[发明专利]一种汽车尾气三级处理装置及其分离方法

说明书

技术领域

本发明属于大气污染治理技术领域，具体涉及一种汽车尾气三级分离装置及其分离方法。

背景技术

进入21世纪，汽车污染日益成为全球性问题。随着汽车数量越来越多、使用范围越来越广，它对世界环境的负面效应也越来越大，尤其是危害城市环境，引发呼吸系统疾病，造成地表空气臭氧含量过高，加重城市热岛效应，加剧城市环境恶化。有关专家统计，到21世纪初，汽车排放的尾气占了大气污染的30～60％。随着机动车的增加，尾气污染有愈演愈烈之势，由局部性转变成连续性和累积性，而各国城市市民则成为汽车尾气污染的直接受害者。科学分析表明，汽车尾气中含有上百种不同的化合物，其中主要的污染物有固体悬浮微粒、二氧化碳、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。尾气中的二氧化硫具有强烈的刺激气味，达到一定浓度时容易导致“酸雨”的发生，造成土壤和水源酸化，影响农作物和森林的生长。氮氧化物主要是指一氧化氮、二氧化氮，它们都是对人体有害的气体，特别是对呼吸系统有危害。近100年来，气候变暖已成为人类的一大祸患。冰川融化、水位上涨、厄尔尼诺现象、拉尼娜现象等都对人类的生存带来了严峻的挑战。而二氧化碳则是地球变暖的罪魁祸首。全世界的汽车保有量以每年3000万辆的速度递增着，2010年全球汽车量已增到10亿辆。中国的汽车保有量已超过1000万辆，并以每年5％的基数上升。因此，汽车尾气的减排对遏止温室效应同样有着非常重大的意义。

为减少汽车尾气中有害气体的排放，主要经过以下三条途径。第一，也是最根本和最终的途径，改变汽车的动力。如开发电动汽车及代用燃料汽车。此途径使汽车根本不产生或只产生很少的污染气体。第二，改善现有的汽车动力装置和燃油质量。采用设计优良的发动机、改善燃烧室结构、采用新材料、提高燃油质量等都能使汽车排气污染减少，但是不能达到“零排放”。第三，也是目前广泛采用的适用于大量在用车和新车的净化技术，即机外净化技术，也就是在汽车的排气系统中安装各种净化装置，采用物理的、化学的方法减少排气中的污染物。此途径无法达到“零污染”，但相对于前两种方法，其成本低，且可实现减排的效果。

目前，硫氧化物的处理方法主要有：低浓度的二氧化硫多用碱吸收法处理，已采用过的及还在采用的碱性吸收剂有石灰浆液、石灰石浆液、氢氧化镁浆液、氨水、氢氧化钠等。氮氧化物的处理方法包括：氮氧化物废气处理的主要有吸收法、催化还原法、燃烧法、吸附法、膜法、电化学法、脉冲电晕法及生化法等。二氧化碳的回收和利用主要有以下方法：吸收法、吸附法、膜分离法、空气分离/烟气循环法等，但是这些方法去除汽车尾气中有害气体的效率都不高。

颗粒活性炭具有发达的孔隙结构，良好的吸附性能，机械强度高，易反复再生，造价低等特点；用于有毒气体的净化，废气处理，工业和生活用水的净化处理，溶剂回收等方面。纳米材料具有较大的化学活性和表面能，很容易与外来的原子结合，形成稳定的结构。作为吸附剂，纳米材料具有超强的吸附能力；pH适用范围宽；选择性高；且可以再生。近年来，颗粒活性碳在环境保护，化工，石油，天然气，食品和制药工业中得到广泛应用。对于汽车尾气中的各种气体，以活性炭颗粒作为吸附材料的理论和实验研究均有大量的报道。活性炭颗粒，其价格相对于碳纳米管低廉许多，但性价比较高；相对于化学吸收法，该方法不会引起二次污染，分离效果好，动力和能源费用少，设备占地面积少，操作简便且可实现再生，可对汽车尾气进行初步处理，有望在二氧化碳，硫氧化物、氮氧化物等有害气体的分离方面得到工业应用。

以光催化技术处理环境污染物是近年来研究的热点。利用二氧化钛光催化进行脱硫脱销主要有以下优点。由于光催化反应过程中产生的高活性自由基能够将多数有机污染物彻底氧化矿化，并最终生成H₂O、CO₂等无机小分子，特别是对难以生物降解的有机物普遍具有很好的氧化分解作用；加上光催化反应还具有反应条件温和，反应设备简单，二次污染小，易于操作控制，催化材料易得，运行成本低，可望用太阳光为反应光源等优点，是一种非常有前途的污染治理技术，因而近年来受到广泛关注。二氧化钛作为一种高禁带宽度的半导体材料，具有高活性、高稳定性、无毒而且低成本的优点，因而成为最优良的光催化材料。光催化剂纳米二氧化钛还具有高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，是最具有开发前景的绿色环保催化剂之一，故把二氧化钛光催化剂应用于汽车尾气同时脱硫、脱硝极具开发前景。