大气二次气溶胶的形成反应和清除方法课件

主要内容1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源2.大气二次无机气溶胶形成过程和反应3.清除二次无机气溶胶的途径和方法4.课题组静电吸附-光催化清除雾霾专利技术5.课题组纳米脱硝催化剂专利技术6.课题组煤炭环保助燃剂专利技术7.课题组其它环保节能技术开发情况8.讲座相关内容有奖问答和讨论1第1页/共25页主要内容1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源1第1页/共25中国消耗全世界大约1/2的煤炭、1/3的氮肥和1/9的石油，雾霾显然是人为来源为主的。每到秋冬季节，公众就担心雾霾会卷土重来，因为雾霾的危害比我们想象的还要大。面对频繁光临的雾霾，不能只是抱怨和期待大自然的冷风来驱散。住高楼、戴口罩和用空气净化器并不能从根本上免除雾霾的危害，我们总该做些什么吧！关于雾霾形成过程有许多理论，课题组从无机盐生成、结晶、溶解和风化的角度解释了雾霾的形成和消除过程；提出了清除雾霾的途径和技术方法。2雾霾下的天安门广场直面雾霾我有话说雾霾诱发多种疾病第2页/共25页中国消耗全世界大约1/2的煤炭、1/3的氮肥和1/9的石油，1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源灰霾颗粒物形状多样，以很细的固体粒子为活性种，表面富集有许多无机化合物和有机化合物。3含硫酸盐的雾霾粒子含硝酸盐的雾霾粒子含混合盐的雾霾粒子含不同无机盐的雾霾粒子显微图像放大1000倍的雾霾粒子图像第3页/共25页1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源灰霾颗粒物形状多样，以很1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源雾霾粒子中含量较多的化学成分有硫酸盐，硝酸盐，铵盐，地壳元素、有机碳和元素碳，各地灰霾的组成有所不同，并随季节和气象条件有所变化。雾霾的粒径一般为0.003-10µm，平均直径为0.3-1µm，用PM1.0表征最合理，但一般用在科学研究中。大气PM2.5指标能在一定程度上反映雾霾污染的程度，也是导致雾霾发生的主要原因之一。空气中粒径为2.5µm以下的中细颗粒能吸入人的肺部，称为可吸收颗粒物，对人体危害极大。4PM2.5到底有多小PM侵入人体的部位第4页/共25页1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源雾霾粒子中含量较多的化学1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源北京市全年PM2.5来源中，区域传输“贡献”约占28%～36%，本地污染排放“贡献”占64%～72%。在本地污染中，机动车排放31.1%、燃煤22.4%、工业生产18.1%

。其中，机动车除了直接排放PM2.5外，还是PM2.5中二次气溶胶的“原材料”和“催化剂”。5根据直接排放推算污染物来源根据化学成分推算污染物来源二次无机气溶胶第5页/共25页1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源北京市全年PM2.5来源据2015年全国环境监测工作现场会透露，机动车、工业生产、燃煤、扬尘等是当前我国大部分城市环境空气中颗粒物的主要污染来源，约占85%-90%。其中北京、杭州、广州、深圳城市的首要污染来源是机动车。1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源6PM2.5的三大来源机动车是PM2.5的元凶第6页/共25页据2015年全国环境监测工作现场会透露，机动车、工业生产、燃污染物直接排入大气形成的气溶胶称为一次气溶胶。一次气溶胶污染物之间相互反应或与大气中原有成分反应生成的新的气溶胶称为二次气溶胶，可细分为二次无机气溶胶和二次有机气溶胶。《Nature》杂志近期报道，中国雾霾的PM2.5中二次无机气溶胶占31%，二次有机气溶胶占27%。二次无机气溶胶是雾霾粒子的最主要组分和骨架，二次有机气溶胶通常以其为载体，它的形成和清除决定雾霾的形成和清除，可以从二次无机气溶胶入手研究雾霾的形成和清除。2.二次无机气溶胶形成过程和反应

7气溶胶分类和来源示意图二次气溶胶一次气溶胶第7页/共25页污染物直接排入大气形成的气溶胶称为一次气溶胶。2.二次无机2.二次无机气溶胶形成过程和反应

课题组首次将二次无机气溶胶的形成和清除当作(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O复合盐的反应生成、结晶、溶解和风化过程进行研究。反应主要原料是一次气溶胶SO2、NOx、NH3

、元素C和重金属以及大气中的O2和H2O；其中，元素C和重金属作为反应催化剂；将大气作为反应器，静风、逆温和较高的湿度条件为反应提供了高原料浓度和足够长的接触反应时间。大气中的SO2和NOx发生氧化反应和水合反应生成含有硫酸、硝酸和亚硝基硫酸的酸雾；然后与大气中含有的铵、钙、铝和铁等地壳元素化合物发生中和、沉淀和复分解反应生成以

(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O为代表的无机复合盐液滴。8SO2+NOx+NH3(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O重金属+CO2++H2O静风+逆温第8页/共25页2.二次无机气溶胶形成过程和反应

课题组首次将二次无机气溶2.二次无机气溶胶形成过程和反应当大气温度和湿度下降时就析出含大量结晶水的无机复盐(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O，同时复盐结晶吸水后体积膨胀形成比较稳定的二次无机气溶胶粒子，使PM2.5浓度提高。当大气湿度过高时二次无机气溶胶粒子又溶于水中形成液滴，使雾霾转化为雾，雾粒子凝聚后沉降清除，使PM2.5降低。当温度和湿度过低时，大量无机复盐(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O脱去结晶水，结晶粒子体积变小，风化分散为微小的粒子，使PM2.5浓度降低，大气能见度再次提高。9结晶析出结晶溶解结晶脱水湿度变化湿度过高湿度过低第9页/共25页2.二次无机气溶胶形成过程和反应当大气温度和湿度下降时就析2.二次无机气溶胶形成过程和反应一次气溶胶粒子能通过一系列反应形成二次无机气溶胶，主要包括化学氧化反应、催化氧化反应、光化学氧化反应、水合反应、复合氧化反应、中和反应、还原反应、沉淀反应、复分解反应等。10二次气溶胶形成示意图第10页/共25页2.二次无机气溶胶形成过程和反应一次气溶胶粒子能通过一系列2.二次无机气溶胶形成过程和反应

化学氧化反应SO2+O2

→SO32NO+O2

→NO22H2S+3O2

→2SO2+2H2O催化氧化反应SO2+O2+M→SO3+M2NO+O2+M→NO2+M光化学氧化反应NO2+hv→O*+NOO*+O2

→O3O*+RH→RO+H*RO+NO2→RONO2RH+hv→RO2RO2+NO2→RO2NO211PM2.5来源和组成示意图第11页/共25页2.二次无机气溶胶形成过程和反应

化学氧化反应11PM2.2.二次无机气溶胶形成过程和反应水合反应SO2+H2O→H2SO3

SO3+H2O→H2SO4

NO2+NO+H2O→2HNO23NO2+H2O→2HNO3+NO复合氧化反应NO+NO2+2H2SO4→2HSNO5+H2OHSNO5+SO2+O2+2H2O→2H2SO4+HNO3还原反应RONO2+H*→ROH+NO2RO2NO2→RO2+NO212第12页/共25页2.二次无机气溶胶形成过程和反应水合反应12第12页/共22.二次无机气溶胶形成过程和反应中和反应2NH4HCO3+H2SO4

→(NH4)2SO4+H2O+CO2NH4HCO3+HNO3

→NH4NO3+H2O+CO2CaCO3+H2SO4

→CaSO4+H2O+CO2沉淀反应Pb(NO3)2+(NH4)2SO4

→PbSO4+2NH4NO3AgNO3+NH4Cl→AgCl+NH4NO3复分解反应(NH4)2SO4+Fe2(SO4)3+24H2O→2NH4Fe(SO4)2·12H2O(NH4)2SO4+Al2(SO4)3+24H2O→2NH4Al(SO4)2·12H2O(NH4)2SO4+Ca(NO3)2→CaSO4·2H2O+2NH4NO313第13页/共25页2.二次无机气溶胶形成过程和反应中和反应13第13页/共23.清除二次无机气溶胶的途径和方法大气二次无机气溶胶清除方法也可分为物理清除法、化学清除法和光化学清除法等。近年来已公开了一系列通过电、磁、光、声和化学等方式清除雾霾的发明专利。物理清除法一般采用静电吸附原理，使带电荷的雾霾粒子吸附到带相反电荷的电极板上凝聚除去；也可以将高压产生的静电荷通过空气和水雾扩散开来，使空气中雾霾粒子感应相反的电荷，促进其凝聚沉降清除。荷兰发明家的埋地静电除霾设计国产除霾降尘清洁车14第14页/共25页3.清除二次无机气溶胶的途径和方法大气二次无机气溶胶清除方3.清除二次无机气溶胶的途径和方法化学清除法是用喷洒分散在大气气溶胶中的化学沉降剂改变大气中水滴的表面张力和表面自由能，提高水滴对气溶胶固体粒子的亲和力和渗透力，同时扩大了气溶胶固体粒子体积和比表面积，促进雾霾粒子凝聚沉降清除。无机型化学沉降剂主要包括

MgCl2、CaCl2、NaCl、AlCl3、Na2SiO3、Al2O3、SiO2和天然矿粉等。有机型化学沉降剂主要包括高性能吸水树脂、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和非离子表面活性剂等。15第15页/共25页3.清除二次无机气溶胶的途径和方法化学清除法是用喷洒分散在3.清除二次无机气溶胶的途径和方法光化学清除法是采用光化学催化剂加快光化学反应，使催化表面在光照射下产生电子e-和空穴h+，使催化剂表面吸附的污染物变性或分解。国内外已将TiO2光催化剂应用在公路上清除机动车尾气污染；也将TiO2光催化剂作为涂料组分其应用在建筑物、机动车、广告牌和公路护栏表面上。目前正在开发可见光激活的掺杂TiO2光催化剂和钙钛矿型光催化剂，光催化方法特点是除霾时不需要额外能源供应。16纳米TiO2光催化除霾路面纳米TiO2光催化除霾棚顶第16页/共25页3.清除二次无机气溶胶的途径和方法光化学清除法是采用光化学4.课题组静电吸附-光催化清除雾霾专利技术大气雾霾粒子总体上带负电荷；光催化剂几乎不带电荷，它不能主动捕集空气中的雾霾粒子，导致清除雾霾效率不高。项目组发明了将带正电荷的纳米Fe2O3/Al2O3与可见光激活的掺杂纳米TiO2复合，利用静电吸附-光催化复合作用减霾。课题组还发明将释放负离子的电气石与可见光激活的掺杂纳米TiO2复合，可以除霾净化空气和提高空气中负离子浓度。项目组还发明了将钙钛矿型光敏材料NH4SnI3和可见光激活的掺杂纳米TiO2复合，利用光敏材料产生的正电荷静电吸引带负电荷的雾霾粒子，促使其凝聚清除和光电催化分解。17可产生静电荷材料第17页/共25页4.课题组静电吸附-光催化清除雾霾专利技术大气雾霾粒子总体4.课题组静电吸附-光催化清除雾霾专利技术课题组已布局相关专利4件，代表性专利提供一种光催化灰霾消减剂制备方法，包括静电吸附剂形成，掺杂纳米TiO2光催化剂制备，有机硅成膜剂制备和光催化灰霾消减剂形成四部分。18有效组分消减灰霾时的用量为0.05-1.0g/m3灰霾空气，可直接喷洒在含灰霾空气中，也可预先涂布在构筑物表面上，在重灰霾天气下，2h内灰霾的消减率为60%-80%。第18页/共25页4.课题组静电吸附-光催化清除雾霾专利技术课题组已布局相关5.课题组纳米脱硝催化剂专利技术机动车尾气是城市雾霾祸首，专利公开了一系列采用廉价的钙钛矿催化剂脱除机动车尾气中NOx、同时脱除NOx和C颗粒物、同时脱除NOx、CO和CH的发明专利，还需要开发同时脱出NOx、CO、CH和C颗粒物的四元催化剂。随着机动车数量不断增多，即使全部实现“达标”排放，也难以使PM2.5总量大幅下降，机动车尾气治理任重道远。“宝马”大品牌在机动车NOx尾气治理上进行的高技术作弊行为令世人震惊。最近又曝光了“雪铁龙”重型柴油车尾气排放作弊被重罚的消息。“应付监管”和“唯利是图”是商家本性19宝马被曝尾气超标11倍标致雪铁龙重演尾气门第19页/共25页5.课题组纳米脱硝催化剂专利技术机动车尾气是城市雾霾祸首，5.课题组纳米脱硝催化剂专利技术

近年来加强了工业生产废气脱硝技术研发，力求NOx在排入大气之前转化为氮气，实现污染物的源头治理。NOx

的消除技术主要是NOx

选择性催化还原技术

、NOx

储存还原技术和NOx直接分解技术。目前NH3选择性催化还原NOx技术在应用中采用过量NH3才能将NOx催化还原为N2，存在NH3泄漏排放，只是表面上解决了NOx达标排放，同时为PM2.5提供了大量原料。虽然非贵金属脱硝催化剂V2O5-WO3-MoO3/TiO2和

La1-xSrxCu1-yMnyO3/Al2O3已在电力和石化大型装置上应用，但还存在耐硫、耐水性能差、使用寿命比较短、脱硝不彻底和运行成本高的问题。课题组已布局相关专利3件，代表性专利发明了钙钛矿型脱硝催化剂,不依赖外加还原组分对废气脱硝，提高了脱硝率，无二次污染。20脱硝是除霾的关键脱硝工艺复杂成本高钙钛矿结构催化剂第20页/共25页5.课题组纳米脱硝催化剂专利技术

近年来加强了工业生产废6.课题组煤炭环保助燃剂专利技术煤炭含有大量硫和氮，很难在燃烧前高效分离；而燃烧后从烟气中脱硫和氮需要投资巨大的专门设备和高昂运行费用。人们期望开发在燃烧中添加脱硫剂和脱硝剂，使硫化物转化为稳定的硫酸盐进入炉渣，使氮化合物转化为氮气排放。专利公开的固硫脱硝添加剂主要是Ca、Mg、Ba、K、Na、Al、Fe、Cu、Mn、Zn、Si盐或氧化物、稀土矿粉、过渡金属矿粉、粉煤灰、电石渣、硅藻土、TiO2

和生物质等。课题组发明了采钢铁酸洗废渣、粉煤灰、稀土矿粉和有机废液制备钙钛矿型煤炭固硫脱硝助燃剂，实现了以废治废和综合利用。并将发明设计转化为大学生创新创业实训项目，实现了教学、科研和社会服务一体化，一举多得。21天津静海超大渗污坑煤炭燃烧污染严重第21页/共25页6.课题组煤炭环保助燃剂专利技术煤炭含有大量硫和氮，很难在燃6.课题组煤炭环保助燃剂专利技术课题组正在进行相关专利布局，代表性专利是煤炭环保助燃剂的制备方法，包括金属盐的负载、活性氢氧化物的共沉淀、复合氧化物形成、钙钛矿型催化材料形成四部分。22第22页/共25页6.课题组煤炭环保助燃剂专利技术课题组正在进行相关专利布局23序号专利号专利名称发明人申请日期12017107001390一种光电催化灰霾清除涂层及其制备方法李建生，学生，刘炳光2017-08-1622017107100841一种高效清除灰霾涂层及其制备方法李建生，刘炳光，王少杰，学生2017-08-183201710809480X一种煤炭环保助燃剂及其制备方法李建生，学生，刘炳光2017-09-1142017107159421一种清除灰霾防污涂料及其制备方法李建生，学生，刘炳光2017-08-2152017107765031一种废气脱硝复合催化剂及其制备方法李建生，刘炳光，王少杰，学生2017-09-0162017107267163一种处理含NO废气的复合催化剂及其制备方法李建生，刘炳光，学生2017-08-2372017106944462一种光催化灰霾消减剂及其制备方法李建生，学生,刘炳光2017-08-15第23页/共25页23序号专利号专利名称发明人申请日期1201710700137.课题组其它环保节能技术开发情况

课题组开发太阳能电池发电技术从源头消减雾霾，已获得发明专利授权10多件，赢得了国内同行尊重。拟联合申报国家基金，合作研究太阳电池多功能涂料。针对国内燃油质量问题，项目组正积极争取与中海油天津化工研究设计院合作，拟在炼油助剂和燃油添加剂方面开展创新研究，共同提高国内油品质量，以减轻机动车尾气污染，力争完成2-3件专利布局。针对国家2030-2040年停售燃油车计划，项目组正筹备启动动力锂电池关键材料开发项目，力争今年完成4-6件关于无机锂离子吸附剂和从海水中提锂技术的专利布局。24第24页/共25页7.课题组其它环保节能技术开发情况

课题组开发太阳能电池发8.讲座相关内容有奖问答和讨论

（1）你认为灰霾的主要化学成分是什么？（2）你认为天津灰霾的主要来源是什么？（3）天津北京已经实现了煤改气，为什么雾霾仍然严重？（4）说出1-2种课题组清除灰霾的方法？你认为它有效吗？（5）课题组采用哪种方法进行煤炭固硫脱硝？（6）你对课题组哪种清除灰霾方法更感兴趣？（7）你对灰霾消减有什么好办法供大家分享？（8）你怎样看待燃油质量和雾霾之间的关联？（9）你认为环保电动车发展存在哪些技术问题？25第25页/共25页8.讲座相关内容有奖问答和讨论

（1）你认为灰霾的主要化学主要内容1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源2.大气二次无机气溶胶形成过程和反应3.清除二次无机气溶胶的途径和方法4.课题组静电吸附-光催化清除雾霾专利技术5.课题组纳米脱硝催化剂专利技术6.课题组煤炭环保助燃剂专利技术7.课题组其它环保节能技术开发情况8.讲座相关内容有奖问答和讨论26第1页/共25页主要内容1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源1第1页/共25中国消耗全世界大约1/2的煤炭、1/3的氮肥和1/9的石油，雾霾显然是人为来源为主的。每到秋冬季节，公众就担心雾霾会卷土重来，因为雾霾的危害比我们想象的还要大。面对频繁光临的雾霾，不能只是抱怨和期待大自然的冷风来驱散。住高楼、戴口罩和用空气净化器并不能从根本上免除雾霾的危害，我们总该做些什么吧！关于雾霾形成过程有许多理论，课题组从无机盐生成、结晶、溶解和风化的角度解释了雾霾的形成和消除过程；提出了清除雾霾的途径和技术方法。27雾霾下的天安门广场直面雾霾我有话说雾霾诱发多种疾病第2页/共25页中国消耗全世界大约1/2的煤炭、1/3的氮肥和1/9的石油，1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源灰霾颗粒物形状多样，以很细的固体粒子为活性种，表面富集有许多无机化合物和有机化合物。28含硫酸盐的雾霾粒子含硝酸盐的雾霾粒子含混合盐的雾霾粒子含不同无机盐的雾霾粒子显微图像放大1000倍的雾霾粒子图像第3页/共25页1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源灰霾颗粒物形状多样，以很1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源雾霾粒子中含量较多的化学成分有硫酸盐，硝酸盐，铵盐，地壳元素、有机碳和元素碳，各地灰霾的组成有所不同，并随季节和气象条件有所变化。雾霾的粒径一般为0.003-10µm，平均直径为0.3-1µm，用PM1.0表征最合理，但一般用在科学研究中。大气PM2.5指标能在一定程度上反映雾霾污染的程度，也是导致雾霾发生的主要原因之一。空气中粒径为2.5µm以下的中细颗粒能吸入人的肺部，称为可吸收颗粒物，对人体危害极大。29PM2.5到底有多小PM侵入人体的部位第4页/共25页1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源雾霾粒子中含量较多的化学1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源北京市全年PM2.5来源中，区域传输“贡献”约占28%～36%，本地污染排放“贡献”占64%～72%。在本地污染中，机动车排放31.1%、燃煤22.4%、工业生产18.1%

。其中，机动车除了直接排放PM2.5外，还是PM2.5中二次气溶胶的“原材料”和“催化剂”。30根据直接排放推算污染物来源根据化学成分推算污染物来源二次无机气溶胶第5页/共25页1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源北京市全年PM2.5来源据2015年全国环境监测工作现场会透露，机动车、工业生产、燃煤、扬尘等是当前我国大部分城市环境空气中颗粒物的主要污染来源，约占85%-90%。其中北京、杭州、广州、深圳城市的首要污染来源是机动车。1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源31PM2.5的三大来源机动车是PM2.5的元凶第6页/共25页据2015年全国环境监测工作现场会透露，机动车、工业生产、燃污染物直接排入大气形成的气溶胶称为一次气溶胶。一次气溶胶污染物之间相互反应或与大气中原有成分反应生成的新的气溶胶称为二次气溶胶，可细分为二次无机气溶胶和二次有机气溶胶。《Nature》杂志近期报道，中国雾霾的PM2.5中二次无机气溶胶占31%，二次有机气溶胶占27%。二次无机气溶胶是雾霾粒子的最主要组分和骨架，二次有机气溶胶通常以其为载体，它的形成和清除决定雾霾的形成和清除，可以从二次无机气溶胶入手研究雾霾的形成和清除。2.二次无机气溶胶形成过程和反应

7气溶胶分类和来源示意图二次气溶胶一次气溶胶第7页/共25页污染物直接排入大气形成的气溶胶称为一次气溶胶。2.二次无机2.二次无机气溶胶形成过程和反应

课题组首次将二次无机气溶胶的形成和清除当作(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O复合盐的反应生成、结晶、溶解和风化过程进行研究。反应主要原料是一次气溶胶SO2、NOx、NH3

、元素C和重金属以及大气中的O2和H2O；其中，元素C和重金属作为反应催化剂；将大气作为反应器，静风、逆温和较高的湿度条件为反应提供了高原料浓度和足够长的接触反应时间。大气中的SO2和NOx发生氧化反应和水合反应生成含有硫酸、硝酸和亚硝基硫酸的酸雾；然后与大气中含有的铵、钙、铝和铁等地壳元素化合物发生中和、沉淀和复分解反应生成以

(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O为代表的无机复合盐液滴。33SO2+NOx+NH3(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O重金属+CO2++H2O静风+逆温第8页/共25页2.二次无机气溶胶形成过程和反应

课题组首次将二次无机气溶2.二次无机气溶胶形成过程和反应当大气温度和湿度下降时就析出含大量结晶水的无机复盐(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O，同时复盐结晶吸水后体积膨胀形成比较稳定的二次无机气溶胶粒子，使PM2.5浓度提高。当大气湿度过高时二次无机气溶胶粒子又溶于水中形成液滴，使雾霾转化为雾，雾粒子凝聚后沉降清除，使PM2.5降低。当温度和湿度过低时，大量无机复盐(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O脱去结晶水，结晶粒子体积变小，风化分散为微小的粒子，使PM2.5浓度降低，大气能见度再次提高。34结晶析出结晶溶解结晶脱水湿度变化湿度过高湿度过低第9页/共25页2.二次无机气溶胶形成过程和反应当大气温度和湿度下降时就析2.二次无机气溶胶形成过程和反应一次气溶胶粒子能通过一系列反应形成二次无机气溶胶，主要包括化学氧化反应、催化氧化反应、光化学氧化反应、水合反应、复合氧化反应、中和反应、还原反应、沉淀反应、复分解反应等。35二次气溶胶形成示意图第10页/共25页2.二次无机气溶胶形成过程和反应一次气溶胶粒子能通过一系列2.二次无机气溶胶形成过程和反应

化学氧化反应SO2+O2

→SO32NO+O2

→NO22H2S+3O2

→2SO2+2H2O催化氧化反应SO2+O2+M→SO3+M2NO+O2+M→NO2+M光化学氧化反应NO2+hv→O*+NOO*+O2

→O3O*+RH→RO+H*RO+NO2→RONO2RH+hv→RO2RO2+NO2→RO2NO236PM2.5来源和组成示意图第11页/共25页2.二次无机气溶胶形成过程和反应

化学氧化反应11PM2.2.二次无机气溶胶形成过程和反应水合反应SO2+H2O→H2SO3

SO3+H2O→H2SO4

NO2+NO+H2O→2HNO23NO2+H2O→2HNO3+NO复合氧化反应NO+NO2+2H2SO4→2HSNO5+H2OHSNO5+SO2+O2+2H2O→2H2SO4+HNO3还原反应RONO2+H*→ROH+NO2RO2NO2→RO2+NO237第12页/共25页2.二次无机气溶胶形成过程和反应水合反应12第12页/共22.二次无机气溶胶形成过程和反应中和反应2NH4HCO3+H2SO4

→(NH4)2SO4+H2O+CO2NH4HCO3+HNO3

→NH4NO3+H2O+CO2CaCO3+H2SO4

→CaSO4+H2O+CO2沉淀反应Pb(NO3)2+(NH4)2SO4

→PbSO4+2NH4NO3AgNO3+NH4Cl→AgCl+NH4NO3复分解反应(NH4)2SO4+Fe2(SO4)3+24H2O→2NH4Fe(SO4)2·12H2O(NH4)2SO4+Al2(SO4)3+24H2O→2NH4Al(SO4)2·12H2O(NH4)2SO4+Ca(NO3)2→CaSO4·2H2O+2NH4NO338第13页/共25页2.二次无机气溶胶形成过程和反应中和反应13第13页/共23.清除二次无机气溶胶的途径和方法大气二次无机气溶胶清除方法也可分为物理清除法、化学清除法和光化学清除法等。近年来已公开了一系列通过电、磁、光、声和化学等方式清除雾霾的发明专利。物理清除法一般采用静电吸附原理，使带电荷的雾霾粒子吸附到带相反电荷的电极板上凝聚除去；也可以将高压产生的静电荷通过空气和水雾扩散开来，使空气中雾霾粒子感应相反的电荷，促进其凝聚沉降清除。荷兰发明家的埋地静电除霾设计国产除霾降尘清洁车39第14页/共25页3.清除二次无机气溶胶的途径和方法大气二次无机气溶胶清除方3.清除二次无机气溶胶的途径和方法化学清除法是用喷洒分散在大气气溶胶中的化学沉降剂改变大气中水滴的表面张力和表面自由能，提高水滴对气溶胶固体粒子的亲和力和渗透力，同时扩大了气溶胶固体粒子体积和比表面积，促进雾霾粒子凝聚沉降清除。无机型化学沉降剂主要包括

MgCl2、CaCl2、NaCl、AlCl3、Na2SiO3、Al2O3、SiO2和天然矿粉等。有机型化学沉降剂主要包括高性能吸水树脂、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和非离子表面活性剂等。40第15页/共25页3.清除二次无机气溶胶的途径和方法化学清除法是用喷洒分散在3.清除二次无机气溶胶的途径和方法光化学清除法是采用光化学催化剂加快光化学反应，使催化表面在光照射下产生电子e-和空穴h+，使催化剂表面吸附的污染物变性或分解。国内外已将TiO2光催化剂应用在公路上清除机动车尾气污染；也将TiO2光催化剂作为涂料组分其应用在建筑物、机动车、广告牌和公路护栏表面上。目前正在开发可见光激活的掺杂TiO2光催化剂和钙钛矿型光催化剂，光催化方法特点是除霾时不需要额外能源供应。41纳米TiO2光催化除霾路面纳米TiO2光催化除霾棚顶第16页/共25页3.清除二次无机气溶胶的途径和方法光化学清除法是采用光化学4.课题组静电吸附-光催化清除雾霾专利技术大气雾霾粒子总体上带负电荷；光催化剂几乎不带电荷，它不能主动捕集空气中的雾霾粒子，导致清除雾霾效率不高。项目组发明了将带正电荷的纳米Fe2O3/Al2O3与可见光激活的掺杂纳米TiO2复合，利用静电吸附-光催化复合作用减霾。课题组还发明将释放负离子的电气石与可见光激活的掺杂纳米TiO2复合，可以除霾净化空气和提高空气中负离子浓度。项目组还发明了将钙钛矿型光敏材料NH4SnI3和可见光激活的掺杂纳米TiO2复合，利用光敏材料产生的正电荷静电吸引带负电荷的雾霾粒子，促使其凝聚清除和光电催化分解。42可产生静电荷材料第17页/共25页4.课题组静电吸附-光催化清除雾霾专利技术大气雾霾粒子总体4.课题组静电吸附-光催化清除雾霾专利技术课题组已布局相关专利4件，代表性专利提供一种光催化灰霾消减剂制备方法，包括静电吸附剂形成，掺杂纳米TiO2光催化剂制备，有机硅成膜剂制备和光催化灰霾消减剂形成四部分。43有效组分消减灰霾时的用量为0.05-1.0g/m3灰霾空气，可直接喷洒在含灰霾空气中，也可预先涂布在构筑物表面上，在重灰霾天气下，2h内灰霾的消减率为60%-80%。第18页/共25页4.课题组静电吸附-光催化清除雾霾专利技术课题组已布局相关5.课题组纳米脱硝催化剂专利技术机动车尾气是城市雾霾祸首，专利公开了一系列采用廉价的钙钛矿催化剂脱除机动车尾气中NOx、同时脱除NOx和C颗粒物、同时脱除NOx、CO和CH的发明专利，还需要开发同时脱出NOx、CO、CH和C颗粒物的四元催化剂。随着机动车数量不断增多，即使全部实现“达标”排放，也难以使PM2.5总量大幅下降，机动车尾气治理任重道远。“宝马”大品牌在机动车NOx尾气治理上进行的高技术作弊行为令世人震惊。最近又曝光了“雪铁龙”重型柴油车尾气排放作弊被重罚的消息。“应付监管”和“唯利是图”是商家本性44宝马被曝尾气超标11倍标致雪铁龙重演尾气门第19页/共25页5.课题组纳米脱硝催化剂专利技术机动车尾气是城市雾霾祸首，5.课题组纳米脱硝催化剂专利技术

近年来加强了工业生产废气脱硝技术研发，力求NOx在排入大气之前转化为氮气，实现污染物的源头治理。NOx

的消除技术主要是NOx

选择性催化还原技术

、NOx

储存还原技术和NOx直接分解技术。目前NH3选择性催化还原NOx技术在应用中采用过量NH3才能将NOx催化还原为N2，存在NH3泄漏排放，只是表面上解决了NOx达标排放，同时为PM2.5提供了大量原料。虽然非贵金属脱硝催化剂V2O5-WO3-MoO3/TiO2和

La1-xSrxCu1-yMnyO3/Al2O3已在电力和石化大型装置上应用，但还存在耐硫、耐水性能差、使用寿命比较短、脱硝不彻底和运行成本高的问题。课题组已布局相关专利3件，代表性专利发明了钙钛矿型脱硝催化剂,不依赖外加还原组分对废气脱硝，提高了脱硝率，无二次污染。45脱硝是除霾的关键脱硝工艺复杂成本高钙钛矿结构催化剂第20页/共25页5.课题组纳米脱硝催化剂专利技术

近年来加强了工业生产废6.课题组煤炭环