化學技術在大氣污染治理中的應用分析

摘要：隨著經濟的發展，大氣污染已經成為全球性問題。打好藍天保衛戰，化學技術被廣泛應用于大氣污染治理中。在技術理論上，化學技術在大氣污染治理中常用到催化法原理、吸收法原理和吸附法原理。在現實應用中，對于大氣污染中常見的硫化物和氮氧化物污染組分，分別闡述了在催化法、吸收法和吸附法原理作用下，各個化學技術的反應特點，旨在為研究學者提供有價值的參考。

關鍵詞：化學技術大氣污染催化法還原法吸附法

中圖分類號：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

化學在能源危機、環境保護、材料循環利用以及食品安全等戰略性、全局性重大問題中具有重大作用。近年來，持續深入打好藍天保衛戰，提高空間質量，減少重污染天氣，化學技術功不可沒。特別是，隨著工業生產、煤炭燃燒、社會生活等排放的污染物越來越復雜，硫化物、氮氧化物等大氣污染種類也越來越多，由此，研究化學技術在大氣污染治理中的應用具有重要的理論和現實意義。

1化學技術在大氣污染治理中的理論分析

1.1催化法原理

催化法是靠催化劑的催化作用，將污染物經過化學反應過程，變成無害物質或者轉化成其他易于除去的物質。通常，凈化氣體污染物多見于多相催化作用，主要在于催化劑與反應物在不同的相，與之相對應的是均相催化作用。多相催化作用的原理為反應物接觸催化劑表面，發生吸附，進而導致化學鍵發生松弛。在此過程中，催化劑本身的化學性質前后并不發生變化，只是加快了化學反應速度，讓到達平衡的時間縮短。催化劑在化學反應中并不是單打獨斗，助催化劑和載體起到畫龍點睛的作用。因此，助催化劑能增強催化劑的催化活性，載體能改善催化劑表面積和形狀、粒度。

盡管催化劑在化學反應中前后化學性質不發生變化，但其性能仍然受到諸多因素影響，其中最主要的是老化和中毒，一般溫度越高，老化速度越快。因此，在選擇催化劑時不僅要求有極高的凈化效率，不發生二次污染，還要有較高的耐熱性、抗毒性和化學穩定性。因此，應用催化技術治理大氣污染時，催化劑選擇是關鍵，根據大氣污染物的不同，對應不同的催化物，選擇不同的助催化劑和載體。

1.2吸收法原理

吸收法是靠吸收劑有選擇地吸收混合氣體中的一種或多種組分。吸收過程有物理吸收和化學吸收之分。其中，化學吸收指在吸收過程中發生了化學反應，在該過程中，吸收劑與組分發生選擇性化學反應，從而分離出有害組分。由于大氣污染成分比較復雜，通常采用液體吸收法，可以處理大量污染物濃度相對比較低的廢氣，值得注意的是反應過程中溶液吸收了污染物，需要進行二次處理，以免再次造成污染。在吸收法過程中，吸收劑是關鍵。常用的吸收劑有水、堿性吸收劑、酸性吸收劑以及有機吸收劑，其中，堿性吸收劑可以與酸性氣體發生反應，酸性吸收劑可以吸收氮化物，而有機吸收劑可以吸收聚乙烯醚等有機廢氣。

盡管在化學原理上，一種組分的吸收劑可以吸收多種有害物質，或者一種組分的有害物質可以被多種吸收劑進行處理，但是，吸收劑選擇時仍要考慮諸多因素，既要考慮吸收劑的性能特點，吸收能力是否強，吸收容量是否大，也要考慮經濟適用性，是否容易得到，價格是否昂貴，同時還要考慮循環利用問題、二次污染物處理問題、對設備的腐蝕性問題、安全性問題等，因此，在用吸收法治理大氣污染時，要根據城市實際情況，慎重考慮，且對于不同大氣污染物，選擇不同的吸收劑。

1.3吸附法原理

吸附法依靠固體表面上的分子引力或化學鍵的作用。與吸收過程類似，吸附過程也有物理吸附和化學吸附之分，不同的是，在實際吸附過程中，一般同時發生物理吸附和化學吸附，低溫時主要發生物理吸附，可進行多層吸附，吸附速度快，但因分子間力作用的關系吸附力小，且吸附過程可逆，容易脫附；高溫時主要發生化學吸附，因未飽和化學鍵力的關系吸附力較大，吸附過程不可逆，不容易脫附，但吸附速度較慢，且吸附熱量大，被吸附物質具有選擇性。

吸附法凈化大氣污染物具有諸多優點，不容易造成二次污染，對于有用組分可以再回收利用，且設備簡單，流程上容易實現自動控制，但吸附劑具有飽和性特點，如果大氣污染物的被吸附物濃度大，則會使吸附劑很快飽和，因此吸附法不宜凈化污染物濃度高的氣體，并且吸附過程受到氣流速度影響，氣流過大，氣體分子與吸附劑接觸時間短，吸附量不佳，若氣流過小，則設備不得不增大，以應對大量來不及處理的氣體。因此，在選擇吸附劑時，同樣要考慮諸多因素。吸附劑種類有很多，有天然的也有合成的，工業上常見的有活性炭、活性氧化鋁、硅膠、沸石分子篩等。

2.化學技術在大氣污染治理中的現實應用

2.1硫化物治理

隨著工業化進程加快，大氣污染物組分變得復雜，其中硫化物，特別是歷來有大氣污染元兇的稱謂[1]：在空氣中與和發生反應生成亞硫酸，引發酸雨問題，造成植物、建筑的破壞。不僅如此，當進入呼吸系統可以刺激鼻腔和喉嚨，引發哮喘或肺功能下降，甚至一些因引起的社會公共安全事件已經導致大量財產損失和人員的傷亡，給當地的經濟和社會帶來嚴重影響。對于的治理，一般采用脫硫的方式，催化法、吸收法和吸附法均比較常見，在實際應用時還要綜合考慮環境、經濟等多方面的因素。

2.1.1催化法

污染氣體中的，通過催化劑，發生氧化反應，生成，最后變成被回收；或者發生還原反應，生成，變成硫磺被回收。其中，在氧化反應中，又以含有、等金屬離子的稀硫酸溶液作為吸收劑比較常見，當催化劑為時，最主要的吸收反應式為：。在該流程中，工藝相對簡單，還可以獲得，或石膏（加入石灰石粉）。但具有腐蝕特性，在設備材料上要用鈦、鋁等特殊材料，投資相應會加大。在還原反應中，可以用或作為催化劑，以為例，吸收反應式為：。在該流程中，最主要的是或的二次污染問題，目前比較流行的是克勞斯工藝或改良的克勞斯工藝[2]來進行催化氧化制硫的方法。

2.1.2吸收法

將污染氣體中的，通過吸收劑，發生反應。吸收劑可以選擇鹽類、氨類的堿性吸收劑。對于處理低、中硫的污染煙氣，石灰石-石膏法作為煙氣脫硫的主流技術而被廣泛應用，丹麥公司研發的旋轉噴霧干燥法[3]亦具備獨特優勢，其主要以一定濃度的溶液為吸收劑來進行脫硫，在霧化器內，大量被分散的微細液滴附著在顆粒上，靠著液固二相組分與煙氣中的接觸，先遇液滴電離出和，再與液滴中的和反應，其核心反應方程式為：，經過一段時間后，產物結晶析出固體，進而被除塵器攔截。

2.1.3吸附法

污染氣體中的，通過吸附劑，發生物理吸附和化學吸附反應。對于低濃度的，常用的吸附劑為活性炭，在干燥、無氧條件下發生物理吸附，當有和時發生化學吸附，反應方程式為：，當達到吸附平衡時，活性炭可以用水洗或加熱再生。傳統的活性炭微孔結構較少且孔隙分布不均勻，容易積灰過多而造成阻塞，隨著材料和技術的發展，目前可以采用微波誘導、負載金屬、稻殼基等[4]改善活性炭活性，進而提高對硫化物和氮化物的吸附能力，提高廢氣的脫硝脫硫效率。

2.2氮氧化物治理

氮氧化物是大氣污染的重要組分之一，主要為和。在各個地域、城市的不斷發展中，車輛運行的尾氣排放，已經成為大氣污染的主要因素之一，車輛行駛中排放的尾氣，對行人以及附近居民身體健康造成嚴重影響[5]，特別是城市人口密度越來越大，高層建筑密集，交通樞紐繁忙，可能導致大氣中的氮氧化物不易擴散，以及一些黑色金屬冶煉廠、氮肥廠在生產使用硝酸的過程中，也會向大氣排放氮氧化物。在適當的條件下，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組分。對于大氣中氮氧化物污染治理，方法有很多，主要進行脫氮處理，按照化學技術原理，可以采用催化法、吸收法和吸附法等多種方法。

2.2.1催化法

污染氣體中的和，通過催化劑，發生非選擇性還原反應和選擇性還原反應，其中，非選擇性還原反應，生成，催化劑通常使用鉑，將其載在氧化鋁或鎳合金上，催化還原劑可以使用包含甲烷、低碳氫化物等組分的混合氣體，最后變成焦爐氣、天然氣等被回收，在該流程過程中，氧的燃燒會放出大量的熱，因此反應爐、渦輪機等裝置的材料需要能耐受較高的溫度。與之相比，選擇性還原反應不需要燒去大量的氧，從而避免了非選擇性催化還原法在技術上存在的問題。選擇性催化法也叫SCR，常用作為還原劑，只與污染物中的和發生反應，不與氧發生反應，主要反應為：，在該過程中催化劑可以用貴金屬催化劑，也可以用非貴金屬催化劑。為保證催化劑的有效性，通常控制在以下[6]，以提高催化劑的耐磨性。

2.2.2吸收法

污染氣體中的和，通過吸收劑，發生反應。吸收劑可以選擇水、酸、堿等。當水為吸收劑時，在水中的溶解度低，該方法雖然比較簡單，但是用于脫氮的效果并不十分理想。當酸作為吸收劑時，常用濃硫酸或稀硝酸，其中濃硫酸與氮氧化物發生化學反應，生成亞硝基硫酸，可以作為硫酸和硝酸生產的原料；稀硝酸吸收氮氧化物，屬于物理吸收，依靠氮氧化物在稀硝酸中的溶解度多少。當堿作為吸收劑時，多采用和溶液作為吸收劑，前者價格相對低廉，但效果率低于后者。

2.2.3吸附法

污染氣體中的和，通過吸附劑，達到除去廢氣的目的。吸附劑可以為活性炭，利用活性炭吸附技術，不僅可以吸附硫化物，還可以吸附氮化物，通過改變工藝的壓力或溫度，在常溫下可以實現的硫化反應生成硫酸，在高溫下將還原為，在催化下最終還原成。

3結語

綜上所述，硫化物和氮氧化物是大氣污染中常見的污染組分，對于其處理可以按照催化法、吸收法、吸附法等原理，按照實際情況進行選擇，要求效率高、響應快、不產生二次污染、費用低、安全性高等。隨著材料的發展和科技的進步，化學領域的新興技術不斷變革，如納米光催化技術降解有害氣體、光催化制氫減少二氧化碳排放。隨著大氣污染問題越來越復雜，更多新型治理方式將會出現，而化學技術的基本原理或將更加豐富。

參考文獻

[1] 周光權.污染環境罪的關鍵問題[J].政治與法律，2024（1）：60-72.

[2] 楊列省，王輝，滿昌龍.硫回收克勞斯裝置運行總結及尾氣處理改造[J].流程工業，2022（6）：44-46.

[3] 韓松，李雄飛，靳虎，等.旋轉噴霧干燥法煙氣脫硫的工藝技術研究[J].中國環保產業，2021（4）：50-53.

[4] 李明原，廖亞龍，葛偉童，等.處理廢氣脫硝脫硫的活性炭改性技術研究進展[J].化學工程，2023，51（9）：1-6，13.

[5] 胡梅俠.城市大氣環境氮氧化物污染治理技術分析[J].山西化工，2023，43（2）：210-213.

[6] 王娟，萬曉宇.大氣污染治理中催化技術的運用研究[J].清洗世界，2023，39（3）：137-139.