汽车尾气污染控制技术

1、汽车尾气污染控制技术汽车尾气污染控制技术摘要：随着人们生活水平的不断提高，城市里汽车的数量正在以惊人的速度增 长，但随之而来的也有一些不容忽视的环境问题。汽车尾气排放量增多，导致 对环境的污染越来越严重，从而对人们的健康产生了许多不利的影响。控制汽 车尾气的排放，成为一个极其重要的问题。本文将介绍几种重要的汽车尾气控 制技术，以期对相关从业人员有所借鉴意义。关键词：汽车尾气；净化；技术1引言在现代文明的今天，汽车已经成为人类不可缺少的交通运输工具。自从1886年第一辆汽车诞生以来，它给人们的生活和工作带来了极大的便利 ，并逐渐发展 成为近现代物质文明的支柱之一，车与人类的生活越来越分不开。但是

2、，在汽车 产业高速发展、汽车产量和保有量不断增加的同时，汽车也带来了大气污染。汽车尾气危害人体的健康，腐蚀城市建筑，破坏城市景观，对人类生存环境造成了 严重影响。近年来，我国汽车保有量不断增加。截止 2014年，我国机动车总量已经超 过2.6亿辆，机动车驾驶人也超过 3亿人。我国已经连续多年成为世界机动车 产销第一大国。据估计，2020年我国汽车保有量将超过2亿，汽车大发展所带 来的环境问题将越来越严峻（黄亚，张非非，冯海波,2015）。2汽车尾气的成分和危害汽车排放的污染物主要来源于内燃机。其有害成分包括一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NQ）、硫化合物、颗粒（铅化合物、黑烟、

3、油雾等）、 臭气（甲醛、丙烯醛等）等，其中CO HC及NQ是汽车污染控制的主要大气污染 成分。汽车尾气对人类的健康危害很大，它可导致酸雨和城市光化学烟雾，影 响生态环境（黎维彬，马红，郝吉明，2000） 02.1 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CO CO与血液中的血红蛋白结合的速度比 Q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、呕吐等中毒症状（夏刚强，2008） 02.

4、2氮氧化合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、咽喉、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（夏刚强,2008）。2.3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

5、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，人体吸入后可明显感觉到呼吸系统不适，引起急性喘 息症（夏刚强,2008）。2.4硫氧化合物主要是指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（耿永生,2010）。2.5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

6、体物。苯已 被证明是致癌物质，WHO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 （耿永生,2010）。2.6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鸠上来自汽车含铅汽油的燃烧。铅化合物以颗粒状排入大气中，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

7、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（耿永生,2010）。3汽车尾气控制技术3.1传统的汽车尾气控制技术从技术来看，控制汽车尾气排放主要有3方面措施：机前措施、机内措施和机后处理措施。机前措施主要是在燃油中加入一些添加剂（如消烟剂），提高燃油质量，并使用无铅汽油，降低燃油中Pb、S、P等有害成分含量；机内措施是通过改变发动机的结构，提高燃油效率，使燃油尽可能充分燃烧；机外措施 是指在汽车排气管上安装尾气净化器，通过净化器过滤与催化燃烧使尾气中的 固体尘埃和有毒气体（如CO

8、HC NQ等）充分燃烧并转化为无毒气体排出（支浩, 汤慧萍，马军，王建忠，敖庆波，2014）。3.1.1机前措施提高燃料质量，开发清洁燃料。 在燃油中加入添加剂。在汽油中加入水，使水所占的比例达到10%就可以减少甚至完全消除一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物及铅尘的污染效果。 使用合适的润滑添加剂。比如，在机油中添加一定比例的固体添加剂， 就可以显著加强发动机的汽缸密封性能，从而使燃料燃烧充分，有害气体减少。 采用多种燃料。在汽车上可以使用压缩的天然气体、新的配方汽油、太阳 能、电力、生态燃料的蓄电池等为其提供动力，减少污染气体往大气中的排放。 推广乙醇汽油。乙醇汽油作为一种新型替代能源，是用普

9、通汽油和各种植 物纤维以及粮食加工成的乙醇按一定比例混合形成的。而且它作为一种新型的 清洁燃料，符合我国可再生能源发展和能源替代战略（屠璐倩，明君，2013）。3.1.2机内措施3.1.2.1废气再循环控制系统（EGR。废气再循环技术是一项广泛应用的技术。通过使一部分废气流回进气管， 降低了最高燃烧温度，抑制 NQ的生成。但EGR率过大会造成燃烧恶化的现象， 使燃油消耗率增大，HC排放量上升。电子控制废气再循环系统还可实现非线性 控制，控制范围和自由度大，更符合净化的实际需要。3.1.2.2汽油机直喷技术（GDI）。汽油机直喷技术是把汽油直接喷到燃烧室内与空气混合后燃烧，它同时具 有 汽油机和

10、柴油机的优点。直喷技术达到了均匀燃烧和分层燃烧的目的，极大提 了混合气体的混合程度，达到完全燃烧，有效降低未燃烧 HC的排放量。汽油机 直喷技术还能增加发动机的压缩比， 提高发动机的热效率，可节能30%以上（屠 璐倩，明君,2013） o3.1.3机外措施机外净化采用的主要方法是催化净化和过滤，要包括催化氧化技术（DO C选择性催化还原技术（SCR）、三效催化技术（TWC）、微粒捕集技术 （DPF ）等。其中应用最广泛的是三效催化技术。三效催化器又被称为三元 催化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排 出的CO HC和NO等有害气体通过氧化还原作用转变为无害的二氧化碳

11、、水和 氮气。3.2汽车尾气处理的新技术汽车尾气处理技术在不断地发展，其中了许多先进的处理技术。例如，等 离子技术净化汽车尾气、纳米 TiO2光催化技术处理汽车尾气、利用汽车尾气发 电、美国推出“完全燃烧的无污染汽车”、“德国比利时研制“以液态氢作燃料 的汽车等。3.2.1 ，等离子技术净化汽车尾气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HC CO得到充分氧化而大大减少有害物气

12、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CO HC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NO化合，生成无害的2、CO和HQ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NO的排放。此外，低温

13、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（孟淮玉，芮延年，查焱，杜海军，2008）3.2.2纳米TiO2光催化技术处理汽车尾气 二氧化钛是一种新型半导体材料，其化学性能稳定，在波长小于一定范围的光 照射下，能吸收能量高于其禁带宽度的波长光的辐射，产生电子跃迁，形成空 穴（h+）-电子（e-）对，从而产生活性很强的自由基和超氧离子等活性氧，易将有 机物和有害气体催化分解。根据这一理论，若将纳米二氧化钛添加到道路材料 中，在光照条件下，二氧化钛可变为催化剂，将汽车排放的一氧化碳、碳氢化 合物（HC）和氮氧化物被分别分解为的碳酸盐和硝酸盐，然后吸附在路面空隙中，遇雨天即可随雨水冲走（孙

14、立军，徐海铭，李剑飞，刘黎萍，2011）。323利用汽车尾气发电日本产业技术综合研究所与汽车零部件厂商ATSUMITE（共同开发出利用摩托车、汽车尾气发电的技术。该技术通过燃料电池和热电转换元件分别将未充 分燃烧的成分和尾气余热转换成电能。研究人员在发动机排气口处安装上固体氧化物燃料电池（SOFC和热电转换元件，将未充分燃烧成分和接近摄氏 500度的尾气余热转换成电能加以回收。 实验表明，该技术能够从一台排量 400cc的发动机中回收尾气总能量的 2.5%， 相当于一台功率400瓦的设备所发电量。今后，研究人员将具体着手研究其使 用成本及耐用性。据报道，此项技术不仅可以应用在摩托车、汽车上，还

15、可以 安装在工厂等的废气废热排放装置上，对充分利用尾气中剩余热量有重要意义。3.2.4美国推出“完全燃烧的无污染汽车美国福特汽车公司不久前推出了一种新研制成功的“完全燃烧的无污染汽 车。这种汽车“消除污染”的秘诀在于它的“催化罐”。福特公司研制的这种新 型催化罐，设置两个电极，使用时气体通过两个电极被点火燃烧。这样，在排 出之前经过“再次”燃烧的这种气体就很少带有污染物（田海军,2010）。3.2.5德国比利时研制“以液态氢作燃料的汽车以液态氢作燃料的汽车，是德国一家工业气体公司与比利时一引擎制造商 联合研制的。它不污染空气，能行驶 70k m路程。制造这种汽车的德国公司发明 了置于车上的液氢

16、燃料箱，比利时制造商则把传统的西德柴油机改装成用氢燃 烧驱动的奥托循环发动装置，并附有燃料预热系统和浓合系统。但要普及这种 以液态氢作燃料的汽车，还存在一个成本太高的问题（田海军,2010）。4结语总之，随着汽车工业的发展，其所带来的尾气污染问题十分严峻，严重影 响了人类健康和环境质量，成为制约工业发展和社会进步的重要因素之一。因 此，需要我们提高认识，积极采取各种有效的经济和法律手段，降低汽车尾气污染物额排放，提升城市形象，进而带来更多的经济效益参考文献耿永生.2010.汽车尾气污染及其控制技术.环境科学导刊黄亚，张非非，冯海波.2015.浅析汽车尾气污染的防治措施化学工程与装备.黎维彬，马红，郝吉明.2000.汽车尾气催