淺談催化技術(shù)在大氣污染治理中的應(yīng)用

李鵬程

摘 要：大氣污染問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重危害到人體以及動(dòng)植物生命健康，因此必須采取相應(yīng)治理手段降低大氣污染程度，提高大氣質(zhì)量。本文聯(lián)系實(shí)際，詳細(xì)探討了納米光催化技術(shù)的凈化原理以及在大氣污染治理中的應(yīng)用，希望能為相關(guān)工作帶來(lái)些許幫助。

關(guān)鍵詞：納米光催化技術(shù);大氣污染;技術(shù)原理;具體應(yīng)用

隨著我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展與汽車數(shù)量的急劇增多，大氣污染程度日益提高，各地空氣中有毒有害物質(zhì)不斷增多，空氣質(zhì)量急劇下降。在此情況下，我國(guó)有關(guān)環(huán)保部門與各界衛(wèi)生組織都提高了大氣污染保護(hù)意識(shí)，并積極研發(fā)相應(yīng)防污染技術(shù)以改善大氣污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣環(huán)境的有效保護(hù)。在各類治理技術(shù)中，納米光催華技術(shù)由于適應(yīng)性高、治理效果理想而受到人們的關(guān)注。下面聯(lián)系實(shí)際，首先就這項(xiàng)大氣污染治理技術(shù)做簡(jiǎn)要分析。

1 納米光催化技術(shù)簡(jiǎn)析

納米光催化技術(shù)的原理是：在紫外光照射下，光催化劑在通過(guò)半導(dǎo)體過(guò)程中會(huì)受到一定刺激而產(chǎn)生電子、電荷以及空穴，以此同時(shí)，催化劑表面吸附的部分水會(huì)發(fā)生分解并產(chǎn)生氫氧的自由基。周圍的氧會(huì)在電子的作用下還原為活性離子氧，之后催化劑表面的污染物會(huì)被氧化吸附或者是被還原為二氧化碳以及水等無(wú)害物質(zhì)，最終達(dá)到凈化空氣的目的[1]。

與其他的催化技術(shù)相比，納米光催化技術(shù)具有更高的穩(wěn)定性，并且相對(duì)綠色環(huán)保，不易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染與破壞。同時(shí)隨著科技的發(fā)展，納米原料也更容易獲得，這也意味著納米光催化技術(shù)的應(yīng)用成本低。經(jīng)研究與實(shí)踐表明，納米材料的表面效應(yīng)以及量子尺寸效應(yīng)較高，因此空氣中的污染物質(zhì)更容易被納米材料所吸附，催化劑在光生載流子分離機(jī)遷移的效果會(huì)更高。隨著技術(shù)的日益成熟，納米光催化技術(shù)的應(yīng)用范圍也更廣，該項(xiàng)技術(shù)不僅被應(yīng)用于大氣污染防治，還被廣泛應(yīng)用于抗菌以及水污染治理等相關(guān)作業(yè)。這是因?yàn)榧{米光催化技術(shù)的光電化學(xué)性能更強(qiáng)，光催化活性更高，且對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害，因此是當(dāng)前一項(xiàng)十分重要、理想的大氣污染治理技術(shù)。合理應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，可讓空氣中的甲醛、苯等各種有毒有害物質(zhì)得到降解，讓大氣環(huán)境的清潔度、安全性更高[2]。

2 納米光催化技術(shù)在大氣污染防治中的應(yīng)用

2.1 納米光催化技術(shù)降解大氣中氮氧化物

目前，機(jī)動(dòng)車尾氣、石油化工以及使用油漆等一些人為活動(dòng)是大氣中污染物的主要來(lái)源。機(jī)動(dòng)車尾氣以及一些燃料中含有氮氧化物，這些物質(zhì)在不加處理的情況下排放到空氣中，將導(dǎo)致大氣所含有的細(xì)顆粒物增加，物質(zhì)累積到一定程度時(shí)會(huì)引起酸雨。相關(guān)研究表明，對(duì)于空氣中的氮氧化物可利用納米光催化技術(shù)來(lái)進(jìn)行處理，通過(guò)處理有效減少空氣中氮氧化物的含量，確?？諝猸h(huán)境安全。在利用納米光催化技術(shù)對(duì)大氣中氮氧化物進(jìn)行處理時(shí)，主要的處理與反應(yīng)過(guò)程如下：

在紫外光照射條件下，空氣中的氮氧化物將在二氧化鈦的催化下生成硝酸根，并使硝酸根附著在催化劑表面。此時(shí)將催化劑浸入水中，硝酸根將被溶解與水，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣中污染物質(zhì)的凈化，讓空氣質(zhì)量得以提高。

2.2 納米光催化技術(shù)降解硫化物

化工生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣中一般含有大量的二氧化硫與硫化氫，這些物質(zhì)會(huì)對(duì)大氣造成嚴(yán)重污染。研究表明，當(dāng)大氣中的硫化氫與二氧化硫含量長(zhǎng)時(shí)間超標(biāo)時(shí)，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生很大影響。且在不加治理的情況下，二氧化硫、硫化氫與空氣中其他物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成硫酸鹽、硫酸，并引發(fā)酸雨與霧霾，嚴(yán)重影響人體與動(dòng)植物生命健康。因此對(duì)于大氣中的硫化氫與二氧化硫，也需要運(yùn)用納米光催化技術(shù)進(jìn)行治理。二氧化鈦對(duì)二氧化硫、硫化氫等物質(zhì)能起到很好的催化與降解作用，可讓大氣中各類物質(zhì)大大降低，從而提高空氣質(zhì)量。具體如，相關(guān)研究表明，二氧化鈦對(duì)濃度在33～855（×100-6）范圍內(nèi)的H2S進(jìn)行降解率可高達(dá)99%。具體來(lái)說(shuō)，催化技術(shù)在工業(yè)廢氣處理中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在：對(duì)相關(guān)污染物質(zhì)的處理比較徹底，且在處理廢氣的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生二次污染，整個(gè)處理活動(dòng)不會(huì)消耗過(guò)多能量，比較清潔環(huán)保、經(jīng)濟(jì)可行。

2.3 納米光催化技術(shù)應(yīng)用于二氧化碳的還原

化石燃料以及生物質(zhì)燃料燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，當(dāng)空氣中的二氧化碳含量超標(biāo)時(shí)，溫室效應(yīng)也就更加明顯。近年來(lái)，全球氣候變化較大，全球變暖趨勢(shì)明顯，這均與空氣中的二氧化碳含量超標(biāo)有關(guān)。因此采用納米光催化技術(shù)對(duì)空氣中二氧化碳進(jìn)行降解與控制也是非常重要且必要的。利用納米光催化技術(shù)，可將大氣中的二氧化碳還原為CH2O、CH4等簡(jiǎn)單的有機(jī)物，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣環(huán)境的凈化與保護(hù)。研究與實(shí)踐表明，要想進(jìn)一步提高納米光催化技術(shù)的還原與防治效果，在應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)處理空氣中二氧化碳時(shí)可于催化劑中摻雜特定的金屬，從而達(dá)到優(yōu)化防治效果的目的。

2.4 納米光催化技術(shù)凈化機(jī)動(dòng)車尾氣

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，私家車數(shù)量不斷上升。大量的私家車與公共交通工具上路后將產(chǎn)生大量尾氣，這些尾氣中含有氮氧化物、一氧化碳以及揮發(fā)性有機(jī)物，有機(jī)細(xì)顆粒進(jìn)入到空氣中會(huì)導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降，大氣污染程度加劇。在傳統(tǒng)的技術(shù)體系下，貴金屬三相催化劑是最為重要的凈化汽車尾氣的物質(zhì)。貴金屬三相催化劑雖能起到一定的凈化與污染防治效果，但是也存在很多缺陷，如經(jīng)濟(jì)成本高，安全性較低，有可能對(duì)大氣以及人體造成二次傷害。因此在當(dāng)前背景下有必要利用納米光催化技術(shù)對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣進(jìn)行凈化與處理。在利用納米光催化技術(shù)解決汽車尾氣污染問(wèn)題時(shí)，是于半柔性堿性水泥路面中加入二氧化鈦催化劑，利用催化劑與水泥材料的中和反應(yīng)將附著在催化劑表面的無(wú)機(jī)酸催化劑產(chǎn)物去除，保證催化劑的活性，讓催化劑對(duì)汽車尾氣中的各類污染物進(jìn)行降解、去除。這種處理方式不僅可大大減小機(jī)動(dòng)車尾氣對(duì)大氣環(huán)境的影響，而且能有效增強(qiáng)路面的抗滑性、耐磨性，因此整體的應(yīng)用效果相對(duì)理想。在當(dāng)前機(jī)動(dòng)車數(shù)量不斷增多，汽車尾氣污染日益嚴(yán)重的背景下，相關(guān)部門可充分考慮將納米光催化技術(shù)應(yīng)用于長(zhǎng)隧道、收費(fèi)站以及停車場(chǎng)等汽車尾氣排放量較大的地點(diǎn)，以起到較好的污染防治作用。

在利用納米光催化技術(shù)治理汽車尾氣污染的過(guò)程中需注意以下問(wèn)題：汽車尾氣的凈化催化劑一般都為負(fù)載型催化劑，活性組分是輔助催化劑負(fù)載在載體上的，是起催化作用的組成部分。盡管輔助催化劑自身不存有催化的活性，但是其可讓主要催化劑的活性提高，可讓主要催化劑的壽命得到延長(zhǎng)，讓主要催化劑的催化、凈化功能得到增強(qiáng)。在具體的凈化處理作業(yè)中，需根據(jù)汽車載體材料來(lái)選擇相應(yīng)的催化劑，以保證整體的凈化與防治效果。當(dāng)前，陶瓷蜂窩載體的催化劑在汽車尾氣處理中應(yīng)用的較為廣泛，該種催化劑以一種堇青石的物質(zhì)為載體，可大大提高催化劑的活性成分，并增大催化劑與汽車尾氣的接觸面積，降低氣流流動(dòng)壓力，從而提高催化劑的凈化效果。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大氣污染問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人體與種植物生命安全，因此在當(dāng)前背景下應(yīng)對(duì)大氣污染問(wèn)題加以重視。相關(guān)部門應(yīng)繼續(xù)加大對(duì)催化技術(shù)的研究與優(yōu)化，進(jìn)一步提高技術(shù)性能，讓該項(xiàng)技術(shù)更好地服務(wù)于我國(guó)的大氣環(huán)境治理工作。

參考文獻(xiàn)

[1]龔小芝，酈和生，邱小云，孫杰.催化臭氧氧化技術(shù)及其應(yīng)用[J/OL].化工環(huán)保：1-6[2020-07-03].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2215.X.20200619.1654.010.html.

[2]華慶亮，陳瑜，張壽通.丁烯醛生產(chǎn)廢水濕式催化氧化處理技術(shù)研究[J].大連交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，41（03）：68-70.