[科普中國]-治理城市霧霾的神奇物質(zhì)-稀土材料

引言：最近幾天，史上罕見的霧霾再次襲擊北京城，11月30日18時左右，北京京西南區(qū)域點PM2.5濃度達到1000微克/立方米，已接近1952年倫敦霧事件。
從2013年開始，“霧霾”成為年度關(guān)鍵詞。這一年的1月，4次霧霾過程籠罩30個?。▍^(qū)、市），在北京，僅有5天不是霧霾天。有報告顯示，中國最大的500個城市中，只有不到1%的城市達到世界衛(wèi)生組織推薦的空氣質(zhì)量標準，與此同時，世界上污染最嚴重的10個城市有7個在中國。

十面“霾”伏的北京城

這讓我們不禁想起了1952年12月持續(xù)了5天的倫敦大霧。當時能見度只有幾米，找到路的唯一辦法是沿著馬路護欄和房屋行走。人們根本看不清交通狀況，過馬路必須靠聽覺。造成污染的最直接原因是發(fā)電站和普通家庭使用的煤炭以及汽車尾氣。
1952年倫敦大霧引發(fā)的直接死亡人數(shù)達到4000至6000人，其中主要是兒童和患有呼吸疾病的人群。這是一場全國性災(zāi)難。如果按照中國的人口規(guī)模換算，相當于8萬人死亡。由于大霧帶來的嚴重影響還加劇了人們已有的病情，而且并非所有死亡人數(shù)都立即進行了登記，因此估計最終的死亡人數(shù)為1.2萬人。

倫敦大霧

下圖分別為北京和上海的環(huán)境狀況，其中北京的機動車污染占比達31.1%，上海的流動源也就是機動車尾氣污染占比最大為25.8%。

機動車尾氣的主要危害
1、機動車排放的PM2.5的粒度很小，在0.04-0.3微米（柴油車0.3,汽油車0.1，摩托車0.04）, 遠小于2.5微米，不但能夠進入肺部，而且能夠進入血液，對人體的危害巨大。
2、化學(xué)組成的毒性大，機動車排放的PM2.5含有多環(huán)芳烴（PAHs）等16種高致癌物質(zhì)（致癌無閾值即致癌沒有吸入量多少的限值），為毒性和危害最大的污染物。

汽車尾氣排放的PM2.5 含有的16種芳烴高致癌物質(zhì)

被汽車尾氣污染的人體器官

關(guān)于汽車尾氣凈化，以汽油車為例，現(xiàn)在主要的是采用的三效催化劑的凈化技術(shù)，三效催化劑由蜂窩體和催化劑涂層組成，催化劑涂層由稀土儲氧材料（由氧化鈰，氧化鑭和氧化鋯制備）、稀土穩(wěn)定的氧化鋁材料和貴金屬組成。稀土儲氧材料中的稀土元素鈰為一種變價元素，其氧化物具有特殊的儲存和放氧功能，與貴金屬Pt,Pd和Rah結(jié)合，在貧燃時儲存氧，富燃時提供氧，將汽車尾氣排放的碳氫化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化合物（NOx）等污染物高效轉(zhuǎn)化為還原成對人體無害的氮氣和水。由于稀土儲氧材料的高性能，使三效催化劑的性能大幅度提高，現(xiàn)在國外已經(jīng)達到準零排放水平，最終將實現(xiàn)基本上不排放污染物。

既然汽車安裝了尾氣凈化裝置，為什么國內(nèi)的城市污染依然持續(xù)爆表呢？其主要原因在于國內(nèi)大量的汽車存在尾氣凈化器過期使用的問題。

據(jù)四川大學(xué)催化材料研究所所長陳耀強教授介紹，我們國家現(xiàn)在對汽油車只有排放檢測沒有過期催化劑更換，2000年實施汽油車的國Ⅰ排放標準，將催化劑裝上車，催化劑的壽命為8萬公里行駛里程。出租車每年的行駛里程在20萬公里左右，所以出租車一年必須換兩次催化劑才能保證排放達標。照此計算，2000年1月購買的出租車在2000年內(nèi)就應(yīng)該更換兩次催化劑。從2000年到現(xiàn)在2015年全國都沒有啟動換催化劑，這里有多少高排放車可想而知。
到2014年底，我國的汽車保有量為1.5億輛，其中汽油車1.3億輛。有多少超標排放的汽油車？對國Ⅰ至國Ⅲ汽油車催化劑的使用壽命為8萬公里或5年，以先到者為準，即不論半年，一年，兩年，三年，四年，只要行駛距離達到8萬公里，就得更換催化劑，如果5年不到8萬公里，也得更換催化劑；對于國Ⅳ汽油車，使用壽命為8萬公里或5年，以先到者為準。
按催化劑的壽命8（10）萬公里或5年計算，2010年及以前生產(chǎn)有六千六百多萬輛汽油車無需檢測也能判斷它排放肯定已經(jīng)超標，2014年六月份以前買的500萬出租車肯定排放超標，2011年到2014年生產(chǎn)的六千多萬輛汽油車中有兩千萬輛以上排放已經(jīng)超標，加起來排放超標車超過九千萬輛，即 1.3億輛汽油車中至少九千萬車輛排放超標，這是我們國家在用汽油車的排放情況。
催化劑的壽命里程（8萬公里或10萬公里）是實驗計算得到的，當汽車行駛距離超過八萬公里時，排放基本上是超標，所以造成大范圍大面積的污染是由于沒有定期更換催化劑造成的，也就是說PM2.5、碳氫化合物、一氧化碳和氮氧化物隨著行使里程增加，可以達到排放標準的幾十倍至上百倍，這已得到不同行駛里程的汽油車尾氣測定結(jié)果的證實。

根據(jù)陳耀強教授介紹，催化劑自身失效，會造成污染物排放增加3倍左右，而潤滑油里的磷，鋅等在催化劑孔道內(nèi)的沉積，使排氣阻力（背壓）增加，發(fā)動機燃燒劣化是造成污染物排放增加數(shù)十倍的主要原因。從過期催化劑的SEM和元素分析得到證實，催化劑過期時間越長，催化劑孔道堵塞越嚴重，污染排放越高。
從測定結(jié)果分析，更換催化劑后的汽油車，PM2.5至少可以降低60%到80%。

所以只有政府大力提倡，全民共同參與，才能使小小的稀土元素在治理城市霧霾的進程中持續(xù)發(fā)光發(fā)熱，還我城市湛藍天空。