汽车排放污染物的生态环境降解技术

周越珊 (茂名市环境技术中心, 广东 茂名 525000)

0 引言

在对汽车排放污染物进行降解的过程中，光催化技术是一项关键的降解技术。通过该技术的合理应用，可有效降解汽车排放到生态环境中的污染物，以此来保障生态环境的良性发展。因此，在具体的汽车排放污染物治理过程中，相关单位应注重此项降解技术的合理应用，以此来实现汽车尾气的有效降解处理，让生态环境得到良好保护。

1 光催化技术降解汽车排放污染物的应用机理分析

光催化技术所应用的主要材料是TiO2，这是一种宽禁带形式的半导体材料，这种材料具有不连续性的能带，主要组成部分包括空的高能导带和填满了电子的低能价带，禁带存在于导带和价带这两者之间。禁带的宽度叫做带隙能，锐钛型TiO2禁带宽度是3.2 eV，其带隙能在387.5 nm形式的光电子能左右。如果收到的光照辐射波长在357.5 nm以下，价带电子将会在导带上被激发，进而在导带和价带上分别产生活性非常高的电子e-和空穴h+，它们会和TiO2表面上吸附的O2和H2O等这些物质产生一系列的化学反应，具体情况如下：

在具体的反应过程中，TiO2主要用作催化剂，这种物质本身并不会在氧化还原反应中直接参与，它所起到的是一种媒介作用。在这样的情况下，这种物质也不会随着反应时间的延长而逐渐被消耗。所以就理论而言，TiO2在降解过程中具有永久性，可以对汽车排放的有害气体随时随地进行净化和处理，并将降解过程中所生成的附属产物直接用水清洗干净，以此来保障生态环境的健康可持续发展。

2 光催化技术在汽车排放污染物生态环境降解中的应用机理分析

在汽车排放的尾气中，主要的污染物成分包括SO2、HC、CO以及NOx，这些物质随着汽车尾气排放到外面之后，首先接触到的是路面材料。所以在通过光催化技术进行汽车排放污染物降解的过程中，主要的固定载体是路面材料。SO2和NOx气体会在浓度梯度的影响作用下在催化剂表面扩散，因为这些物质的活性非常高，所以在接触到空气中的氧气时，便可直接被光催化氧化[2]。以下是具体的反应式：

其中所形成的低蒸气压硝酸以及硫酸等物质，可以在降雨过程中被除去，且在雨水经过大气环境中所含有的粉尘之后，其中的酸性几乎可以被彻底消除，这样便可达到良好的空气净化效果。

3 光催化降解技术在汽车排放污染物生态环境降解中的具体应用分析

3.1 路面制备工艺

就汽车行驶的路面来看，最主要的两种类型是沥青路面和水泥混凝土路面。通过相关专家学者[5]的对比分析发现，在应用TiO2进行汽车排放污染物光催化氧化的过程中，水泥混凝土路面的光催化效果会比沥青路面更优越[3]。所以在具体的汽车排放污染物生态环境降解过程中，大多会通过环保光催化形式的水泥混凝土路面来进行降解，这种路面材料的主要制备方法有三种，第一是将适量的TiO2粉末加入到水泥里，让水泥具备光催化作用，然后再将其应用到路面材料中[4]。第二是在进行多孔形式的水泥混凝土路面摊铺过程中，将一定量的TiO2分层添加到其中，以此来达到良好的光催化降解效果。第三是将一层TiO2薄膜包裹在部分混凝土集料的表面。

但是在实际进行路面材料的制备过程中，以上这三种方法都会浪费更多的材料，且施工也比较困难，因此，为了让这种光催化降解技术在汽车排放污染物降解中得以良好应用，还需要对其制备工艺做进一步的研究。

除了以上的三种制备工艺之外，也可以通过硬化混凝土外部渗透的方法来进行具有光催化降解效果的路面材料的制备，这种方法主要是在对水泥混凝土路面进行养护的过程中，将TiO2水性浆液喷洒在其表面，让纳米级别的TiO2能够尽量多地附着在水泥混凝土表面、裂缝以及孔隙内，这样就可以使其更加充分地和污染气体以及阳光辐射接触，不仅具备更好的催化性能，也可以避免材料浪费的情况，且施工复杂程度也会得到有效降低。喷洒TiO2水性浆液的喷洒机结构示意图如图1所示。

图1 光催化降解汽车排放污染物的喷洒机结构示意图

通过大量的研究和施工发现，这种喷洒机有着十分良好的工作效果。具体应用中，可以直接将这种喷洒机安装到微型面包车厢中来进行喷洒作业。作业过程中，主要通过喷洒机中的蓄电池来为其直流电机液泵提供驱动，管内混合的TiO2浆液会通过喷嘴直接喷洒在道路表面。在对道路交通中的附属设施进行喷洒的过程中，可以借助于手持形式的喷洒枪来进行喷洒施工。

3.2 降解效率和影响因素分析

在通过光催化技术进行汽车排放污染物的降解过程中，最需要重视的就是降解效果。将TiO2在水泥基表面固化，通过氙灯照射，可以对汽车排放污染物中浓度较高的NOx进行有效降解，根据研究与试验发现，其降解效率可以达到83.92%。为了进一步研究混凝土试样对于汽车排放污染气体中的NOx降解效果的影响作用，以及质量分数不同的光催化剂、重复应用等对于降解效果所产生的影响，有专家学者[6]特对其进行了全面研究，并讨论了NOx的具体转化过程。通过研究发现，在将纳米级别的TiO2用作催化剂的情况下，路面材料将会对汽车排放污染物中的NOx起到很好的降解作用，具体情况如表1所示：

表1 将纳米级别的TiO2用作催化剂对汽车排放污染物中的NOx降解情况

同时，通过研究发现，在TiO2这种光催化剂含量不同的情况下，催化材料对汽车排放污染物降解的效率将会随着时间的变化而呈现出不同，在光催化材料中的TiO2含量在4%的情况下，汽车排放污染物将会达到最佳的降解效果。因为纳米级别的TiO2具有非常大的表面张力，很容易在吸附作用下出现团聚现象，在此情况下，这种光催化剂将会让路面材料产生一定程度的分散效果，进而对其光催化效率造成一定程度的不利影响。为了让这种情况得到有效改善，可以在路面应用一些合理的分散方法，或者是将表面活性剂合理应用于道路面，以此来降低TiO2光催化剂对路面材料所带来的分散作用，实现汽车排放污染物降解效果的进一步提升。

另外，分散剂的种类、分散方法、分散时间以及分散浓度等对于光催化降解效果也会产生一定程度的影响作用。通过研究发现，将三价铁离子用作分散剂的情况下，纳米级别的TiO2的光催化性能将会得到显著提升。而在对XRI谱以及TEM照片进行分析的过程中发现，之所以会出现这样的情况，是因为三价铁离子可以让TiO2的能级得到显著提升，以此来提高其催化活性。而在另外一些学者[7]的研究和分析中发现，将S以及N适量添加到TiO2催化剂中，将会进一步提升其吸收可见光的能力，这样即使是在可见光条件下也可以让汽车排放污染物得到有效降解。

3.3 具体应用效果分析

为进一步验证TiO2光催化剂在汽车排放污染物降解中的光催化降解效果，本次对某收费站广场的路面光催化降解技术应用进行了研究。通过实际工程的施工与应用发现，该技术不仅施工十分简单，成本也很低，其在具体应用的过程中表现出了很高的光催化效率。本次所研究的收费站广场面积仅仅在5 000 m2左右，在2018年完成了一层光触媒形式的生态路面铺层铺设，其长度是120 m，通过两年以来的监测和分析发现，这短短的120 m光触媒形式的生态路面铺层铺设便可将近45%的汽车排放污染物吸收。

4 结语

综上所述，对于汽车排放的污染物，在进行治理的过程中，路面材料的降解治理是一项重要的技术措施。在这种措施的具体应用中，光催化降解技术是最为关键的一项技术。为有效提升光催化降解技术在路面汽车排放污染物降解中的应用效果，相关单位一定要对该技术加以深入研究，通过对其作用机理的研究、路面光催化降解材料的制备研究、降解效率及其各项影响因素的研究等来提升降解效果。通过这样的方式，才可以让汽车排放出的污染物及时得到有效降解，避免这些空气污染物大量排放到生态环境中所带来的危害，让生态环境得到最大化的保障。这对于当今汽车尾气处理技术的发展、汽车行业的发展都将起到良好的促进作用，同时也可以进一步实现当今社会经济和生态环境之间的协调可持续发展目标。