纳米TiO2光催化降解汽车尾气技术国内研究

杨 扬，刘海苹，武 鹤，王国峰，张王乐元

(黑龙江工程学院 土木与建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

汽车机械

纳米TiO2光催化降解汽车尾气技术国内研究

杨 扬，刘海苹，武 鹤，王国峰，张王乐元

(黑龙江工程学院 土木与建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

随着我国汽车保有量的逐年上升，汽车尾气的排放危害日渐加剧，给人类的生存环境和身体健康造成了极大的威胁。纳米TiO2光催化材料在光照条件下，能有效地分解汽车尾气中NOx、HC、CO等有害物质，改善空气质量，减少环境污染。文中论述了目前我国汽车尾气的排放状态、尾气对身体健康的危害，归纳了近年来纳米TiO2光催化降解汽车尾气技术在我国的发展及研究现状。

纳米；TiO2；光催化；汽车尾气

1 引 言

截至2016年底，我国汽车保有量达到1.94亿辆，这其中汽车保有量超过百万辆的城市有49个，超过200万辆的城市有18个，超过300万辆的城市有6个。汽车数量的不断攀升，给人民生活带来了便捷和舒适，但是汽车尾气的大量排放给人类的健康和生存环境造成了严重的威胁，导致近年来雾霾天气频发，呼吸系统疾病日渐增多。环境保护部发布的《2016年中国机动车环境管理年报》显示，我国已经连续七年成为世界机动车产销第一大国，机动车污染已成为我国空气污染的重要来源，是造成灰霾、光化学烟雾污染的重要原因，机动车污染防治的紧迫性日益凸显。据统计，2016年全国机动车排放污染物初步核算为4 532.2万吨，其中氮氧化物(NOx)584.9万吨，碳氢化合物(HC)430.2万吨，一氧化碳(CO)3 461.1万吨，颗粒物(PM)56.0万吨。汽车是机动车污染物排放总量的主要贡献者，其排放的NOx和PM超过90%，HC和CO超过80%。

2 汽车尾气危害及治理

众所周知，汽车尾气中的有害气体会导致咳嗽、头痛、咽喉痛、呼吸困难，对眼睛产生强烈的刺激，破坏人类的免疫系统，生殖系统，导致支气管炎，慢性气管炎等疾病发生，甚至诱变或致癌。为降低汽车尾气的排放，2015年8月，第十二届全国人民代表大会常务委员会第十六次会议通过了新修订《中华人民共和国大气污染防治法》，对机动车环境管理工作提出了更高要求，并在汽车尾气的产生原理和排气净化上做了大量的工作。TiO2光催化降解汽车尾气技术在道路中的应用是近几年兴起的一项治霾新措施，是一种环保型路面形式。在阳光照射条件下，添加到路面材料中的纳米TiO2可作为催化剂，将汽车尾气分解为相应的碳酸盐和硝酸盐吸附在路面空隙上，残余物遇到下雨天即会随着雨水冲走。TiO2光催化降解汽车尾气技术在道路中的应用对降低汽车尾气污染，改善空气质量，保护环境具有积极的作用。

3 国内研究综述

吉林大学都雪静等人(2007年)进行了纳米TiO2含量对汽车尾气因子降解效能影响试验研究。选用车辆处于怠速工况下所排出的汽车尾气为试验样本，利用纳米光催化材料降解率计算公式，得到不同含量的纳米TiO2光催化材料对汽车尾气中有害因子NOx、HC、CO的平均降解率。测试结果表明：纳米TiO2光催化材料对汽车尾气中NOx、HC、CO等因子具有一定的影响效能，且降解趋势一致。不同含量的纳米TiO2光催化材料，对汽车尾气中各因子的影响效能随时间的变化降解率不同。

东北林业大学孙凤英、马春磊等人(2008年)进行了纳米TiO2对汽车尾气中NOx的净化效果与测试研究。研制了纳米TiO2光催化物理模拟试验舱及其测试管理系统，通过制备纳米TiO2混凝土负载基材试样，对不同配比的纳米TiO2材料在不同的光照、时间、水冲刷等试验条件下进行光催化试验，研究纳米TiO2材料对汽车尾气中NOx的净化作用。东北林业大学赵洺(2013年)进行了沥青路面TiO2降解汽车尾气(NOx)监测与效果评价研究。应用质谱分析法制成四种不同类型的催化剂，包括TiO2、P25和自制的铁钛、锌钛掺杂，然后进行了光催化降解试验，选择得到一种降解作用最好的催化剂，并利用分散剂制成溶液。将该溶液应用在沥青路面上，进行了耐水性、附着力、抗滑性、耐磨性、冻融循环等各项性能试验，验证了该溶液能够很好的固化和渗透在沥青路面上，并能够满足沥青路面性能指标。

长安大学张文刚(2014年)进行了TiO2催化分解汽车尾气沥青路面材料研究。研发了TiO2催化分解汽车尾气路面催化性能测试系统及参数，建立了HMA式及表面涂层式催化分解尾气沥青路面材料技术指标体系。分析了HMA式及表面涂层式材料在工作过程中的影响因素，对HMA式推荐了催化材料及路面结构。从催化性能衰减的角度，分析研究了两种形式的连续反应次数、冲洗数次、污染指数、压密作用等因素。研究结果表明：纳米TiO2含量、表面喷涂量、紫外光强度、温度等影响因素对表面涂层式催化分解性能影响显著。

长沙理工大学刘成虎等人(2015年)开展了纳米TiO2光催化技术在沥青路面中的应用研究。分成A和B两种方式，A方式是将纳米TiO2均匀分散在沥青中，以沥青为载体，B方式是将纳米TiO2与矿粉均匀混合，以矿粉为载体。然后将5%的纳米TiO2掺入到沥青混合料中，研究不同掺量、光照强度对纳米TiO2光催化性能的影响，并对其路用性能进行试验分析。结果表明：相比B方式，A方式下成型的试件其光催化降解汽车尾气的效果更好。长沙理工大学钱国平(2016年)进行了纳米TiO2涂层在沥青路面及稀浆封层中降解汽车尾气的效果对比试验研究。采用硅烷偶联剂将纳米TiO2材料分别涂于普通沥青砼和乳化沥青稀浆封层上制得TiO2涂层，并通过制作车辙板进行光催化降解试验，测试该涂层材料应用于两种路面结构时对汽车尾气中NO气体的降解效果。结果显示，当TiO2与硅烷偶联剂按质量比1∶3混合时制得的涂层材料对NO降解效果最佳，该涂层用于普通沥青路面时1 h内对NO的降解率达到40%，用于路面封层时对NO的降解率接近30%，略低于相同条件下的普通沥青路面。

北京建筑大学徐世法等人(2016年)进行了水基TiO2涂覆液降解汽车尾气效果评价研究。将TiO2光触媒材料添加到水溶液中制备涂覆液并涂覆到AC沥青混合料表面，研究表明：即时降解率可作为TiO2光触媒材料对尾气中的NO等气体降解效果的评价指标，TiO2光触媒材料添加比例占涂覆液含量的2%时最为经济合理，路面的抗滑性能会因涂覆水基TiO2而降低，但仍满足相关规范要求。并配制了Nano-TiO2掺量分别为30%、50%、70%的OGFC-13沥青混合料，利用所开发的尾气降解效果模拟评价系统，进行了检测评价。结果表明：在OGFC-13中添加Nano-TiO2可降解尾气中的NO、HC、CO等有害气体，且降解效果随Nano-TiO2添加量的增加而提高。

4 结束语

纳米TiO2光催化降解汽车尾气技术在我国道路中的应用研究尚属刚刚起步，虽然得到了专家和学者的关注和重视，取得了一定的研究成果，但仍未在实际工程中得到应用。所有研究均表明，纳米TiO2光催化材料对降解汽车尾气的效果显著，研究意义重大。

[1] 环境保护部. 2016年中国机动车环境管理年报[R].2016.

[2] 都雪静, 许洪国, 关强, 韩相春. 纳米TiO2含量对汽车尾气因子降解效能影响试验研究[J]. 公路交通科技, 2017,24(10):155-158.

[3] 马春磊. 纳米TiO2对汽车尾气中NOx的净化效果与测试研究[D]. 东北林业大学, 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

杨扬(1975- )，男，黑龙江泰来人，副教授，研究方向：道桥工程。

哈尔滨市应用技术研究与开发项目(青年后备人才)(2014RFQXJ164)。

U467

：C

：1008-3383(2017)06-0176-02