汽車尾氣與防治

1、汽車尾氣與防治    關(guān)鍵字:汽車、尾氣、污染、二氧化碳、催化劑、燃料、技術(shù)、大氣、防治、工業(yè)、環(huán)境、清潔 摘要：汽車作為現(xiàn)代化的交通工具，在給予了人們的生產(chǎn)與生活帶來(lái)方便的同時(shí)，它排放的尾氣也給大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染，對(duì)人類的健康造成一定的危害.因此，控制汽車排放污染，加強(qiáng)汽車尾氣污染防治技術(shù)研究，成為城市環(huán)境保護(hù)迫在眉睫的工作。 在現(xiàn)代文明的今天，汽車已經(jīng)成為人類不可缺少的交通運(yùn)輸工具。自從1886年第一輛汽車誕生以來(lái)，它給人們的生活和工作帶來(lái)了極大的便利，并經(jīng)發(fā)展成為近現(xiàn)代物質(zhì)文明的支柱之一。但是，我們也應(yīng)該看到，在汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展、汽車產(chǎn)量和保有量

2、不斷增加的同時(shí)，汽車也帶來(lái)了大氣污染，即汽車尾氣污染 所謂尾氣污染，主要是指柴油、汽油等機(jī)動(dòng)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(duì)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衔铮℉C）、鉛（Pb）、苯并芘（BaP）等，這些污染物不僅污染環(huán)境，對(duì)人體也有巨大危害。 因?yàn)槠囍械腃O與血液中的血紅蛋白結(jié)合的速度比氧氣快250倍，所以當(dāng)人體吸入含有CO的氣體時(shí)人體血液中的血紅蛋白（Hb）便立即同CO結(jié)合，生成碳合血紅蛋白（COHb），使這部分Hb不能與O2結(jié)合生成氧合血紅蛋白（O2

3、Hb），而失去輸送O2的功能，就會(huì)導(dǎo)致人體的各部分組織缺氧，特別是人腦組織和心臟缺氧，所以，即使有微量的一氧化碳吸入，也可能給人造成可怕的缺氧性傷害。由于汽車尾氣多排放在1.5米以下，因此兒童吸入的汽車尾氣為成人的兩倍！ 氮氧化物（NOx）的破壞力也很強(qiáng)。汽車排放的主要是NO，但NO在空氣中很快被氧化成NO2。NO2是一種毒性很強(qiáng)的腐蝕劑，當(dāng)空氣中的NO2被吸入肺內(nèi)，就會(huì)在肺泡內(nèi)形成亞硝酸和硝酸，由于這兩種酸具有較強(qiáng)的刺激作用，就會(huì)增加肺毛細(xì)血管的通透性，導(dǎo)致胸悶、咳嗽、氣喘甚至肺氣腫等癥狀的疾病。 而碳?xì)浠衔铮℉C），盡管目前人類還不清楚它對(duì)人體健康的直接危害，但HC和NOx在大氣環(huán)境中受

4、強(qiáng)烈太陽(yáng)光紫外線照射后，會(huì)產(chǎn)生一種復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)，生成一種新的污染物光化學(xué)煙霧。 1943年，在美國(guó)加利福尼亞州的洛杉磯市，250萬(wàn)輛汽車每天燃燒掉1100噸汽油。汽油燃燒后產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锏仍谔?yáng)紫外光線照射下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成淺藍(lán)色煙霧，使該市大多市民患了眼紅、頭疼病。后來(lái)人們稱這種污染為光化學(xué)煙霧。1955年和1970年洛杉磯又兩度發(fā)生光化學(xué)煙霧事件，前者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死亡，后者使全市四分之三的人患病。且產(chǎn)生的白色煙霧對(duì)家畜、水果及橡膠制品和建筑物均有損壞，這就是在歷史上被稱為“世界八大公害”和“20世紀(jì)十大環(huán)境公害”之一的洛杉磯光化學(xué)煙霧事件。也正是這些事件使人們

5、深刻認(rèn)識(shí)到了汽車尾氣的危害性。 汽車用的汽油中，通常加有四乙（基）鉛或四甲（基）鉛作抗爆劑，這些鉛的70%隨尾氣排入大氣。鉛在廢氣中呈微粒狀態(tài)，隨風(fēng)擴(kuò)散。農(nóng)村居民，一般從空氣中吸入體內(nèi)的鉛量每天約為一微克；城市居民，尤其是街道兩旁的居民會(huì)大大超過(guò)農(nóng)村居民。鉛進(jìn)入人體后，主要分布于肝、腎、脾、膽、腦中，以肝、腎中的濃度最高。幾周后，鉛由以上組織轉(zhuǎn)移到骨骼，以不溶性磷酸鉛形式沉積下來(lái)。人體內(nèi)約9095的鉛積存于骨骼中，只有少量鉛存在于肝、脾等臟器中。骨中的鉛一般較穩(wěn)定，當(dāng)食物中缺鈣或有感染、外傷、飲酒、服用酸堿類藥物而破壞了酸堿平衡時(shí)，鉛便由骨中轉(zhuǎn)移到血液，引起鉛中毒的癥狀。鉛中毒的癥狀表現(xiàn)很廣泛

6、，如頭暈、頭痛、失眠、多夢(mèng)、記憶力減退、乏力、食欲不振、上腹脹滿、惡心、腹瀉、便秘、貧血、周圍神經(jīng)炎等；重癥中毒者有明顯的肝臟損害，會(huì)出現(xiàn)黃疸、肝臟腫大、肝功能異常等癥狀。此外，長(zhǎng)期慢性鉛中毒者，心臟和肺將受到不同程度的損害，嚴(yán)重者智力下降，注意力不集中、甚至成為呆傻。據(jù)我們了解，若兒童鉛中毒，不僅智商將降低，還會(huì)出現(xiàn)搗亂和過(guò)失行為。鉛還具有高度的潛在制癌性，其潛伏期長(zhǎng)達(dá)20-30年。 而對(duì)于柴油機(jī)排出廢氣中所含的苯并芘等成分來(lái)說(shuō)，它不但可破壞實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的肺組織、引起哮喘等危害，同時(shí)也具有致癌性。 因此，汽車尾氣污染可總結(jié)為以下兩點(diǎn)： 1、城市氣溫急速增高。二氧化碳二氧化硫這些氣體被稱為溫室氣體

7、，一旦進(jìn)入空氣中，一方面可產(chǎn)生溫室效應(yīng)，促進(jìn)氣溫升高；另一方面破壞地球的保護(hù)層臭氧層，讓陽(yáng)光直接照射地球表面，加速氣溫升高。 2、危害人體健康。氮氧化物、鉛化物進(jìn)入肺部和血液，極大地?fù)p害了呼吸系統(tǒng)，造成各種疾病。 所謂汽車尾氣凈化就是采取種種有效措施，減少污染物的排放和使排放廢氣中的CO，HC，NOx分別被氧化或還原，生成無(wú)毒的CO2，H2O，N2。為了減少汽車尾氣排放，采取的途徑主要有兩種，一是在不改變?nèi)剂戏N類的情況下采用清潔燃燒技術(shù)(即機(jī)內(nèi)凈化)與尾氣凈化技術(shù)(即機(jī)外凈化)；二是采用清潔燃料，利用綠色替代燃料來(lái)減少汽車尾氣有害物的排放。 1機(jī)內(nèi)凈化技術(shù) 機(jī)內(nèi)凈化的主要方式是改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒

8、方法，即利用所謂稀薄燃燒方式來(lái)接近理想燃燒方式，以在較好的條件下使混合氣體充分燃燒，減少污染物的發(fā)生量。其措施有，(1)改進(jìn)燃燒室結(jié)構(gòu)、改進(jìn)供油系統(tǒng)、改進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)，使燃油燃燒更充分，(2)改進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)，如在化油器上設(shè)置斷油裝置和稀混合氣體供給裝置，采用延遲點(diǎn)火裝置和晶體管點(diǎn)火裝置等。 2機(jī)外凈化技術(shù)催化凈化 機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)能減少有害氣體的生成，但不能除去已生成的有害氣體。通常人們更關(guān)注的是機(jī)外凈化。 21三元催化技術(shù) 三元催化劑由4個(gè)部分組成：載體、高度多孔的活性氧化鋁層，活性組分以及助劑。載體在催化劑中的作用是提供有效表面有合適的孔結(jié)構(gòu)，并獲得良好機(jī)械強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性，起活性中心和節(jié)省活性組分用

9、量的作用，目前廣泛采用的是堇青石蜂窩體。這種類型的載體有一定的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)耐高溫、耐腐蝕。但是由于是在高溫下燒制而成，其比表面積甚小，且與催化劑的有效成分等不易粘結(jié)，為此必須在其內(nèi)外壁上涂敷一層高度多孔的氧化鋁層進(jìn)行修飾?；|(zhì)堇青石上的活性氧化鋁(rAl2O3)層，厚度約為20m40m，容易與載體粘結(jié)，有較大的比表面積，這樣就有利于催化劑的有效活性組分在其上負(fù)載，且呈高度分散狀態(tài)?；钚越M分是指催化中起主要作用的物質(zhì)如貴金屬鉑(Pt)、銠(Rh)等，鉑主要用來(lái)加快CO和HC轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和H2O，而銠主要用來(lái)加快NOx轉(zhuǎn)化為N2。助劑存在于氧化鋁層中，可以增強(qiáng)催化劑的熱穩(wěn)定性、穩(wěn)定貴金屬的高度分

10、散狀態(tài)、提高CO、HC及NOx的轉(zhuǎn)化率等。氧化鈰(CeO2)是應(yīng)用最廣泛的稀土氧化物添加劑。 在三元催化劑法效率不斷得到提高，但仍有一些問(wèn)題還沒(méi)能很好的解決，如空燃比匹配對(duì)催化劑催化特性的影響、催化劑失活等。在富氧條件，貴金屬催化劑下易于氧化HC和CO，而抑制NOx還原；貧氧條件下，易于還原NOx，但由于沒(méi)有足夠的氧，HC和CO不能被完全氧化。催化劑的性能與運(yùn)行條件密切相關(guān)，高溫和催化劑中毒是造成催化劑失活的兩個(gè)主要原因。另外催化凈化器增加了汽車的排氣阻力使有效功率下降、汽車剛剛啟動(dòng)時(shí)排氣溫度比較低不能起催化作用等，這些問(wèn)題都有待于進(jìn)一步的研究解決。 22非平衡等離子體處理技術(shù) 目前最具活力的

11、汽車尾氣處理技術(shù)當(dāng)數(shù)非平衡等離子體技術(shù)。非平衡等離子通常采用輝光放電、電暈放電、沿面放電或介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生。強(qiáng)電離放電所形成的非平衡等離子體中含有的大量高能電子、離子、激發(fā)態(tài)粒子其平均能量高于一般氣體分子分解、分解電離、分解附著等過(guò)程所需的激勵(lì)能量。這些活性粒子和有害分子NOx、CO、CH等相互碰撞使得氣體分子鍵被打開(kāi)生成一些單原子分子和固體微粒如c等；同時(shí)產(chǎn)生大量•OH、•O等自由基。由這些單原子、分子和自由基等組成的活性粒子所引起的化學(xué)反應(yīng)最終將廢氣中的有害物質(zhì)變成無(wú)害物質(zhì)。據(jù)非平衡等離子體的性質(zhì)，人們對(duì)其在尾氣治理上的應(yīng)用進(jìn)行了研究探索。 23納米

12、技術(shù) 上世紀(jì)末隨著納米技術(shù)的出現(xiàn)和納米材料的合成，鑒于納米材料的特殊性能，科學(xué)家對(duì)納米材料在汽車尾氣凈化中的應(yīng)用進(jìn)行探索，并取得了一些成果。有資料表明，納米技術(shù)可以制成非常好的催化劑，其催化效率極高。納米用于汽車尾氣催化，有極強(qiáng)的氧化還原性能，是其他任何汽車尾氣凈化催化劑所不能比擬的，它在發(fā)動(dòng)機(jī)汽車缸里發(fā)揮催化作用，使汽車燃燒時(shí)不再產(chǎn)生氮氧化物等，根本無(wú)需進(jìn)行尾氣凈化處理。 3采用清潔燃料 為了解決由汽車尾氣造成的環(huán)境污染問(wèn)題，除開(kāi)發(fā)高效尾氣催化凈化裝置外，開(kāi)發(fā)和采用清潔燃料成為近年來(lái)科技工作者關(guān)注的課題。 31采用符合清潔汽油標(biāo)準(zhǔn)的燃料實(shí)踐證明，汽油中的鉛、苯、芳烴、硫化物和烯烴是影響尾氣中

13、有毒有害物質(zhì)含量的重要因素。例如，當(dāng)芳烴含量從45降到20時(shí)，尾氣排放中總的有毒物排放降低了28；汽油中的芳烴含量對(duì)尾氣中二氧化碳的排放也有直接影響，如把燃料中的芳烴含量從50減少到20時(shí)，汽車排放中的二氧化碳可減少5。汽油中的硫化物能明顯地降低催化轉(zhuǎn)換器中催化劑的功效，硫同樣對(duì)加熱尾氣的氧傳感器造成不良影響，降低燃料中的硫含量可使帶催化轉(zhuǎn)換器裝置汽車的污染物排放明顯降低。 32采用綠色燃料面對(duì)由于燃燒汽油和柴油汽車尾氣對(duì)大氣環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重的狀況，各國(guó)科學(xué)家正積極研究替代或部分替代汽油和柴油的綠色燃料能源。目前所研究的替代燃料主要有天然氣、含氧化合物及氫能等。 321天然氣 天然氣是一種高

14、辛烷值、高燃燒值、低污染的清潔能源，相對(duì)石油來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)量較為豐富，有人預(yù)測(cè)21世紀(jì)天然氣將取代石油成為主要能源。因此是替代汽油、柴油作為汽車燃料的可行選擇。 322含氧化合物作汽車燃料 (1)甲醇燃料。甲醇是一種很有前途的替代燃料，它具有辛烷值高、抗暴性能好、儲(chǔ)存運(yùn)輸方便等特點(diǎn)。目前甲醇作燃料包括三種形式：一是用于生產(chǎn)MTBE作汽油添加劑；二是與汽油混合摻燒；三是純甲醇作燃料。其中MTBE是甲醇作燃料的主要形式。但甲醇也存在十六烷值低，腐蝕性、毒性大，低溫啟動(dòng)性差等缺點(diǎn)。 (2)乙醇燃料。乙醇燃料具有辛烷值高、消耗比甲醇低、排污少等優(yōu)點(diǎn)。也是一種很有前途的替代燃料，目前使用最多的國(guó)家是巴西。 (3)氫作為一種熱值高、來(lái)源廣、品質(zhì)清潔的燃料越來(lái)越受到人們的關(guān)注。目前氫能研究的熱點(diǎn)是制氫技術(shù)、儲(chǔ)氫技