环境材料在机动车尾气处理方面的应用

环境材料在机动车尾气处理方面的应用

摘要：机动车尾气排放已成为我国城市大气主要污染源，对城市环境空气质量造成严重影响。中国城镇人口每年不断增加，致使中国机动车保有量迅速加大，机动车尾气污染日益加剧。机动车尾气的成分复杂，所含污染物有百种以上，治理十分困难，危害人体健康，文中结合国内机动车排放污染的现状，介绍了各种机动车污染物对城市环境及人体健康的影响，分析了目前国内外机动车污染现状，通过比较各个国家防治机动车污染的控制技术和对策，针对我国目前国情，提出了控制和治理机动车污染的建议和应采取的措施。

随着我国经济的持续增长与城市化进程的加快，我国城市机动车保有量的迅速增加，机动车尾气污染物的排放量及排放浓度也逐年增高，所造成的大气污染已成为中国多数城市的主要大气污染源之一。如何控制机动车尾气污染，提高城市的空气环境质量，已成为人们日益关注的焦点问题。控制机动车尾气污染，应对污染物成分及性质进行分析，针对我国机动车尾气的污染现状，从技术控制与政策管理两个层面提出合理有效的控制措施。

关键字：机动车尾气排放NO x的催化脱除；硝酸尾气净化催化剂；机动车尾气污染物种类；催化剂中的稀土

引言进入21 世纪以来，如何控制机动车尾气污染，提高城市空气环境质量，

已成为各城市发展过程中不可逾越的环境问题。据有关专家统计，到21 世纪初，汽车排放的尾气占了大气污染的30～60%。目前全球机动车总数约为 6 亿辆，预测表明机动车在今后30 年内将高速增长，2020~2030 年全球机动车总数将突破10 亿辆大关。截止2007 年上半年，我国民用汽车拥有量已达到5356 万辆，其中私人汽车3239万辆，与2000 年比，汽车总量年平均增长20.7%，私人汽车平均增长29.9%，预计今后几年的增幅还将不断上升。由于我国机动车存在单车污染排放量大、汽车燃油品质普遍较低、排放标准不断提高和缺少统一监管等问题，使汽车尾气污染在各大城市急速蔓延。汽车尾气的成分非常复杂，主要污染物有：一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、铅( Pb)和苯并芘(BaP)等。机动车对环境所产生的最主要污染是行驶过程中燃料（主要包括汽油和柴油）燃烧排放出大量的CO、HC、NOx 和各种粒径的颗粒物。这些污染物经过转化还将产生二次污染：一定浓度的HC 和NOx 在静风、逆温等特定条件下，经强烈阳光照射，还会转化为二次污染物——光化学氧化物，进而形成光化学烟雾；当遇有SO2，将生成硫酸雾。汽车尾气污染已从区域性问题变为全球性问题，随着汽车数量的增多与使用范围的增大，机动车尾气对城市环境的危害日益突出，引发呼吸系统疾病，造成地表空气臭氧含量过高，加重城市热岛效应，使城市环境转向恶化，而城市市民则成为汽车尾气污染的直接受害者。

1 机动车尾气污染物种类及危害

1.1 CO

CO 是烃类燃料燃烧的中间产物，主要在局部缺氧或低温条件下，由于烃不能完全燃烧而产生，混在内燃机废气中排出。当汽车负重过大、慢速行驶时或空挡运转时，燃料不能充分燃烧，废气中一氧化碳含量会明显增加。CO由呼吸道进入人体的血液后，和血液里的红血蛋白Hb 结合形成碳氧血红蛋白，导致携氧能力下降，使人体出现反应，如听力会因为耳内的耳蜗神经细胞缺氧而受损害等。虽然对人体无副作用CO的危害阈值尚未确定，但长期吸收CO威胁着城市居民的身体健康。

1.2 NO X

汽车尾气中的氮氧化合物含量较少，但毒性很大，其毒性是含硫氧化物的 3 倍。氮氧化合物在内燃机气缸内生成，其排放量取决于燃烧温度、时间和空燃比等因素。机动车尾气排放的NO 在空气中氧化后形成二次污染物NO2，因白天的气温较高，更有利于NO 的转化，所以NO2的浓度在昼间较高。NO2是一种红棕色呼吸道刺激性气体，较低的溶解度使NO2不易为上呼吸道吸收而深入下呼吸道和肺部，引发支气管炎、肺水肿等疾病，对人体健康的影响甚大。对于NO X 世界卫生组织环境健康评价组做出这样的结论：二氧化氮浓度0.94mg/O3是短期暴露引起有害影响的最低水平，0.19－0.32mg/O3最长 1 小时，一个月不能出现多于两次才能确保公共健康。

1.3 HC

汽车尾气的碳氢化合物通常来自三种排放源：约60%的碳氢化合物来自内燃机废气排放，20%～25%来自曲轴箱的泄漏，其余的15%～20%来自燃料系统的蒸发。尾气中碳氢化合物的种类多达200 多种，包含饱和烃、不饱和烃及大部分含氢化合物，以及3,4-苯并芘等致癌物质。当苯并芘在空气中的浓度达到0.012ug/O3时，居民中得肺癌的人数会明显增加。在光照条件下，较高浓度的碳氢化合物与NO x反应会产生O3，并且在O3浓度较高情况下，O3会进一步与NOx 进行光化学反应，形成二次污染物，导致光化学烟雾。

1.4 醛类化合物

醛是烃类燃烧不完全产生，主要来自内燃机废气排放。汽车尾气排放的醛类中甲醛占60%~70%，它是刺激的气体，对眼睛有着强烈的刺激作用，也会刺激呼吸道，嗅觉阈值为0.06~1.2 mg，高浓度时会引起咳嗽、胸痛、恶心和呕吐。虽然尾气中醛类含量较低，但随着机动车数量的增多，醛类污染物对人体健康的危害也不容忽视。

1.5 含铅化合物

一般汽油的含铅量约在0.08%~0.13%之间，通常四乙铅作为抗爆剂加进汽油中，燃烧后生成氧化铅由内燃机废气排出。每燃烧1kg 汽油排放 2.1g 铅化合物，其中25%遗留在发动机内，75%以颗粒物的形式排放。经由呼吸系统进入人体的铅粒，颗粒较大者能吸附于呼吸道的粘液上，混于痰中而吐出；颗粒较小者，便沉积于肺的深部组织。铅在人体内各器官中积累到一定程度，会对人的心脏、肺等造成损害，使人贫血、智力下降、注意力不集中等，严重情况还将导致不育症以及高血压。铅氧化物的危害不仅表现为对人类健康的影响，它还将吸附在汽车尾气催化净化器的催化剂表面上，是催化剂“中毒”，明显地缩短尾气催化净化装置的寿命，是汽车尾气催化净化装置要解决的难题之一。

1.6 颗粒污染

机动车尾气中的颗粒污染主要是燃料不完全燃烧生成的碳烟和油微粒等。碳烟粒径通常在0.1 ~10μm 之间，由于其多孔隙性和吸附活性，能携带有害物质进入人体。芳香烃，如苯并芘等强致癌物质也在常常存在于碳烟中。柴油机的微粒组成较汽油机更为复杂，数量也比汽油机多30~60 倍。机动车尾气造成的颗粒污染可占整个城市大气污染的60%，最

高可达90%。

2. 改善方向

2.1提高汽油质量

要求机动车使用无铅汽油，从源头减少尾气中毒性物质的排放量；在汽油中掺入添加剂，改变燃料成分：掺入15%以下的甲醇燃料，或采用含10%水份的水—油燃料，在一定程度上减少或消除CO、NOx、HC 和铅尘污染；使用润滑添加剂—机械摩擦改进剂：在机油中添加一定量(3%~5%)的石墨、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5%左右的发动机燃油；采用绿色燃料：将“植物柴油”按照比例掺入到普通柴油中，可大大减少发动机工作时排放的硫化物、碳氢化合物、CO 和烟尘含量。大力推广车用乙