源頭截污,雙面作戰
減少污染物二次生成,還需從源頭治理開始。研究發現,火電廠、重工業、汽車等源頭排放產物——二氧化硫、氮氧化物和揮發性有機物等是PM2.5生成的重要“原料”。在這些源頭上加上“濾網”,在當下比引風吹霾靠譜得多。然而,我們在這一領域的認識也走了一些彎路。相當長一段時間里,科學家普遍認為硫離子是最大元兇,而煙氣脫硫可以在很大程度上改變大氣污染發展趨勢。然而,隨著脫硫技術的不斷成熟、應用,灰霾現象并未明顯改善。深入分析后,越來越多研究者發現,氮氧化物也是大氣中細小懸浮顆粒物的重要來源之一,要解決霧霾
問題,必須要脫硫脫硝雙管齊下,協同控制,從源頭上控制污染物的排放。在“十二五”期間,我國將氮氧化物加入了
節能減排的總量控制范圍。
如何脫硝?事實上,這個問題在化學領域早有基本理論。研究人員指出,控制氮氧化物排放就是“脫硝”,主要指將有害的氮氧化物轉化為無毒無害的氮氣的過程。研究證明,選擇性催化還原氮氧化物的煙氣脫硝技術以脫硝效率高而得到了最廣泛的應用,成為“脫硝技術”中的主流——利用氨對的氮氧化物的還原功能,在催化劑的作用下把它還原為對大氣沒有影響的氮氣和水。這一過程中,更高效催化劑的開發,成為許多國家研究人員的攻關目標之一。
原來,這一脫硝反應中的傳統催化劑有兩個天敵——堿金屬和二氧化硫。一旦反應中接觸過多,催化劑物質上的活性位就會被其占據,進而“中毒死亡”失去活性,不得不經常更換新的催化劑。然而,偏偏在小型火電廠、秸稈集中處理、汽車等急需高效脫硝之處,其煙氣環境含有大量堿金屬和二氧化硫。這令最有力量的脫硝技術,難以在這些地方大展拳腳。
為此,復旦大學環境科學與工程系唐幸福課題組研發出了同時抗堿金屬和抗SO2的新型脫硝催化劑。區別于傳統催化劑,研究人員在新型脫硝催化劑上同時設計了催化活性位和堿金屬捕獲位——堿金屬捕獲位能捕獲堿金屬顆粒,即使催化劑毒物堿金屬預先占用了活性位,由于新型催化劑的特性,堿金屬也會自發遷移到捕獲位上,并重新釋放催化活性位。此外,堿金屬與的捕獲位結合十分穩定,脫硝反應則仍將在活性位上進行。
測試發現,在堿金屬和SO2濃度非常高的場所中,新型催化劑比傳統催化劑壽命提高10倍以上;特別是在傳統催化劑無法發揮作用的燃煤工業鍋爐和特種鍋爐的當氧化物排放控制,也依然可以保持較高的活性。這項技術剛一問世便與有關公司開展了合作,目前已經建立規模化生產中心,產品已在國內工業領域中投放使用。
據悉,今年起,新型催化劑有望大規模擴展生產。目前還有一家知名美國企業正在洽談合作,希望將這一技術更好地應用于汽車尾氣處理。美國化學會周刊化學
化工新聞Chemical&Engineer-ingNews(C&EN)對此的報道中,引用美國康涅狄格大學的Gao教授的評價,認為這樣的設計為徹底解決催化劑穩定性的問題給出了一種可行的選擇。