(四川大学,四川成都610065)
摘要:随着我国经济社会持续高速发展,机动车保有量继续保持增长趋势,由机动车尾气造成的空气污染成为了首要问题。本文梳理了我国机动车保有量近况,介绍了机动车尾气污染物及其对人体动植物的危害,并提出了控制我国机动车尾气污染的技术与措施,主要包括机内净化、机外净化、改进燃油及新能源替代技术。
关键词:机动车;尾气污染;控制技术
引言
近年来,由于机动车数量的持续增加,其排放的氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、颗粒物(PM)等对环境造成了不可磨灭的伤害,机动车尾气带来的城市空气污染也不得不重视。针对此问题,笔者分析了中国机动车污染现状,并简述了机动车尾气污染控制技术。
1机动车尾气污染物
机动车的尾气较为复杂,由于其复杂性和多样性造成了不同程度的污染[1-2]。主要污染物包括:一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx),碳氢化合物(HC)、铅(Pb)、苯并芘(BaP)等[3]。
汽车燃料的不完全燃烧是有害气体产生的主要原因,其可以产生一氧化碳(CO)、颗粒物(PM)和碳氢化合物(CH),同时在高温高压的条件下会产生氮氧化物(NOx)。一般情况下,用于汽车功能的燃油大多使用含铅防爆剂,因此燃烧后会产生铅及其化合物[6]。
2机动车尾气处理技术
2.1机内净化
机内净化的方式一般由两种,一是改进发电机燃烧,二是控制有害物质产生。为控制有害气体的产生,需要了解其生成的决定性因素,根据研究表明,CO的生成主要取决于空燃比,而NOX的生成取决于最高温度。
废气再循环(EGR)为机内净化技术的一种[4]。该技术的应用主要有两个目的,一是提高燃料的利用性;二是降低污染气体的产生。排气歧管与进气歧管相连,此设计可以使尾气通过排气歧管进入进气歧管,这部分尾气可以进行二次燃烧,使燃烧更加充分,从而减少有害气体的排放。
电控汽油喷射系统(EFI系统)为另一种机内净化技术,是可能获得最佳空燃比的可燃混合气,从而控制CO的生成的技术。EEI系统主要由三部分组成,分别为燃油供给系统、进气系统、控制系统。其工作原理为由控制系统控制其汽油喷射。不同电控汽油喷射系统的控制系统的布置不完全一样,但基本原理不异。
除以上两种通过机内净化降低污染物的排放外,还有改进燃烧室结构,改进点火系统等机内净化方式。
2.2机外净化
机内净化技术主要目的在于控制有害气体的生成,而机外净化技术的目的在去除尾气中的有害气体。
2.2.1蒸发污染物控制
机动车(汽油车)除排放的尾气会污染大气外,它的燃油箱等燃料供给系统产生的汽油蒸汽,主要成分为HC,直接向外排放,也会污染大气。汽油车的燃油蒸发占HC总排放量的20%,是首要的污染源之一。
供油系统容易发生汽车燃油蒸发,通过以下几种方式产生:1)热浸损失;2)运转损失;3)昼间换气损失;4)渗透及迁移损失;5)注油损失。
燃油蒸发控制(EVAP)技术,可阻止燃油蒸发从而与大气混合,同时收集该部分蒸发燃油,用于二次利用[5]。
另一类防止汽油蒸发的技术为汽油车燃油蒸发排放物回收装置[6]。该成果有效的利用汽车发动机完成汽油蒸发吸附、脱附的再生循环,可使燃油蒸汽排放降低95%以上,节约燃油5%~10%。
2.2.2后处理装置
尾气的后处理装置有很多种,常用的为:热反应器,催化反应器,电晕处理器等。催化反应器为主要的机动车尾气后处理装置。
1)贵金属催化剂
贵金属三效催化剂(TWC)使用的贵金属为Pt、Rh和Pd三种贵金属。这种催化剂可以同时催化转化一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)。汽车排放的尾气经过该催化装置时,催化装置中的铂催化剂会作用于一氧化碳(CO)以及碳氢化合物(HC),使其催化氧化为水蒸汽(H2O)和二氧化碳(CO2),铑催化剂会作用于NOx,使其发生还原反应从而生成氮气(N2)和氧气(O2)[6]。
2)非贵金属催化剂
非贵金属催化剂也是一种机动车尾气后处理装置,一般来说,非贵金属催化剂指的是过渡金属催化剂和由稀有元素组成的催化剂。研究发现,当机动车尾气温度过高时,过渡金属的催化作用会降低,这是因为在高温情况下,过渡元素催化剂会烧结从而丧失活性。同时单使用稀土元素氧化物作为催化剂是无催化作用的。目前着重研究稀土-过渡金属氧化物作为催化剂,此催化剂能够很好解决过渡金属不耐高温,稀土氧化物活性低的缺点[7]。
2.3改进燃油
掺入添加剂,改变燃料成分,从而减少污染气体排放。
研究表明,在汽油中加入水至10%,对于一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOX)污染物排放有减轻作用。在当汽油中加入的甲醇比例控制在30%~40%时,机动车尾气的大气污染物有很大程度的减少。
此外,使用消烟剂是降低柴油黑烟生成的方法之一。目前研制出的消烟剂有金属盐添加剂、石灰石添加剂、有机硅添加剂等多种[8]。
2.4新能源替代技术
2.4.1清洁替代燃料汽车
清洁替代燃料汽车指的是使用清洁能源为燃料的汽车,一般使用的清洁能源包括:液化天然气(非石油提炼)、压缩天然气、醇类燃料、氢气等。
清洁替代燃料汽车的特点是使用清洁替代能源作为燃料,在减少燃油消耗的同时控制机动车尾气污染,减少CO、NOx和有害颗粒物的排放。
2.4.2电动汽车
1)纯电动车
纯电动汽车是由电力作为动力源的汽车。目前车用蓄电池应用最广的为锂离子电池,这是因为锂离子电池能量密度大、自放电小、无记忆效应,相比其他的电池有很好的优势。
2)燃料电池汽车
燃料电池作为汽车动力也是现目前的研究方向,其具有噪声小,污染少的特点。
3结语
随着经济的不断发展,机动车使用频率的加强,机动车保有量逐渐增加,强化汽车排放污染净化研究和开发势在必行,也是保护大气环境的关键。加强机内净化,机外净化、新能源替代、电动汽车、混合动力汽车等技术的研究,共同防止汽车尾气污染。
参考文献
[1]SmitR,BluettJ.Anewmethodtocomparevehicleemissionsmeasuredbyremotesensingandlaboratorytesting:High-emittersandpotentialimplicationsforemissioninventories[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2011,409(13):2626-2634.
[2]王科.汽车尾气危害及净化技术[J].山西:山西省晋城城市环境保护监测站,2013.
[3]田海军,机动车尾气污染控制的研究进展及新技术[X],阴山学刊,2010.
[4]王龙,张成,管乐乐.浅谈汽车燃油蒸发控制系统[J].科技展望,2016,26(30).
[5]金文才,汽车排出气的污染控制[J],环境科学,1983.
[6]魏笑峰.汽车尾气催化剂中贵金属的分析研究[D].福州:福州大学.2010.
[7]林培玫,俞寿明,非贵金属废气净化三效催化剂的研制[J],化学工程师,1996.
[8]吕九琢,王舅娜,维油添加剂的研究一有机钡盐的消烟助燃作用,环境科学学报,2010,7(3).
作者简介:李欣悦(1995年-),女,重庆市人,四川省成都市四川大学,环境工程专业,研究生。