浅谈汽车尾气污染及其治理的发展方向
摘要:大气污染已成为世界人民共同面临的严峻问题,汽车尾气污染已成为越来越多城市大气污染的首要污染源。汽车尾气中含有一百多种有害气体,对环境和人类身体健康造成了很严重的影响。主要介绍了汽车尾气污染的现状及危害,并主要介绍了汽车尾气净化催化剂这一汽车尾气治理的发展方向。
关键词:汽车尾气,污染危害,汽车尾气净化催化剂
1 汽车尾气污染现状
大气污染已成为世界人民共同面临的严峻问题。在交通发达的国家,由汽车尾气排放的污染物越来越严重,汽车尾气污染已成为越来越多城市大气污染的首要污染源。在物流技术、运输技术高度发达的今天,汽车给人类带来方便快捷的同时,其尾气对环境的污染已经越来越引起人们和社会的关注。据资料显示,我国汽车尾气污染以每年逾10% 以上的幅度上升,主城区氮氧化合物浓度的分担率高达 80%以上。目前,控制和治理汽车尾气对大气环境造成的污染已经成为城市环境保护面临的紧迫任务。
由于过去,我国并没有制定出严格的汽车尾气排放标准,这使得现在我国一些主要城市的汽车尾气污染情况比较严重,北京、上海、杭州、深圳等城市空气质量严重下降。为此,北京市在1999 年率先执行了严格的尾气排放标准,从此,我国开始走上系统规范汽车尾气排放标准的道路。
2 汽车尾气的主要成分、形成机理及严重危害
所谓尾气污染,主要是指柴油、汽油等机动车燃料因含有添加剂和杂质,在不完全燃烧时,所排出的一些有害物质对环境及人体的污染和破坏。据研究表明,汽车尾气成分非常复杂,有一百种以上,其主要污染物包括:一氧化碳(CO) 、氮氧化物(NOx) 、碳氢化合物(HC) 、铅( Pb) 、苯并芘(BaP) 等,这些污染物不仅污染环境,对人体也有巨大危害。
2.1 形成机理
汽车发动机排放的尾气一部分毒性物质,是由于燃料不完全燃烧或燃气温度较低时发生较多。尤其是在次序起动、喷油器喷雾不良、超负荷工作运行时,燃油不能很好地与氧化合燃烧. 必定生成大量的CO、HC和煤烟。另一部分有毒物质. 是由于燃烧室内的高温、高压而形成的氮氧化合物 NOx。
2.2 对环境的危害
汽车尾气排放出的氮氧化物(NOx)和碳氢化合物(HC) 在大气环境中受强烈的太阳紫外线照射后发生光化学反应而产生二次污染物,这种又一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾现象,称为光化学烟雾。光化学烟雾会对环境和人类造成严重的危害。1943年,美国洛杉矶市发生了世界上最早的光化学烟雾事件,此后,在北美、日本、澳大利亚和欧洲部分地区也先后出现这种烟雾。经过反复的调查研究,直到1958年才发现,这一事件是由于洛杉矶市拥有的 250万辆汽车排气污染造成的。
另外,汽车尾气中含有大量的二氧化碳、二氧化硫。这些气体被称为温室气体,过量的排入大气会造成温室效应, 使全球气候变暖,破坏大气臭氧层,给人们带来伤害。同时, 酸性气体还会导致酸雨的形成,酸雨会污染水体和土壤,侵蚀建筑物,给环境和人类生存带来严重的威胁。
2.3 对人体的危害
尾气中的一氧化碳进入肺泡后很快会和血红蛋白(Hb) 产生很强的亲合力,使血红蛋白形成碳氧血红蛋白(CO2 Hb) ,阻止氧和血红蛋白的结合。一旦碳氧血红蛋白浓度升高,血红蛋白向机体组织运载氧的功能就会受到阻碍,进而影响对供氧不足最为敏感的中枢神经(大脑)和心肌功能造成组织缺氧,从而使人产生中毒症状。中毒主要表现为头痛、心悸、恶心、呕吐、意识模糊,部分患者可并发脑水肿、肺水肿、严重的心肌损害、肝、肾损害等。
3 汽车尾气净化催化剂———汽车尾气治理的发展方向
治理汽车尾气污染的方法有很多:改进汽车发动机的结构,在汽车发动机内部进行尾气净化处理;改进汽车燃料,采用乙醇汽油、无铅汽油等;当然最根本的手段还是改变汽车的动力,研制和推广电动汽车、太阳能汽车等等。
汽车尾气净化催化剂是控制汽车尾气排放,减少污染的最有效手段。按照我国总体规划,到2010年我国汽车尾气排放控制与国际接轨,达到国际水平。这为开发汽车尾气净化催化剂材料,提供了很大的发展空间,这也为汽车尾气污染的治理指明了研究的方向。
作为控制汽车污染的主要手段之一的净化催化剂受到了普遍的重视。我国70年代初就为出口红旗轿车安装了氧化型催化剂。到90年代初亚运会期间北京曾在数千辆出租车上装载稀土氧化型催化剂。这是国内首次采用催化净化器,但各方面技术还不成熟,未能得到推广使用。1993年, 国家虽公布了GB14761排放法规和排放限值,但未强制安装尾气净化催化剂,对超标车的强制安装推迟到1998年才正式执行, 1999年开始采用三效催化净化器。二十世纪60 年代以来,出现了许多有关汽车尾气方面的催化剂,从中我们可以看出随着世界尾气排放标准加严,尾气催化技术日益提高。
汽车尾气的催化净化经历了漫长的发展过程,由含镍、铜、钴、铁等的贱金属催化剂而基于贵金属(Noble Metals, NMs)的高效催化剂;由两效而三效乃至更高效。三效催化剂( Three—Way Catalyst, TWC)是汽车尾气三元催化转化器里使用的催化剂,它具有高活性、高选择性、高热稳定性、良好物理性能,能同时净化尾气的CO、HC和NOx等有害物。
早期三效催化剂有较多的缺陷,如要求很狭窄的空燃比等, 此后在改善催化剂性能方面做出了诸多努力:提高催化活性、热稳定性,拓宽三效窗口等;现如今,三效催化剂( TWC) 已在全球范围内得到了普遍应用。
由于贵金属催化剂成本高,我国汽车尾气净化催化剂的研究主要在非贵金属催化剂方面,目前非贵金属催化剂还不能得到满意的催化效果。非贵金属催化剂价格远低于贵金属,但其催化活性比贵金属低,往往需要制成特殊结构,且要多种金属组分相互作用来提高活性。因此,研究最多的是用稀土元素作为活性组分,主要采用加入稀土减少贵金属用量的办法。稀土特别是CeO2 ,具有优良的贮氧能力、热稳定性和助催化作用,不仅提高了贵金属催化剂的耐久性和催化活性,同时降低了贵金属用量。我国稀土资源丰富,因此稀土作为添加剂在汽车尾气催化剂的研究和发展中做出了较大的贡献。
4 结束语
随着我国经济的不断发展,汽车尾气对大气的污染和治理已经成为人民和政府共同面临的挑战。为治理大气污染, 我国政府已先后颁布了多项法律法规及相关的治理办法,以法律为依据,有效地实现汽车尾气排放的控制与管理。在政府的领导下,各大企业积极响应,向社会提供高效低耗、低排放的环保车型,提供高品质的燃油、燃气,提供高效耐用的尾气净化产品。这是相关企业提高自身竞争力的重要途径,也是相关企业为防治汽车尾气污染应尽的职责和贡献。同时, 人们应该遵守各项规章制度,节能减排,用自己的行动,保护自己赖以生存的自然环境,这样才能成为最终的受益者。
近些年来,各个领域的学者不断研究,各项处理汽车尾气的技术手段正在不断成熟和运用。第一代汽车尾气催化剂将活性氧化铝制备成球状或丸状的小颗粒,然后在这些小颗粒的毛细孔中吸附一些贵重金属,从而起到催化作用。第二代产品是将吸附有贵重金属的活性氧化铝涂附于蜂窝陶瓷表面,从而制备出性能优良的汽车尾气催化剂载体。从早期使用的普通金属Cu、Cr、Ni,到后来用的贵金属Pt、Pd、Rh, 汽车尾气净化催化剂已成为治理尾气污染的有效途径。目前国内外已成功开发了含少量贵金属的稀土汽车尾气净化催化材料,特别是用于活性涂层的铈稀土复合氧化物已成功用于汽车净化器上,催化性能与使用寿命大大提高。另外, 纳米技术将成为进一步提高催化剂载体表面积和优化内部结构的新的突破口。这些技术的发展和应用将是我们倍加鼓舞,催化活性高于普通三效催化剂的纳米稀土三效催化剂将是成本低、催化效果好的新型催化剂并成为今后研发热点。
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