汽車排放污染物的生態(tài)環(huán)境降解技術(shù)

周越珊 (茂名市環(huán)境技術(shù)中心, 廣東 茂名 525000)

0 引言

在對汽車排放污染物進行降解的過程中，光催化技術(shù)是一項關(guān)鍵的降解技術(shù)。通過該技術(shù)的合理應(yīng)用，可有效降解汽車排放到生態(tài)環(huán)境中的污染物，以此來保障生態(tài)環(huán)境的良性發(fā)展。因此，在具體的汽車排放污染物治理過程中，相關(guān)單位應(yīng)注重此項降解技術(shù)的合理應(yīng)用，以此來實現(xiàn)汽車尾氣的有效降解處理，讓生態(tài)環(huán)境得到良好保護。

1 光催化技術(shù)降解汽車排放污染物的應(yīng)用機理分析

光催化技術(shù)所應(yīng)用的主要材料是TiO2，這是一種寬禁帶形式的半導(dǎo)體材料，這種材料具有不連續(xù)性的能帶，主要組成部分包括空的高能導(dǎo)帶和填滿了電子的低能價帶，禁帶存在于導(dǎo)帶和價帶這兩者之間。禁帶的寬度叫做帶隙能，銳鈦型TiO2禁帶寬度是3.2 eV，其帶隙能在387.5 nm形式的光電子能左右。如果收到的光照輻射波長在357.5 nm以下，價帶電子將會在導(dǎo)帶上被激發(fā)，進而在導(dǎo)帶和價帶上分別產(chǎn)生活性非常高的電子e-和空穴h+，它們會和TiO2表面上吸附的O2和H2O等這些物質(zhì)產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，具體情況如下：

在具體的反應(yīng)過程中，TiO2主要用作催化劑，這種物質(zhì)本身并不會在氧化還原反應(yīng)中直接參與，它所起到的是一種媒介作用。在這樣的情況下，這種物質(zhì)也不會隨著反應(yīng)時間的延長而逐漸被消耗。所以就理論而言，TiO2在降解過程中具有永久性，可以對汽車排放的有害氣體隨時隨地進行凈化和處理，并將降解過程中所生成的附屬產(chǎn)物直接用水清洗干凈，以此來保障生態(tài)環(huán)境的健康可持續(xù)發(fā)展。

2 光催化技術(shù)在汽車排放污染物生態(tài)環(huán)境降解中的應(yīng)用機理分析

在汽車排放的尾氣中，主要的污染物成分包括SO2、HC、CO以及NOx，這些物質(zhì)隨著汽車尾氣排放到外面之后，首先接觸到的是路面材料。所以在通過光催化技術(shù)進行汽車排放污染物降解的過程中，主要的固定載體是路面材料。SO2和NOx氣體會在濃度梯度的影響作用下在催化劑表面擴散，因為這些物質(zhì)的活性非常高，所以在接觸到空氣中的氧氣時，便可直接被光催化氧化[2]。以下是具體的反應(yīng)式：

其中所形成的低蒸氣壓硝酸以及硫酸等物質(zhì)，可以在降雨過程中被除去，且在雨水經(jīng)過大氣環(huán)境中所含有的粉塵之后，其中的酸性幾乎可以被徹底消除，這樣便可達到良好的空氣凈化效果。

3 光催化降解技術(shù)在汽車排放污染物生態(tài)環(huán)境降解中的具體應(yīng)用分析

3.1 路面制備工藝

就汽車行駛的路面來看，最主要的兩種類型是瀝青路面和水泥混凝土路面。通過相關(guān)專家學(xué)者[5]的對比分析發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用TiO2進行汽車排放污染物光催化氧化的過程中，水泥混凝土路面的光催化效果會比瀝青路面更優(yōu)越[3]。所以在具體的汽車排放污染物生態(tài)環(huán)境降解過程中，大多會通過環(huán)保光催化形式的水泥混凝土路面來進行降解，這種路面材料的主要制備方法有三種，第一是將適量的TiO2粉末加入到水泥里，讓水泥具備光催化作用，然后再將其應(yīng)用到路面材料中[4]。第二是在進行多孔形式的水泥混凝土路面攤鋪過程中，將一定量的TiO2分層添加到其中，以此來達到良好的光催化降解效果。第三是將一層TiO2薄膜包裹在部分混凝土集料的表面。

但是在實際進行路面材料的制備過程中，以上這三種方法都會浪費更多的材料，且施工也比較困難，因此，為了讓這種光催化降解技術(shù)在汽車排放污染物降解中得以良好應(yīng)用，還需要對其制備工藝做進一步的研究。

除了以上的三種制備工藝之外，也可以通過硬化混凝土外部滲透的方法來進行具有光催化降解效果的路面材料的制備，這種方法主要是在對水泥混凝土路面進行養(yǎng)護的過程中，將TiO2水性漿液噴灑在其表面，讓納米級別的TiO2能夠盡量多地附著在水泥混凝土表面、裂縫以及孔隙內(nèi)，這樣就可以使其更加充分地和污染氣體以及陽光輻射接觸，不僅具備更好的催化性能，也可以避免材料浪費的情況，且施工復(fù)雜程度也會得到有效降低。噴灑TiO2水性漿液的噴灑機結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 光催化降解汽車排放污染物的噴灑機結(jié)構(gòu)示意圖

通過大量的研究和施工發(fā)現(xiàn)，這種噴灑機有著十分良好的工作效果。具體應(yīng)用中，可以直接將這種噴灑機安裝到微型面包車廂中來進行噴灑作業(yè)。作業(yè)過程中，主要通過噴灑機中的蓄電池來為其直流電機液泵提供驅(qū)動，管內(nèi)混合的TiO2漿液會通過噴嘴直接噴灑在道路表面。在對道路交通中的附屬設(shè)施進行噴灑的過程中，可以借助于手持形式的噴灑槍來進行噴灑施工。

3.2 降解效率和影響因素分析

在通過光催化技術(shù)進行汽車排放污染物的降解過程中，最需要重視的就是降解效果。將TiO2在水泥基表面固化，通過氙燈照射，可以對汽車排放污染物中濃度較高的NOx進行有效降解，根據(jù)研究與試驗發(fā)現(xiàn)，其降解效率可以達到83.92%。為了進一步研究混凝土試樣對于汽車排放污染氣體中的NOx降解效果的影響作用，以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的光催化劑、重復(fù)應(yīng)用等對于降解效果所產(chǎn)生的影響，有專家學(xué)者[6]特對其進行了全面研究，并討論了NOx的具體轉(zhuǎn)化過程。通過研究發(fā)現(xiàn)，在將納米級別的TiO2用作催化劑的情況下，路面材料將會對汽車排放污染物中的NOx起到很好的降解作用，具體情況如表1所示：

表1 將納米級別的TiO2用作催化劑對汽車排放污染物中的NOx降解情況

同時，通過研究發(fā)現(xiàn)，在TiO2這種光催化劑含量不同的情況下，催化材料對汽車排放污染物降解的效率將會隨著時間的變化而呈現(xiàn)出不同，在光催化材料中的TiO2含量在4%的情況下，汽車排放污染物將會達到最佳的降解效果。因為納米級別的TiO2具有非常大的表面張力，很容易在吸附作用下出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，在此情況下，這種光催化劑將會讓路面材料產(chǎn)生一定程度的分散效果，進而對其光催化效率造成一定程度的不利影響。為了讓這種情況得到有效改善，可以在路面應(yīng)用一些合理的分散方法，或者是將表面活性劑合理應(yīng)用于道路面，以此來降低TiO2光催化劑對路面材料所帶來的分散作用，實現(xiàn)汽車排放污染物降解效果的進一步提升。

另外，分散劑的種類、分散方法、分散時間以及分散濃度等對于光催化降解效果也會產(chǎn)生一定程度的影響作用。通過研究發(fā)現(xiàn)，將三價鐵離子用作分散劑的情況下，納米級別的TiO2的光催化性能將會得到顯著提升。而在對XRI譜以及TEM照片進行分析的過程中發(fā)現(xiàn)，之所以會出現(xiàn)這樣的情況，是因為三價鐵離子可以讓TiO2的能級得到顯著提升，以此來提高其催化活性。而在另外一些學(xué)者[7]的研究和分析中發(fā)現(xiàn)，將S以及N適量添加到TiO2催化劑中，將會進一步提升其吸收可見光的能力，這樣即使是在可見光條件下也可以讓汽車排放污染物得到有效降解。

3.3 具體應(yīng)用效果分析

為進一步驗證TiO2光催化劑在汽車排放污染物降解中的光催化降解效果，本次對某收費站廣場的路面光催化降解技術(shù)應(yīng)用進行了研究。通過實際工程的施工與應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)不僅施工十分簡單，成本也很低，其在具體應(yīng)用的過程中表現(xiàn)出了很高的光催化效率。本次所研究的收費站廣場面積僅僅在5 000 m2左右，在2018年完成了一層光觸媒形式的生態(tài)路面鋪層鋪設(shè)，其長度是120 m，通過兩年以來的監(jiān)測和分析發(fā)現(xiàn)，這短短的120 m光觸媒形式的生態(tài)路面鋪層鋪設(shè)便可將近45%的汽車排放污染物吸收。

4 結(jié)語

綜上所述，對于汽車排放的污染物，在進行治理的過程中，路面材料的降解治理是一項重要的技術(shù)措施。在這種措施的具體應(yīng)用中，光催化降解技術(shù)是最為關(guān)鍵的一項技術(shù)。為有效提升光催化降解技術(shù)在路面汽車排放污染物降解中的應(yīng)用效果，相關(guān)單位一定要對該技術(shù)加以深入研究，通過對其作用機理的研究、路面光催化降解材料的制備研究、降解效率及其各項影響因素的研究等來提升降解效果。通過這樣的方式，才可以讓汽車排放出的污染物及時得到有效降解，避免這些空氣污染物大量排放到生態(tài)環(huán)境中所帶來的危害，讓生態(tài)環(huán)境得到最大化的保障。這對于當(dāng)今汽車尾氣處理技術(shù)的發(fā)展、汽車行業(yè)的發(fā)展都將起到良好的促進作用，同時也可以進一步實現(xiàn)當(dāng)今社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。