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)與生活帶來方便的同時，它排放的尾氣也給大氣環(huán)境造成嚴重污染，對人類的健康造成一定的危害.因此，控制汽車排放污染，加強汽車尾氣污染防治技術(shù)研究，成為城市環(huán)境保護迫在眉睫的工作。 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輸工具。自從1886年第一輛汽車誕生以來，它給人們的生活和工作帶來了極大的便利，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，汽車也帶來了大氣污染，即汽車尾氣污染 所謂尾氣污染，主要是指柴油、汽油等機動車燃料因含有添加劑和雜質(zhì)，在不完全燃燒時，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）、碳氫化合物（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。 因為汽車中的CO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。汽車排放的主要是NO，但NO在空氣中很快被氧化成NO2。NO2是一種毒性很強的腐蝕劑，當(dāng)空氣中的NO2被吸入肺內(nèi)，就會在肺泡內(nèi)形成亞硝酸和硝酸，由于這兩種酸具有較強的刺激作用，就會增加肺毛細血管的通透性，導(dǎo)致胸悶、咳嗽、氣喘甚至肺氣腫等癥狀的疾病。 而碳氫化合物（HC），盡管目前人類還不清楚它對人體健康的直接危害，但HC和NOx在大氣環(huán)境中受

4、強烈太陽光紫外線照射后，會產(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，在美國加利福尼亞州的洛杉磯市，250萬輛汽車每天燃燒掉1100噸汽油。汽油燃燒后產(chǎn)生的碳氫化合物等在太陽紫外光線照射下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成淺藍色煙霧，使該市大多市民患了眼紅、頭疼病。后來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、深刻認識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大大超過農(nóng)村居民。鉛進入人體后，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。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，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、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，會出現(xiàn)黃疸、肝臟腫大、肝功能異常等癥狀。此外，長期慢性鉛中毒者，心臟和肺將受到不同程度的損害，嚴重者智力下降，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，還會出現(xiàn)搗亂和過失行為。鉛還具有高度的潛在制癌性，其潛伏期長達20-30年。 而對于柴油機排出廢氣中所含的苯并芘等成分來說，它不但可破壞實驗動物的肺組織、引起哮喘等危害，同時也具有致癌性。 因此，汽車尾氣污染可總結(jié)為以下兩點： 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、，一旦進入空氣中，一方面可產(chǎn)生溫室效應(yīng)，促進氣溫升高；另一方面破壞地球的保護層臭氧層，讓陽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、鉛化物進入肺部和血液，極大地損害了呼吸系統(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)(即機內(nèi)凈化)與尾氣凈化技術(shù)(即機外凈化)；二是采用清潔燃料，利用綠色替代燃料來減少汽車尾氣有害物的排放。 1機內(nèi)凈化技術(shù) 機內(nèi)凈化的主要方式是改進發(fā)動機的燃燒

8、方法，即利用所謂稀薄燃燒方式來接近理想燃燒方式，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)改進燃燒室結(jié)構(gòu)、改進供油系統(tǒng)、改進進氣系統(tǒng)，使燃油燃燒更充分，(2)改進點火系統(tǒng)，如在化油器上設(shè)置斷油裝置和稀混合氣體供給裝置，采用延遲點火裝置和晶體管點火裝置等。 2機外凈化技術(shù)催化凈化 機內(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)注的是機外凈化。 21三元催化技術(shù) 三元催化劑由4個部分組成：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)，并獲得良好機械強度及熱穩(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械強度，同時耐高溫、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，鉑主要用來加快CO和HC轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和H2O，而銠主要用來加快NOx轉(zhuǎn)化為N2。助劑存在于氧化鋁層中，可以增強催化劑的熱穩(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，但仍有一些問題還沒能很好的解決，如空燃比匹配對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，但由于沒有足夠的氧，HC和CO不能被完全氧化。催化劑的性能與運行條件密切相關(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、汽車剛剛啟動時排氣溫度比較低不能起催化作用等，這些問題都有待于進一步的研究解決。 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、分解附著等過程所需的激勵能量。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生成一些單原子分子和固體微粒如c等；同時產(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)變成無害物質(zhì)。據(jù)非平衡等離子體的性質(zhì)，人們對其在尾氣治理上的應(yīng)用進行了研究探索。 23納米

12、技術(shù) 上世紀末隨著納米技術(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)家對納米材料在汽車尾氣凈化中的應(yīng)用進行探索，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)動機汽車缸里發(fā)揮催化作用，使汽車燃燒時不再產(chǎn)生氮氧化物等，根本無需進行尾氣凈化處理。 3采用清潔燃料 為了解決由汽車尾氣造成的環(huán)境污染問題，除開發(fā)高效尾氣催化凈化裝置外，開發(fā)和采用清潔燃料成為近年來科技工作者關(guān)注的課題。 31采用符合清潔汽油標(biāo)準的燃料實踐證明，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，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，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采用綠色燃料面對由于燃燒汽油和柴油汽車尾氣對大氣環(huán)境污染越來越嚴重的狀況，各國科學(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，相對石油來說，儲量較為豐富，有人預(yù)測21世紀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、儲存運輸方便等特點。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，低溫啟動性差等缺點。 (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。也是一種很有前途的替代燃料，目前使用最多的國家是巴西。 (3)氫作為一種熱值高、來源廣、品質(zhì)清潔的燃料越來越受到人們的關(guān)注。目前氫能研究的熱點是制氫技術(shù)、儲氫技