探究大氣污染治理中的催化技術(shù)

李現(xiàn)格LI Xian-ge

（邢臺市生態(tài)環(huán)境局隆堯縣分局，邢臺055350）

0 引言

隨著國家工業(yè)生產(chǎn)的日益進步，相關(guān)化石燃料的用量也在逐漸加大，這些化石燃料燃燒過程中會產(chǎn)生大量有害氣體，排放到空氣中會嚴重影響大氣環(huán)境，并在一定程度上影響人們的身體健康。由此可見，大氣環(huán)境的治理迫在眉睫?，F(xiàn)如今，國家大力提倡生態(tài)環(huán)境的保護，應(yīng)用催化技術(shù)可以針對大氣環(huán)境進行治理，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。因此，我們需要對相關(guān)催化技術(shù)加以大力研究，以更加有效地治理大氣環(huán)境。

1 大氣主要污染物及其來源

大氣污染物包含多種物質(zhì)，如一氧化碳、二氧化碳、硫化物、氮化物等。自然因素與人類活動都會產(chǎn)生大量二氧化碳，盡管地球會吸收大量二氧化碳，然而依然有很多二氧化碳無法被吸收，造成大氣中二氧化碳含量的逐漸加大。大氣中二氧化碳含量過高，會產(chǎn)生溫室效應(yīng)，于人類生產(chǎn)活動造成十分嚴重的影響。一氧化碳同樣是大氣中的污染物，主要由汽車尾氣排放而產(chǎn)生。氮化物主要源自于機動車排放的尾氣，工業(yè)生產(chǎn)廢氣中也會產(chǎn)生一些氮化物，二者占據(jù)氮化物排放量約為95%。甲烷的產(chǎn)生通常與人類活動密切相關(guān)，生活垃圾、機動車排放尾氣等都會產(chǎn)生大量甲烷。二氧化氮主要源自于自然界，人類活動同樣會產(chǎn)生二氧化氮。盡管地球會吸收大量二氧化氮，大氣中二氧化氮的含量相對較少，然而其也具有較為嚴重的危害性。利用催化技術(shù)可以對大氣污染進行治理，雖然無法使污染問題得到徹底解決，但能夠大幅減少大氣中污染物的含量，使大氣污染狀況得到有效緩解。比如，利用催化技術(shù)對大氣中的污染物進行凈化處理，能夠有效減少汽車尾氣排放的污染物，從而有效減小對環(huán)境造成的污染。

2 大氣污染治理中的主要催化技術(shù)

2.1 選擇性催化還原法

關(guān)于選擇性催化還原法，指的是催化劑針對還原劑進行作用，選擇性地對煙氣中含有的NOX進行還原處理，使其變?yōu)樗c氮氣，實際催化還原的過程中也能夠運用脫硝的方式，如此的操作方法具有一定便捷性，同時不會導(dǎo)致環(huán)境受到二次污染。具體進行脫硝反應(yīng)時，應(yīng)實施高溫布置，實際的反應(yīng)溫度范圍在290-420 度之內(nèi)，部分使用選擇性催化還原法的脫硝中還會存在一些污染物沒有發(fā)生反應(yīng)，比如沒有發(fā)生反應(yīng)的氨會變?yōu)榱蛩徜@。當前的技術(shù)發(fā)展中，氨無法完全發(fā)生反應(yīng)的情況不能夠得到有效規(guī)避，究其原因是反應(yīng)室中所注入的氨流量實際分布情況不夠均勻所導(dǎo)致，若是沒有合理控制溫度，或是使用的催化劑存在老化的情況，便會導(dǎo)致煙氣中含有的氨無法發(fā)生反應(yīng)。因此，實際操作過程中，應(yīng)確保催化劑的有效性，對催化劑的熱穩(wěn)定性加以科學(xué)控制，令所使用的催化劑在500度之下依然具有足夠的作用能力，保證催化劑足夠的耐磨性，避免表層磨損情況的發(fā)生。

2.2 催化凈化技術(shù)

關(guān)于催化凈化技術(shù)，通常針對汽車尾氣排放的處理采用這一技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展以及汽車產(chǎn)量的不斷增加，汽車尾氣逐漸變成了大氣污染的主要原因之一?？梢詰?yīng)用催化凈化技術(shù)，建立和汽車尾氣相對應(yīng)的溫度控制方法，促成更加綜合的催化轉(zhuǎn)型反應(yīng)機制，加強之于汽車尾氣的良好控制。實際操作中，可以使用五氣分析儀針對大氣中含有的HC、NOX和CO 等有害物質(zhì)加以檢測。因為汽車汽油燃燒時無可避免會產(chǎn)生一些污染大氣的有害氣體，而汽車熱反應(yīng)器針對HC 和CO 的實際轉(zhuǎn)化率相對有限，所以應(yīng)進行催化凈化處理。當前，國家大力提倡零排放治理觀念。所以，需要結(jié)合相應(yīng)的檢測結(jié)果確立汽車尾氣實際排放的情況，之后合理地應(yīng)用催化凈化技術(shù)實施還原處理，并確保還原過程中不會因為煙氣中含有的氧而產(chǎn)生氧化作用。通過相關(guān)配氣系統(tǒng)的控制以及溫度的管控，輔之以相應(yīng)催化劑能夠?qū)ζ囄矚獾膶嶋H轉(zhuǎn)化率進行更加合理的控制。對于汽車尾氣催化劑，通常包含高比表面涂層、助劑、載體等多個組成部分，當前所采用的催化劑多是負載型，通常都是固體形態(tài)。另外，催化劑需要確保較小的熱膨脹系數(shù)、較好的熱容量以及較強的耐腐蝕性，同時適合于再生形式，并保證具有豐富的載體材料，成本投入相對較少。

2.3 炭吸附氧化技術(shù)

關(guān)于碳吸附氧化技術(shù)，其能夠?qū)Υ髿庵泻械南嚓P(guān)硫化物進行有效捕捉。通常情況下，采用的是新型固體吸附劑，針對硫化物實施深度分離處理。采用這一技術(shù)有利于降低大氣治理的實際能量消耗，并具備大容易選擇性吸附硫化物的優(yōu)勢特點，該項技術(shù)能夠利用使溫度或是壓力發(fā)生變化，從而縮減捕捉氣體的成本投入。這一技術(shù)應(yīng)用中通常運用炭當作吸附劑和催化劑，其工藝過程通常分為兩個移動床，首個移動床中，利用活化焦對二氧化硫進行氧化及吸附，同時通過硫化反應(yīng)生成硫酸，這一操作通常在常溫下執(zhí)行。大氣中含有的二氧化氮發(fā)生還原作用，生成一氧化氮，之后在650 度的溫度下進行焦化處理，并將氨氣加入到第二個移動床中，對其進行還原處理，生成氮氣。執(zhí)行這一操作時需要盡可能規(guī)避硫發(fā)生氧化作用，對硫蒸氣在相應(yīng)反應(yīng)床停留的時間予以高度關(guān)注，盡可能減少在其中的停留時間，并對催化劑的表面積加以控制，確保催化劑表面孔徑相對較寬，且孔洞較淺，實際的反應(yīng)溫度應(yīng)保持在300 度范圍內(nèi)，規(guī)避由于溫度較低導(dǎo)致硫蒸氣凝縮于催化劑表層，同時應(yīng)采用相關(guān)措施對實際催化中時的逆反應(yīng)情況加以控制。

2.4 納米光催化技術(shù)

當前，太陽能逐漸變?yōu)橐环N主要的能源的形式，通過對太陽能的運用可以針對大氣污染進行有效治理。納米光催化技術(shù)便是基于太陽能的一種技術(shù)，在大氣污染的治理中發(fā)揮著十分重要的作用。相較于以往所采用的催化還原反應(yīng)治理方法而言，該項技術(shù)的優(yōu)勢更加明顯。其具體操作方法相對簡單，能夠有效規(guī)避二次污染的發(fā)生，發(fā)生催化反應(yīng)時，半導(dǎo)體材料會對VB 上的電子進行激發(fā)，活潑的電子會發(fā)生移動，到半導(dǎo)體界面，然而經(jīng)過氧化還原反應(yīng)獲取超氧自由基和羥基自由基，這樣便有效實現(xiàn)了污染物的降解，納米材料能夠良好地確保催化劑對相應(yīng)污染物質(zhì)的吸附，同時具備毒性較低的優(yōu)勢，具有相對較高的催化性，實現(xiàn)了對附產(chǎn)物的有效處理，獲取了較為良好的大氣治理效果。然而該項技術(shù)也存在一定缺點，納米光催化材料的相對不夠穩(wěn)定，并需要提升催化劑所具有的活性。

3 催化技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用

3.1 二氧化碳治理

伴隨人類經(jīng)濟活動的逐漸增加，實際排放的二氧化碳量也與之加大，與當前國家提倡的生態(tài)環(huán)境保護觀念背道而馳。此種狀況下，二氧化碳的排放逐漸受到了人們的廣泛關(guān)注。人們平日生活、工業(yè)生產(chǎn)以及汽車尾氣都會排放大量二氧化碳。為了有效降低大氣中二氧化碳的實際含量，保證生態(tài)環(huán)境良好的平衡性，國家出臺諸如“二氧化碳稅”這樣一些相關(guān)政策。與此同時，我們需要大力應(yīng)用零二氧化碳能源，如風能、太陽能等，也可以把二氧化碳注入到深海實施埋藏處理，或是通過強化回收的處理方式，吸收之后執(zhí)行提純操作，并將其當作相應(yīng)的化工產(chǎn)品生產(chǎn)原料，利用二氧化碳，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫漠a(chǎn)品是一種較為良好的處理方式。比如，在催化技術(shù)的作用下令二氧化碳和氨之間發(fā)生反應(yīng)，獲取乙醇或是甲醇等，令二氧化碳和甲烷之間發(fā)生反應(yīng)，生成乙酸或是氫。再如，針對電廠生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生濃度相對較高的二氧化碳進行收集，且使其轉(zhuǎn)化為其它燃料。使用“反轉(zhuǎn)燃料電池”，利用相關(guān)催化技術(shù)令水與二氧化碳發(fā)生轉(zhuǎn)變，使其變?yōu)槎酌鸦蚴羌状嫉群跫淄檠苌?。實際反應(yīng)過程中需要的電能可以使用具有一定清潔型及安全性的原子能。甲醇和相應(yīng)的衍生物可以當作氧化反應(yīng)的原料，也可以當作汽油或是其他碳氫化合物生產(chǎn)的原料，提升能源的實際利用率，并降低了二氧化碳的排放量，具有十分良好的二氧化碳治理效果。

3.2 二氧化硫的脫除

大氣污染物中SO2是主要的污染物之一，同時具有很大危害，利用催化技術(shù)可以針對二氧化硫污染進行有效治理，該項技術(shù)將煤炭燃燒過程中所產(chǎn)生的H2O 和CO 當作還原劑，對煙氣中含有的二氧化硫進行轉(zhuǎn)化，使其還原成單質(zhì)硫，然后經(jīng)過相應(yīng)冷卻處理，可以得到硫磺產(chǎn)品。與以往所采用的脫硫方法相比較，催化技術(shù)的優(yōu)勢較為明顯，以往所采用的脫硫方法僅僅可以把二氧化硫轉(zhuǎn)化成其它不同形態(tài)的廢渣或是廢物，然而這些廢物若是沒有經(jīng)過合理處理，會產(chǎn)生二次污染，無法使二氧化硫污染的問題得到徹底解決。而采用催化技術(shù)治理大氣污染，不但能夠有效縮減治理成本投入，同時通過治理最終生成的單質(zhì)硫可以在工業(yè)生產(chǎn)中進行應(yīng)用，具備更加良好的經(jīng)濟價值。

4 結(jié)束語

綜上所述，大氣污染的治理中，催化技術(shù)發(fā)揮著十分重要的作用。當前，環(huán)境問題變得越發(fā)嚴峻，相較于以往生化、物理、化學(xué)等大氣污染治理技術(shù)而言，催化技術(shù)的工藝處理流程更加簡單，相關(guān)的操作控制因素較少，能量消耗較低，同時利用催化技術(shù)不會產(chǎn)生二次污染，并有效節(jié)約了大氣污染治理的成本投入。當前，大氣污染治理中催化技術(shù)已經(jīng)獲取了較為普遍的運用，且收獲了十分良好的效果。今后我們應(yīng)進一步加大該項技術(shù)的推廣應(yīng)用，實現(xiàn)大氣污染的有效治理。