光氧催化净化器排放污染现状及危害和排放控制

1汽车尾气排放污染现状

汽车作为较主要的现代交通运输工具，它给人们带来方便和的同时，也带来了无法回避的问题。城市空气中90%以上的一碳、60%以上的碳氢化合物和30%以上的氮物来自汽车排放。随着世界各国汽车保有量的增加，汽车已成为城市大气质量恶化的主要污染源，其排放的CO，NOx，HC，SO2，Pb等污染物不仅危害人体健康，还是酸雨和光化学烟雾的主要成分，汽车尾气污染已受到广泛的注视。

随着我国建设小康社会，经济持续高速发展，城市规模不断扩大，我国的汽车保有量也急剧增加，年增长率自2001年起一直保持在13%以上。截至2007年底，汽车保有量达到5700万，超过1985年的18倍。目前，我国已取代口本成为仅次于美国的世界二大新车消费市场，同时还是仅次于口本和美国的世界第三大汽车生产国。伴随着汽车保有量的急剧增长，我国汽车污染物排放总量也持续攀升。2003年机动车碳氢化合物(HC)、一碳(CO)和氮物(NOx)排放量已分别达到836.1万t，3639.8万t和549.2万t，比1995年分别增加了2.51，2.05和3.01倍。

虽然汽车污染物排放量越来越大，但是目前我国的汽车尾气污染物控制水平还比较低，基本上处于起步时的水平。因此，研究措施控制汽车尾气污染物排放已经刻不容缓。

2尾气中主要成分的危害

汽车废气排放主要来源于三个方面：①从排气管排出的尾气，主要成分是一碳，碳氢化合物(HC)和氮合物(NOx)，其它还有二硫(SOZ)、铅化合物和炭烟等；②窜气，即从活塞与气缸之间的间隙漏出，再自曲轴箱经通气管排出的燃烧气体，其主要成分是HC；③从油箱、化油器浮子室以及油泵接头等处蒸发出的汽油蒸汽，成分是HC。

上述成分中，CO，HC和NOx是汽油汽车尾气排放的主要污染物。目前实施的排放法规和净化措施都旨在降低这三种成分的含量。本文研究的低温等离子体净化装置即以降低汽油汽车尾气中CO，HC和NOx三种污染物的排放量为目标。下面分别介绍这三种主要污染物的危害。

①一碳的危害

一碳(CO)无色无臭，是一种窒息性的有毒气体。它由汽车燃料中烃的不燃烧产生，可经呼吸道进入肺泡，被血液吸收，而它较易与血液中有输氧能力的血红素蛋白(Hb)结合，它与Hb的亲和力是氧与Hb亲和力的300倍，因而当人吸入含有CO的气体时，人体血液中的Hb便立即同CO结合，生成CO-Hb，而不是与O：结合成O-Hb，从而降低血液的载氧能力，削弱血液对人体组织的输氧量，导致心脏、头脑等重要器官严重缺氧，引起头晕、恶心等症状，严重时会使心血管工作困难，直至死亡。另外，CO也能促使NO向NOZ转化，使形成光化学烟雾的趋势加强。

②碳氢化合物的危害

碳氢化合物(HC)包括未燃和未燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分物，如苯、醛、酮、烯、多环芳香族碳氢化物等200多种复杂成分。饱和烃的危害一般不大，甲烷气体性，乙烯、丙烯和乙炔主要会对植物伤害。

但是，不饱和烃有很大的危害性。苯是无色类似汽油味的气体，可引起食欲不振、体重减轻、易倦、头晕粘膜出血等症状，也可引起血液变化，红血球减少，出现贫血，还可导致白血病。而甲醛，丙烯醛对醛类气体也会对眼、呼吸道和皮肤有强刺激作用，超过浓度，会引起头晕、恶心、红血球减少、贫血和中毒。光氧催化净化器特别是带多环的多环芳香烃，如苯并花及硝基烯都是强致癌物。同时，烃类成分还是引起光化学烟雾的重要物质。

③氮物的危害

氮物(NOx)是NO及NOx的总称。汽车尾气中氮物的排放量取决于气缸内燃烧温度、燃烧时间和空燃比等因素。燃烧过程排放的氮物中以上可能是NOx，NO2只占其余的少量。NO无色无味，只有轻度刺激性，它与血液中血红蛋白(Hb)的结合能力比CO还强，时还能引起神经系统的障碍，且易成剧毒的NO2。NO：褐色有毒，空气中含量为0.1ppm时，即可嗅到它的臭味；含量在150ppm以上对人的呼吸器官就有强烈刺激作用，引起肺水肿，严重者可致肺疽，有生命危险。同时，NOx还是产生酸雨和引起气候变化、产生烟雾的主要原因。NOx与HC会在强烈太阳光紫外线照射下相互作用，从而产生光化学烟雾，使毒性加剧。光化学烟雾具有的性，可使橡胶开裂，并使大气能见度降低；对眼睛和呼吸道具有的刺激性，损害人脑，影响儿童智商，同时还损害人体的肺功能，是目前城市中肺癌发病率增加的重要原因之一。

{二}、光氧净化器排放控制技术

目前有多种控制汽车尾气排放的技术，总的概括起来可分为机内净化与机外净化两大类。机内净化是基于车辆燃烧系统工作过程，主要是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，废气再循环以及燃油品质(燃油乳化、燃油添加剂)等手段来降低物质的生成，能使汽车尾气排放情况。但这些技术不同程度地给汽车的动力性和经济性带来效应，且随着排放法规的不断严格，单纯依靠机内净化技术己很难满足排放标准的要求。

机外净化是在汽车排气管内加装净化装置，目前主要是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气体转化为物质。现在较为的技术是三元催化剂法，它是目前公认的能大幅度消减汽油机排放污染物的主流技术。1995年前后，我国的还原型三元催化转化器产品己具备产业化规模。通常所用的三元催化剂(TWC)是在峰窝状荃青石或陶瓷载体上负载活性铝和钵后，再浸渍(Pd)、铂(Pt)和锗(Rh)三种贵金属而成的。TWC具械，比表面积大，气阻小和等优点，在lO5r/h的高速和300-6500C条件下对3种污染物的转化率均高于80%，且行车无明显失活。但由于Pd，Pt和Rh等贵金属价格昂贵，资源紧缺，近几年已开始对非贵金属、稀土金属及复合材料作催化剂进行了大量的研究。而无论是采用贵金属、非贵金属还是采用稀土金属、复合材料，催化剂与汽车启动匹配问题和使用过程中导致的催化剂“中毒”问题仍未能很好的解决，因而存在使用寿命短的缺陷。此外，这种方法还存在需要使用无铅汽油和保持的空然比的缺点。

等离子废气净化器随着排放法规对汽车排放要求越来越严格，传统的治理汽车尾气的方法己不能满足要求，需要使用新的方法来治理汽车尾气。近十几年来，低温等离子体技术己经成功地运用于废物、废液、废气的处理，并且在环境保护应用中口益为世人所瞩目。等离子体技术在环境污染处理方面的应用研究引起了较大关注，其中许多技术己经商业化，取得了很好的经济效益与社会效益，被认为是环境污染物处理中较有发展前途的技术之一。与催化转化法相比，等离子体技术用于处理汽车尾气具有处理效果好、处理范围广、能同时处理多种污染物、净化无二次污染等优点，是目前废气处理颇具竞争力的一种方法，具有广阔的发展前景。等离子体净化汽车也分为机内净化和机外净化，机内等离子体净化汽车尾气可使空气等离子体化，增强燃油的燃烧，而且可以使燃油部分裂解为较轻的组分，从而改变机内的操作条件以至改变燃烧平衡和尾气的组成，主要是降低CO，HC，NOx的含量。但从热力学角度来看机内等离子体净化汽车尾气方法仍然不可能将尾气中的CO，HC，NOx除去。机外等离子体净化利用等离子体体系中的活性物种催化一还原反应，将汽车尾气中的物质通过、还原或离解而转化为或低害物质，以达到降低环境污染的目的。与机内等离子体净化相比，机外等离子体净化操作方便，成本较低，是一种很有潜力的技术。