1、1.前言隨著汽車工業的飛速發展， 人們的出行條件得到了極大的改善，同時在很大程度上也推進了社會經濟的發展， 呈現出一片繁榮的景象， 出行變的舒適而便利。 無論在發達國家還是 發展中國家，汽車都具有巨大的市場空間，尤其是中國。城市汽車保有量迅速遞增，汽車排污負荷幅度加大，直接影響到空氣環境質量及人們的健康。對汽車尾氣污染控制技術的研究無疑是當今的一個重要課題。2.汽車尾氣概述2.1汽車排放污染物及其危害尾氣污染主要是指柴油、汽油等機動車燃料因含有添加劑和雜質，在不完全燃燒時， 所排出的一些有害物質對環境及人體的污染和破壞。 質在燃料不完全燃燒或燃氣溫度較低時產生較多。 負荷工作運行時，燃油不能很

2、好地與氧化合燃燒。溫、高壓而形成的。矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。汽車發動機排放的尾氣中有一部分毒性物尤其是在次序起動、噴油器噴霧不良、超另一部分有毒物質，是由于燃燒室內的高汽車排放的尾氣中含有上千種化學物質，除空氣中的氮、氧和水蒸汽為無害成份外，其余均為有害成份。這些有害物質可分為氣體和顆粒物兩大類。聞創溝燴鐺險愛氌譴凈。氣體包括：一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物、碳氫化合物、硫氧化合物、揮發性有機 物和臭氧等。顆粒物包括：碳黑、焦油和重金屬等。2.1.1 一氧化碳汽車發動機若進氣不足或燃油噴射時間過長，使得氣缸內燃油不能完全燃燒，則汽車尾氣中將產生CO。CO與血液中的血紅蛋白結合的速度比02快250

3、倍。CO經呼吸道進入血液循環，與血紅蛋白親合后生成碳氧血紅蛋白，從而削弱血液向各組織輸送氧的功能，導致人體缺氧，危害中樞神經系統，造成人的感覺、反應、理解、記憶力等機能障礙，弓I起頭暈、頭痛、嘔吐等中毒癥。重者危害血液循環系統，導致生命危險。殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。即使是微量吸入 CO ,也可能給人造成可怕的缺氧性傷害。交通高峰時段常常出現CO的污染峰值，汽車內濃度有時比車外更高。釅錒極額閉鎮檜豬訣錐。2.1.2氮氧化物氮氧化合物主要是指一氧化氮和二氧化氮，它是發動機大負荷工作時，在燃燒室高溫富氧的環境中產生的一種褐色且有臭味的氣體。氮氧化合物吸入肺部后能形成亞硝酸和硝酸， 對肺組織產生強烈的刺

4、激和傷害，以致引起肺部病變。當空氣中氮氧化合物含量達10 20ppm 時，可刺激鼻粘膜、咽喂、氣管、眼角膜等，弓I起呼吸道干澀不適，流淚及紅眼病 等病癥；當氮氧化合物超過 500ppm時，幾分鐘內就可使人出現肺氣腫而死亡。彈貿攝爾霽斃攬磚鹵廡。在二氧化氮濃度為 9.4mg/m3 的空氣中暴露10 min，即可造成人的呼吸系統功能失調。 此外，氮氧化物還會導致酸雨和光化學煙霧污染，在水系中的沉降會造成富營養化。謀養摶篋飆鐸懟類蔣薔。2.1.3碳氫化合物碳氫化合物是不完全燃燒的排放物，包括未燃和未完全燃燒的燃油和機油蒸汽，氣態時是VOCs，固態則為顆粒物。單獨的碳氫化合物只有在濃度相當高的情況下，

5、才對人體產生 傷害，一般影響不大。但碳氫化合物和氮氧化合物在陽光紫外線照射下發生化學反應，形成光化學煙霧。當光化學煙霧中的化學氧化劑超過一定濃度時，即對人體產生較強刺激性，人體吸人后可明顯感覺到呼吸系統不適，引起急性喘息癥。廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。2.1.4硫氧化物主要是指SO2，它是形成酸雨的主要成分，嚴重污染河流、湖泊等水系，殃及野生動植物的生存安全，破壞生態系統的自然酸堿平衡，并嚴重腐蝕建筑物。 對人類會造成氣管壁S02主要來繃緊，使呼吸道疾病加重，患有心肺疾病和哮喘病的人尤其敏感。汽車尾氣中源于柴油車的排放。煢楨廣鰳鯡選塊網羈淚。2.1.5揮發性有機物包括多環芳烴（PAH）、苯系物、烯烴

6、等，是光化學煙霧形成的前體物。苯已被證明是致 癌物質，WHO（世界衛生組織）認為即使微量的苯，對人體健康也是有害的。除尾氣排放外，汽車燃油箱和加油過程中也會排放揮發性有機物。鵝婭盡損鶴慘歷蘢鴛賴。2.1.6臭氧光化學煙霧主要的生成物是臭氧，具有強氧化性，可使空氣能見度降低， 橡膠制品開裂損壞，植物受害。臭氧刺激呼吸系統的黏膜，導致咳嗽、呼吸困難，削弱肺功能，對室外鍛 煉的人特別有害。臭氧還引起一些常見癥狀，如頭疼、眼鼻喉刺癢、深呼吸時胸部不適等。臭氧會增加人對過敏源如花粉的敏感性，也降低人體對細菌和病毒的抵抗力，如易引起感冒、肺炎等。籟叢媽羥為贍債蟶練淨。2.1.7 鉛鉛是有毒的重金屬元素，

7、為了改善燃油的抗爆性， 人們在汽油中添加含鉛物質四乙基鉛 或甲基鉛，導致汽車尾氣排放時產生含鉛化合物。預頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。城市大氣中的鉛60%以上來自汽車含鉛汽油的燃燒。鉛化合物以顆粒狀排人大氣中， 是污染大氣的有害物質。人體長期吸入含鉛顆粒濃度較高的空氣后，鉛會逐漸在體內積累。 當達到一定程度時，鉛阻礙血液中紅血球的生長，致使人體正常造血功能降低，血液、心肺器官等發生病變。滲釤嗆儼勻諤鱉調硯錦。而鉛對腦細胞和中樞神經的損害更是不可逆轉的，鉛侵入人體大腦時會引起頭疼、精神恍惚，嚴重時甚至會出現昏迷、驚厥等鉛中毒癥狀。由于鉛塵比重大，通常積聚在1m左右鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。高度的空氣中，因此對

8、兒童的威脅最大，直接影響兒童的智力發育。2.1.8碳煙微粒是指柴油發動機燃燒不完全所排出的黑色煙霧狀的炭煙顆粒。炭煙微粒能影響大氣、道路的能見度，并含有少量帶有特殊臭味的乙醛，吸入后使人感到惡心和頭暈。微粒表面吸附的可溶性有機物對人的呼吸道也有較大傷害。擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。固體懸浮顆粒的成分很復雜，并具有較強的吸附能力，可以吸附各種金屬粉塵、強致癌物苯并芘和病原微生物等。固體懸浮顆粒隨呼吸進入人體肺部，以碰撞、擴散、沉積等方式 滯留在呼吸道的不同部位，引起呼吸系統疾病。當懸浮顆粒積累到臨界濃度時，便會激發形成惡性腫瘤。贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。此外，懸浮顆粒物還能直接接觸皮膚和眼睛，阻塞皮膚的毛

9、囊和汗腺引起皮膚炎和眼結膜炎，甚至造成角膜損傷。壇搏鄉囂懺蔞鍥鈴氈淚。2.2汽車尾氣污染現狀隨著汽車社會擁有率的大幅增加， 汽車尾氣對大氣造成的污染也日益加重。 從全國來看 汽車尾氣污染分擔率已經上升到了 95% ,年排放一氧化碳為 3500萬噸，碳氫化合物為500 萬噸，氮氧化合物為 380萬噸。蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。我國定期發布空氣質量周報的30個城市的資料顯示，有相當一部分城市的空氣呈現中度、重度污染。環保部門監測表明：大氣中 HC的96% , CO的86% , NO。的56%來自 機動車排放，北京、上海、廣州等10余個城市已經出現最為嚴重的光化學煙霧的先兆。買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。上海1

10、993-1994 年監測結果表明：主要交通路口和路段大氣中的 CO平均濃度超標率 達27% ,最大超標倍數為2.1倍，NOx平均濃度超標率為 85% ,最高日均濃度超標倍數達 9倍;廣州1994年大氣環境監測結果表明： NOx、CO及總懸浮顆粒物（TSP）污染嚴重，其中以NOx污染最為嚴重，在繁忙區域，NOx日均值超標率達 80.4%;其他城市主要交通道路上大氣污染物超標現象亦很嚴重，有資料表明，這些區域的汽車尾氣污染都很嚴重。綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。而且，近年來隨著我國汽車產銷量的迅速增長，我國的汽車保有量越來越多，都集中在大城市，而且車況差，都集中在大城市，原油質量低，單車的排污往往高出國外

11、同類車的幾倍，因此汽車尾氣已對我國城市空氣質量造成巨大的威脅。驅躓髏彥浹綏譎飴憂錦。3汽車尾氣處理技術現狀3.1機內凈化技術機內治理技術是通過對發動機的調整和改造，改善燃燒過程，以防止或減少有害污染物在機內生成。機內凈化的主要方式是改進發動機的燃燒方法，即利用所謂稀薄燃燒方式來接近理想燃燒方式，以在較好的條件下使混合氣體燃燒，減少污染物的發生量。貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。由于一氧化碳的生成主要取決于空燃比，氮氧化物的生成主要取決于燃氣的最高溫度、 在高溫下停留時間和燃氣中的含氧量，根據他們生成的特點， 科學家有針對性地進行了治理技術研究。其措施有：一是改進燃燒室結構，如采用復合渦流控制燃燒，MCA

12、-JET三門發動機;二是改進點火系統，如在化油器上設置斷油裝置和稀混合氣供給裝置，采用延遲點火 裝置和晶體管點火裝置等。鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。目前國外已運用的機內凈化方法有：延遲點火法、廢氣再循環裝置（EGR）、控制燃燒裝置（CCS）、清潔空氣裝置（CAP）、電子控制汽油噴射系統裝置等，都能有效的降低一氧化碳、碳氫化合物的排放量，抑制氮氧化物的生成。構氽頑黌碩飩薺齦話騖。3.2機外凈化技術機內凈化能減少有害氣體的生成，但不能除去已生成的有害氣體。通常人們更關注的是機外凈化。催化凈化是目前研究與應用最多的機外凈化方式。輒嶧陽檉籪癤網儂號澩。70年代以來，許多國家都進行了汽車尾氣凈化催化劑的研究。

13、目前已投入使用的催化 劑主要有貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑兩種。堯側閆繭絳闕絢勵蜆贅。目前已投入使用的催化劑主要有貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑兩種。321貴金屬催化劑1978年美國Engelhard 公司首先推出了同時有效地處理汽車尾氣中的CO、HC和NOx三種氣體的貴金屬三效催化劑TWC。80年代中期，TWC的制備和應用已趨成熟，它以蜂窩狀堇青石為第一載體，以 Y-AI2O3為第二載體，Pt、Pd和Rh為活性組分，Ce、La等稀 土元素作為助劑。識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。貴金屬催化劑TWC具有機械強度高，比表面積大，氣阻小和活性高等優點， 在105r/h 的高速和300650 C條件下對3種污染

14、物的轉化率均高于 80% ,且行車10104km 無明顯 失活，但它也有自身的不足。 首先，它的轉化率受空燃比(A/F)影響較大。只有在發動機 A/F 達14.6的條件下操作時，催化劑對 HC、CO及NOx的凈化才可同時達到最佳值。 凍鈹鋨勞 臘錯癇婦脛糴。因此，2等發達國家的汽車排氣管中普遍安裝了具有氧探頭的燃料噴射電子控制系統，以控制A/F比在理想的狀態。其次， Pt、Rh、Pd等貴金屬價格昂貴，資源有限，且抗SO2和Pb中毒性能差，限制了它的普遍使用。因此，國內外科研工作者開始致力于非貴金屬催 化劑方面的探索。恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。3.2.2非貴金屬催化劑近年來，過渡金屬和稀土元素的氧化

15、物型和復合氧化物型催化劑一直受到人們的重視。已有一些過渡金屬氧化物型、鈣鈦礦型的催化劑研制成功并投入使用。對于稀土資源豐富的我國來說，開發非貴金屬催化劑具有廣闊的前景。鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統庫。譚宇新等以稀土元素 La、Ce和過渡元素Cu、Ca、Mn為主添加少量Pd作為活性組 分，研制出La-Co-Cu-Mn-Ce-Pd等稀土催化劑具有高活性， 高熱穩定性和和低起燃溫度，操作彈性好等特點。碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。有的研究者以Fe2O3為載體，經高溫焙燒制成一種新型復合金屬氧化物催化劑WCX-1(Re-Ni-Co-Cu-Ox/Fe2O3)，該催化劑具有較好的高溫活性及很強的抗SO2中毒和抗積炭性能。

16、閿擻輳嬪諫遷擇植秘騖。3.3提高燃油品質燃油品質與汽車尾氣也有著重要的關系，為此世界各國，特別是發達國家不斷對汽油質量做出越來越嚴格的規定。通常，降低汽油中苯、硫、芳烴、烯烴含量，降低雷德蒸汽壓， 并在汽油中添加含氧化合物，可以減少汽車尾氣中污染物的排放。氬嚕躑竄貿懇彈濾頷澩。此外，世界各著名機構研究的固體酸烷基化技術都能有效減少汽油中的烯烴含量，降低汽油的蒸汽壓此外，采用吸附脫硫技術、催化蒸餾脫硫技術、選擇性加氫脫硫工藝、在重整裝置中增加苯抽提工藝等都能有效減少汽油中硫、苯、芳烴的含量，提高汽油的品質，改善汽油的質量，從而降低汽車尾氣中有害物質的排放量，減輕汽車尾氣的危害。釷鵒資贏車贖孫滅獅

17、贅。3.4替代原料技術4H - +3rp刪極匸卩/理扛卜勿- 40權酒息配應t址+ -Oj-HjO朗1 PEM咽池原理圏341燃料電池燃料電池是一種新型的無污染、無噪聲的汽車動力源，它可不經過燃燒而直接將燃料的 化學能轉化為電能。其可靠性高，適用性強，能量轉換效率高，污染小，噪聲低。慫闡譜鯪逕導嘯畫長涼。按電解質劃分，燃料電池大致分為五類： 堿性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（PAFC）、 固體氧化物燃料電池（SOFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、質子交換膜燃料電池（PEMFC）。 以PEMFC為例，其反應原理如圖（1）所示。氫氣（為了保持膜濕潤，一般在進入電池前進行 濕化處理）進入

18、電池擴散至陽極催化層與膜的界面，在鉑催化劑的作用下失去電子，形成質 子，質子由膜導通，在陰極與膜的界面， 在鉑催化劑的作用下與氧結合生成水，形成的水以 蒸汽或冷凝水的形式由過剩的反應氣從陰極氣室排走。諺辭調擔鈧諂動禪瀉類。342燃氣（天然氣、液化石油氣）采用清潔燃料治理汽車尾氣污染，天然氣、液化石油氣是汽車燃料的理想替代物。它們在發動機內可以充分燃燒，汽車發動機不必作大的改動就可直接使用，使汽車所排放的污染成分大大低于汽油發動機和柴油車。近年來由于環境保護的壓力和能源危機的影響，燃氣汽車得到世界上大多數國家政府的重視支持。日本已決定從2000年開始，在國內大量推廣燃氣汽車。其它燃氣汽車生產大國

19、，如德國、法國等也不甘落后，紛紛投入研制開發新型的燃氣汽車。大量的研究表明，汽車采用燃氣后，尾氣排放污染會顯著降低，且成本費用低，安 全性高，使用性能好。嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。在我國燃氣汽車的推廣活動已于上世紀末，本世紀初在全國范圍內蓬勃展開。北京、上海、四川川東地區等12個城市和地區被國家確認為清潔汽車試點示范城市（地區），在全面加強對汽車排放控制管理的同時，重點開展壓縮天然氣（CNG）和液化石油氣（LPG）汽車推廣工作。截至2002年6月底的統計，12個城市（地區）共建成加氣站360余座，改裝燃氣汽 車13余萬輛。上海市的 LPG加氣站達80余座，遍布全市區，80%的出租汽車燃用 LPG。

20、 北京市的單一燃料 CNG公交車已達到2000余輛，成為世界擁有 CNG公交車最多的城市。 四川充分利用天然氣資源的優勢，成都、德陽、綿陽等城市共建成CNG加氣站60余座，改裝CNG汽車17000余輛。這些成績為我國替代燃料汽車的推廣應用積累了極為寶貴的 經驗和打下了重要的基礎。熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機庫。3.4.3乙醇汽油將乙醇進一步脫水再加上變性劑后生成變性燃料乙醇。所謂車用乙醇汽油就是把變性燃料乙醇和汽油以一定比例混配制成的一種汽車燃料。鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。用乙醇汽油作為燃料的汽車早在上世紀已在巴西、印度等國家出現。在我國使用乙醇汽油作為汽車燃料在技術上已非常成熟， 部分地方開始推廣使用，

21、但成本較高，經濟效益不如 汽油車。紂憂蔣氳頑薟驅藥憫騖。乙醇可以有效改善油品的性能和質量，降低一氧化碳、碳氫化合物等主要污染物排放。它不影響汽車的 行駛性能，還減少有害氣體的排放量。乙醇汽油作為一種新型清潔燃料，是目前世界上可再生能源的發展重點，符合我國能源替代戰略和可再生能源發展方向，技術上成熟安全可靠，在我國完全適用，具有較好的經濟效益和社會效益。穎芻莖峽餑億頓裊賠瀧。中國最早生產乙醇燃料的企業是河南南陽的天冠集團，也是國家重點試點企業， 乙醇燃料最早試點地也是河南的鄭州，洛陽，南陽三地。現在主要是以甜高粱乙醇為主，甜高粱的低投入和高產出，是所有生物質中效益和發展潛力最大的。濫驂膽閉驟羥闈

22、詔寢賻。344生物柴油生物柴油是一種可再生的能源，它是由任何天然的油脂和甲醇（或乙醇）經過化學方法加工而成，它可以直接在柴油機上使用 （B100）或與柴油以任意比例混合使用 （B20）。銚銻縵嚌鰻 鴻鋟謎諏涼。使用生物柴油能減少溫室氣體排放，降低空氣污染另外生產和使用生物柴油對發展國內經濟，減少石油供給的需求，實現可持續發展等方面都有積極作用。 美國最初的興趣是以大 豆油作為生物柴油的原料，許多歐洲國家關注的是菜籽油。赤道氣候國家對可可脂和棕櫚油 更感興趣。日本則以廢食用油作為生物柴油的原料。 美國、德國和澳大利亞等已制定了生物 柴油的品質標準。 擠貼綬電麥結鈺贖嘵類。4.汽車尾氣處理技術發展

23、趨勢目前汽車尾氣處理的新技術有低溫等離子技術、光催化降解技術、汽車尾氣新型凈化劑、利用尾氣發電驅動和磁驅動技術。賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。4.1低溫等離子技術等離子體技術由于其凈化效率高，能同時處理多種污染物以及無二次污染等優點，在汽車尾氣凈化領域的應用中引起人們的特別關注。塤礙籟饈決穩賽釙冊庫。低溫等離子技術用于機內凈化主要是使空氣在送入內燃機燃燒室之前等離子化，通過等離子體發生器將空氣等離子化使得空氣中含有富足的原子氧和臭氧及其它激發態的氧，從而大大提高燃料的燃燒速率；同時等離子化的空氣中含有的氧粒子參與反應的能力比中性的氧 氣分子更強，可以使 HC、CO得到充分氧化而大大減少有害物氣體的生成

24、，這樣不僅可以 節約能量，且能在一定程度上降低污染物的排放量15。裊樣祕廬廂顫諺鍘羋藺。等離子體技術在機外凈化中的應用包括低溫等離子體的直接氧化還原法和低溫等離子體輔助催化還原法。前者主要是通過沿面放電或介質阻擋放電（機外凈化的低溫等離子體技術一般情況下主要采用這兩種方式）使得由發動機排出的尾氣等離子化，由于等離子化后的 尾氣中含有足夠的激發態的活性氧，極易與CO、HC發生反應；同時尾氣中含有的 HC和炭黑粒子又可以直接作為還原劑，在等離子區域與 NOx化合，生成無害的N2、CO2和H2O。后者是一種將低溫等離子體技術與三效催化技術結合使用的一種方法，是低溫等離子體輔助HC的選擇性催化還原系統

25、降低 NOx的排放。此外，低溫等離子體技術通過靜電捕集的方 法可以去除尾氣中的顆粒物 16。倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驚。4.2光催化降解技術近年來，國內外對以二氧化鈦（Ti02）為代表性催化劑的多相光催化進行了很多研究。隨著科學的發展，光催化納米材料被稱為21世紀最有前途的材料，光催化技術也隨之應用到降解汽車尾氣的問題當中。通常所說的光觸媒是一類以TiO2為代表的具有光催化功能的光半導體材料的總稱。日本科學家 Fujishima 禾口 Honda于1972綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。光催化降解技術是一種利用光觸媒進行催化降解反應的應用技術。年首次發現在近紫外光（380nm 波長的光）的作用下，金紅石型Ti

26、O2單晶電極能使水在常溫常壓下分解為氫氣和氧氣。如何將這種光催化材料安全、高效地噴灑到道路表面，以降驍顧燁鶚巰瀆蕪領鱺賻。解汽車尾氣保護生態環境是國內外相關研究領域十分關注的問題。光催化降解材料在紫外線的照射下，其中的TiO2，可產生游離電子及空穴，因而具有很強的光氧化還原能力，可氧化分解汽車尾氣中的有機化合物和部分無機物。同時，TiO2受光后生成的氫氧自由基能對有機物質和有害氣體進行氧化還原反應，將其轉化為無害的水、一氧化碳和鹽等。反應過程中，TiO2作為催化劑本身并不直接參與氧化還原的反應，而只是扮演發生反應所需要的媒介，本身的能力并不隨時間而消耗衰減，所以，在理論上具有永久性，可以隨時隨

27、地處理和凈化各種有害氣體，使周圍空氣保持清新健康的狀態。同時，降瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼而且由于納米級粉體具有可以更有效地解決汽車尾解反應生成的粘附到路面的附屬產物，下雨時會被雨水沖洗掉。4.3汽車尾氣新型凈化催化劑納米材料作為汽車尾氣催化轉化劑不僅減少了貴金屬的用量, 極強的氧化還原能力， 用納米級稀土化合物代替貴金屬作催化劑, 氣中一氧化碳和氮氧化物的污染問題。我國位于江蘇無錫國家高新區內的威孚力達催化凈化器有限責任公司，自主研發國川排放標準汽車尾氣納米稀土催化劑，已成功在奇瑞、沈陽金杯、海馬、北汽福田、吉利美日等車型上通過了國川匹配試驗，綜合性能在岡內處于領先地位。2008年起全面配套在國內主要機動整車上。鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類。鈣鈦礦型催化劑的化學式一般以ABO3 ,表示，A通常是堿金屬、堿土金屬或稀土等離子半徑較大的金屬，B則是離子半徑較小的過渡金屬，如Co、Mn、Cu、Ni等。此類催化劑，性能較優，在中溫區和中等空速時，具有與貴金屬催化劑相近的催化活性，且高溫下穩定，抗S、P等中毒能力強等，與貴金屬催化劑十分接近。貴