淺談催化技術在大氣污染治理中的應用

李鵬程

摘 要：大氣污染問題已經嚴重危害到人體以及動植物生命健康，因此必須采取相應治理手段降低大氣污染程度，提高大氣質量。本文聯系實際，詳細探討了納米光催化技術的凈化原理以及在大氣污染治理中的應用，希望能為相關工作帶來些許幫助。

關鍵詞：納米光催化技術;大氣污染;技術原理;具體應用

隨著我國工業產業的迅猛發展與汽車數量的急劇增多，大氣污染程度日益提高，各地空氣中有毒有害物質不斷增多，空氣質量急劇下降。在此情況下，我國有關環保部門與各界衛生組織都提高了大氣污染保護意識，并積極研發相應防污染技術以改善大氣污染問題，實現對大氣環境的有效保護。在各類治理技術中，納米光催華技術由于適應性高、治理效果理想而受到人們的關注。下面聯系實際，首先就這項大氣污染治理技術做簡要分析。

1 納米光催化技術簡析

納米光催化技術的原理是：在紫外光照射下，光催化劑在通過半導體過程中會受到一定刺激而產生電子、電荷以及空穴，以此同時，催化劑表面吸附的部分水會發生分解并產生氫氧的自由基。周圍的氧會在電子的作用下還原為活性離子氧，之后催化劑表面的污染物會被氧化吸附或者是被還原為二氧化碳以及水等無害物質，最終達到凈化空氣的目的[1]。

與其他的催化技術相比，納米光催化技術具有更高的穩定性，并且相對綠色環保，不易對環境產生二次污染與破壞。同時隨著科技的發展，納米原料也更容易獲得，這也意味著納米光催化技術的應用成本低。經研究與實踐表明，納米材料的表面效應以及量子尺寸效應較高，因此空氣中的污染物質更容易被納米材料所吸附，催化劑在光生載流子分離機遷移的效果會更高。隨著技術的日益成熟，納米光催化技術的應用范圍也更廣，該項技術不僅被應用于大氣污染防治，還被廣泛應用于抗菌以及水污染治理等相關作業。這是因為納米光催化技術的光電化學性能更強，光催化活性更高，且對人體無毒無害，因此是當前一項十分重要、理想的大氣污染治理技術。合理應用該項技術，可讓空氣中的甲醛、苯等各種有毒有害物質得到降解，讓大氣環境的清潔度、安全性更高[2]。

2 納米光催化技術在大氣污染防治中的應用

2.1 納米光催化技術降解大氣中氮氧化物

目前，機動車尾氣、石油化工以及使用油漆等一些人為活動是大氣中污染物的主要來源。機動車尾氣以及一些燃料中含有氮氧化物，這些物質在不加處理的情況下排放到空氣中，將導致大氣所含有的細顆粒物增加，物質累積到一定程度時會引起酸雨。相關研究表明，對于空氣中的氮氧化物可利用納米光催化技術來進行處理，通過處理有效減少空氣中氮氧化物的含量，確保空氣環境安全。在利用納米光催化技術對大氣中氮氧化物進行處理時，主要的處理與反應過程如下：

在紫外光照射條件下，空氣中的氮氧化物將在二氧化鈦的催化下生成硝酸根，并使硝酸根附著在催化劑表面。此時將催化劑浸入水中，硝酸根將被溶解與水，從而實現對空氣中污染物質的凈化，讓空氣質量得以提高。

2.2 納米光催化技術降解硫化物

化工生產過程中產生的廢氣中一般含有大量的二氧化硫與硫化氫，這些物質會對大氣造成嚴重污染。研究表明，當大氣中的硫化氫與二氧化硫含量長時間超標時，會對人體產生很大影響。且在不加治理的情況下，二氧化硫、硫化氫與空氣中其他物質反應轉化成硫酸鹽、硫酸，并引發酸雨與霧霾，嚴重影響人體與動植物生命健康。因此對于大氣中的硫化氫與二氧化硫，也需要運用納米光催化技術進行治理。二氧化鈦對二氧化硫、硫化氫等物質能起到很好的催化與降解作用，可讓大氣中各類物質大大降低，從而提高空氣質量。具體如，相關研究表明，二氧化鈦對濃度在33～855（×100-6）范圍內的H2S進行降解率可高達99%。具體來說，催化技術在工業廢氣處理中的應用優勢主要表現在：對相關污染物質的處理比較徹底，且在處理廢氣的過程中不會產生二次污染，整個處理活動不會消耗過多能量，比較清潔環保、經濟可行。

2.3 納米光催化技術應用于二氧化碳的還原

化石燃料以及生物質燃料燃燒時會產生大量二氧化碳，當空氣中的二氧化碳含量超標時，溫室效應也就更加明顯。近年來，全球氣候變化較大，全球變暖趨勢明顯，這均與空氣中的二氧化碳含量超標有關。因此采用納米光催化技術對空氣中二氧化碳進行降解與控制也是非常重要且必要的。利用納米光催化技術，可將大氣中的二氧化碳還原為CH2O、CH4等簡單的有機物，從而實現對大氣環境的凈化與保護。研究與實踐表明，要想進一步提高納米光催化技術的還原與防治效果，在應用該項技術處理空氣中二氧化碳時可于催化劑中摻雜特定的金屬，從而達到優化防治效果的目的。

2.4 納米光催化技術凈化機動車尾氣

隨著社會經濟的發展，私家車數量不斷上升。大量的私家車與公共交通工具上路后將產生大量尾氣，這些尾氣中含有氮氧化物、一氧化碳以及揮發性有機物，有機細顆粒進入到空氣中會導致空氣質量下降，大氣污染程度加劇。在傳統的技術體系下，貴金屬三相催化劑是最為重要的凈化汽車尾氣的物質。貴金屬三相催化劑雖能起到一定的凈化與污染防治效果，但是也存在很多缺陷，如經濟成本高，安全性較低，有可能對大氣以及人體造成二次傷害。因此在當前背景下有必要利用納米光催化技術對機動車尾氣進行凈化與處理。在利用納米光催化技術解決汽車尾氣污染問題時，是于半柔性堿性水泥路面中加入二氧化鈦催化劑，利用催化劑與水泥材料的中和反應將附著在催化劑表面的無機酸催化劑產物去除，保證催化劑的活性，讓催化劑對汽車尾氣中的各類污染物進行降解、去除。這種處理方式不僅可大大減小機動車尾氣對大氣環境的影響，而且能有效增強路面的抗滑性、耐磨性，因此整體的應用效果相對理想。在當前機動車數量不斷增多，汽車尾氣污染日益嚴重的背景下，相關部門可充分考慮將納米光催化技術應用于長隧道、收費站以及停車場等汽車尾氣排放量較大的地點，以起到較好的污染防治作用。

在利用納米光催化技術治理汽車尾氣污染的過程中需注意以下問題：汽車尾氣的凈化催化劑一般都為負載型催化劑，活性組分是輔助催化劑負載在載體上的，是起催化作用的組成部分。盡管輔助催化劑自身不存有催化的活性，但是其可讓主要催化劑的活性提高，可讓主要催化劑的壽命得到延長，讓主要催化劑的催化、凈化功能得到增強。在具體的凈化處理作業中，需根據汽車載體材料來選擇相應的催化劑，以保證整體的凈化與防治效果。當前，陶瓷蜂窩載體的催化劑在汽車尾氣處理中應用的較為廣泛，該種催化劑以一種堇青石的物質為載體，可大大提高催化劑的活性成分，并增大催化劑與汽車尾氣的接觸面積，降低氣流流動壓力，從而提高催化劑的凈化效果。

3 結語

綜上所述，大氣污染問題已經嚴重威脅到人體與種植物生命安全，因此在當前背景下應對大氣污染問題加以重視。相關部門應繼續加大對催化技術的研究與優化，進一步提高技術性能，讓該項技術更好地服務于我國的大氣環境治理工作。

參考文獻

[1]龔小芝，酈和生，邱小云，孫杰.催化臭氧氧化技術及其應用[J/OL].化工環保：1-6[2020-07-03].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2215.X.20200619.1654.010.html.

[2]華慶亮，陳瑜，張壽通.丁烯醛生產廢水濕式催化氧化處理技術研究[J].大連交通大學學報，2020，41（03）：68-70.