NOx共存，就能使固态碳与NOx同时以电化学方式进行分解。另外，研究发现，通过在氧化电极上分布Ca12Al14O33等铝酸钙，能使电极上的电化学氧化反应速度得到提高。从而最终实现了使用电化学陶瓷反应器来控制尾气净化等氧化还原反应的目的。