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汽车尾气污染防治技术


□ 闫有旺

  (聊城大学农学院,山东聊城252000)
  汽车作为现代化的交通工具,在给予了人们的生产与生活带来方便的同时,它排放的尾气也给大气环境造成严重污染,对人类的健康造成一定的危害。汽车排放的有害成分主要有铅、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、硫化物、醛、炭、可吸入颗粒物及其他化合物,碳氢化合物中以苯、芳烃、烯烃危害性最大。一般情况下汽车尾气污染物可以通过与皮肤和眼睛的接触危害人体;还可以通过呼吸系统进入人体,引起多种呼吸道疾病,甚至可以引起肺癌。研究表明,我国少数大城市城区大气污染正由煤烟型污染向汽车尾气型污染发展;汽车排放的NOx、CO和HC等污染物严重超标,由此产生的二次污染物O3超标问题,已在少数特大城市(如北京、上海等)呈现出光化学烟雾污染的先兆。因此,控制汽车排放污染,加强汽车尾气污染防治技术研究,成为城市环境保护迫在眉睫的工作。
  所谓汽车尾气净化就是采取种种有效措施,减少污染物的排放和使排放废气中的CO,HC,NOx分别被氧化或还原,生成无毒的CO2,H2O,N2。为了减少汽车尾气排放,采取的途径主要有两种,一是在不改变燃料种类的情况下采用清洁燃烧技术(即机内净化)与尾气净化技术(即机外净化);二是采用清洁燃料,利用绿色替代燃料来减少汽车尾气有害物的排放。
  
  1 机内净化技术
  
  机内净化的主要方式是改进发动机的燃烧方法,即利用所谓稀薄燃烧方式来接近理想燃烧方式,以在较好的条件下使混合气体充分燃烧,减少污染物的发生量。其措施有,(1)改进燃烧室结构、改进供油系统、改进进气系统,使燃油燃烧更充分,(2)改进点火系统,如在化油器上设置断油装置和稀混合气体供给装置,采用延迟点火装置和晶体管点火装置等。
  
  2 机外净化技术——催化净化
  
  机内净化技术能减少有害气体的生成,但不能除去已生成的有害气体。通常人们更关注的是机外净化。
  2.1三元催化技术
  三元催化剂由4个部分组成:载体、高度多孔的活性氧化铝层,活性组分以及助剂。载体在催化剂中的作用是提供有效表面有合适的孔结构,并获得良好机械强度及热稳定性,起活性中心和节省活性组分用量的作用,目前广泛采用的是堇青石蜂窝体。这种类型的载体有一定的机械强度,同时耐高温、耐腐蚀。但是由于是在高温下烧制而成,其比表面积甚小,且与催化剂的有效成分等不易粘结,为此必须在其内外壁上涂敷一层高度多孔的氧化铝层进行修饰。基质堇青石上的活性氧化铝(r-Al2O3)层,厚度约为20μm~40μm,容易与载体粘结,有较大的比表面积,这样就有利于催化剂的有效活性组分在其上负载,且呈高度分散状态。活性组分是指催化中起主要作用的物质如贵金属铂(Pt)、铑(Rh)等,铂主要用来加快CO和HC转变为CO2和H2O,而铑主要用来加快NOx转化为N2。助剂存在于氧化铝层中,可以增强催化剂的热稳定性、稳定贵金属的高度分散状态、提高CO、HC及NOx的转化率等。氧化铈(CeO2)是应用最广泛的稀土氧化物添加剂。
  在三元催化剂法效率不断得到提高,但仍有一些问题还没能很好的解决,如空燃比匹配对催化剂催化特性的影响、催化剂失活等。在富氧条件,贵金属催化剂下易于氧化HC和CO,而抑制NOx还原;贫氧条件下,易于还原NOx,但由于没有足够的氧,HC和CO不能被完全氧化。催化剂的性能与运行条件密切相关,高温和催化剂中毒是造成催化剂失活的两个主要原因。另外催化净化器增加了汽车的排气阻力使有效功率下降、汽车刚刚启动时排气温度比较低不能起催化作用等,这些问题都有待于进一步的研究解决。
  2.2非平衡等离子体处理技术
  目前最具活力的汽车尾气处理技术当数非平衡等离子体技术。非平衡等离子通常采用辉光放电、电晕放电、沿面放电或介质阻挡放电产生。强电离放电所形成的非平衡等离子体中含有的大量高能电子、离子、激发态粒子其平均能量高于一般气体分子分解、分解电离、分解附着等过程所需的激励能量。这些活性粒子和有害分子NOx、CO、CH等相互碰撞使得气体分子键被打开生成一些单原子分子和固体微粒如c等;同时产生大量·OH、·O等自由基。由这些单原子、分子和自由基等组成的活性粒子所引起的化学反应最终将废气中的有害物质变成无害物质。据非平衡等离子体的性质,人们对其在尾气治理上的应用进行了研究探索
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