汽车尾气处理技术

（3）汽油箱通风污染 占总污染量的5%，主要是汽油中轻馏分的蒸发；
（4）化油器的蒸发和泄漏 占总污染量的5%—10%；
（5）硫、铅、磷的污染。
（发动机的作用：是将燃料的化学能通过放热转化为机械能，从而驱动汽车行驶） 4
▪ 科学分析表明，汽车尾气中含有上百种不同的化 合物，其中的污染物有固体悬浮微粒、一氧 化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合 物、铅及硫氧化合物等。
⑹调整喷油泵的供油量，可降低发动机的功 率，使雾化的燃料有足够的氧气进行完全 燃烧，从而也可以减少ＣＯ、ＣＨ和煤烟 的生成。
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3、机外净化（发动机外部尾气净化措施）
将汽车尾气由原有毒气体，变成为无毒气体，再排放 到大气中。从而可减少对大气环境的污染。
⑴采用催化剂：将CO氧化成CO2，HC氧化成CO２和Ｈ2Ｏ， ＮＯｘ被还原成为Ｎ２等。采用的催化剂有氧化锰－ 氧化铜；氧化铬－氧化镍－氧化铜等金属氧化物和白 金属（铂）等贵金属。它们都可以净化ＣＯ、ＨＣ。 催化反应器设置在排气系统中排气歧管与消音器之间。
但总的来说这种方法害物质。
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发动机内部净化处理措施
⑴正曲轴箱通气系统的设计：把从汽缸窜入曲轴 箱的气体（主要是未燃气体）再循环进入进气 歧管，使其再次燃烧，改变了过去将其直接排 入大气所造成的污染。
⑵排气再循环设计：发动机排气口用控制阀与进 气歧管相连接，使排出的气体经过再次循环， 以降低氮氧化物的排放量。
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▪ Ｐｔ与Ｐｄ相比，Ｐｄ氧化活性高，同时
还具有对ＮＯｘ的还原活性，但三效催化 剂上Ｐｔ比Ｐｄ用量多，其原因在于 A、Ｐｄ对Ｐｂ和Ｓ的中毒过于敏感； B、Ｐｄ在还原气氛下易燃烧； C、Ｐｄ与Ｒｈ生成合金相使Ｒｈ的活性降低。 因此普遍的是由Ｐｔ-Ｐｄ组成的催化剂。
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▪ 在三效催化剂中添加少量的ＣｅＯ2，可减缓催
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⑸采用多种燃料作为汽车燃料来源。
随着科学技术的发展和计算机的广泛应用， 汽车中可广泛使用新的配方汽油、电力、压 缩的天然气体、太阳能以及生态燃料的蓄电 池等等。然后在这种汽车上装上电脑，不断 在行驶中早先调拨组合，以使汽车发挥最佳 性能。采用计算机控制点火系统，以便对发 动机的不同工况作出快速反应，可取得最佳 燃料经济性和发动机动力性能，可减少尾气 对大气的污染。
汽车尾气处理技术综述
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▪ 什么是汽车尾气？
▪ 汽车尾气中的主要污染物有哪些？
▪ 汽车尾气的几种净化处理技术。
1、汽车燃油的改用
2、机内净化
3、机外净化
▪ 低污染与无污染机动车组图
1、太阳能汽车
2、电动汽车
3、混合动力电动车
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汽车尾气
在车水马龙的街头，一股股浅蓝 色的烟气从一辆辆机动车尾部喷出， 这就是通常所说的汽车尾气。
这种光化学烟雾对人体最突出的危害是刺激眼睛和 上呼吸道黏膜，引起眼睛红肿和喉炎。
(1952年12月，伦敦发生光化学烟雾，4天中死亡人数较 常年同期多4000人，45岁以上的死亡最多，约为平时 的3倍；1岁以下的约为平时的2倍。)
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氮氧化物
▪ 氮氧化物主要是指一氧化氮、二氧化氮，
它们都是对人体有害的气体，特别是对呼 吸系统有危害。在二氧化氮浓度为9.4毫克/ 立方米的空气中暴露10分钟，即可造成人 的呼吸系统功能失调。
二是行政管理手段，采取报废更新，淘汰旧车， 开发新型的汽车（即无污染物排放的机动车）， 从控制燃料使用标准入手。
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1、汽车燃油的改用
⑴采用无铅汽油，以代替有铅汽油，可减少汽油 尾气毒性物质的排放量。 首先应抓汽车油的改用。以无铅汽油代替四 乙基铅汽油。这种汽油是用甲荃树丁醚作渗合剂， 它不仅无铅，而且汽车尾气排出的一氧化碳、氮 氧化合物、碳氢化合物均会减少。
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⑵掺入添加剂，改变燃料成分。
汽油中掺入１５％以下的甲醇燃料，或者 采用含１０％水份的水－汽油燃料，都能在 一定程度上减少或者消除ＣＯ、ＮＯｘ、Ｈ Ｃ和铅尘的污染效果。
若采用“甲醇燃料”，即采用甲醇和其它 醇类同汽油混合所制成的燃料。当甲醇占比 例３０％～４０％，汽车尾气排出的污染物 可基本上消除。
⑵水洗：通过水箱，使汽车尾气中的碳烟粒子经过水洗 和过滤及蒸气的淋浴，可针对粘在碳粒上的有毒物质， 使碳粒子胀大而给予去除。
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主要基于在排气管加装废气催化转化器,使 汽车尾气经催化剂的催化活性将其中未燃烧及 燃烧不充分产生的有害气体转化为无害物质,这 是减少汽车尾气污染简便有效的方法,也是国外 实现汽车排气净化行之多年的途径。
汽车尾气催化剂的开发，不断吸引众多科学家为之付 出努力，它已成为催化学者研究的重要领域。上个世 纪八十年代，汽车催化剂的发展进入了一个新的阶段， 国内外已开发成功众多贵金属和少数含非贵金属的汽 车催化剂，包括汽车催化剂在内的环境催化剂已发展 为与化工催化剂和石油炼制催化剂并列的三大工业催 化剂种类。
▪ 一辆轿车一年排出的有害废气比自身重量大3倍。
英国空气洁净和环境保护协会曾发表研究报告称， 与交通事故遇难者相比，英国每年死于空气污染 的人要多出10倍。
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固体悬浮颗粒
▪ 固体悬浮颗粒的成分很复杂，并具有较强的吸
附能力，可以吸附各种金属粉尘、强致癌物苯 并芘和病原微生物等。
▪ 固体悬浮颗粒随呼吸进入人体肺部，以碰撞、
这种气体排放物不仅气味怪异， 而且令人头昏、恶心，影响人的身 体健康。在车辆不多的情况下，大 气的自净能力尚能化解汽车排出的 毒素。但随着汽车数量的急剧增加， 交通拥堵成了家常便饭，汽车本应 具备的便捷、舒适、高效的优势逐 渐被过多的车辆所抵消。“汽车灾 难”已经形成，由此带来的汽车尾 气更是害人不浅。
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⑷采用绿色燃料同样可减少汽车尾气有毒气体 排放量。
据美国的俄亥俄州某研究所用豆油与甲醇、 烧碱混合，然后去除其中的甘油，从而可获 得“大豆柴油”。用“大豆柴油”，以３∶ ７的比例掺入到普通柴油中，可供柴油汽车 之用。它可大大减少发动机工作时排放的硫 化物、碳氢化合物、一氧化碳和烟尘。故誉 作绿色燃料。
合后生成碳氧血红蛋白，从而削弱血液向各组织 输送氧的功能，危害中枢神经系统，造成人的感 觉、反应、理解、记忆力等机能障碍，重者危害 血液循环系统，导致生命危险。
所以，即使是微量吸入一氧化碳，也可能给人 造成可怕的缺氧性伤害。
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碳氢化合物
目前还不清楚它对人体健康的直接危害。但当氮氧 化物和碳氢化合物在太阳紫外线的作用下，会产生一 种具有刺激性的浅蓝色烟雾，其中包含有臭氧、醛类、 硝酸脂类等多种复杂化合物。
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⑶蒸发排放控制系统的设计：将化油器浮子 室中的汽油蒸发汽引入进气系统，而将油 箱中的蒸发汽引入储存系统，可大大减少 污染物的排放。
⑷减少喷油提前角。减少喷油提前角，可降 低发动机工作的最高温度（１５００摄氏 度），使ＮＯｘ的生成量减少。
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⑸改善喷油器的质量，控制燃烧条件（燃比、 燃烧温度、燃烧时间），可使燃料燃烧完 全，从而可减少ＣＯ、ＨＣ和煤烟。
现在广泛使用的尾气催化净化器就是一种 机外净化手段，它是利用催化剂降低尾气净化 过程中的气相反应活化能，以提高反应动力学 速度。但是，由于机动车排气温度和空燃比匹 配对三元催化剂的催化特性有很大影响，因此 其净化效果并不理想。
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净化催化技术的原理
在汽车排气管尾部安装催化转化器，在精确空燃比(Ａ /Ｆ=14.7±0.1)条件下，CO，ＨＣ和ＮＯｘ借助净化催 化剂的作用，发生氧化还原反应而转化为无毒的ＣＯ2， Ｈ2Ｏ和Ｎ2。
严峻的挑战。而二氧化碳则是地球变暖的罪魁祸
首。
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汽车尾气的净化处理技术
▪ 由于汽车运行严重的分散性和流动性，因而也
给净化处理技术带来一定的限制。除了开发在 机内净化技术外，还要大力开发机外净化处理 技术。
▪ 这应从两个方面入手：
一是控制技术，主要是提高燃油的燃烧率，安 装防污染处理设备和采取开发新型发动机；
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⑶选用恰当的润滑添加剂－机械摩擦改 进剂。
在机油中添加一定量（比例为３％－５％） 石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯粉末等固体添加剂， 加入到引擎的机油箱中，可节约发动机燃油５％ 左右。此外，采用上述固体润滑剂可使汽车发动 机汽缸密封性能大大改善，汽缸压力增加，燃烧 完全。尾气排放中，ＣＯ和碳氢含量随之下降， 可减轻对大气环境的污染。
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⑹节约能源，有利环境，大力推广车用乙 醇汽油。 根据有关专家指出，开发乙醇代替汽 油，既节约能源，又可消化陈粮，使汽 车排出的有害气体减少，是一项有利于 保护环境和资源的新课题。
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2、机内净化 （汽车发动机内部的调试，可减少尾气污染物的排放量）
通过对发动机中化油器的调制,进气系统,点火系统(采 用电子控制燃油喷射,电子点火),燃烧室的改进,废气再 循环,改善燃油品质(燃油乳化、燃油添加剂)等手段来 降低有害物质的生成。近年来又开发了空气离子化,燃 油磁化改质的研究,而促使燃油充分燃烧。
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铅
▪ 铅是有毒的重金属元素。 ▪ 汽车用油大多数掺有防爆剂四乙基铅或甲基铅，燃
烧后生成的铅及其化合物均为有毒物质。
城市大气中的铅60%以上来自汽车含铅汽油的燃烧。
▪ 人体中铅含量超标可引发心血管系统疾病，并影响
肝、肾等重要器官的功能及神经系统。由于铅尘比 重大，通常积聚在1米左右高度的空气中，因此对儿 童的威胁最大。
化剂性能受空燃比影响的敏感性。原因是当Ｃｅ Ｏ2同Ｐｔ/Ｒｈ在一起时大大改善了对氧气的吸 附性能。提高三效催化剂耐热性是改进催化性能 的重要方面。
▪ 贵金属催化剂虽然具有较高的活性，但其成本较
高，低温活性差，SO 2等杂质易引起催化剂中毒， 高温易发生烧结失活，因此近些年来国内外竟相 开展了非贵金属催化剂的研究。
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尾气在直接危害人体健康的同时，还会对人类生活 的环境产生深远影响。
尾气中的二氧化硫具有强烈的刺激气味，达到
一定浓度时容易导致“酸雨”的发生，造成土壤和水 源酸化，影响农作物和森林的生长。近100年来，气候 变暖已成为人类的一大祸患。冰川融化、水位上涨、 厄尔尼诺现象、拉尼娜现象等都对人类的生存带来了
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（2） 为了降低车用催化剂的生产成本，人们不断地进 行非贵金属催化剂的研究和开发工作，特别是对钙钛 矿型复合氧化物催化剂研究成为一个新的热点。
目前研究主要类型有以下几种： （1）LaMO3(M= Co、Mn、Ni、Fe、Cr等)，研究结果表 明：以Co、Mn、Ni型氧化CO的活性较高，对NOx转换 效果较低，而Fe、Cr的催化活性较低，因为过渡金属 离子的自旋状态影响催化剂的催化活性。 （2）LnCoO3型（Ln= La、Pr、Nd、Gd、Ho等），其中 以NdCoO3 和HoCoO3的氧化活性较好。 （3）LaxSr1-xFeyMn1-y-zPdxO3型（X= 0.6-0.8,y=0.508,Z=001）对CH、CO的氧化均有较高的催化活性。
扩散、沉积等方式滞留在呼吸道的不同部位， 引起呼吸系统疾病。当悬浮颗粒积累到临界浓 度时，便会激发形成恶性肿瘤。
▪ 此外，悬浮颗粒物还能直接接触皮肤和眼睛，
阻塞皮肤的毛囊和汗腺，引起皮肤炎和眼结膜 炎，甚至造成角膜损伤。
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一氧化碳
▪ 一氧化碳与血液中的血红蛋白结合的速度比氧气
快250倍。
▪ 一氧化碳经呼吸道进入血液循环，与血红蛋白亲
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▪ 机动车排气中的有害物质是在燃料燃烧为发动机提供动力的过程
中产生的,包括汽油挥发泄出的蒸汽,曲轴箱中窜漏的废气,排气管 的尾气及汽油中带入的硫、铅、磷在排气中形成的污染物，其构 成情况为：
（1）尾气污染 占总污染量的65%—85%，有害物质是一氧化碳、氮氧化物、碳 氢化合物；
（2）曲轴箱的通风污染 占总污染量的20%，主要有害物质是碳氢化合物；
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（1）贵金属催化剂 （2）非贵金属催化剂
负载型非金属氧化物催化剂
（3）非贵金属氧化物催化剂
尖晶石结构的混合氧化物催化剂 钙钛矿结构的混合氧化物催化剂
（4）贵金属—非贵金属混合催化剂 （5）金属离子交换分子筛催化剂 （6）纳米金属簇催化剂
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（1）贵金属催化剂主要有Ｐｔ、Ｐｄ和Ｒｈ等，至 少有两种组分。 一般用块状担体，操作温度为300℃-900℃，为 了有效地同时除掉尾气中的三种杂质，必须把空 /燃比控制在最佳化学计量比附近，通过安装电 子空/然比控制系统可以达到此目的。 贵金属组分Ｒｈ对ＮＯｘ具有还原催化作用。 主要担当除去ＮＯｘ的作用，而氧化催化作用主 要由Ｐｔ或Ｐｔ-Ｐｄ同时完成。