如何用科学之手 拧紧PM2.5的“龙头”

冬季连日雾霾，对其中主要污染物PM2.5的治理成为社会关注焦点。一段时间以来，引大风吹散雾霾，打造超级空气罩护卫城市上空……为了头顶纯净的天空，天马行空畅想无尽。荷兰还有位科学家正在研究利用铜线圈通电制造静电场，以吸附空气中的颗粒物。

事实上，PM2.5来源十分复杂，既有燃煤、燃油机动车尾气，道路扬尘、建筑施工扬尘、工业粉尘，餐饮油烟、垃圾焚烧、秸秆焚烧直接排放的细颗粒物，也有空气中二氧化硫、氮氧化物和挥发性有机物等，经过复杂的化学反应转化生成的二次细颗粒。而后者，在PM2.5中占有一半以上的比重，且灰霾发生时占比更高。在这些细小金属离子“长大”二次生成PM2.5前即时阻断，成为治理污染的关键环节之一。

科学之手，如何拧紧那一半“龙头”?全世界的科学家都在寻找答案。

源头截污，双面作战

减少污染物二次生成，还需从源头治理开始。研究发现，火电厂、重工业、汽车等源头排放产物——二氧化硫、氮氧化物和挥发性有机物等是PM2.5生成的重要“原料”。在这些源头上加上“滤网”，在当下比引风吹霾靠谱得多。然而，我们在这一领域的认识也走了一些弯路。相当长一段时间里，科学家普遍认为硫离子是最大元凶，而烟气脱硫可以在很大程度上改变大气污染发展趋势。然而，随着脱硫技术的不断成熟、应用，灰霾现象并未明显改善。深入分析后，越来越多研究者发现，氮氧化物也是大气中细小悬浮颗粒物的重要来源之一，要解决雾霾问题，必须要脱硫脱硝双管齐下，协同控制，从源头上控制污染物的排放。在“十二五”期间，我国将氮氧化物加入了节能减排的总量控制范围。

如何脱硝?事实上，这个问题在化学领域早有基本理论。研究人员指出，控制氮氧化物排放就是“脱硝”，主要指将有害的氮氧化物转化为无毒无害的氮气的过程。研究证明，选择性催化还原氮氧化物的烟气脱硝技术以脱硝效率高而得到了最广泛的应用，成为“脱硝技术”中的主流——利用氨对的氮氧化物的还原功能，在催化剂的作用下把它还原为对大气没有影响的氮气和水。这一过程中，更高效催化剂的开发，成为许多国家研究人员的攻关目标之一。

原来，这一脱硝反应中的传统催化剂有两个天敌——碱金属和二氧化硫。一旦反应中接触过多，催化剂物质上的活性位就会被其占据，进而“中毒死亡”失去活性，不得不经常更换新的催化剂。然而，偏偏在小型火电厂、秸秆集中处理、汽车等急需高效脱硝之处，其烟气环境含有大量碱金属和二氧化硫。这令最有力量的脱硝技术，难以在这些地方大展拳脚。

为此，复旦大学环境科学与工程系唐幸福课题组研发出了同时抗碱金属和抗SO2的新型脱硝催化剂。区别于传统催化剂，研究人员在新型脱硝催化剂上同时设计了催化活性位和碱金属捕获位——碱金属捕获位能捕获碱金属颗粒，即使催化剂毒物碱金属预先占用了活性位，由于新型催化剂的特性，碱金属也会自发迁移到捕获位上，并重新释放催化活性位。此外，碱金属与的捕获位结合十分稳定，脱硝反应则仍将在活性位上进行。

测试发现，在碱金属和SO2浓度非常高的场所中，新型催化剂比传统催化剂寿命提高10倍以上;特别是在传统催化剂无法发挥作用的燃煤工业锅炉和特种锅炉的当氧化物排放控制，也依然可以保持较高的活性。这项技术刚一问世便与有关公司开展了合作，目前已经建立规模化生产中心，产品已在国内工业领域中投放使用。

据悉，今年起，新型催化剂有望大规模扩展生产。目前还有一家知名美国企业正在洽谈合作，希望将这一技术更好地应用于汽车尾气处理。美国化学会周刊化学化工新闻Chemical&Engineer-ingNews(C&EN)对此的报道中，引用美国康涅狄格大学的Gao教授的评价，认为这样的设计为彻底解决催化剂稳定性的问题给出了一种可行的选择。

“组合拳”打倒“第一名”

挥发性有机物，这个名字似乎很陌生。很少有人知道，这一主要来源于石油化工、印刷包装产业的污染物，同样可直接导致大气中PM2.5的形成。目前，我国挥发性有机物排放量已位居世界第一位，其绝对排放量比二氧化硫、氮氧化物和粉尘的排放量都高，每年超过2000万吨。2010年5月，国务院发布《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》，首次将VOCs与二氧化硫、氮氧化物等一起列为大气污染联防联控的重点污染物。

值得一提的是，最新修订、被称为史上最严的《大气污染防治法》已于2016年1月1日起施行。相比15年前，新大气法条文增加一倍，其中首次将挥发性有机化合物纳入监管范围。

难题摆在科学家面前。工业上，挥发性有机物排放涉及的行业众多，污染物种类繁多，组成复杂，其种类有烃类、酮类、酯类、醇类、酚类、醛类、胺类、氰类等。所以治理技术体系复杂，涉及10多种技术及组合技术。

业内人士认为，总体来说，挥发性有机物治理有两类基本技术，一类是回收技术，治理的基本思路是对排放物进行吸收、过滤、分离，然后进行提纯等处理，再资源化循环利用，如吸附回收技术、吸收技术和膜技术等。另一类是销毁技术，处理的基本思路是通过燃烧等化学反应，把排放的挥发性有机物分解化合转化为其他无毒无害的物质，如燃烧技术、生物技术和等离子体技术等。目前，这两类技术都得到研究和应用。

令人欣喜的是，近年来，吸附工艺得到不断完善。中国环保产业协会废气净化委员会副主任委员、解放军防化研究院研究员栾志强介绍，已发展了氮气保护再生新工艺，避免使用水蒸气，降低了回收溶剂的提纯费用，并提高了设备安全性，这在包装印刷行业的应用最为广泛。

在实际生产过程中，挥发性有机物成分极其复杂，不同类型的化合物性质各异，大多数行业又以混合物的形式排放，因此采用单一的治理技术往往难以达到治理效果，在经济上也不划算，通常情况下需要采用多种治理技术的组合，才能达到很好的治理效果。

据介绍，目前治理组合技术有吸附浓缩+催化燃烧技术、吸附浓缩+高温焚烧技术、吸附浓缩+吸收技术、低温等离子体+吸收技术、低温等离子体+催化技术等。采用“组合拳”，打倒这个排污产污“第一名”。

链接

全球治污各出奇招

英国

上世纪80年代，政府决定尝试在街道使用一种钙基黏合剂治理空气污染。这种黏合剂类似胶水，可吸附空气中的尘埃。街道清扫工已将这种新产品用于人口嘈杂、污染严重的城区，目前监测结果称这些区域的微粒已经下降了14%。

德国

如果空气出现严重污染，德国会对某类车辆实施禁行，或者在污染严重区域禁止所有车辆行驶。目前，德国正大力鼓励机动车安装尾气清洁装置，安装过滤器的车主可获得国家补贴。

德国一些城市采取了“环保贴”措施，即根据汽车的可吸入颗粒物排放情况，在车玻璃贴上不同颜色的“环保贴”，同时把城区分成4个不同区域，竖起标牌标明贴有何种颜色“环保贴”的车辆可以通行，违规者将被罚款40欧元。

法国

法国公共卫生高级委员会在2012年4月公布的空气颗粒物污染报告中列出了一系列保护公众健康的建议，尤其是针对肺病和心脏病患者、幼龄儿童与老年人等敏感人群。

日本

城市绿化是日本治理污染的重要措施。东京规定，新建大楼必须有绿地，必须搞楼顶绿化。

2003年，东京立法要求汽车加装过滤器，并禁止柴油发动机汽车驶入该市。东京所有出租车使用的都是天然气。

意大利

米兰市对污染最严重的汽车征税，工作日7时至19时，污染严重的汽车必须缴纳2至10欧元税才能进入市区。罗马实行“绿色周日”活动，只有电动汽车等环保车才能上街行驶。

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