摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大氣污染已經(jīng)成為全球性問(wèn)題。打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，化學(xué)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于大氣污染治理中。在技術(shù)理論上，化學(xué)技術(shù)在大氣污染治理中常用到催化法原理、吸收法原理和吸附法原理。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，對(duì)于大氣污染中常見的硫化物和氮氧化物污染組分，分別闡述了在催化法、吸收法和吸附法原理作用下，各個(gè)化學(xué)技術(shù)的反應(yīng)特點(diǎn)，旨在為研究學(xué)者提供有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：化學(xué)技術(shù)大氣污染催化法還原法吸附法

中圖分類號(hào)：x51

AnalysisoftheApplicationofChemicalTechnologyintheTreatmentofAirPollution

YANGCairong

LinfenVocationalandTechnicalCollege，Linfen，ShanxiProvince，041000China

Abstract：WiththerZZ5FHonvQSfrGP6budIaw==developmentoftheeconomy，airpollutionhasbecomeaglobalproblem.Inordertomakeourskiesblueagain，chemicaltechnologyhasbeenwidelyusedinthetreatmentofairpollution.Intermsoftechnicaltheory，chemicaltechnologyoftenusestheprincipleofcatalysis，absorptivemethodandadsorptionmethodinthetreatmentofairpollution.Inpracticalapplication，forthecommonsulfideandnitrogenoxidepollutioncomponentsinairpollution，thereactioncharacteristicsofeachchemicaltechnologyundertheprincipleofcatalysis，absorptivemethodandadsorptionmethodarerespectivelydescribed，aimingtoprovidevaluablereferenceforresearchscholars.

KeyWords：Chemicaltechnology;Airpollution;Catalysis;reductionmethod;Adsorptionmethod

化學(xué)在能源危機(jī)、環(huán)境保護(hù)、材料循環(huán)利用以及食品安全等戰(zhàn)略性、全局性重大問(wèn)題中具有重大作用。近年來(lái)，持續(xù)深入打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，提高空間質(zhì)量，減少重污染天氣，化學(xué)技術(shù)功不可沒(méi)。特別是，隨著工業(yè)生產(chǎn)、煤炭燃燒、社會(huì)生活等排放的污染物越來(lái)越復(fù)雜，硫化物、氮氧化物等大氣污染種類也越來(lái)越多，由此，研究化學(xué)技術(shù)在大氣污染治理中的應(yīng)用具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1化學(xué)技術(shù)在大氣污染治理中的理論分析

1.1催化法原理

催化法是靠催化劑的催化作用，將污染物經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，變成無(wú)害物質(zhì)或者轉(zhuǎn)化成其他易于除去的物質(zhì)。通常，凈化氣體污染物多見于多相催化作用，主要在于催化劑與反應(yīng)物在不同的相，與之相對(duì)應(yīng)的是均相催化作用。多相催化作用的原理為反應(yīng)物接觸催化劑表面，發(fā)生吸附，進(jìn)而導(dǎo)致化學(xué)鍵發(fā)生松弛。在此過(guò)程中，催化劑本身的化學(xué)性質(zhì)前后并不發(fā)生變化，只是加快了化學(xué)反應(yīng)速度，讓到達(dá)平衡的時(shí)間縮短。催化劑在化學(xué)反應(yīng)中并不是單打獨(dú)斗，助催化劑和載體起到畫龍點(diǎn)睛的作用。因此，助催化劑能增強(qiáng)催化劑的催化活性，載體能改善催化劑表面積和形狀、粒度。

盡管催化劑在化學(xué)反應(yīng)中前后化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生變化，但其性能仍然受到諸多因素影響，其中最主要的是老化和中毒，一般溫度越高，老化速度越快。因此，在選擇催化劑時(shí)不僅要求有極高的凈化效率，不發(fā)生二次污染，還要有較高的耐熱性、抗毒性和化學(xué)穩(wěn)定性。因此，應(yīng)用催化技術(shù)治理大氣污染時(shí)，催化劑選擇是關(guān)鍵，根據(jù)大氣污染物的不同，對(duì)應(yīng)不同的催化物，選擇不同的助催化劑和載體。

1.2吸收法原理

吸收法是靠吸收劑有選擇地吸收混合氣體中的一種或多種組分。吸收過(guò)程有物理吸收和化學(xué)吸收之分。其中，化學(xué)吸收指在吸收過(guò)程中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，在該過(guò)程中，吸收劑與組分發(fā)生選擇性化學(xué)反應(yīng)，從而分離出有害組分。由于大氣污染成分比較復(fù)雜，通常采用液體吸收法，可以處理大量污染物濃度相對(duì)比較低的廢氣，值得注意的是反應(yīng)過(guò)程中溶液吸收了污染物，需要進(jìn)行二次處理，以免再次造成污染。在吸收法過(guò)程中，吸收劑是關(guān)鍵。常用的吸收劑有水、堿性吸收劑、酸性吸收劑以及有機(jī)吸收劑，其中，堿性吸收劑可以與酸性氣體發(fā)生反應(yīng)，酸性吸收劑可以吸收氮化物，而有機(jī)吸收劑可以吸收聚乙烯醚等有機(jī)廢氣。

盡管在化學(xué)原理上，一種組分的吸收劑可以吸收多種有害物質(zhì)，或者一種組分的有害物質(zhì)可以被多種吸收劑進(jìn)行處理，但是，吸收劑選擇時(shí)仍要考慮諸多因素，既要考慮吸收劑的性能特點(diǎn)，吸收能力是否強(qiáng)，吸收容量是否大，也要考慮經(jīng)濟(jì)適用性，是否容易得到，價(jià)格是否昂貴，同時(shí)還要考慮循環(huán)利用問(wèn)題、二次污染物處理問(wèn)題、對(duì)設(shè)備的腐蝕性問(wèn)題、安全性問(wèn)題等，因此，在用吸收法治理大氣污染時(shí)，要根據(jù)城市實(shí)際情況，慎重考慮，且對(duì)于不同大氣污染物，選擇不同的吸收劑。

1.3吸附法原理

吸附法依靠固體表面上的分子引力或化學(xué)鍵的作用。與吸收過(guò)程類似，吸附過(guò)程也有物理吸附和化學(xué)吸附之分，不同的是，在實(shí)際吸附過(guò)程中，一般同時(shí)發(fā)生物理吸附和化學(xué)吸附，低溫時(shí)主要發(fā)生物理吸附，可進(jìn)行多層吸附，吸附速度快，但因分子間力作用的關(guān)系吸附力小，且吸附過(guò)程可逆，容易脫附；高溫時(shí)主要發(fā)生化學(xué)吸附，因未飽和化學(xué)鍵力的關(guān)系吸附力較大，吸附過(guò)程不可逆，不容易脫附，但吸附速度較慢，且吸附熱量大，被吸附物質(zhì)具有選擇性。

吸附法凈化大氣污染物具有諸多優(yōu)點(diǎn)，不容易造成二次污染，對(duì)于有用組分可以再回收利用，且設(shè)備簡(jiǎn)單，流程上容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但吸附劑具有飽和性特點(diǎn)，如果大氣污染物的被吸附物濃度大，則會(huì)使吸附劑很快飽和，因此吸附法不宜凈化污染物濃度高的氣體，并且吸附過(guò)程受到氣流速度影響，氣流過(guò)大，氣體分子與吸附劑接觸時(shí)間短，吸附量不佳，若氣流過(guò)小，則設(shè)備不得不增大，以應(yīng)對(duì)大量來(lái)不及處理的氣體。因此，在選擇吸附劑時(shí)，同樣要考慮諸多因素。吸附劑種類有很多，有天然的也有合成的，工業(yè)上常見的有活性炭、活性氧化鋁、硅膠、沸石分子篩等。

2.化學(xué)技術(shù)在大氣污染治理中的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用

2.1硫化物治理

隨著工業(yè)化進(jìn)程加快，大氣污染物組分變得復(fù)雜，其中硫化物，特別是歷來(lái)有大氣污染元兇的稱謂[1]：在空氣中與和發(fā)生反應(yīng)生成亞硫酸，引發(fā)酸雨問(wèn)題，造成植物、建筑的破壞。不僅如此，當(dāng)進(jìn)入呼吸系統(tǒng)可以刺激鼻腔和喉嚨，引發(fā)哮喘或肺功能下降，甚至一些因引起的社會(huì)公共安全事件已經(jīng)導(dǎo)致大量財(cái)產(chǎn)損失和人員的傷亡，給當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)和社會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重影響。對(duì)于的治理，一般采用脫硫的方式，催化法、吸收法和吸附法均比較常見，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還要綜合考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等多方面的因素。

2.1.1催化法

污染氣體中的，通過(guò)催化劑，發(fā)生氧化反應(yīng)，生成，最后變成被回收；或者發(fā)生還原反應(yīng)，生成，變成硫磺被回收。其中，在氧化反應(yīng)中，又以含有、等金屬離子的稀硫酸溶液作為吸收劑比較常見，當(dāng)催化劑為時(shí)，最主要的吸收反應(yīng)式為：。在該流程中，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，還可以獲得，或石膏（加入石灰石粉）。但具有腐蝕特性，在設(shè)備材料上要用鈦、鋁等特殊材料，投資相應(yīng)會(huì)加大。在還原反應(yīng)中，可以用或作為催化劑，以為例，吸收反應(yīng)式為：。在該流程中，最主要的是或的二次污染問(wèn)題，目前比較流行的是克勞斯工藝或改良的克勞斯工藝[2]來(lái)進(jìn)行催化氧化制硫的方法。

2.1.2吸收法

將污染氣體中的，通過(guò)吸收劑，發(fā)生反應(yīng)。吸收劑可以選擇鹽類、氨類的堿性吸收劑。對(duì)于處理低、中硫的污染煙氣，石灰石-石膏法作為煙氣脫硫的主流技術(shù)而被廣泛應(yīng)用，丹麥公司研發(fā)的旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法[3]亦具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，其主要以一定濃度的溶液為吸收劑來(lái)進(jìn)行脫硫，在霧化器內(nèi)，大量被分散的微細(xì)液滴附著在顆粒上，靠著液固二相組分與煙氣中的接觸，先遇液滴電離出和，再與液滴中的和反應(yīng)，其核心反應(yīng)方程式為：，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，產(chǎn)物結(jié)晶析出固體，進(jìn)而被除塵器攔截。

2.1.3吸附法

污染氣體中的，通過(guò)吸附劑，發(fā)生物理吸附和化學(xué)吸附反應(yīng)。對(duì)于低濃度的，常用的吸附劑為活性炭，在干燥、無(wú)氧條件下發(fā)生物理吸附，當(dāng)有和時(shí)發(fā)生化學(xué)吸附，反應(yīng)方程式為：，當(dāng)達(dá)到吸附平衡時(shí)，活性炭可以用水洗或加熱再生。傳統(tǒng)的活性炭微孔結(jié)構(gòu)較少且孔隙分布不均勻，容易積灰過(guò)多而造成阻塞，隨著材料和技術(shù)的發(fā)展，目前可以采用微波誘導(dǎo)、負(fù)載金屬、稻殼基等[4]改善活性炭活性，進(jìn)而提高對(duì)硫化物和氮化物的吸附能力，提高廢氣的脫硝脫硫效率。

2.2氮氧化物治理

氮氧化物是大氣污染的重要組分之一，主要為和。在各個(gè)地域、城市的不斷發(fā)展中，車輛運(yùn)行的尾氣排放，已經(jīng)成為大氣污染的主要因素之一，車輛行駛中排放的尾氣，對(duì)行人以及附近居民身體健康造成嚴(yán)重影響[5]，特別是城市人口密度越來(lái)越大，高層建筑密集，交通樞紐繁忙，可能導(dǎo)致大氣中的氮氧化物不易擴(kuò)散，以及一些黑色金屬冶煉廠、氮肥廠在生產(chǎn)使用硝酸的過(guò)程中，也會(huì)向大氣排放氮氧化物。在適當(dāng)?shù)臈l件下，和相互催化，加快硝酸的形成，而硝酸是形成酸雨的第二重要組分。對(duì)于大氣中氮氧化物污染治理，方法有很多，主要進(jìn)行脫氮處理，按照化學(xué)技術(shù)原理，可以采用催化法、吸收法和吸附法等多種方法。

2.2.1催化法

污染氣體中的和，通過(guò)催化劑，發(fā)生非選擇性還原反應(yīng)和選擇性還原反應(yīng)，其中，非選擇性還原反應(yīng)，生成，催化劑通常使用鉑，將其載在氧化鋁或鎳合金上，催化還原劑可以使用包含甲烷、低碳?xì)浠锏冉M分的混合氣體，最后變成焦?fàn)t氣、天然氣等被回收，在該流程過(guò)程中，氧的燃燒會(huì)放出大量的熱，因此反應(yīng)爐、渦輪機(jī)等裝置的材料需要能耐受較高的溫度。與之相比，選擇性還原反應(yīng)不需要燒去大量的氧，從而避免了非選擇性催化還原法在技術(shù)上存在的問(wèn)題。選擇性催化法也叫SCR，常用作為還原劑，只與污染物中的和發(fā)生反應(yīng)，不與氧發(fā)生反應(yīng)，主要反應(yīng)為：，在該過(guò)程中催化劑可以用貴金屬催化劑，也可以用非貴金屬催化劑。為保證催化劑的有效性，通?？刂圃谝韵耓6]，以提高催化劑的耐磨性。

2.2.2吸收法

污染氣體中的和，通過(guò)吸收劑，發(fā)生反應(yīng)。吸收劑可以選擇水、酸、堿等。當(dāng)水為吸收劑時(shí)，在水中的溶解度低，該方法雖然比較簡(jiǎn)單，但是用于脫氮的效果并不十分理想。當(dāng)酸作為吸收劑時(shí)，常用濃硫酸或稀硝酸，其中濃硫酸與氮氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成亞硝基硫酸，可以作為硫酸和硝酸生產(chǎn)的原料；稀硝酸吸收氮氧化物，屬于物理吸收，依靠氮氧化物在稀硝酸中的溶解度多少。當(dāng)堿作為吸收劑時(shí)，多采用和溶液作為吸收劑，前者價(jià)格相對(duì)低廉，但效果率低于后者。

2.2.3吸附法

污染氣體中的和，通過(guò)吸附劑，達(dá)到除去廢氣的目的。吸附劑可以為活性炭，利用活性炭吸附技術(shù)，不僅可以吸附硫化物，還可以吸附氮化物，通過(guò)改變工藝的壓力或溫度，在常溫下可以實(shí)現(xiàn)的硫化反應(yīng)生成硫酸，在高溫下將還原為，在催化下最終還原成。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，硫化物和氮氧化物是大氣污染中常見的污染組分，對(duì)于其處理可以按照催化法、吸收法、吸附法等原理，按照實(shí)際情況進(jìn)行選擇，要求效率高、響應(yīng)快、不產(chǎn)生二次污染、費(fèi)用低、安全性高等。隨著材料的發(fā)展和科技的進(jìn)步，化學(xué)領(lǐng)域的新興技術(shù)不斷變革，如納米光催化技術(shù)降解有害氣體、光催化制氫減少二氧化碳排放。隨著大氣污染問(wèn)題越來(lái)越復(fù)雜，更多新型治理方式將會(huì)出現(xiàn)，而化學(xué)技術(shù)的基本原理或?qū)⒏迂S富。

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