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地特四等申論題 107年 [環境工程] 空氣污染與噪音控制技術概要

第 一 題

📖 題組:
一、(一)試說明三元觸媒轉化器(three-way catalyst)之功能、組成及原理。(9 分) (二)試說明空燃比(air/fuel ratio)如何影響三元觸媒轉化器對污染物之轉化效率。(6 分) (三)試說明為何三元觸媒轉化器不適用於柴油引擎車之排氣控制?(5 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

試說明三元觸媒轉化器(three-way catalyst)之功能、組成及原理。(9 分)

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看到三元觸媒轉化器,應直覺聯想其針對汽油車尾氣的三大污染物:一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)及氮氧化物(NOx)。答題時需層次分明,依序點出『功能』(同時去除三種污染物)、『組成』(貴金屬活性物質、塗層及蜂巢狀載體)與『原理』(氧化與還原反應同時進行),並務必列出關鍵的化學反應方程式以展現專業度並爭取高分。

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【破題】三元觸媒轉化器(Three-way Catalyst, TWC)是目前汽油引擎汽車最主要的排氣控制設備,能藉由催化作用同時有效去除尾氣中的三種主要污染物。 【論述】 一、功能

小題 (二)

試說明空燃比(air/fuel ratio)如何影響三元觸媒轉化器對污染物之轉化效率。(6 分)

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解題時應先指出三元觸媒需要同時進行氧化(針對 CO、HC)與還原(針對 NOx)反應。接著分三種情況討論:空燃比在理論值(約14.7)、過高(貧油/富氧)及過低(富油/缺氧)時,對這三種污染物轉化效率的影響,並務必帶出核心概念「觸媒視窗(Catalyst Window)」。

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【破題】 空燃比(Air/Fuel Ratio, A/F)決定了引擎廢氣中的氧氣與未燃燒物質濃度,進而直接影響三元觸媒轉化器同時進行氧化與還原反應的效率,故存在一個最佳轉化的「觸媒視窗(Catalyst Window)」。 【論述】

小題 (三)

試說明為何三元觸媒轉化器不適用於柴油引擎車之排氣控制?(5 分)

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看到此題,應立即聯想「三元觸媒轉化器(TWC)的運作前提(理論空燃比)」與「柴油引擎的燃燒特性(稀薄燃燒、高 PM 排放)」兩者之間的矛盾。解答重點應擺在『富氧環境無法還原 NOx』與『碳微粒(PM)導致觸媒阻塞』兩大核心原因。

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【破題】三元觸媒轉化器(TWC)不適用於柴油引擎車之排氣控制,主因在於柴油引擎的「富氧(過氧)燃燒特性」以及「高粒狀物排放」,會使 TWC 失去處理污染物的能力。 【論述】 一、富氧環境導致 NOx 無法還原

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