大氣污染治理中的催化技術(shù)

陳瑜

摘? 要：大氣是人類賴以生存的基本條件，由于某種物質(zhì)的介入，會(huì)改變大氣的物理與化學(xué)性質(zhì)，從而產(chǎn)生大氣污染。近年來大氣污染現(xiàn)象屢見不鮮，不僅傳統(tǒng)的酸雨、光化學(xué)煙霧造成大氣污染，溫室效應(yīng)和VOC（揮發(fā)有機(jī)化合物）也帶來霧霾等大氣污染問題。大氣污染在很大程度上影響人們的健康，應(yīng)當(dāng)采用科學(xué)的方法對大氣進(jìn)行凈化。催化方法在大氣污染治理中具有重要的意義，它更適宜解決因?yàn)閂OC導(dǎo)致的污染問題。該文主要分析有效的大氣污染的催化治理技術(shù)。

關(guān)鍵詞：大氣污染? 治理技術(shù)? 催化方法? 現(xiàn)狀分析

中圖分類號：O643.3;X51 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2020）07（b）-0089-03

Catalytic Technology in Air Pollution Control

CHEN Yu

（Chongqing Environmental Protection Engineering Design and Research Institute Co.， Ltd.， Chongqing， 400020 China）

Abstract： The atmosphere is the basic condition for human survival. Due to the intervention of some substances， the physical and chemical properties of the atmosphere will be changed， resulting in air pollution. In recent years， air pollution is common. Not only traditional acid rain and photochemical smog cause air pollution， but also greenhouse effect and VOC （volatile organic compounds） bring smog and other air pollution problems. Air pollution affects people's health to a great extent， so we should adopt scientific methods to purify the atmosphere. Catalytic method plays an important role in air pollution control. It is more suitable to solve the pollution problem caused by VOC. This paper mainly analyzes the effective catalytic treatment technology of air pollution.

Key Words： Air pollution; Governance technology; Catalytic method; Current situation analysis

1? 我國大氣污染的現(xiàn)狀分析

1.1 大氣污染的特點(diǎn)

氣污染具有公共性特征，這種污染主要影響一定的區(qū)域范圍，流動(dòng)性污染是指大氣地形、地貌和氣壓影響下的污染，污染氣體會(huì)逐漸地?cái)U(kuò)散，并且形成跨界影響。大氣污染具有外部性特征，空氣污染具有負(fù)外部性，對污染生產(chǎn)者也帶來較大損害，并且付出較為嚴(yán)重的治理成本。

1.2 大氣污染的主要原因

大氣污染是由于多種原因造成的，主要原因是工業(yè)生產(chǎn)、化工生產(chǎn)、煤炭燃燒，以及汽車尾氣等造成的。目前工業(yè)企業(yè)的污染總排量已經(jīng)達(dá)到了30%，日常生產(chǎn)中會(huì)排出大量含量有害物質(zhì)的氣體，這對大氣環(huán)境造成了不可估量的影響。燃燒燃料也是造成大氣污染的重要原因，我國大部分城市已經(jīng)普及天然氣，但是部分居民仍以煤作為主要燃料，我國冬季取暖仍以燒煤為主，一些含有高硫的煤未達(dá)到燃燒標(biāo)準(zhǔn)，在燃燒的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫氣體，因此會(huì)造成嚴(yán)重的污染。交通運(yùn)輸也是造成污染的重要原因，尾氣會(huì)排放出大量的一氧化碳，因此會(huì)對居民身心健康造成嚴(yán)重的影響，一些柴油車排放的有毒物質(zhì)也會(huì)造成各種疾病的發(fā)病率的增高。市政建設(shè)也會(huì)造成一定的大氣污染。例如，我國城市道路建設(shè)中常常會(huì)大陡坡修建公路的現(xiàn)象，道路的路面會(huì)低于道路兩側(cè)人行道，這樣的設(shè)計(jì)會(huì)造成道路表面的灰塵無法清理的問題，灰塵長時(shí)間積累會(huì)形成揚(yáng)塵的天氣，因此也會(huì)對城市的大氣環(huán)境造成一定的損壞。

1.3 催化方法的發(fā)展情況

大氣污染治理的催化方法由傳統(tǒng)到現(xiàn)代經(jīng)歷了3個(gè)階段，在工業(yè)化社會(huì)進(jìn)程中不同方法都有著較大的使用價(jià)值，對特定時(shí)期的大氣污染治理做出巨大貢獻(xiàn)。首先，石油煉制技術(shù)發(fā)展的速度較快，運(yùn)用這種技術(shù)可以滿足工業(yè)初期的催化裂化、異構(gòu)技術(shù)的需要。其次，在石油技術(shù)快速發(fā)展的20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了分子篩催化技術(shù)，它以分子篩為催化劑的活性組成成分，它具有離子交換性，具有良好的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性，并且可以制成高選擇性的催化劑。最后，在大氣環(huán)境問題日益突出的當(dāng)下，催化方法逐步地被廣泛應(yīng)用，可以通過消除有害物質(zhì)的催化反應(yīng)達(dá)到避免二次污染的目標(biāo)。催化方法可以廣泛地用于汽車尾氣的治理與普及方面，從而間接地推動(dòng)了汽車催化器的改造。

2? 大氣污染防治主要催化方法

2.1 選擇性催化還原法

選擇性催化還原法也稱為SCR，是指還原劑在催化劑的輔助下選擇性的將煙氣中的NOX還原為N2和H2O，在催化還原時(shí)還可以采用脫硝方法，這樣的操作較為簡單，不會(huì)造成環(huán)境的二次污染。在脫硝反應(yīng)過程中需要進(jìn)行高溫布置，反應(yīng)溫度在290℃～420℃之間，有些SCR脫硝中還有部分污染物未能反應(yīng)，例如未反應(yīng)的氨會(huì)形成硫酸氨。氨不能完全反應(yīng)現(xiàn)象在現(xiàn)有的技術(shù)體系中還不能完全避免，這主要是因?yàn)榉磻?yīng)室注入的氨流量分布不均勻造成的，有時(shí)因?yàn)闇囟瓤刂撇划?dāng)，或者催化劑老化，這些問題也會(huì)造成煙氣中氨反應(yīng)不當(dāng)問題。應(yīng)當(dāng)保證催化劑的有效性，重點(diǎn)控制催化劑的熱穩(wěn)定性，保證催化劑在500℃以下時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)能力，提高催化劑的耐磨性，從而防止出現(xiàn)表面磨損的情況。

硝酸反應(yīng)式為：

（1）4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（主要反應(yīng)）

（2）2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

（3）NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O（主要反應(yīng)）

2.2 催化凈化技術(shù)

催化凈化技術(shù)主要用來處理大氣中的汽車尾氣污染。汽車尾氣已經(jīng)成為大氣污染的重要原因，是城市大氣污染的重要源頭。具體可以采用SCR催化技術(shù)，創(chuàng)建與汽車尾氣相匹配的溫度控制方法，形成綜合性的催化轉(zhuǎn)型反應(yīng)機(jī)制，加大對城市空氣汽車尾氣的控制性。具體可以采用五氣分析儀對CO、HC、NOx等氣候的含量進(jìn)行檢測。由于汽油在燃燒過程中生成的有害氣體不可避免，熱反應(yīng)器對CO、HC的轉(zhuǎn)化率有限，因此需要催化凈化。隨著我國提出零排放的治理理念，應(yīng)當(dāng)根據(jù)檢測結(jié)果確定汽車尾氣的排施情況，然后適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用SCR技術(shù)進(jìn)行有選擇性的還原，同時(shí)保證催化還原不被煙氣中的氧所氧化。經(jīng)過配氣系統(tǒng)的控制和溫度控制，在催化劑制備輔助下可以有效地控制汽車尾氣的轉(zhuǎn)化率。汽車尾氣催化劑主要由載體、高比表面涂層、活性組分和助劑構(gòu)成，現(xiàn)在使用的催化劑以負(fù)載型居多，多以固體形態(tài)存在，現(xiàn)代汽車尾氣催化齊還要保證足夠的耐高溫性、較低的熱膨脹系數(shù)和良好的熱容量，以及保證較高的而腐蝕性，并且適用于再生形式，要求載體材料豐富，而且價(jià)格相對便宜。

2.3 炭吸附氧化技術(shù)

炭吸附氧化技術(shù)可以有效地捕捉大氣中的硫化物，它主要使用新型固體吸附劑，實(shí)現(xiàn)了對硫化物的深度分離。該方法有助于減少大氣治理的能耗，具有大容易選擇性吸附硫化物的技術(shù)優(yōu)勢，碳吸附氧化技術(shù)還可以通過改變壓力或溫度的方法降低氣體捕獲的成本。炭吸附氧技術(shù)主要使用炭作為催化劑與吸附劑，它的工藝主要由兩個(gè)移動(dòng)床構(gòu)成，在第一個(gè)移動(dòng)活化焦吸附和氧化SO2，并且經(jīng)過硫化反應(yīng)生成硫酸。這一過程主要在常溫下進(jìn)行。大氣中的NO2還可以被還原為NO，然后在650℃的高溫下加熱焦化，然后在第2個(gè)床加入NH3，并且最終還原成N2。在這一過程中還要盡量地避免硫被氧化，重點(diǎn)減少硫蒸氣在反應(yīng)床停留的時(shí)間，控制好催化劑的表面積，做到催化劑表面孔徑寬，孔洞淺，反應(yīng)溫度控制在300℃范圍以內(nèi)，避免過低溫度下的硫蒸氣在催化劑表面凝縮，而且還要采用有效措施控制催化過程中的逆反應(yīng)現(xiàn)象。

2.4 納米光催化技術(shù)

太陽能已經(jīng)成為一種重要的能源形式，利用太陽能可以有效地治理大氣污染，納米催化技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)對大氣污染的重要技術(shù)手段，這種治理技術(shù)手段與傳統(tǒng)的催化還原反應(yīng)治理具有明確的優(yōu)勢。它的操作較為簡單，可以防止二次污染，半導(dǎo)體材料在催化氧化過程中會(huì)激發(fā)出VB上的電子，活潑的電子移動(dòng)至半導(dǎo)體界面，再通過氧化還原反應(yīng)得到羥基自由基與超氧自由基，從而達(dá)到對污染物降解的效果。納米材料可以更好地保證污染物被吸附在催化劑上，而且具有含毒性低的特征，其催化性能更高，從而保障新型環(huán)境凈化的順利進(jìn)行，同時(shí)保證對附產(chǎn)物有較好的處理能力。但是納米光催化材料的穩(wěn)定性還不強(qiáng)，還要進(jìn)一步提高催化劑的活性。

3? 結(jié)語

大氣污染防治我國環(huán)境治理的重要課題，也是應(yīng)當(dāng)引起廣泛重視的重要問題。合理的催化方法可以提高大氣治理的有效性，提高大氣污染物處理的質(zhì)量。該文介紹的納米光催化技術(shù)、選擇性催化還原法、炭吸附氧化技術(shù)還有許多不完善之處，在實(shí)際大氣治理中僅依靠單一技術(shù)也不能達(dá)到有效進(jìn)行大污染治理的目標(biāo)，還要建立全民參與的大氣污染治理機(jī)制，提高大氣治理的有效性。

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