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發布時間：2019-01-21 10:42:40         來源 :

 

隨著工業化、城市化進程的快速推進，我國大氣污染正從局部單一源污染演變為普遍分布的區域復雜型污染，大氣污染問題已成影響公眾身心健康、制約經濟社會可持續發展的重大問題。大氣污染中所含有的污染物質包括含硫化合物、含氮化合物、碳氫化合物、含鹵素化合物等，現階段，這些有害物質的排放量已遠超過大氣環境可承受的范圍，這種趨勢下利用有效的技術手段對大氣環境進行保護是極為必要的。本文重點分析催化方法對大氣污染中的有害物質的凈化機理及凈化效果，以為改善大氣環境質量起到借鑒作用。
大氣污染的特點及成因
1大氣污染的特點
大氣污染源可以分為天然污染源和人為污染源兩種。天然污染源是指自然災害所帶來的有害物質， 而人為污染源則是通過人類日常生活及工作所排放的有害物質，其可分為工業污染源、生活污染源以及交通污染源。大氣污染具有以下特點：
①公共性：是指大氣環境屬于典型的區域性公共產品，生產并提供此類公共產品屬于區域共享性公共服務；②流動性：是指大氣在地形、地貌和氣壓等影響下，污染性氣體會隨之擴散到其他地區，跨界影響周邊地區環境質量；③外部性：是指空氣污染的負外部性， 污染產生者對他人帶來損害卻不必為之付出成本。
2大氣污染的成因
（1）工業生產。化工和煤炭企業是對大氣環境造成污染的重要企業，已達到了污染總排量的30%，其會在日常生產中向大氣排放出大量的有害物質及氣體， 這對大氣環境造成了非常大的影響；
（2）燃燒燃料。盡管我國大部分城市的居民已使用了天然氣，但尚未達到全面普及的程度，仍以煤作為主要燃料；在其中高硫煤是煤炭市場的主要物質， 這種煤在燃燒過程中會向大氣排放大量的二氧化硫，故對大氣環境造成嚴重污染；
（3）交通運輸。在汽車行駛過程中，尾氣會排放出大量的一氧化碳，對居民的身心健康造成嚴重影響，一些柴油車所排放出來的有毒物質及顆粒，甚至會增加居民各種疾病的發生率；
（4）市政建設。我國市政道路建設中，通常都帶有斜坡，即道路的路面會低于道路兩側的人行道， 這樣的設計會讓道路路面的灰塵無法被及時清理掉，灰塵經過長時間的積累，會形成揚塵天氣，也會對大氣環境造成一定的污染。
催化方法發展現狀
在工業化社會，催化方法的發展主要分為三個階段：①石油煉制技術發展時期， 出現了滿足工業初期發展需求的催化裂化、異構等技術；②在石油化工迅猛發展的時期，出現了分子篩催化技術；③在大氣環境問題日益突出的趨勢下，催化方法被逐漸應用到大氣環境保護中， 可通過消除有害物質的催化反應來達到避免二次污染的目的。除此之外，催化方法在汽車尾氣治理中的普及，間接推動了汽車升級改造；同時在以環境保護為主要目的的市場環境中， 有效推動了經濟社會各方面效益的提升，是環保時代發展過程中不容忽視的技術之一。
大氣污染防治技術中的催化方法
1選擇性催化還原法（SCR）
SCR 是指還原劑在催化劑的作用下， 選擇性的將煙氣中的NOx 還原為N2 和H2O 的脫硝方法，具有脫硝效率高（可達90%以上）、系統操作控制簡單、不會造成二次污染、技術成熟可靠等特點，被應用于燃煤電站煙氣脫硝中。
SCR 系統主要包含氨儲運系統、氨噴射系統、催化劑反應室以及相關的測試控制系統。SCR 脫硝反應器主要有高溫高塵布置（圖1）、高溫低塵布置、以及低溫低塵布置三種形式，其中高溫高塵布置應用最多，即SCR 反應器安裝在空氣預熱器、電除塵設備之前，省煤器之后。
在煙氣脫硝的過程中， 催化劑可以使部分煙氣中的二氧化硫氧化生成三氧化硫，其與SCR 脫硝過程中未反應的氨反應生成硫酸氫銨。在脫硝過程中由于氨的不完全反應，SCR 煙氣脫硝過程中氨逃逸是不可避免的， 且氨逃逸時間會發生變化， 氨逃逸率主要取決于以下因素： 注入氨流量呈不均勻分布；溫度；催化劑堵塞；催化劑老化。反應生成的三氧化硫會進
一步同煙氣中逃逸的氨反應，生成硫酸氫銨和硫酸銨，其反應如下

SCR 催化劑需滿足的條件為：
①熱穩定性：催化劑必須具備可在500℃反應溫度下長時間運轉的能力；②耐磨性：催化劑在應用過程中需具備較強的抗磨強度，防止出現磨損情況，而已中毒的催化劑在受到磨損后需將新鮮表面逐漸裸露出來， 可進一步提升和保持催化活性；③高活性：該條件需在較大的溫度區間內實現，一般情況下，排氣溫度是在保證脫銷效率的前提下，由鍋爐運行負荷所決定的；④催化床壓力減小和塵埃沉積少：大量實踐表明，采用蜂窩形狀塊陶瓷或金屬作為催化床， 其所產生的催化效果較好。
2汽車尾氣的催化凈化
汽車尾氣是造成大氣污染的主要污染源， 結合當前大氣污染控制現狀，可采用SCR 催化技術創建與汽車尾氣相匹配的溫度控制、催化轉化及反應監測等在內的控制系統。采用尾氣五氣分析儀對機動車尾氣所產生的CO、HC、NOx 等氣體成分含量進行檢測，根據檢測結果分析機動車尾氣排放情況。機動車尾氣成分含量中最主要的成分是NO， 利用SCR 催化技術對其進行催化轉化， 該技術的應用目的是將NO 選擇性的還原成N2。其中NH3 具備較高的選擇性，在一定的溫度范圍內，其會與NO 發生反應，同時還能不被其中煙氣中的氧所氧化，在這一過程中會有少量的NO2 被還原成N2，其操作原理
如下：

參照上述操作反應原理， 可得出催化轉化系統配氣的成分包括NO、O2、NH3、N2，其中N2 為平衡氣體。
3炭吸附和氧化技術
吸附過程使用新型固體吸附劑能夠可逆地從煙道氣流中捕獲硫化物，相較于其他的用于捕獲硫化物的分離技術，該方法具有減少再生能耗、大容量、選擇性強、易于處理等優勢。故利用改變壓力或溫度的方法在多孔固體介質上吸附是一個新興的替代方法， 其在實際應用過程中可減少在氣體捕獲過程中的有關成本。
有一種炭作為催化劑和吸附劑的工藝由2 個移動床構成，在第1 個移動床中活化的“焦”吸附和氧化SO2轉化成SO3，SO3與水反應生成H2SO4。此反應在常溫（20℃）下進行。NO2被還原為NO，在650℃下的惰性氣氛下加熱時“焦”被再生，SO3被還原為SO2，送到另外反應器，在49℃下SO2 被炭還原成單質硫。第2個移動床加入NH3，用還原法把NO 還原為N2。為了避免S 蒸氣的進一步氧化， 應當使S 蒸氣在反應床層中的停留時間變短，故催化劑的比表面積要小，表面結構上孔徑要寬、孔要淺。反應溫度在（200~300）℃范圍內，最好在250℃左右，避免在過低溫度下S 蒸氣催化劑表面上凝縮或在過高溫度下氧化。同時催化劑的活性組分和載體均不應對Claus 反應平衡有促進作用，以避免發生Claus 逆反應。
結語
綜上所述， 大氣污染防治是全世界各個國家在經濟發展過程中需予以重視的問題之一， 催化方法也是當前相關領域內研究的重點及難點。針對大氣環境中存在的有害物質可采用催化還原法等進行處理， 可實現對大氣污染狀況的有效控制。本文僅針對大氣污染防治技術中常見的幾種催化方法進行分析，其中仍存在諸多不足之處，需要進一步研究和完善，另外， 在實踐中僅依靠技術手段是無法全面實現大氣環境保護中，需全民參與到大氣污染治理中，進而促進生態型、文明型社會的構建。