淺談汽車尾氣污染及其治理的發展方向
摘要:大氣污染已成為世界人民共同面臨的嚴峻問題,汽車尾氣污染已成為越來越多城市大氣污染的首要污染源。汽車尾氣中含有一百多種有害氣體,對環境和人類身體健康造成了很嚴重的影響。主要介紹了汽車尾氣污染的現狀及危害,并主要介紹了汽車尾氣凈化催化劑這一汽車尾氣治理的發展方向。
關鍵詞:汽車尾氣,污染危害,汽車尾氣凈化催化劑
1 汽車尾氣污染現狀
大氣污染已成為世界人民共同面臨的嚴峻問題。在交通發達的國家,由汽車尾氣排放的污染物越來越嚴重,汽車尾氣污染已成為越來越多城市大氣污染的首要污染源。在物流技術、運輸技術高度發達的今天,汽車給人類帶來方便快捷的同時,其尾氣對環境的污染已經越來越引起人們和社會的關注。據資料顯示,我國汽車尾氣污染以每年逾10% 以上的幅度上升,主城區氮氧化合物濃度的分擔率高達 80%以上。目前,控制和治理汽車尾氣對大氣環境造成的污染已經成為城市環境保護面臨的緊迫任務。
由于過去,我國并沒有制定出嚴格的汽車尾氣排放標準,這使得現在我國一些主要城市的汽車尾氣污染情況比較嚴重,北京、上海、杭州、深圳等城市空氣質量嚴重下降。為此,北京市在1999 年率先執行了嚴格的尾氣排放標準,從此,我國開始走上系統規范汽車尾氣排放標準的道路。
2 汽車尾氣的主要成分、形成機理及嚴重危害
所謂尾氣污染,主要是指柴油、汽油等機動車燃料因含有添加劑和雜質,在不完全燃燒時,所排出的一些有害物質對環境及人體的污染和破壞。據研究表明,汽車尾氣成分非常復雜,有一百種以上,其主要污染物包括:一氧化碳(CO) 、氮氧化物(NOx) 、碳氫化合物(HC) 、鉛( Pb) 、苯并芘(BaP) 等,這些污染物不僅污染環境,對人體也有巨大危害。
2.1 形成機理
汽車發動機排放的尾氣一部分毒性物質,是由于燃料不完全燃燒或燃氣溫度較低時發生較多。尤其是在次序起動、噴油器噴霧不良、超負荷工作運行時,燃油不能很好地與氧化合燃燒. 必定生成大量的CO、HC和煤煙。另一部分有毒物質. 是由于燃燒室內的高溫、高壓而形成的氮氧化合物 NOx。
2.2 對環境的危害
汽車尾氣排放出的氮氧化物(NOx)和碳氫化合物(HC) 在大氣環境中受強烈的太陽紫外線照射后發生光化學反應而產生二次污染物,這種又一次污染物和二次污染物的混合物所形成的煙霧現象,稱為光化學煙霧。光化學煙霧會對環境和人類造成嚴重的危害。1943年,美國洛杉磯市發生了世界上最早的光化學煙霧事件,此后,在北美、日本、澳大利亞和歐洲部分地區也先后出現這種煙霧。經過反復的調查研究,直到1958年才發現,這一事件是由于洛杉磯市擁有的 250萬輛汽車排氣污染造成的。
另外,汽車尾氣中含有大量的二氧化碳、二氧化硫。這些氣體被稱為溫室氣體,過量的排入大氣會造成溫室效應, 使全球氣候變暖,破壞大氣臭氧層,給人們帶來傷害。同時, 酸性氣體還會導致酸雨的形成,酸雨會污染水體和土壤,侵蝕建筑物,給環境和人類生存帶來嚴重的威脅。
2.3 對人體的危害
尾氣中的一氧化碳進入肺泡后很快會和血紅蛋白(Hb) 產生很強的親合力,使血紅蛋白形成碳氧血紅蛋白(CO2 Hb) ,阻止氧和血紅蛋白的結合。一旦碳氧血紅蛋白濃度升高,血紅蛋白向機體組織運載氧的功能就會受到阻礙,進而影響對供氧不足最為敏感的中樞神經(大腦)和心肌功能造成組織缺氧,從而使人產生中毒癥狀。中毒主要表現為頭痛、心悸、惡心、嘔吐、意識模糊,部分患者可并發腦水腫、肺水腫、嚴重的心肌損害、肝、腎損害等。
3 汽車尾氣凈化催化劑———汽車尾氣治理的發展方向
治理汽車尾氣污染的方法有很多:改進汽車發動機的結構,在汽車發動機內部進行尾氣凈化處理;改進汽車燃料,采用乙醇汽油、無鉛汽油等;當然最根本的手段還是改變汽車的動力,研制和推廣電動汽車、太陽能汽車等等。
汽車尾氣凈化催化劑是控制汽車尾氣排放,減少污染的最有效手段。按照我國總體規劃,到2010年我國汽車尾氣排放控制與國際接軌,達到國際水平。這為開發汽車尾氣凈化催化劑材料,提供了很大的發展空間,這也為汽車尾氣污染的治理指明了研究的方向。
作為控制汽車污染的主要手段之一的凈化催化劑受到了普遍的重視。我國70年代初就為出口紅旗轎車安裝了氧化型催化劑。到90年代初亞運會期間北京曾在數千輛出租車上裝載稀土氧化型催化劑。這是國內首次采用催化凈化器,但各方面技術還不成熟,未能得到推廣使用。1993年, 國家雖公布了GB14761排放法規和排放限值,但未強制安裝尾氣凈化催化劑,對超標車的強制安裝推遲到1998年才正式執行, 1999年開始采用三效催化凈化器。二十世紀60 年代以來,出現了許多有關汽車尾氣方面的催化劑,從中我們可以看出隨著世界尾氣排放標準加嚴,尾氣催化技術日益提高。
汽車尾氣的催化凈化經歷了漫長的發展過程,由含鎳、銅、鈷、鐵等的賤金屬催化劑而基于貴金屬(Noble Metals, NMs)的高效催化劑;由兩效而三效乃至更高效。三效催化劑( Three—Way Catalyst, TWC)是汽車尾氣三元催化轉化器里使用的催化劑,它具有高活性、高選擇性、高熱穩定性、良好物理性能,能同時凈化尾氣的CO、HC和NOx等有害物。
早期三效催化劑有較多的缺陷,如要求很狹窄的空燃比等, 此后在改善催化劑性能方面做出了諸多努力:提高催化活性、熱穩定性,拓寬三效窗口等;現如今,三效催化劑( TWC) 已在全球范圍內得到了普遍應用。
由于貴金屬催化劑成本高,我國汽車尾氣凈化催化劑的研究主要在非貴金屬催化劑方面,目前非貴金屬催化劑還不能得到滿意的催化效果。非貴金屬催化劑價格遠低于貴金屬,但其催化活性比貴金屬低,往往需要制成特殊結構,且要多種金屬組分相互作用來提高活性。因此,研究最多的是用稀土元素作為活性組分,主要采用加入稀土減少貴金屬用量的辦法。稀土特別是CeO2 ,具有優良的貯氧能力、熱穩定性和助催化作用,不僅提高了貴金屬催化劑的耐久性和催化活性,同時降低了貴金屬用量。我國稀土資源豐富,因此稀土作為添加劑在汽車尾氣催化劑的研究和發展中做出了較大的貢獻。
4 結束語
隨著我國經濟的不斷發展,汽車尾氣對大氣的污染和治理已經成為人民和政府共同面臨的挑戰。為治理大氣污染, 我國政府已先后頒布了多項法律法規及相關的治理辦法,以法律為依據,有效地實現汽車尾氣排放的控制與管理。在政府的領導下,各大企業積極響應,向社會提供高效低耗、低排放的環保車型,提供高品質的燃油、燃氣,提供高效耐用的尾氣凈化產品。這是相關企業提高自身競爭力的重要途徑,也是相關企業為防治汽車尾氣污染應盡的職責和貢獻。同時, 人們應該遵守各項規章制度,節能減排,用自己的行動,保護自己賴以生存的自然環境,這樣才能成為最終的受益者。
近些年來,各個領域的學者不斷研究,各項處理汽車尾氣的技術手段正在不斷成熟和運用。第一代汽車尾氣催化劑將活性氧化鋁制備成球狀或丸狀的小顆粒,然后在這些小顆粒的毛細孔中吸附一些貴重金屬,從而起到催化作用。第二代產品是將吸附有貴重金屬的活性氧化鋁涂附于蜂窩陶瓷表面,從而制備出性能優良的汽車尾氣催化劑載體。從早期使用的普通金屬Cu、Cr、Ni,到后來用的貴金屬Pt、Pd、Rh, 汽車尾氣凈化催化劑已成為治理尾氣污染的有效途徑。目前國內外已成功開發了含少量貴金屬的稀土汽車尾氣凈化催化材料,特別是用于活性涂層的鈰稀土復合氧化物已成功用于汽車凈化器上,催化性能與使用壽命大大提高。另外, 納米技術將成為進一步提高催化劑載體表面積和優化內部結構的新的突破口。這些技術的發展和應用將是我們倍加鼓舞,催化活性高于普通三效催化劑的納米稀土三效催化劑將是成本低、催化效果好的新型催化劑并成為今后研發熱點。
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