化学技术在大气污染治理中的应用分析

摘要：随着经济的发展，大气污染已经成为全球性问题。打好蓝天保卫战，化学技术被广泛应用于大气污染治理中。在技术理论上，化学技术在大气污染治理中常用到催化法原理、吸收法原理和吸附法原理。在现实应用中，对于大气污染中常见的硫化物和氮氧化物污染组分，分别阐述了在催化法、吸收法和吸附法原理作用下，各个化学技术的反应特点，旨在为研究学者提供有价值的参考。

关键词：化学技术大气污染催化法还原法吸附法

中图分类号：x51

AnalysisoftheApplicationofChemicalTechnologyintheTreatmentofAirPollution

YANGCairong

LinfenVocationalandTechnicalCollege，Linfen，ShanxiProvince，041000China

Abstract：WiththerZZ5FHonvQSfrGP6budIaw==developmentoftheeconomy，airpollutionhasbecomeaglobalproblem.Inordertomakeourskiesblueagain，chemicaltechnologyhasbeenwidelyusedinthetreatmentofairpollution.Intermsoftechnicaltheory，chemicaltechnologyoftenusestheprincipleofcatalysis，absorptivemethodandadsorptionmethodinthetreatmentofairpollution.Inpracticalapplication，forthecommonsulfideandnitrogenoxidepollutioncomponentsinairpollution，thereactioncharacteristicsofeachchemicaltechnologyundertheprincipleofcatalysis，absorptivemethodandadsorptionmethodarerespectivelydescribed，aimingtoprovidevaluablereferenceforresearchscholars.

KeyWords：Chemicaltechnology;Airpollution;Catalysis;reductionmethod;Adsorptionmethod

化学在能源危机、环境保护、材料循环利用以及食品安全等战略性、全局性重大问题中具有重大作用。近年来，持续深入打好蓝天保卫战，提高空间质量，减少重污染天气，化学技术功不可没。特别是，随着工业生产、煤炭燃烧、社会生活等排放的污染物越来越复杂，硫化物、氮氧化物等大气污染种类也越来越多，由此，研究化学技术在大气污染治理中的应用具有重要的理论和现实意义。

1化学技术在大气污染治理中的理论分析

1.1催化法原理

催化法是靠催化剂的催化作用，将污染物经过化学反应过程，变成无害物质或者转化成其他易于除去的物质。通常，净化气体污染物多见于多相催化作用，主要在于催化剂与反应物在不同的相，与之相对应的是均相催化作用。多相催化作用的原理为反应物接触催化剂表面，发生吸附，进而导致化学键发生松弛。在此过程中，催化剂本身的化学性质前后并不发生变化，只是加快了化学反应速度，让到达平衡的时间缩短。催化剂在化学反应中并不是单打独斗，助催化剂和载体起到画龙点睛的作用。因此，助催化剂能增强催化剂的催化活性，载体能改善催化剂表面积和形状、粒度。

尽管催化剂在化学反应中前后化学性质不发生变化，但其性能仍然受到诸多因素影响，其中最主要的是老化和中毒，一般温度越高，老化速度越快。因此，在选择催化剂时不仅要求有极高的净化效率，不发生二次污染，还要有较高的耐热性、抗毒性和化学稳定性。因此，应用催化技术治理大气污染时，催化剂选择是关键，根据大气污染物的不同，对应不同的催化物，选择不同的助催化剂和载体。

1.2吸收法原理

吸收法是靠吸收剂有选择地吸收混合气体中的一种或多种组分。吸收过程有物理吸收和化学吸收之分。其中，化学吸收指在吸收过程中发生了化学反应，在该过程中，吸收剂与组分发生选择性化学反应，从而分离出有害组分。由于大气污染成分比较复杂，通常采用液体吸收法，可以处理大量污染物浓度相对比较低的废气，值得注意的是反应过程中溶液吸收了污染物，需要进行二次处理，以免再次造成污染。在吸收法过程中，吸收剂是关键。常用的吸收剂有水、碱性吸收剂、酸性吸收剂以及有机吸收剂，其中，碱性吸收剂可以与酸性气体发生反应，酸性吸收剂可以吸收氮化物，而有机吸收剂可以吸收聚乙烯醚等有机废气。

尽管在化学原理上，一种组分的吸收剂可以吸收多种有害物质，或者一种组分的有害物质可以被多种吸收剂进行处理，但是，吸收剂选择时仍要考虑诸多因素，既要考虑吸收剂的性能特点，吸收能力是否强，吸收容量是否大，也要考虑经济适用性，是否容易得到，价格是否昂贵，同时还要考虑循环利用问题、二次污染物处理问题、对设备的腐蚀性问题、安全性问题等，因此，在用吸收法治理大气污染时，要根据城市实际情况，慎重考虑，且对于不同大气污染物，选择不同的吸收剂。

1.3吸附法原理

吸附法依靠固体表面上的分子引力或化学键的作用。与吸收过程类似，吸附过程也有物理吸附和化学吸附之分，不同的是，在实际吸附过程中，一般同时发生物理吸附和化学吸附，低温时主要发生物理吸附，可进行多层吸附，吸附速度快，但因分子间力作用的关系吸附力小，且吸附过程可逆，容易脱附；高温时主要发生化学吸附，因未饱和化学键力的关系吸附力较大，吸附过程不可逆，不容易脱附，但吸附速度较慢，且吸附热量大，被吸附物质具有选择性。

吸附法净化大气污染物具有诸多优点，不容易造成二次污染，对于有用组分可以再回收利用，且设备简单，流程上容易实现自动控制，但吸附剂具有饱和性特点，如果大气污染物的被吸附物浓度大，则会使吸附剂很快饱和，因此吸附法不宜净化污染物浓度高的气体，并且吸附过程受到气流速度影响，气流过大，气体分子与吸附剂接触时间短，吸附量不佳，若气流过小，则设备不得不增大，以应对大量来不及处理的气体。因此，在选择吸附剂时，同样要考虑诸多因素。吸附剂种类有很多，有天然的也有合成的，工业上常见的有活性炭、活性氧化铝、硅胶、沸石分子筛等。

2.化学技术在大气污染治理中的现实应用

2.1硫化物治理

随着工业化进程加快，大气污染物组分变得复杂，其中硫化物，特别是历来有大气污染元凶的称谓[1]：在空气中与和发生反应生成亚硫酸，引发酸雨问题，造成植物、建筑的破坏。不仅如此，当进入呼吸系统可以刺激鼻腔和喉咙，引发哮喘或肺功能下降，甚至一些因引起的社会公共安全事件已经导致大量财产损失和人员的伤亡，给当地的经济和社会带来严重影响。对于的治理，一般采用脱硫的方式，催化法、吸收法和吸附法均比较常见，在实际应用时还要综合考虑环境、经济等多方面的因素。

2.1.1催化法

污染气体中的，通过催化剂，发生氧化反应，生成，最后变成被回收；或者发生还原反应，生成，变成硫磺被回收。其中，在氧化反应中，又以含有、等金属离子的稀硫酸溶液作为吸收剂比较常见，当催化剂为时，最主要的吸收反应式为：。在该流程中，工艺相对简单，还可以获得，或石膏（加入石灰石粉）。但具有腐蚀特性，在设备材料上要用钛、铝等特殊材料，投资相应会加大。在还原反应中，可以用或作为催化剂，以为例，吸收反应式为：。在该流程中，最主要的是或的二次污染问题，目前比较流行的是克劳斯工艺或改良的克劳斯工艺[2]来进行催化氧化制硫的方法。

2.1.2吸收法

将污染气体中的，通过吸收剂，发生反应。吸收剂可以选择盐类、氨类的碱性吸收剂。对于处理低、中硫的污染烟气，石灰石-石膏法作为烟气脱硫的主流技术而被广泛应用，丹麦公司研发的旋转喷雾干燥法[3]亦具备独特优势，其主要以一定浓度的溶液为吸收剂来进行脱硫，在雾化器内，大量被分散的微细液滴附着在颗粒上，靠着液固二相组分与烟气中的接触，先遇液滴电离出和，再与液滴中的和反应，其核心反应方程式为：，经过一段时间后，产物结晶析出固体，进而被除尘器拦截。

2.1.3吸附法

污染气体中的，通过吸附剂，发生物理吸附和化学吸附反应。对于低浓度的，常用的吸附剂为活性炭，在干燥、无氧条件下发生物理吸附，当有和时发生化学吸附，反应方程式为：，当达到吸附平衡时，活性炭可以用水洗或加热再生。传统的活性炭微孔结构较少且孔隙分布不均匀，容易积灰过多而造成阻塞，随着材料和技术的发展，目前可以采用微波诱导、负载金属、稻壳基等[4]改善活性炭活性，进而提高对硫化物和氮化物的吸附能力，提高废气的脱硝脱硫效率。

2.2氮氧化物治理

氮氧化物是大气污染的重要组分之一，主要为和。在各个地域、城市的不断发展中，车辆运行的尾气排放，已经成为大气污染的主要因素之一，车辆行驶中排放的尾气，对行人以及附近居民身体健康造成严重影响[5]，特别是城市人口密度越来越大，高层建筑密集，交通枢纽繁忙，可能导致大气中的氮氧化物不易扩散，以及一些黑色金属冶炼厂、氮肥厂在生产使用硝酸的过程中，也会向大气排放氮氧化物。在适当的条件下，和相互催化，加快硝酸的形成，而硝酸是形成酸雨的第二重要组分。对于大气中氮氧化物污染治理，方法有很多，主要进行脱氮处理，按照化学技术原理，可以采用催化法、吸收法和吸附法等多种方法。

2.2.1催化法

污染气体中的和，通过催化剂，发生非选择性还原反应和选择性还原反应，其中，非选择性还原反应，生成，催化剂通常使用铂，将其载在氧化铝或镍合金上，催化还原剂可以使用包含甲烷、低碳氢化物等组分的混合气体，最后变成焦炉气、天然气等被回收，在该流程过程中，氧的燃烧会放出大量的热，因此反应炉、涡轮机等装置的材料需要能耐受较高的温度。与之相比，选择性还原反应不需要烧去大量的氧，从而避免了非选择性催化还原法在技术上存在的问题。选择性催化法也叫SCR，常用作为还原剂，只与污染物中的和发生反应，不与氧发生反应，主要反应为：，在该过程中催化剂可以用贵金属催化剂，也可以用非贵金属催化剂。为保证催化剂的有效性，通常控制在以下[6]，以提高催化剂的耐磨性。

2.2.2吸收法

污染气体中的和，通过吸收剂，发生反应。吸收剂可以选择水、酸、碱等。当水为吸收剂时，在水中的溶解度低，该方法虽然比较简单，但是用于脱氮的效果并不十分理想。当酸作为吸收剂时，常用浓硫酸或稀硝酸，其中浓硫酸与氮氧化物发生化学反应，生成亚硝基硫酸，可以作为硫酸和硝酸生产的原料；稀硝酸吸收氮氧化物，属于物理吸收，依靠氮氧化物在稀硝酸中的溶解度多少。当碱作为吸收剂时，多采用和溶液作为吸收剂，前者价格相对低廉，但效果率低于后者。

2.2.3吸附法

污染气体中的和，通过吸附剂，达到除去废气的目的。吸附剂可以为活性炭，利用活性炭吸附技术，不仅可以吸附硫化物，还可以吸附氮化物，通过改变工艺的压力或温度，在常温下可以实现的硫化反应生成硫酸，在高温下将还原为，在催化下最终还原成。

3结语

综上所述，硫化物和氮氧化物是大气污染中常见的污染组分，对于其处理可以按照催化法、吸收法、吸附法等原理，按照实际情况进行选择，要求效率高、响应快、不产生二次污染、费用低、安全性高等。随着材料的发展和科技的进步，化学领域的新兴技术不断变革，如纳米光催化技术降解有害气体、光催化制氢减少二氧化碳排放。随着大气污染问题越来越复杂，更多新型治理方式将会出现，而化学技术的基本原理或将更加丰富。

参考文献

[1] 周光权.污染环境罪的关键问题[J].政治与法律，2024（1）：60-72.

[2] 杨列省，王辉，满昌龙.硫回收克劳斯装置运行总结及尾气处理改造[J].流程工业，2022（6）：44-46.

[3] 韩松，李雄飞，靳虎，等.旋转喷雾干燥法烟气脱硫的工艺技术研究[J].中国环保产业，2021（4）：50-53.

[4] 李明原，廖亚龙，葛伟童，等.处理废气脱硝脱硫的活性炭改性技术研究进展[J].化学工程，2023，51（9）：1-6，13.

[5] 胡梅侠.城市大气环境氮氧化物污染治理技术分析[J].山西化工，2023，43（2）：210-213.

[6] 王娟，万晓宇.大气污染治理中催化技术的运用研究[J].清洗世界，2023，39（3）：137-139.