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）
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）
思路引導 VIP
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。
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）
思路引導 VIP
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）」。
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）
思路引導 VIP
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。
三元觸媒轉化器要點
💡 在理論空燃比下，同步催化三種污染物的氧化與還原反應。
🔗 三元觸媒轉化反應鏈
- 1 環境條件 — 溫度達起燃溫度且維持理論空燃比
- 2 擴散與吸附 — 污染氣體吸附於貴金屬活性位點
- 3 氧化還原 — Pt/Pd 促氧化，Rh 促還原反應
- 4 脫附排放 — 產出 CO2、N2 與 H2O 排放
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🔄 延伸學習：延伸學習：含氧感測器對空燃比閉迴路控制的重要性
