环境科学论文

环境科学论文汽车尾气污染及其处理姓名朱光华班级高分子1102学号3110705044汽车尾气污染及其处理摘要本文综合分析当前环境现状对汽车尾气的成分危害及处理原理进行简单的分析对当今主要的汽车净化处理的一些技术作出比较及进行对比分析关键词汽车尾气净化催化处理技术前言随着经济的发展汽车已走进千家万户随着汽车的增加汽车尾气对环境的影响也日益显著汽车尾气中含有多种有害气体有害颗粒等对人的身体健康有很大危害人们的环保呼声越来越高涨因此降低机动车的废气排放成为当今社会的热点之一汽车作为现代化交通工具给予了人们的生产与生活带来十分方便的同时可是它的尾气排放物给大气环境造成严重污染对汽车尾气污染控制技术的研究无疑是当今的一个重要课题1汽车尾气概述11汽车排放污染物及其危害尾气污染主要是指柴油汽油等机动车燃料因含有添加剂和杂质在不完全燃烧时所排出的一些有害物质对环境及人体的污染和破坏汽车发动机排放的尾气中有一部分毒性物质在燃料不完全燃烧或燃气温度较低时产生较多尤其是在次序起动喷油器喷雾不良超负荷工作运行时燃油不能很好地与氧化合燃烧另一部分有毒物质是由于燃烧室内的高温高压而形成的汽车排放的尾气中含有上千种化学物质除空气中的氮氧和水蒸汽为无害成份外其余均为有害成份这些有害物质可分为气体和颗粒物两大类气体包括一氧化碳二氧化碳氮氧化合物碳氢化合物硫氧化合物挥发性有机物和臭氧等颗粒物包括碳黑焦油和重金属等111一氧化碳汽车发动机若进气不足或燃油喷射时间过长使得气缸内燃油不能完全燃烧则汽车尾气中将产生COCO与血液中的血红蛋白结合的速度比O2快250倍CO经呼吸道进入血液循环与血红蛋白亲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导致人体缺氧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引起头晕头痛呕吐等中毒症重者危害血液循环系统导致生命危险即使是微量吸入CO也可能给人造成可怕的缺氧性伤害交通高峰时段常常出现CO的污染峰值汽车内浓度有时比车外更高112氮氧化物氮氧化合物主要是指一氧化氮和二氧化氮它是发动机大负荷工作时在燃烧室高温富氧的环境中产生的一种褐色且有臭味的气体氮氧化合物吸入肺部后能形成亚硝酸和硝酸对肺组织产生强烈的刺激和伤害以致引起肺部病变当空气中氮氧化合物含量达1020ppm时可刺激鼻粘膜咽喂气管眼角膜等引起呼吸道干涩不适流泪及红眼病等病症当氮氧化合物超过500ppm时几分钟内就可使人出现肺气肿而死亡在二氧化氮浓度为94mgm3的空气中暴露10min即可造成人的呼吸系统功能失调此外氮氧化物还会导致酸雨和光化学烟雾污染在水系中的沉降会造成富营养化113碳氢化合物碳氢化合物是不完全燃烧的排放物包括未燃和未完全燃烧的燃油和机油蒸汽气态时是VOCs固态则为颗粒物单独的碳氢化合物只有在浓度相当高的情况下才对人体产生伤害一般影响不大但碳氢化合物和氮氧化合物在阳光紫外线照射下发生化学反应形成光化学烟雾当光化学烟雾中的化学氧化剂超过一定浓度时即对人体产生较强刺激性人体吸人后可明显感觉到呼吸系统不适引起急性喘息症114硫氧化物主要是指SO2它是形成酸雨的主要成分严重污染河流湖泊等水系殃及野生动植物的生存安全破坏生态系统的自然酸碱平衡并严重腐蚀建筑物对人类会造成气管壁绷紧使呼吸道疾病加重患有心肺疾病和哮喘病的人尤其敏感汽车尾气中SO2主要来源于柴油车的排放115挥发性有机物包括多环芳烃PAH苯系物烯烃等是光化学烟雾形成的前体物苯已被证明是致癌物质WHO世界卫生组织认为即使微量的苯对人体健康也是有害的除尾气排放外汽车燃油箱和加油过程中也会排放挥发性有机物116臭氧光化学烟雾主要的生成物是臭氧具有强氧化性可使空气能见度降低橡胶制品开裂损坏植物受害臭氧刺激呼吸系统的黏膜导致咳嗽呼吸困难削弱肺功能对室外锻炼的人特别有害臭氧还引起一些常见症状如头疼眼鼻喉刺痒深呼吸时胸部不适等臭氧会增加人对过敏源如花粉的敏感性也降低人体对细菌和病毒的抵抗力如易引起感冒肺炎等117铅铅是有毒的重金属元素为了改善燃油的抗爆性人们在汽油中添加含铅物质四乙基铅或甲基铅导致汽车尾气排放时产生含铅化合物城市大气中的铅60以上来自汽车含铅汽油的燃烧铅化合物以颗粒状排人大气中是污染大气的有害物质人体长期吸入含铅颗粒浓度较高的空气后铅会逐渐在体内积累当达到一定程度时铅阻碍血液中红血球的生长致使人体正常造血功能降低血液心肺器官等发生病变而铅对脑细胞和中枢神经的损害更是不可逆转的铅侵入人体大脑时会引起头疼精神恍惚严重时甚至会出现昏迷惊厥等铅中毒症状由于铅尘比重大通常积聚在1m左右高度的空气中因此对儿童的威胁最大直接影响儿童的智力发育118碳烟微粒是指柴油发动机燃烧不完全所排出的黑色烟雾状的炭烟颗粒炭烟微粒能影响大气道路的能见度并含有少量带有特殊臭味的乙醛吸入后使人感到恶心和头晕微粒表面吸附的可溶性有机物对人的呼吸道也有较大伤害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12汽车尾气污染现状随着汽车社会拥有率的大幅增加汽车尾气对大气造成的污染也日益加重从全国来看汽车尾气污染分担率已经上升到了95年排放一氧化碳为3500万吨碳氢化合物为500万吨氮氧化合物为380万吨我国定期发布空气质量周报的30个城市的资料显示有相当一部分城市的空气呈现中度重度污染环保部门监测表明大气中HC的96CO的86NO的56来自机动车排放北京上海广州等10余个城市已经出现最为严重的光化学烟雾的先兆上海19931994年监测结果表明主要交通路口和路段大气中的CO平均浓度超标率达27最大超标倍数为21倍NOx平均浓度超标率为85最高日均浓度超标倍数达9倍广州1994年大气环境监测结果表明NOxCO及总悬浮颗粒物TSP污染严重其中以NOx污染最为严重在繁忙区域NOx日均值超标率达804其他城市主要交通道路上大气污染物超标现象亦很严重有资料表明这些区域的汽车尾气污染都很严重而且近年来随着我国汽车产销量的迅速增长我国的汽车保有量越来越多都集中在大城市而且车况差都集中在大城市原油质量低单车的排污往往高出国外同类车的几倍因此汽车尾气已对我国城市空气质量造成巨大的威胁2汽车尾气处理技术现状21机内净化技术机内治理技术是通过对发动机的调整和改造改善燃烧过程以防止或减少有害污染物在机内生成机内净化的主要方式是改进发动机的燃烧方法即利用所谓稀薄燃烧方式来接近理想燃烧方式以在较好的条件下使混合气体燃烧减少污染物的发生量由于一氧化碳的生成主要取决于空燃比氮氧化物的生成主要取决于燃气的最高温度在高温下停留时间和燃气中的含氧量根据他们生成的特点科学家有针对性地进行了治理技术研究其措施有一是改进燃烧室结构如采用复合涡流控制燃烧MCAJET三门发动机二是改进点火系统如在化油器上设置断油装置和稀混合气供给装置采用延迟点火装置和晶体管点火装置等目前国外已运用的机内净化方法有延迟点火法废气再循环装置EGR控制燃烧装置CCS清洁空气装置CAP电子控制汽油喷射系统装置等都能有效的降低一氧化碳碳氢化合物的排放量抑制氮氧化物的生成22机外净化技术机内净化能减少有害气体的生成但不能除去已生成的有害气体通常人们更关注的是机外净化催化净化是目前研究与应用最多的机外净化方式70年代以来许多国家都进行了汽车尾气净化催化剂的研究目前已投入使用的催化剂主要有贵金属催化剂和非贵金属催化剂两种目前已投入使用的催化剂主要有贵金属催化剂和非贵金属催化剂两种23提高燃油品质燃油品质与汽车尾气也有着重要的关系为此世界各国特别是发达国家不断对汽油质量做出越来越严格的规定通常降低汽油中苯硫芳烃烯烃含量降低雷德蒸汽压并在汽油中添加含氧化合物可以减少汽车尾气中污染物的排放此外世界各著名机构研究的固体酸烷基化技术都能有效减少汽油中的烯烃含量降低汽油的蒸汽压此外采用吸附脱硫技术催化蒸馏脱硫技术选择性加氢脱硫工艺在重整装置中增加苯抽提工艺等都能有效减少汽油中硫苯芳烃的含量提高汽油的品质改善汽油的质量从而降低汽车尾气中有害物质的排放量减轻汽车尾气的危害24替代原料技术241燃料电池燃料电池是一种新型的无污染无噪声的汽车动力源它可不经过燃烧而直接将燃料的化学能转化为电能其可靠性高适用性强能量转换效率高污染小噪声低按电解质划分燃料电池大致分为五类碱性燃料电池AFC磷酸型燃料电池PAFC固体氧化物燃料电池SOFC熔融碳酸盐燃料电池MCFC质子交换膜燃料电池PEMFC242燃气天然气液化石油气采用清洁燃料治理汽车尾气污染天然气液化石油气是汽车燃料的理想替代物它们在发动机内可以充分燃烧汽车发动机不必作大的改动就可直接使用使汽车所排放的污染成分大大低于汽油发动机和柴油车近年来由于环境保护的压力和能源危机的影响燃气汽车得到世界上大多数国家政府的重视支持日本已决定从2000年开始在国内大量推广燃气汽车其它燃气汽车生产大国如德国法国等也不甘落后纷纷投入研制开发新型的燃气汽车大量的研究表明汽车采用燃气后尾气排放污染会显著降低且成本费用低安全性高使用性能好243乙醇汽油将乙醇进一步脱水再加上变性剂后生成变性燃料乙醇所谓车用乙醇汽油就是把变性燃料乙醇和汽油以一定比例混配制成的一种汽车燃料用乙醇汽油作为燃料的汽车早在上世纪已在巴西印度等国家出现在我国使用乙醇汽油作为汽车燃料在技术上已非常成熟部分地方开始推广使用但成本较高经济效益不如汽油车乙醇可以有效改善油品的性能和质量降低一氧化碳碳氢化合物等主要污染物排放它不影响汽车的行驶性能还减少有害气体的排放量乙醇汽油作为一种新型清洁燃料是目前世界上可再生能源的发展重点符合我国能源替代战略和可再生能源发展方向技术上成熟安全可靠在我国完全适用具有较好的经济效益和社会效益244生物柴油生物柴油是一种可再生的能源它是由任何天然的油脂和甲醇或乙醇经过化学方法加工而成它可以直接在柴油机上使用B100或与柴油以任意比例混合使用B20使用生物柴油能减少温室气体排放降低空气污染另外生产和使用生物柴油对发展国内经济减少石油供给的需求实现可持续发展等方面都有积极作用美国最初的兴趣是以大豆油作为生物柴油的原料许多欧洲国家关注的是菜籽油赤道气候国家对可可脂和棕榈油更感兴趣日本则以废食用油作为生物柴油的原料美国德国和澳大利亚等已制定了生物柴油的品质标准3汽车尾气处理技术发展趋势目前汽车尾气处理的新技术有低温等离子技术光催化降解技术汽车尾气新型净化剂利用尾气发电驱动和磁驱动技术31低温等离子技术等离子体技术由于其净化效率高能同时处理多种污染物以及无二次污染等优点在汽车尾气净化领域的应用中引起人们的特别关注低温等离子技术用于机内净化主要是使空气在送入内燃机燃烧室之前等离子化通过等离子体发生器将空气等离子化使得空气中含有富足的原子氧和臭氧及其它激发态的氧从而大大提高燃料的燃烧速率同时等离子化的空气中含有的氧粒子参与反应的能力比中性的氧气分子更强可以使HCCO得到充分氧化而大大减少有害物气体的生成这样不仅可以节约能量且能在一定程度上降低污染物的排放量等离子体技术在机外净化中的应用包括低温等离子体的直接氧化还原法和低温等离子体辅助催化还原法前者主要是通过沿面放电或介质阻挡放电机外净化的低温等离子体技术一般情况下主要采用这两种方式使得由发动机排出的尾气等离子化由于等离子化后的尾气中含有足够的激发态的活性氧极易与COHC发生反应同时尾气中含有的HC和炭黑粒子又可以直接作为还原剂在等离子区域与NOx化合生成无害的N2CO2和H2O后者是一种将低温等离子体技术与三效催化技术结合使用的一种方法是低温等离子体辅助HC的选择性催化还原系统降低NOx的排放此外低温等离子体技术通过静电捕集的方法可以去除尾气中的颗粒物32光催化降解技术近年来国内外对以二氧化钛TiO2为代表性催化剂的多相光催化进行了很多研究随着科学的发展光催化纳米材料被称为21世纪最有前途的材料光催化技术也随之应用到降解汽车尾气的问题当中光催化降解技术是一种利用光触媒进行催化降解反应的应用技术通常所说的光触媒是一类以TiO2为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称日本科学家Fujishima和Honda于1972年首次发现在近紫外光380nm波长的光的作用下金红石型TiO2单晶电极能使水在常温常压下分解为氢气和氧气如何将这种光催化材料安全高效地喷洒到道路表面以降解汽车尾气保护生态环境是国内外相关研究领域十分关注的问题光催化降解材料在紫外线的照射下其中的TiO2可产生游离电子及空穴因而具有很强的光氧化还原能力可氧化分解汽车尾气中的有机化合物和部分无机物同时TiO2受光后生成的氢氧自由基能对有机物质和有害气体进行氧化还原反应将其转化为无害的水一氧化碳和盐等反应过程中TiO2作为催化剂本身并不直接参与氧化还原的反应而只是扮演发生反应所需要的媒介本身的能力并不随时间而消耗衰减所以在理论上具有永久性可以随时随地处理和净化各种有害气体使周围空气保持清新健康的状态同时降解反应生成的粘附到路面的附属产物下雨时会被雨水冲洗掉33汽车尾气新型净化催化剂纳米材料作为汽车尾气催化转化剂不仅减少了贵金属的用量而且由于纳米级粉体具有极强的氧化还原能力用纳米级稀土化合物代替贵金属作催化剂可以更有效地解决汽车尾气中一氧化碳和氮氧化物的污染问题我国位于江苏无锡国家高新区内的威孚力达催化净化器有限责任公司自主研发国排放标准汽车尾气纳米稀土催化剂已成功在奇瑞沈阳金杯海马北汽福田吉利美日等车型上通过了国匹配试验综合性能在冈内处于领先地位2008年起全面配套在国内主要机动整车上34利用尾气发电驱动美国科学家研发的一项新技术可利用尾气发电驱动汽车从而节省燃油据美国媒体报道美国能源部资助的这项研究由通用汽车公司与俄亥俄州州立大学合作进行研究人员将一种特殊的电镀金属装置安装在汽车排气管上利用尾气与空气间温差导致的热电效应形成电流通过电动机驱动汽车专家解释在由两种金属组成的回路中如果两个接触点之间产生温度差金属电子的状态会发生变化形成电流这种热电转换现象即为热电效应研究人员指出这一装置可使一辆雪佛兰越野车的燃油利用率提高5相当于每升燃油多跑043km小型车如果安装这种装置节油效果会更明显35磁驱动技术一项可以有效降低尾气排放量的新技术近日在天津研发成功通过了天津市科委组织的专家鉴定天津市科委有关专家介绍说这项由天津帅洁科技发展有限公司自主研发的新型机动车尾气净化技术利用磁性原理及磁驱动技术改变了燃油的分子结构使燃油能充分燃烧形成高燃烧率使不可燃烧的物质达到可燃烧的程度增加了发动机的旋转扭力具体表现为可使发动机尾气排放削减率在60以上柴油发动机尾气削减率在55以上专家表示这项技术不但体现绿色环保功能还起到了不同程度的节油作用能使汽油节省29柴油节省235结语汽车尾气的排放是大气环境污染的一个重要组成部分有效地控制汽车尾气排放对改善城市日益恶化的大气质量意义十分重大防治和减少汽车尾气污染是一个复杂的技术问题和广泛的社会问题它需要从提高燃油质量尾气治理定期保养和维修研制新型发动机完善相关政策等诸多方面综合考虑全面治理对于汽车的环保问题应该引起社会各界的重视也需要社会各界的共同努力控制汽车尾气污染的对策很多为了更好地控制污染改善城市的大气质量各地区各城市应结合自身的实际情况选择合适的控制对策走综合治理的道路参考文献1李琳汽车尾气与与四种最新控制方法的介绍J科技信息2010301251252耿永生汽车尾气污染及控制技术J环境科学导刊201029662693吴国正马丽萍贺克雕汽车尾气的污染与防治J广东化工200734567684李鼎如汽车尾气污染及防治途径J污染物控制技术19947245465林微机动车空气污染综合控制对策研究J污染防治技术199474136王莹陈冬青李小平高德芳孙贤谭明汽车尾气污染对人体健康的危害J中国卫生工程学2002142042057李青汽车尾气净化用催化剂的结构及特性J环境保护1998419228邵宇李国祥艾萍汽车尾气污染控制技术新进展J云南化工200532668709李景如汽车尾气净化用催化剂的结构与特性J国外环境科学技术19974212410沈迪新陈宏德田群我国汽车尾气污染污染控制工程与对策J环境科学进展19975623411柴振洪环境污染控制M北京中国环境科学出版社199312沈迪新陈宏德田群我国汽车尾气污染环境控制对策J环境科学进展199755233213周逸潇许庆峰杨丽张宝贵汽车尾气污染的净化处理技术A南开大学环境科学与工程学院天津中国人民解放军军事交通学院天津天津化工第23卷第6期2009年11月14沈迪信陈宏德田群我国汽车尾气污染J环境学进展15吴少娟稀土催化材料在汽车尾气净化中的应用广州广一大气治理工程有限公司A广东化工2010年第8期第37卷总第208期16相会强刘建勇檀丽丽纳米稀土催化技术在汽车尾气净化中的应用J现代化工20061037938117魏伟史庆南魏坤霞汽车尾气三元净化催化剂的研究新进展A昆明理工大学材料科学与工程系贵金属2002年6月第23卷第2期