大气污染治理中催化技术的应用

董楠楠，妥 翔

（1.张掖市生态环境局，甘肃 张掖 734000；2.张掖市生态环境局肃南分局，甘肃 张掖 734000）

0 引言

为实现大气污染的良好治理，相关部门和工作人员首先需要明确大气污染的主要来源及其主要危害，以此来提升对大气污染治理的重视程度。根据不同的大气污染物治理需求，合理选择催化技术，并使其在具体的污染治理中得到良好应用。根据大气污染物治理工作未来的发展需求，对催化技术进行优化升级。通过这样的方式，才可以充分发挥出催化技术的应用优势，实现大气污染的良好治理，从而进一步促进当今社会工业、经济与环境之间的协调可持续发展。

1 大气污染及其相关概述

1.1 大气污染

所谓大气污染，就是一些物质进入到了大气层中，并在其中达到了一定的浓度、含量和积累时间，从而对大气环境的平衡产生了危害。目前，大气污染已经成为了很多国家和地区所面临的一大环境治理难题，尤其是在工业化发展和汽车保有量不断增加的情况下，大气污染问题更是愈演愈烈，而大气污染的治理技术也一直备受关注。

1.2 大气污染物及其主要来源

就目前的大气污染来看，其主要的污染物包括CO、CO2、非甲烷形式的VOCs、NOx、SOx、CH4、N2O 以及HC 等[1]。表1 是目前大气污染物的主要来源情况：

表1 目前大气污染物的主要来源情况

1.3 大气污染的主要危害

大气污染的主要危害包括以下方面：第一是伤害人体健康，当带有刺激性气味的大气污染进入到人的呼吸道之后，便会造成很大刺激，让人感到不适，同时也会对人体健康造成严重危害，甚至会增加人的患癌风险。第二是影响社会生产活动，大气污染物中的酸性物质会对工业生产设备造成腐蚀，从而缩短其使用寿命，影响生产作业的顺利进行，并增加生产成本。第三是影响人们的生活，大气污染物颗粒悬浮在空中会导致阳光折射受到影响，让地面能见度降低，同时也会形成大雾和酸雨等情况，并引发全球变暖，从而对人类的正常生活产生很大程度的不利影响[2]。因此，环保部门和相关单位一定要充分意识到大气污染治理的重要性，采取合理的技术措施来进行大气污染治理。

2 大气污染治理过程中催化技术的应用

2.1 选择性催化还原技术应用

在对大气污染进行治理的过程中，选择性催化还原技术是一种典型且有效的技术形式，该技术简称SCR，其主要应用原理是借助于催化剂所产生的辅助作用，让还原剂能够选择性地将大气污染物中的NOx还原成氮气和水，同时也可以通过脱硝法进行处理，以此来简化处理操作，避免二次污染的产生。以下是大气污染物中的NOx脱硝反应式见式（1）～式（3）：

在通过脱硝法进行大气污染物中的NOx还原处理时，其反应温度需要达到290～420 ℃。但是在通过选择性催化还原技术进行大气污染物脱硝的过程中，一些污染物并不能完全反应，比如，其中的氨会以硫酸氨的形式存在，这种情况的主要原因包括注入到反应室内的氨流量不能均匀分布、温度控制效果不佳以及催化剂老化等[3]。基于此，在具体处理中，工作人员需要注意确保催化剂的有效性，并对其热稳定性加以重点控制，使其在500 ℃以内具有良好的运转能力，这样便可让催化剂具备良好的耐磨性能，避免催化剂表面磨损对催化效果的不利影响。

2.2 催化净化技术应用

就目前的大气污染来看，汽车尾气是一个重要的组成部分，同时也是城市大气污染中的一个重要来源。而在对大气污染中的汽车尾气进行治理时，催化净化技术是一种非常有效的技术形式。在通过此项技术进行机动车尾气催化净化处理的过程中，其主要的应用原理是通过稀土催化剂或贵金属三效催化剂来进行机动车尾气净化装置的制作，将该装置安装到机动车内，其中的催化剂便可和机动车尾气中所含有的CO、NOx以及HC 反应，使其被氧化还原为无害物质，然后再排放到大气环境中，从而达到良好的大气污染治理效果。

根据不同的性能，我们可以将机动车尾气催化净化剂可分为氧化型催化净化剂和三元型催化净化剂。其中，氧化型催化净化剂可以对机动车尾气内的CO以及HC进行催化净化处理，其反应式为式（4）、式（5）：

三元型催化净化剂可实现CO、NOx以及HC 反应速度的同时提升，并实现三种有害物质的同时消除，从而让机动车尾气达到良好的催化净化效果，并实现催化剂用量的显著降低[4]。凭借着这些优势，三元型催化净化剂在我国目前的大气污染治理中已经得到了非常广泛的应用。以下是三元型催化净化剂处理机动车尾气的反应式见式（6）、式（7）：

2.3 纳米光催化技术应用

在大气污染治理中，纳米光催化技术属于一种先进且有效的催化技术。该技术的主要原理是单晶金红石类型的TiO2电极在近紫外光照射条件下会让水产生持续性的氧化还原反应。当照射的紫外光波长一定时，TiO2所吸收的能量将超过其自身能隙宽度的短波光辐射，从而让价带电子跃迁，在价带和导带上形成离活性形式的电子对，这些电子对可以和TiO2表层上附着的水和氧气发生光化学反应，从而形成具有强氧化性的超氧阴离子自由基以及羟基自由基，这样便可让大气环境中的有机污染物被充分氧化，最终形成二氧化碳、水和无机酸等无毒无害产物[5]。在此过程中，TiO2主要用作催化剂，其自身不仅不会在反应中消耗，同时也不会对环境造成污染。

在通过TiO2进行大气污染治理的过程中，可将其和活性炭相结合，制作出一种复合型光催化空气净化网，以此来实现大气环境中各种污染物的净化。经实践应用发现，此类空气净化网可将大气环境中的很多污染物催化处理，且其催化处理效率也非常高。表2为TiO2与活性炭结合组成的复合型光催化空气净化网在几种常见大气污染物催化处理中的处理效率。

表2 TiO2 与活性炭结合组成的复合型光催化空气净化网的处理效率

由此可见，此类空气净化网在大气污染治理中具有非常显著的应用效果。同时，此项技术也可以用来对机动车尾气进行催化净化，具体应用中，可将TiO2催化材料添加到碱性半柔性水泥路面内，使其和机动车尾气中的CO、NOx以及HC 发生中和反应，从而生成无机酸，之后再通过路面上的碱性水泥将催化材料表面附着的无机酸催化产物去除，这样便可实现机动车尾气污染物的良好治理，最大限度防止其对大气环境造成污染。另外，纳米光催化技术也可以让大气污染所导致的温室效应得以有效降低，具体应用中，需要将TiO2催化材料负载到石墨烯上，这样便可让大气环境中的CO2快速转化为CH4，从而实现温室效应的进一步降低。

2.4 碳吸附氧化技术应用

在对大气污染治理过程中，硫化物治理是一项关键内容，及时将大气环境中的硫化物催化消除，才可以有效避免酸雨等情况的发生，从而实现生态环境和人们生产生活的良好保障。而在对大气环境中的硫化物进行治理时，碳吸附氧化技术是一项关键的催化技术形式。具体应用中，该技术的主要原理是将碳作为吸附剂和催化剂来进行硫化物的吸附氧化处理，其主要工艺组成部分是两个移动床。其中的第一个移动床主要进行活化焦吸附以及SO2氧化，使其在硫化反应之后形成硫酸，该反应过程需要在常温条件下进行。在此过程中，大气污染物中的NO2将会被还原成NO，之后再进行加热焦化，其加热温度需要控制在650 ℃。在完成第一个移动床的反应之后，将NH3加入到第二个移动床中，使其被还原为N2，在此过程中，为防止硫被氧化，可将硫蒸气在第二个移动床中的停留时间尽量缩短，同时应对催化剂表面积做好控制，使其表面的孔径足够宽、孔洞足够浅。同时，为防止硫蒸气在低温条件下凝缩在催化剂表面上，第二个移动床的反应温度也需要足够高，通常需要控制在300 ℃[6]。另外，在反应过程中，也需要根据实际情况，采取合理的控制措施来避免逆反应情况的发生。通过这样的方式，才可以让碳吸附氧化技术在大气污染物治理中发挥出充分优势，使其中的硫化物得到有效治理。

2.5 SO2 催化脱除技术的应用

在大气污染治理中，烟气内的SO2脱除也是一项至关重要的工作内容。在通过催化技术进行烟气中的SO2脱除处理中，最常用的一项技术措施是直接将烟气内含有的SO2催化还原成硫单质，其主要原理是将烟气燃烧不完全所产生的CO 和水煤气反应生成氢，再将氢用作还原剂，直接对烟气内的SO2进行还原，使其转变为单质硫磺，冷却之后，便可对硫磺进行收集。通过此项催化技术，不仅可实现大气污染的良好治理，同时也以让烟气中的硫得到回收和再利用。图1是直接催化还原烟气内SO2的工艺流程图。

图1 直接催化还原烟气内SO2 的工艺流程图

在对烟气进行了电除尘处理之后，需要对其进行预加热处理，预加热的温度应控制在250～300 ℃之间。具体处理中，燃料具体的燃烧状况会对烟气中的组成部分产生不同的影响，从而使其中含有浓度不同的H2和CO，加之燃料中的硫含量不同，所以烟气内的SO2浓度也会有所差异。基于此，在含有SO2的烟气进入到催化反应器内之前，工作人员需要对其中的主要组成部分及其含量进行科学检测，然后以此为依据，对还原剂的浓度加以科学确定。通过这样的方式，才可以有效确保烟气中SO2的脱除效果，在提升大气污染治理工作质量的同时实现单质硫资源的回收和再利用，这对于当今社会资源与环境的可持续发展十分有利。因此，SO2催化脱除技术也具有非常良好的应用前景。

3 大气污染治理过程中的催化技术发展方向

在当今的绿色环保理念不断深入中，大气污染治理工作受到了社会各界的广泛关注，尤其是应用在其中的催化技术，更是受到了相关单位、学者与技术人员的高度重视。虽然目前已经有很多催化技术被应用到了大气污染治理工作中，并在其中发挥出了较为显著的应用优势，很多地区的大气污染也在这些技术的作用下获得了良好治理。但是通过催化技术的实际应用发现，技术复杂程度大、成本投入高和自动化智能化程度低等问题依然存在。

为实现催化技术在大气污染治理工作中的良好应用，相关专家、学者和技术人员还需要对此类技术加以深入研究，从而使其操作流程得到进一步的简化，并开发出更具经济性的催化材料。同时也需要将现代先进的自动化和智能化技术结合到催化技术中，通过催化技术对大气污染进行自动化、智能化的处理。这样才可以充分满足现代化大气污染治理工作的实际需求，进一步提升催化技术在大气污染治理工作中的应用效果，为大气环境的良好保持和现代社会发展提供更好的技术支撑。

4 结语

在现代社会发展中，大气污染是一项需要重点关注和解决的问题。为实现此类问题的有效解决，提升大气环境质量，催化技术开始在大气污染治理工作中得到越来越广泛的应用。通过催化技术的应用，可将多种有毒有害大气污染物转化成无毒无害物质，从而实现大气污染的良好治理。基于此，在大气污染治理工作中，相关单位和工作人员应加强催化技术的应用研究，明确各种催化技术的适用范围，根据大气污染物的实际处理需求，选择合理的催化技术进行处理，包括选择性催化还原技术、催化净化技术、纳米光催化技术、碳吸附氧化技术以及SO2催化脱除技术等。同时，相关专家和学者也需要对大气污染催化处理技术进行改进与升级，使其更加适应当今时代的发展需求，在大气污染治理中发挥出更好的应用优势。