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汽车尾气的危害及其净化方法概述

发表时间：2020/9/23 来源：《基层建设》2020年第17期作者：刘璐

[导读] 摘要：随着我国汽车保有量的不断增长，汽车尾气污染已成为城市环境的一大公害。

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        摘要：随着我国汽车保有量的不断增长，汽车尾气污染已成为城市环境的一大公害。对于汽车尾气的净化处理方法始终在进步发展，时至今日催化剂已成为当前控制汽车尾气排放的主要手段。本文介绍了汽车尾气的危害及净化方法的发展过程，以及各种方法的优缺点，并对净化效果好、优点突出的纳米催化剂进行了展望。
        关键词：汽车尾气；大气污染物；净化方法
        1 概述
        近年来，我国汽车保有量持续增长。公安部交通管理局的数据显示，截至 2017 年底，我国机动车保有量达 3.10 亿量，其中汽车2.17 亿辆，并且呈现持续增长的态势。随着机动车保有量的升高，汽车尾气已成为城市大气污染问题的主要源头之一。汽车尾气中含有的污染物主要为氮氧化合物（NOx）、碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、含铅化合物、苯并芘及颗粒物等[1]。以上污染物不仅给自然生态环境造成破坏，而且对人类健康极为不利。NOx（主要为 NO 和 NO2）不仅是形成光化学烟雾和酸雨的重要原因，还会刺激肺部和呼吸系统；汽车排出的颗粒物（PM）不仅影响植物生长，干扰太阳和地面的辐射，对地区甚至全球气候产生，而且粒径在3.5μm 以下的颗粒物能进入人的支气管和肺泡中，引起呼吸系统疾病。由此可见，必须采取行之有效的方法和措施，降低汽车尾气的大气环境的污染。
        2 汽车尾气处理或净化的方法解决
        汽车尾气中有害物质排放问题有两个途径：一是机内净化，通过调整或改进发动机的燃烧方式，使燃料燃烧得更加充分，从而减少汽车尾气中污染物的排放量；二是机外净化，即利用安装在发动机外的净化设备，对产生的废气进行净化处理。
        2.1 机内净化技术
        近年来，开发了空气离子化和燃油磁化改质技术，有助于燃料油的充分燃烧。在燃油中加入水，可以减少一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物及铅尘的排放量。或者在机油中添加一定比例的固体添加剂，可以显著加强发动机的汽缸密封性能，从而使燃料燃烧得更加充分。推广使用新型清洁燃料乙醇汽油，该技术符合我国可再生能源和能源替代发展战略[2]。另外，目前废气再循环（EGR）技术应用的也较多，该系统的作用是将适量废气引入到发动机进气管，与新鲜混合气一起进入燃烧室，由于废气中的气体成分主要是惰性气体，具有较高比热容，因此混合后的气体热容量有所增加，发动机燃烧的最高温度有所降低，从而使 NOx 在汽车运行过程中的生成量受到抑制。但是该系统虽然抑制了 NOx 的生成量，但同时会使混合气的热值降低，致使发动机动力性下降，因此不是发动机所有工况下废气再循环系统都工作[3]。
        2.2 机外净化技术
        2.2.1 等离子体技术
        等离子体技术在汽车尾气净化过程中单独使用时，通常是通过自制的反应器进行。

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即借助反应器独特的电极结构，在电极尖端处产生局部间歇性放大电场，使得由发动机排出的尾气等离子化，通过等离子激发的活性原子氧等元素，与 CO、HC 反应，同时利用尾气中的 C 元素作为还原剂，可进一步有效的将 NOx 生成无害的H2O、N2、CO2[4]。
        2.2.2 氧化催化技术
        该技术是在汽车排气系统上安装氧化催化转化器或氧化催化剂床，利用氧气的氧化作用使尾气中的 CO 和 HC 氧化成 H2O和 CO2的过程。该技术主要以活性氧化铝、碱土金属、复合金属氧化物等为载体，活性组分以贵金属铂 Pt 和钯 Pd 为主。氧化催化技术对 CO、碳氢化合物和 PM 均能够发挥较好的净化作用，而且还能净化汽车尾气中的醛类物质，但该技术的缺点是不能除去 NOx[5]。
        2.2.3 三元催化技术
        三元催化技术是使用一种催化剂同时催化和控制尾气中的CO、HC 和 NOx。三元催化剂主要由四部分构成，即载体、多孔活性氧化铝层、活性组分以及助剂[6]。目前汽车所用的催化剂主要以A12O3为载体喷涂 Pt、Rh、Pd 贵金属并添加稀土金属氧化物作为助剂。由于贵金属成本高且资源少，因此寻求新型汽车尾气催化剂降低成本尤为重要。因此，学者们现在致力于研究新型催化剂多选择碱土金属、稀土金属和某些价格便宜的金属，它们具有使用时间较长、催化性能较高、成本低廉等优点。一些学者致力于采用 CO 催化氧化和 NO 催化还原反应（还原剂为 NH3、CO 等）模型，加入微量水及硫化物对实际汽车尾气催化进行模拟研究。其中在氮氧化合物还原反应中，NO+CO 催化反应采用 CO 还原 NO 生成无毒害 N2 及CO2，因可同时去除两种有害气体而成为汽车尾气催化热点[7]。三元催化技术主要存在的问题有高温环境下贵金属发生不可逆化学反应和烧结现象导致催化剂失活，以及在低温环境下催化效率较低。3 展望
        汽车尾气污染的治理意义深远，在“打赢蓝天保卫战”的大背景下，未来相关部门将下大力气严格治理空气污染问题。在汽车尾气处理的催化剂领域，新技术、新理论层出不穷，未来利用纳米材料催化活性高、选择性好的优点制备高效低廉的纳米催化材料势在必行。借助纳米催化剂可以显著提高催化剂的耐高温性能和抗中毒性能，可以说纳米催化剂材料在汽车尾气处理和大气环境保护方面将发挥重要作用。
        参考文献
        [1] 张松泓. 我国机动车尾气排放控制现状与对策 [J]. 河北农机，2018，1：67.
        [2]屠璐倩，明君.汽车尾气净化处理技术研究[J].江苏科技信息，2013，18：67.
        [3]崔涛.浅谈汽车尾气控制和利用技术[J].探索科学，2016，6：190.
        [4]马俊，何萌，张新新.等离子体净化汽车尾气技术研究[J].现代企业教育，2013，12：519.
        [5]宋波.汽车尾气处理技术及展望[J].科技信息，2012，25：408- 409.
        [6]周逸潇，许庆峰，杨丽等.汽车尾气污染的净化处理技术[J].天津化工，2009，23（6）：54- 56.
        [7]唐珂.铈基复合材料的制备及其在汽车尾气催化中的构效关系研究[D].济南：山东大学，2018