納米TiO2光催化降解汽車尾氣技術(shù)國(guó)內(nèi)研究

楊 揚(yáng)，劉海蘋，武 鶴，王國(guó)峰，張王樂元

(黑龍江工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

汽車機(jī)械

納米TiO2光催化降解汽車尾氣技術(shù)國(guó)內(nèi)研究

楊 揚(yáng)，劉海蘋，武 鶴，王國(guó)峰，張王樂元

(黑龍江工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

隨著我國(guó)汽車保有量的逐年上升，汽車尾氣的排放危害日漸加劇，給人類的生存環(huán)境和身體健康造成了極大的威脅。納米TiO2光催化材料在光照條件下，能有效地分解汽車尾氣中NOx、HC、CO等有害物質(zhì)，改善空氣質(zhì)量，減少環(huán)境污染。文中論述了目前我國(guó)汽車尾氣的排放狀態(tài)、尾氣對(duì)身體健康的危害，歸納了近年來納米TiO2光催化降解汽車尾氣技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀。

納米；TiO2；光催化；汽車尾氣

1 引 言

截至2016年底，我國(guó)汽車保有量達(dá)到1.94億輛，這其中汽車保有量超過百萬輛的城市有49個(gè)，超過200萬輛的城市有18個(gè)，超過300萬輛的城市有6個(gè)。汽車數(shù)量的不斷攀升，給人民生活帶來了便捷和舒適，但是汽車尾氣的大量排放給人類的健康和生存環(huán)境造成了嚴(yán)重的威脅，導(dǎo)致近年來霧霾天氣頻發(fā)，呼吸系統(tǒng)疾病日漸增多。環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《2016年中國(guó)機(jī)動(dòng)車環(huán)境管理年報(bào)》顯示，我國(guó)已經(jīng)連續(xù)七年成為世界機(jī)動(dòng)車產(chǎn)銷第一大國(guó)，機(jī)動(dòng)車污染已成為我國(guó)空氣污染的重要來源，是造成灰霾、光化學(xué)煙霧污染的重要原因，機(jī)動(dòng)車污染防治的緊迫性日益凸顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年全國(guó)機(jī)動(dòng)車排放污染物初步核算為4 532.2萬噸，其中氮氧化物(NOx)584.9萬噸，碳?xì)浠衔?HC)430.2萬噸，一氧化碳(CO)3 461.1萬噸，顆粒物(PM)56.0萬噸。汽車是機(jī)動(dòng)車污染物排放總量的主要貢獻(xiàn)者，其排放的NOx和PM超過90%，HC和CO超過80%。

2 汽車尾氣危害及治理

眾所周知，汽車尾氣中的有害氣體會(huì)導(dǎo)致咳嗽、頭痛、咽喉痛、呼吸困難，對(duì)眼睛產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激，破壞人類的免疫系統(tǒng)，生殖系統(tǒng)，導(dǎo)致支氣管炎，慢性氣管炎等疾病發(fā)生，甚至誘變或致癌。為降低汽車尾氣的排放，2015年8月，第十二屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十六次會(huì)議通過了新修訂《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》，對(duì)機(jī)動(dòng)車環(huán)境管理工作提出了更高要求，并在汽車尾氣的產(chǎn)生原理和排氣凈化上做了大量的工作。TiO2光催化降解汽車尾氣技術(shù)在道路中的應(yīng)用是近幾年興起的一項(xiàng)治霾新措施，是一種環(huán)保型路面形式。在陽光照射條件下，添加到路面材料中的納米TiO2可作為催化劑，將汽車尾氣分解為相應(yīng)的碳酸鹽和硝酸鹽吸附在路面空隙上，殘余物遇到下雨天即會(huì)隨著雨水沖走。TiO2光催化降解汽車尾氣技術(shù)在道路中的應(yīng)用對(duì)降低汽車尾氣污染，改善空氣質(zhì)量，保護(hù)環(huán)境具有積極的作用。

3 國(guó)內(nèi)研究綜述

吉林大學(xué)都雪靜等人(2007年)進(jìn)行了納米TiO2含量對(duì)汽車尾氣因子降解效能影響試驗(yàn)研究。選用車輛處于怠速工況下所排出的汽車尾氣為試驗(yàn)樣本，利用納米光催化材料降解率計(jì)算公式，得到不同含量的納米TiO2光催化材料對(duì)汽車尾氣中有害因子NOx、HC、CO的平均降解率。測(cè)試結(jié)果表明：納米TiO2光催化材料對(duì)汽車尾氣中NOx、HC、CO等因子具有一定的影響效能，且降解趨勢(shì)一致。不同含量的納米TiO2光催化材料，對(duì)汽車尾氣中各因子的影響效能隨時(shí)間的變化降解率不同。

東北林業(yè)大學(xué)孫鳳英、馬春磊等人(2008年)進(jìn)行了納米TiO2對(duì)汽車尾氣中NOx的凈化效果與測(cè)試研究。研制了納米TiO2光催化物理模擬試驗(yàn)艙及其測(cè)試管理系統(tǒng)，通過制備納米TiO2混凝土負(fù)載基材試樣，對(duì)不同配比的納米TiO2材料在不同的光照、時(shí)間、水沖刷等試驗(yàn)條件下進(jìn)行光催化試驗(yàn)，研究納米TiO2材料對(duì)汽車尾氣中NOx的凈化作用。東北林業(yè)大學(xué)趙洺(2013年)進(jìn)行了瀝青路面TiO2降解汽車尾氣(NOx)監(jiān)測(cè)與效果評(píng)價(jià)研究。應(yīng)用質(zhì)譜分析法制成四種不同類型的催化劑，包括TiO2、P25和自制的鐵鈦、鋅鈦摻雜，然后進(jìn)行了光催化降解試驗(yàn)，選擇得到一種降解作用最好的催化劑，并利用分散劑制成溶液。將該溶液應(yīng)用在瀝青路面上，進(jìn)行了耐水性、附著力、抗滑性、耐磨性、凍融循環(huán)等各項(xiàng)性能試驗(yàn)，驗(yàn)證了該溶液能夠很好的固化和滲透在瀝青路面上，并能夠滿足瀝青路面性能指標(biāo)。

長(zhǎng)安大學(xué)張文剛(2014年)進(jìn)行了TiO2催化分解汽車尾氣瀝青路面材料研究。研發(fā)了TiO2催化分解汽車尾氣路面催化性能測(cè)試系統(tǒng)及參數(shù)，建立了HMA式及表面涂層式催化分解尾氣瀝青路面材料技術(shù)指標(biāo)體系。分析了HMA式及表面涂層式材料在工作過程中的影響因素，對(duì)HMA式推薦了催化材料及路面結(jié)構(gòu)。從催化性能衰減的角度，分析研究了兩種形式的連續(xù)反應(yīng)次數(shù)、沖洗數(shù)次、污染指數(shù)、壓密作用等因素。研究結(jié)果表明：納米TiO2含量、表面噴涂量、紫外光強(qiáng)度、溫度等影響因素對(duì)表面涂層式催化分解性能影響顯著。

長(zhǎng)沙理工大學(xué)劉成虎等人(2015年)開展了納米TiO2光催化技術(shù)在瀝青路面中的應(yīng)用研究。分成A和B兩種方式，A方式是將納米TiO2均勻分散在瀝青中，以瀝青為載體，B方式是將納米TiO2與礦粉均勻混合，以礦粉為載體。然后將5%的納米TiO2摻入到瀝青混合料中，研究不同摻量、光照強(qiáng)度對(duì)納米TiO2光催化性能的影響，并對(duì)其路用性能進(jìn)行試驗(yàn)分析。結(jié)果表明：相比B方式，A方式下成型的試件其光催化降解汽車尾氣的效果更好。長(zhǎng)沙理工大學(xué)錢國(guó)平(2016年)進(jìn)行了納米TiO2涂層在瀝青路面及稀漿封層中降解汽車尾氣的效果對(duì)比試驗(yàn)研究。采用硅烷偶聯(lián)劑將納米TiO2材料分別涂于普通瀝青砼和乳化瀝青稀漿封層上制得TiO2涂層，并通過制作車轍板進(jìn)行光催化降解試驗(yàn)，測(cè)試該涂層材料應(yīng)用于兩種路面結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)汽車尾氣中NO氣體的降解效果。結(jié)果顯示，當(dāng)TiO2與硅烷偶聯(lián)劑按質(zhì)量比1∶3混合時(shí)制得的涂層材料對(duì)NO降解效果最佳，該涂層用于普通瀝青路面時(shí)1 h內(nèi)對(duì)NO的降解率達(dá)到40%，用于路面封層時(shí)對(duì)NO的降解率接近30%，略低于相同條件下的普通瀝青路面。

北京建筑大學(xué)徐世法等人(2016年)進(jìn)行了水基TiO2涂覆液降解汽車尾氣效果評(píng)價(jià)研究。將TiO2光觸媒材料添加到水溶液中制備涂覆液并涂覆到AC瀝青混合料表面，研究表明：即時(shí)降解率可作為TiO2光觸媒材料對(duì)尾氣中的NO等氣體降解效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，TiO2光觸媒材料添加比例占涂覆液含量的2%時(shí)最為經(jīng)濟(jì)合理，路面的抗滑性能會(huì)因涂覆水基TiO2而降低，但仍滿足相關(guān)規(guī)范要求。并配制了Nano-TiO2摻量分別為30%、50%、70%的OGFC-13瀝青混合料，利用所開發(fā)的尾氣降解效果模擬評(píng)價(jià)系統(tǒng)，進(jìn)行了檢測(cè)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：在OGFC-13中添加Nano-TiO2可降解尾氣中的NO、HC、CO等有害氣體，且降解效果隨Nano-TiO2添加量的增加而提高。

4 結(jié)束語

納米TiO2光催化降解汽車尾氣技術(shù)在我國(guó)道路中的應(yīng)用研究尚屬剛剛起步，雖然得到了專家和學(xué)者的關(guān)注和重視，取得了一定的研究成果，但仍未在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。所有研究均表明，納米TiO2光催化材料對(duì)降解汽車尾氣的效果顯著，研究意義重大。

[1] 環(huán)境保護(hù)部. 2016年中國(guó)機(jī)動(dòng)車環(huán)境管理年報(bào)[R].2016.

[2] 都雪靜, 許洪國(guó), 關(guān)強(qiáng), 韓相春. 納米TiO2含量對(duì)汽車尾氣因子降解效能影響試驗(yàn)研究[J]. 公路交通科技, 2017,24(10):155-158.

[3] 馬春磊. 納米TiO2對(duì)汽車尾氣中NOx的凈化效果與測(cè)試研究[D]. 東北林業(yè)大學(xué), 2008.

AdissertationonresearchoverviewonnanometerTiO2photocatalyticdegradationautomobileexhaustinChina

YANG Yang, LIU Hai-ping, WU He, WANG Guo-feng, ZHANG Wang-leyuan

(College of Civil and Architectural Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050, China)

As Chinese car ownership increases year by year, the emissions of automobile exhaust are increasing. In the light condition, nanometer TiO2photocatalytic materials can effectively decompose hazardous gases including NOx、HC、CO, etc. in automobile exhaust, and improve air quality and reduce environmental pollution. The paper discusses the current state of automobile exhaust emissions, exhaust and its harm to human health, nanometer TiO2 photocatalytic degradation of automobile exhaust technology are summarized in the research status in China.

nanometer; TiO2; photocatalytic; automobile exhaust

2016-12-13

楊揚(yáng)(1975- )，男，黑龍江泰來人，副教授，研究方向：道橋工程。

哈爾濱市應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)項(xiàng)目(青年后備人才)(2014RFQXJ164)。

U467

：C

：1008-3383(2017)06-0176-02