淺談汽車尾氣污染及其治理的發(fā)展方向
摘要:大氣污染已成為世界人民共同面臨的嚴(yán)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(huán)境和人類身體健康造成了很嚴(yán)重的影響,。主要介紹了汽車尾氣污染的現(xiàn)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(fā)展方向,。
關(guān)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(xiàn)狀
大氣污染已成為世界人民共同面臨的嚴(yán)峻問題。在交通發(fā)達(dá)的國家,由汽車尾氣排放的污染物越來越嚴(yán)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(shù),、運(yùn)輸技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天,汽車給人類帶來方便快捷的同時(shí),其尾氣對環(huán)境的污染已經(jīng)越來越引起人們和社會的關(guān)注。據(jù)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(qū)氮氧化合物濃度的分擔(dān)率高達(dá) 80%以上,。目前,控制和治理汽車尾氣對大氣環(huán)境造成的污染已經(jīng)成為城市環(huán)境保護(hù)面臨的緊迫任務(wù),。
由于過去,我國并沒有制定出嚴(yán)格的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn),這使得現(xiàn)在我國一些主要城市的汽車尾氣污染情況比較嚴(yán)重,北京、上海、杭州,、深圳等城市空氣質(zhì)量嚴(yán)重下降,。為此,北京市在1999 年率先執(zhí)行了嚴(yán)格的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn),從此,我國開始走上系統(tǒng)規(guī)范汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的道路。
2 汽車尾氣的主要成分,、形成機(jī)理及嚴(yán)重危害
所謂尾氣污染,主要是指柴油,、汽油等機(jī)動車燃料因含有添加劑和雜質(zhì),在不完全燃燒時(shí),所排出的一些有害物質(zhì)對環(huán)境及人體的污染和破壞。據(jù)研究表明,汽車尾氣成分非常復(fù)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?xì)浠衔?HC) 、鉛( Pb) ,、苯并芘(BaP) 等,這些污染物不僅污染環(huán)境,對人體也有巨大危害,。
2.1 形成機(jī)理
汽車發(fā)動機(jī)排放的尾氣一部分毒性物質(zhì),是由于燃料不完全燃燒或燃?xì)鉁囟容^低時(shí)發(fā)生較多。尤其是在次序起動,、噴油器噴霧不良,、超負(fù)荷工作運(yùn)行時(shí),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(zhì). 是由于燃燒室內(nèi)的高溫,、高壓而形成的氮氧化合物 NOx。
2.2 對環(huán)境的危害
汽車尾氣排放出的氮氧化物(NOx)和碳?xì)浠衔?HC) 在大氣環(huán)境中受強(qiáng)烈的太陽紫外線照射后發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)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(xiàn)象,稱為光化學(xué)煙霧,。光化學(xué)煙霧會對環(huán)境和人類造成嚴(yán)重的危害,。1943年,美國洛杉磯市發(fā)生了世界上最早的光化學(xué)煙霧事件,此后,在北美、日本,、澳大利亞和歐洲部分地區(qū)也先后出現(xiàn)這種煙霧,。經(jīng)過反復(fù)的調(diào)查研究,直到1958年才發(fā)現(xiàn),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(yīng), 使全球氣候變暖,破壞大氣臭氧層,給人們帶來傷害。同時(shí), 酸性氣體還會導(dǎo)致酸雨的形成,酸雨會污染水體和土壤,侵蝕建筑物,給環(huán)境和人類生存帶來嚴(yán)重的威脅,。
2.3 對人體的危害
尾氣中的一氧化碳進(jìn)入肺泡后很快會和血紅蛋白(Hb) 產(chǎn)生很強(qiáng)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(jié)合,。一旦碳氧血紅蛋白濃度升高,血紅蛋白向機(jī)體組織運(yùn)載氧的功能就會受到阻礙,進(jìn)而影響對供氧不足最為敏感的中樞神經(jīng)(大腦)和心肌功能造成組織缺氧,從而使人產(chǎn)生中毒癥狀。中毒主要表現(xiàn)為頭痛,、心悸,、惡心、嘔吐,、意識模糊,部分患者可并發(fā)腦水腫,、肺水腫、嚴(yán)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(fā)展方向
治理汽車尾氣污染的方法有很多:改進(jìn)汽車發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu),在汽車發(fā)動機(jī)內(nèi)部進(jìn)行尾氣凈化處理;改進(jìn)汽車燃料,采用乙醇汽油、無鉛汽油等;當(dāng)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(guī)劃,到2010年我國汽車尾氣排放控制與國際接軌,達(dá)到國際水平,。這為開發(fā)汽車尾氣凈化催化劑材料,提供了很大的發(fā)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(yùn)會期間北京曾在數(shù)千輛出租車上裝載稀土氧化型催化劑,。這是國內(nèi)首次采用催化凈化器,但各方面技術(shù)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(guī)和排放限值,但未強(qiáng)制安裝尾氣凈化催化劑,對超標(biāo)車的強(qiáng)制安裝推遲到1998年才正式執(zhí)行, 1999年開始采用三效催化凈化器,。二十世紀(jì)60 年代以來,出現(xiàn)了許多有關(guān)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(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán),尾氣催化技術(shù)日益提高,。
汽車尾氣的催化凈化經(jīng)歷了漫長的發(fā)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(zhuǎn)化器里使用的催化劑,它具有高活性,、高選擇性、高熱穩(wěn)定性,、良好物理性能,能同時(shí)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(wěn)定性,拓寬三效窗口等;現(xiàn)如今,三效催化劑( TWC) 已在全球范圍內(nèi)得到了普遍應(yīng)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(jià)格遠(yuǎn)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(jié)構(gòu),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(yōu)良的貯氧能力、熱穩(wěn)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(shí)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(fā)展中做出了較大的貢獻(xiàn),。
4 結(jié)束語
隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,汽車尾氣對大氣的污染和治理已經(jīng)成為人民和政府共同面臨的挑戰(zhàn)。為治理大氣污染, 我國政府已先后頒布了多項(xiàng)法律法規(guī)及相關(guān)的治理辦法,以法律為依據(jù),有效地實(shí)現(xiàn)汽車尾氣排放的控制與管理,。在政府的領(lǐng)導(dǎo)下,各大企業(yè)積極響應(yīng),向社會提供高效低耗,、低排放的環(huán)保車型,提供高品質(zhì)的燃油、燃?xì)?提供高效耐用的尾氣凈化產(chǎn)品,。這是相關(guān)企業(yè)提高自身競爭力的重要途徑,也是相關(guān)企業(yè)為防治汽車尾氣污染應(yīng)盡的職責(zé)和貢獻(xiàn),。同時(shí), 人們應(yīng)該遵守各項(xiàng)規(guī)章制度,節(jié)能減排,用自己的行動,保護(hù)自己賴以生存的自然環(huán)境,這樣才能成為最終的受益者。
近些年來,各個領(lǐng)域的學(xué)者不斷研究,各項(xiàng)處理汽車尾氣的技術(shù)手段正在不斷成熟和運(yùn)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(xì)孔中吸附一些貴重金屬,從而起到催化作用,。第二代產(chǎn)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(yōu)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(nèi)外已成功開發(fā)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(fù)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(shù)將成為進(jìn)一步提高催化劑載體表面積和優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)的新的突破口。這些技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)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(fā)熱點(diǎn),。
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