主要內(nèi)容1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源2.大氣二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)3.清除二次無機氣溶膠的途徑和方法4.課題組靜電吸附-光催化清除霧霾專利技術(shù)5.課題組納米脫硝催化劑專利技術(shù)6.課題組煤炭環(huán)保助燃劑專利技術(shù)7.課題組其它環(huán)保節(jié)能技術(shù)開發(fā)情況8.講座相關(guān)內(nèi)容有獎問答和討論1第1頁/共25頁主要內(nèi)容1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源1第1頁/共25中國消耗全世界大約1/2的煤炭、1/3的氮肥和1/9的石油，霧霾顯然是人為來源為主的。每到秋冬季節(jié)，公眾就擔(dān)心霧霾會卷土重來，因為霧霾的危害比我們想象的還要大。面對頻繁光臨的霧霾，不能只是抱怨和期待大自然的冷風(fēng)來驅(qū)散。住高樓、戴口罩和用空氣凈化器并不能從根本上免除霧霾的危害，我們總該做些什么吧！關(guān)于霧霾形成過程有許多理論，課題組從無機鹽生成、結(jié)晶、溶解和風(fēng)化的角度解釋了霧霾的形成和消除過程；提出了清除霧霾的途徑和技術(shù)方法。2霧霾下的天安門廣場直面霧霾我有話說霧霾誘發(fā)多種疾病第2頁/共25頁中國消耗全世界大約1/2的煤炭、1/3的氮肥和1/9的石油，1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源灰霾顆粒物形狀多樣，以很細(xì)的固體粒子為活性種，表面富集有許多無機化合物和有機化合物。3含硫酸鹽的霧霾粒子含硝酸鹽的霧霾粒子含混合鹽的霧霾粒子含不同無機鹽的霧霾粒子顯微圖像放大1000倍的霧霾粒子圖像第3頁/共25頁1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源灰霾顆粒物形狀多樣，以很1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源霧霾粒子中含量較多的化學(xué)成分有硫酸鹽，硝酸鹽，銨鹽，地殼元素、有機碳和元素碳，各地灰霾的組成有所不同，并隨季節(jié)和氣象條件有所變化。霧霾的粒徑一般為0.003-10μm，平均直徑為0.3-1μm，用PM1.0表征最合理，但一般用在科學(xué)研究中。大氣PM2.5指標(biāo)能在一定程度上反映霧霾污染的程度，也是導(dǎo)致霧霾發(fā)生的主要原因之一?？諝庵辛綖?.5μm以下的中細(xì)顆粒能吸入人的肺部，稱為可吸收顆粒物，對人體危害極大。4PM2.5到底有多小PM侵入人體的部位第4頁/共25頁1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源霧霾粒子中含量較多的化學(xué)1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源北京市全年P(guān)M2.5來源中，區(qū)域傳輸“貢獻(xiàn)”約占28%～36%，本地污染排放“貢獻(xiàn)”占64%～72%。在本地污染中，機動車排放31.1%、燃煤22.4%、工業(yè)生產(chǎn)18.1%

。其中，機動車除了直接排放PM2.5外，還是PM2.5中二次氣溶膠的“原材料”和“催化劑”。5根據(jù)直接排放推算污染物來源根據(jù)化學(xué)成分推算污染物來源二次無機氣溶膠第5頁/共25頁1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源北京市全年P(guān)M2.5來源據(jù)2015年全國環(huán)境監(jiān)測工作現(xiàn)場會透露，機動車、工業(yè)生產(chǎn)、燃煤、揚塵等是當(dāng)前我國大部分城市環(huán)境空氣中顆粒物的主要污染來源，約占85%-90%。其中北京、杭州、廣州、深圳城市的首要污染來源是機動車。1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源6PM2.5的三大來源機動車是PM2.5的元兇第6頁/共25頁據(jù)2015年全國環(huán)境監(jiān)測工作現(xiàn)場會透露，機動車、工業(yè)生產(chǎn)、燃污染物直接排入大氣形成的氣溶膠稱為一次氣溶膠。一次氣溶膠污染物之間相互反應(yīng)或與大氣中原有成分反應(yīng)生成的新的氣溶膠稱為二次氣溶膠，可細(xì)分為二次無機氣溶膠和二次有機氣溶膠?！禢ature》雜志近期報道，中國霧霾的PM2.5中二次無機氣溶膠占31%，二次有機氣溶膠占27%。二次無機氣溶膠是霧霾粒子的最主要組分和骨架，二次有機氣溶膠通常以其為載體，它的形成和清除決定霧霾的形成和清除，可以從二次無機氣溶膠入手研究霧霾的形成和清除。2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)

7氣溶膠分類和來源示意圖二次氣溶膠一次氣溶膠第7頁/共25頁污染物直接排入大氣形成的氣溶膠稱為一次氣溶膠。2.二次無機2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)

課題組首次將二次無機氣溶膠的形成和清除當(dāng)作(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O復(fù)合鹽的反應(yīng)生成、結(jié)晶、溶解和風(fēng)化過程進(jìn)行研究。反應(yīng)主要原料是一次氣溶膠SO2、NOx、NH3

、元素C和重金屬以及大氣中的O2和H2O；其中，元素C和重金屬作為反應(yīng)催化劑；將大氣作為反應(yīng)器，靜風(fēng)、逆溫和較高的濕度條件為反應(yīng)提供了高原料濃度和足夠長的接觸反應(yīng)時間。大氣中的SO2和NOx發(fā)生氧化反應(yīng)和水合反應(yīng)生成含有硫酸、硝酸和亞硝基硫酸的酸霧；然后與大氣中含有的銨、鈣、鋁和鐵等地殼元素化合物發(fā)生中和、沉淀和復(fù)分解反應(yīng)生成以

(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O為代表的無機復(fù)合鹽液滴。8SO2+NOx+NH3(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O重金屬+CO2++H2O靜風(fēng)+逆溫第8頁/共25頁2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)

課題組首次將二次無機氣溶2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)當(dāng)大氣溫度和濕度下降時就析出含大量結(jié)晶水的無機復(fù)鹽(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O，同時復(fù)鹽結(jié)晶吸水后體積膨脹形成比較穩(wěn)定的二次無機氣溶膠粒子，使PM2.5濃度提高。當(dāng)大氣濕度過高時二次無機氣溶膠粒子又溶于水中形成液滴，使霧霾轉(zhuǎn)化為霧，霧粒子凝聚后沉降清除，使PM2.5降低。當(dāng)溫度和濕度過低時，大量無機復(fù)鹽(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O脫去結(jié)晶水，結(jié)晶粒子體積變小，風(fēng)化分散為微小的粒子，使PM2.5濃度降低，大氣能見度再次提高。9結(jié)晶析出結(jié)晶溶解結(jié)晶脫水濕度變化濕度過高濕度過低第9頁/共25頁2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)當(dāng)大氣溫度和濕度下降時就析2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)一次氣溶膠粒子能通過一系列反應(yīng)形成二次無機氣溶膠，主要包括化學(xué)氧化反應(yīng)、催化氧化反應(yīng)、光化學(xué)氧化反應(yīng)、水合反應(yīng)、復(fù)合氧化反應(yīng)、中和反應(yīng)、還原反應(yīng)、沉淀反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)等。10二次氣溶膠形成示意圖第10頁/共25頁2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)一次氣溶膠粒子能通過一系列2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)

化學(xué)氧化反應(yīng)SO2+O2

→SO32NO+O2

→NO22H2S+3O2

→2SO2+2H2O催化氧化反應(yīng)SO2+O2+M→SO3+M2NO+O2+M→NO2+M光化學(xué)氧化反應(yīng)NO2+hv→O*+NOO*+O2

→O3O*+RH→RO+H*RO+NO2→RONO2RH+hv→RO2RO2+NO2→RO2NO211PM2.5來源和組成示意圖第11頁/共25頁2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)

化學(xué)氧化反應(yīng)11PM2.2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)水合反應(yīng)SO2+H2O→H2SO3

SO3+H2O→H2SO4

NO2+NO+H2O→2HNO23NO2+H2O→2HNO3+NO復(fù)合氧化反應(yīng)NO+NO2+2H2SO4→2HSNO5+H2OHSNO5+SO2+O2+2H2O→2H2SO4+HNO3還原反應(yīng)RONO2+H*→ROH+NO2RO2NO2→RO2+NO212第12頁/共25頁2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)水合反應(yīng)12第12頁/共22.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)中和反應(yīng)2NH4HCO3+H2SO4

→(NH4)2SO4+H2O+CO2NH4HCO3+HNO3

→NH4NO3+H2O+CO2CaCO3+H2SO4

→CaSO4+H2O+CO2沉淀反應(yīng)Pb(NO3)2+(NH4)2SO4

→PbSO4+2NH4NO3AgNO3+NH4Cl→AgCl+NH4NO3復(fù)分解反應(yīng)(NH4)2SO4+Fe2(SO4)3+24H2O→2NH4Fe(SO4)2·12H2O(NH4)2SO4+Al2(SO4)3+24H2O→2NH4Al(SO4)2·12H2O(NH4)2SO4+Ca(NO3)2→CaSO4·2H2O+2NH4NO313第13頁/共25頁2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)中和反應(yīng)13第13頁/共23.清除二次無機氣溶膠的途徑和方法大氣二次無機氣溶膠清除方法也可分為物理清除法、化學(xué)清除法和光化學(xué)清除法等。近年來已公開了一系列通過電、磁、光、聲和化學(xué)等方式清除霧霾的發(fā)明專利。物理清除法一般采用靜電吸附原理，使帶電荷的霧霾粒子吸附到帶相反電荷的電極板上凝聚除去；也可以將高壓產(chǎn)生的靜電荷通過空氣和水霧擴散開來，使空氣中霧霾粒子感應(yīng)相反的電荷，促進(jìn)其凝聚沉降清除。荷蘭發(fā)明家的埋地靜電除霾設(shè)計國產(chǎn)除霾降塵清潔車14第14頁/共25頁3.清除二次無機氣溶膠的途徑和方法大氣二次無機氣溶膠清除方3.清除二次無機氣溶膠的途徑和方法化學(xué)清除法是用噴灑分散在大氣氣溶膠中的化學(xué)沉降劑改變大氣中水滴的表面張力和表面自由能，提高水滴對氣溶膠固體粒子的親和力和滲透力，同時擴大了氣溶膠固體粒子體積和比表面積，促進(jìn)霧霾粒子凝聚沉降清除。無機型化學(xué)沉降劑主要包括

MgCl2、CaCl2、NaCl、AlCl3、Na2SiO3、Al2O3、SiO2和天然礦粉等。有機型化學(xué)沉降劑主要包括高性能吸水樹脂、聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素和非離子表面活性劑等。15第15頁/共25頁3.清除二次無機氣溶膠的途徑和方法化學(xué)清除法是用噴灑分散在3.清除二次無機氣溶膠的途徑和方法光化學(xué)清除法是采用光化學(xué)催化劑加快光化學(xué)反應(yīng)，使催化表面在光照射下產(chǎn)生電子e-和空穴h+，使催化劑表面吸附的污染物變性或分解。國內(nèi)外已將TiO2光催化劑應(yīng)用在公路上清除機動車尾氣污染；也將TiO2光催化劑作為涂料組分其應(yīng)用在建筑物、機動車、廣告牌和公路護欄表面上。目前正在開發(fā)可見光激活的摻雜TiO2光催化劑和鈣鈦礦型光催化劑，光催化方法特點是除霾時不需要額外能源供應(yīng)。16納米TiO2光催化除霾路面納米TiO2光催化除霾棚頂?shù)?6頁/共25頁3.清除二次無機氣溶膠的途徑和方法光化學(xué)清除法是采用光化學(xué)4.課題組靜電吸附-光催化清除霧霾專利技術(shù)大氣霧霾粒子總體上帶負(fù)電荷；光催化劑幾乎不帶電荷，它不能主動捕集空氣中的霧霾粒子，導(dǎo)致清除霧霾效率不高。項目組發(fā)明了將帶正電荷的納米Fe2O3/Al2O3與可見光激活的摻雜納米TiO2復(fù)合，利用靜電吸附-光催化復(fù)合作用減霾。課題組還發(fā)明將釋放負(fù)離子的電氣石與可見光激活的摻雜納米TiO2復(fù)合，可以除霾凈化空氣和提高空氣中負(fù)離子濃度。項目組還發(fā)明了將鈣鈦礦型光敏材料NH4SnI3和可見光激活的摻雜納米TiO2復(fù)合，利用光敏材料產(chǎn)生的正電荷靜電吸引帶負(fù)電荷的霧霾粒子，促使其凝聚清除和光電催化分解。17可產(chǎn)生靜電荷材料第17頁/共25頁4.課題組靜電吸附-光催化清除霧霾專利技術(shù)大氣霧霾粒子總體4.課題組靜電吸附-光催化清除霧霾專利技術(shù)課題組已布局相關(guān)專利4件，代表性專利提供一種光催化灰霾消減劑制備方法，包括靜電吸附劑形成，摻雜納米TiO2光催化劑制備，有機硅成膜劑制備和光催化灰霾消減劑形成四部分。18有效組分消減灰霾時的用量為0.05-1.0g/m3灰霾空氣，可直接噴灑在含灰霾空氣中，也可預(yù)先涂布在構(gòu)筑物表面上，在重灰霾天氣下，2h內(nèi)灰霾的消減率為60%-80%。第18頁/共25頁4.課題組靜電吸附-光催化清除霧霾專利技術(shù)課題組已布局相關(guān)5.課題組納米脫硝催化劑專利技術(shù)機動車尾氣是城市霧霾禍?zhǔn)祝瑢＠_了一系列采用廉價的鈣鈦礦催化劑脫除機動車尾氣中NOx、同時脫除NOx和C顆粒物、同時脫除NOx、CO和CH的發(fā)明專利，還需要開發(fā)同時脫出NOx、CO、CH和C顆粒物的四元催化劑。隨著機動車數(shù)量不斷增多，即使全部實現(xiàn)“達(dá)標(biāo)”排放，也難以使PM2.5總量大幅下降，機動車尾氣治理任重道遠(yuǎn)?！皩汃R”大品牌在機動車NOx尾氣治理上進(jìn)行的高技術(shù)作弊行為令世人震驚。最近又曝光了“雪鐵龍”重型柴油車尾氣排放作弊被重罰的消息。“應(yīng)付監(jiān)管”和“唯利是圖”是商家本性19寶馬被曝尾氣超標(biāo)11倍標(biāo)致雪鐵龍重演尾氣門第19頁/共25頁5.課題組納米脫硝催化劑專利技術(shù)機動車尾氣是城市霧霾禍?zhǔn)祝?.課題組納米脫硝催化劑專利技術(shù)

近年來加強了工業(yè)生產(chǎn)廢氣脫硝技術(shù)研發(fā)，力求NOx在排入大氣之前轉(zhuǎn)化為氮氣，實現(xiàn)污染物的源頭治理。NOx

的消除技術(shù)主要是NOx

選擇性催化還原技術(shù)

、NOx

儲存還原技術(shù)和NOx直接分解技術(shù)。目前NH3選擇性催化還原NOx技術(shù)在應(yīng)用中采用過量NH3才能將NOx催化還原為N2，存在NH3泄漏排放，只是表面上解決了NOx達(dá)標(biāo)排放，同時為PM2.5提供了大量原料。雖然非貴金屬脫硝催化劑V2O5-WO3-MoO3/TiO2和

La1-xSrxCu1-yMnyO3/Al2O3已在電力和石化大型裝置上應(yīng)用，但還存在耐硫、耐水性能差、使用壽命比較短、脫硝不徹底和運行成本高的問題。課題組已布局相關(guān)專利3件，代表性專利發(fā)明了鈣鈦礦型脫硝催化劑,不依賴外加還原組分對廢氣脫硝，提高了脫硝率，無二次污染。20脫硝是除霾的關(guān)鍵脫硝工藝復(fù)雜成本高鈣鈦礦結(jié)構(gòu)催化劑第20頁/共25頁5.課題組納米脫硝催化劑專利技術(shù)

近年來加強了工業(yè)生產(chǎn)廢6.課題組煤炭環(huán)保助燃劑專利技術(shù)煤炭含有大量硫和氮，很難在燃燒前高效分離；而燃燒后從煙氣中脫硫和氮需要投資巨大的專門設(shè)備和高昂運行費用。人們期望開發(fā)在燃燒中添加脫硫劑和脫硝劑，使硫化物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的硫酸鹽進(jìn)入爐渣，使氮化合物轉(zhuǎn)化為氮氣排放。專利公開的固硫脫硝添加劑主要是Ca、Mg、Ba、K、Na、Al、Fe、Cu、Mn、Zn、Si鹽或氧化物、稀土礦粉、過渡金屬礦粉、粉煤灰、電石渣、硅藻土、TiO2

和生物質(zhì)等。課題組發(fā)明了采鋼鐵酸洗廢渣、粉煤灰、稀土礦粉和有機廢液制備鈣鈦礦型煤炭固硫脫硝助燃劑，實現(xiàn)了以廢治廢和綜合利用。并將發(fā)明設(shè)計轉(zhuǎn)化為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實訓(xùn)項目，實現(xiàn)了教學(xué)、科研和社會服務(wù)一體化，一舉多得。21天津靜海超大滲污坑煤炭燃燒污染嚴(yán)重第21頁/共25頁6.課題組煤炭環(huán)保助燃劑專利技術(shù)煤炭含有大量硫和氮，很難在燃6.課題組煤炭環(huán)保助燃劑專利技術(shù)課題組正在進(jìn)行相關(guān)專利布局，代表性專利是煤炭環(huán)保助燃劑的制備方法，包括金屬鹽的負(fù)載、活性氫氧化物的共沉淀、復(fù)合氧化物形成、鈣鈦礦型催化材料形成四部分。22第22頁/共25頁6.課題組煤炭環(huán)保助燃劑專利技術(shù)課題組正在進(jìn)行相關(guān)專利布局23序號專利號專利名稱發(fā)明人申請日期12017107001390一種光電催化灰霾清除涂層及其制備方法李建生，學(xué)生，劉炳光2017-08-1622017107100841一種高效清除灰霾涂層及其制備方法李建生，劉炳光，王少杰，學(xué)生2017-08-183201710809480X一種煤炭環(huán)保助燃劑及其制備方法李建生，學(xué)生，劉炳光2017-09-1142017107159421一種清除灰霾防污涂料及其制備方法李建生，學(xué)生，劉炳光2017-08-2152017107765031一種廢氣脫硝復(fù)合催化劑及其制備方法李建生，劉炳光，王少杰，學(xué)生2017-09-0162017107267163一種處理含NO廢氣的復(fù)合催化劑及其制備方法李建生，劉炳光，學(xué)生2017-08-2372017106944462一種光催化灰霾消減劑及其制備方法李建生，學(xué)生,劉炳光2017-08-15第23頁/共25頁23序號專利號專利名稱發(fā)明人申請日期1201710700137.課題組其它環(huán)保節(jié)能技術(shù)開發(fā)情況

課題組開發(fā)太陽能電池發(fā)電技術(shù)從源頭消減霧霾，已獲得發(fā)明專利授權(quán)10多件，贏得了國內(nèi)同行尊重。擬聯(lián)合申報國家基金，合作研究太陽電池多功能涂料。針對國內(nèi)燃油質(zhì)量問題，項目組正積極爭取與中海油天津化工研究設(shè)計院合作，擬在煉油助劑和燃油添加劑方面開展創(chuàng)新研究，共同提高國內(nèi)油品質(zhì)量，以減輕機動車尾氣污染，力爭完成2-3件專利布局。針對國家2030-2040年停售燃油車計劃，項目組正籌備啟動動力鋰電池關(guān)鍵材料開發(fā)項目，力爭今年完成4-6件關(guān)于無機鋰離子吸附劑和從海水中提鋰技術(shù)的專利布局。24第24頁/共25頁7.課題組其它環(huán)保節(jié)能技術(shù)開發(fā)情況

課題組開發(fā)太陽能電池發(fā)8.講座相關(guān)內(nèi)容有獎問答和討論

（1）你認(rèn)為灰霾的主要化學(xué)成分是什么？（2）你認(rèn)為天津灰霾的主要來源是什么？（3）天津北京已經(jīng)實現(xiàn)了煤改氣，為什么霧霾仍然嚴(yán)重？（4）說出1-2種課題組清除灰霾的方法？你認(rèn)為它有效嗎？（5）課題組采用哪種方法進(jìn)行煤炭固硫脫硝？（6）你對課題組哪種清除灰霾方法更感興趣？（7）你對灰霾消減有什么好辦法供大家分享？（8）你怎樣看待燃油質(zhì)量和霧霾之間的關(guān)聯(lián)？（9）你認(rèn)為環(huán)保電動車發(fā)展存在哪些技術(shù)問題？25第25頁/共25頁8.講座相關(guān)內(nèi)容有獎問答和討論

（1）你認(rèn)為灰霾的主要化學(xué)主要內(nèi)容1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源2.大氣二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)3.清除二次無機氣溶膠的途徑和方法4.課題組靜電吸附-光催化清除霧霾專利技術(shù)5.課題組納米脫硝催化劑專利技術(shù)6.課題組煤炭環(huán)保助燃劑專利技術(shù)7.課題組其它環(huán)保節(jié)能技術(shù)開發(fā)情況8.講座相關(guān)內(nèi)容有獎問答和討論26第1頁/共25頁主要內(nèi)容1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源1第1頁/共25中國消耗全世界大約1/2的煤炭、1/3的氮肥和1/9的石油，霧霾顯然是人為來源為主的。每到秋冬季節(jié)，公眾就擔(dān)心霧霾會卷土重來，因為霧霾的危害比我們想象的還要大。面對頻繁光臨的霧霾，不能只是抱怨和期待大自然的冷風(fēng)來驅(qū)散。住高樓、戴口罩和用空氣凈化器并不能從根本上免除霧霾的危害，我們總該做些什么吧！關(guān)于霧霾形成過程有許多理論，課題組從無機鹽生成、結(jié)晶、溶解和風(fēng)化的角度解釋了霧霾的形成和消除過程；提出了清除霧霾的途徑和技術(shù)方法。27霧霾下的天安門廣場直面霧霾我有話說霧霾誘發(fā)多種疾病第2頁/共25頁中國消耗全世界大約1/2的煤炭、1/3的氮肥和1/9的石油，1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源灰霾顆粒物形狀多樣，以很細(xì)的固體粒子為活性種，表面富集有許多無機化合物和有機化合物。28含硫酸鹽的霧霾粒子含硝酸鹽的霧霾粒子含混合鹽的霧霾粒子含不同無機鹽的霧霾粒子顯微圖像放大1000倍的霧霾粒子圖像第3頁/共25頁1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源灰霾顆粒物形狀多樣，以很1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源霧霾粒子中含量較多的化學(xué)成分有硫酸鹽，硝酸鹽，銨鹽，地殼元素、有機碳和元素碳，各地灰霾的組成有所不同，并隨季節(jié)和氣象條件有所變化。霧霾的粒徑一般為0.003-10μm，平均直徑為0.3-1μm，用PM1.0表征最合理，但一般用在科學(xué)研究中。大氣PM2.5指標(biāo)能在一定程度上反映霧霾污染的程度，也是導(dǎo)致霧霾發(fā)生的主要原因之一?？諝庵辛綖?.5μm以下的中細(xì)顆粒能吸入人的肺部，稱為可吸收顆粒物，對人體危害極大。29PM2.5到底有多小PM侵入人體的部位第4頁/共25頁1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源霧霾粒子中含量較多的化學(xué)1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源北京市全年P(guān)M2.5來源中，區(qū)域傳輸“貢獻(xiàn)”約占28%～36%，本地污染排放“貢獻(xiàn)”占64%～72%。在本地污染中，機動車排放31.1%、燃煤22.4%、工業(yè)生產(chǎn)18.1%

。其中，機動車除了直接排放PM2.5外，還是PM2.5中二次氣溶膠的“原材料”和“催化劑”。30根據(jù)直接排放推算污染物來源根據(jù)化學(xué)成分推算污染物來源二次無機氣溶膠第5頁/共25頁1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源北京市全年P(guān)M2.5來源據(jù)2015年全國環(huán)境監(jiān)測工作現(xiàn)場會透露，機動車、工業(yè)生產(chǎn)、燃煤、揚塵等是當(dāng)前我國大部分城市環(huán)境空氣中顆粒物的主要污染來源，約占85%-90%。其中北京、杭州、廣州、深圳城市的首要污染來源是機動車。1.霧霾粒子的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和來源31PM2.5的三大來源機動車是PM2.5的元兇第6頁/共25頁據(jù)2015年全國環(huán)境監(jiān)測工作現(xiàn)場會透露，機動車、工業(yè)生產(chǎn)、燃污染物直接排入大氣形成的氣溶膠稱為一次氣溶膠。一次氣溶膠污染物之間相互反應(yīng)或與大氣中原有成分反應(yīng)生成的新的氣溶膠稱為二次氣溶膠，可細(xì)分為二次無機氣溶膠和二次有機氣溶膠。《Nature》雜志近期報道，中國霧霾的PM2.5中二次無機氣溶膠占31%，二次有機氣溶膠占27%。二次無機氣溶膠是霧霾粒子的最主要組分和骨架，二次有機氣溶膠通常以其為載體，它的形成和清除決定霧霾的形成和清除，可以從二次無機氣溶膠入手研究霧霾的形成和清除。2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)

7氣溶膠分類和來源示意圖二次氣溶膠一次氣溶膠第7頁/共25頁污染物直接排入大氣形成的氣溶膠稱為一次氣溶膠。2.二次無機2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)

課題組首次將二次無機氣溶膠的形成和清除當(dāng)作(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O復(fù)合鹽的反應(yīng)生成、結(jié)晶、溶解和風(fēng)化過程進(jìn)行研究。反應(yīng)主要原料是一次氣溶膠SO2、NOx、NH3

、元素C和重金屬以及大氣中的O2和H2O；其中，元素C和重金屬作為反應(yīng)催化劑；將大氣作為反應(yīng)器，靜風(fēng)、逆溫和較高的濕度條件為反應(yīng)提供了高原料濃度和足夠長的接觸反應(yīng)時間。大氣中的SO2和NOx發(fā)生氧化反應(yīng)和水合反應(yīng)生成含有硫酸、硝酸和亞硝基硫酸的酸霧；然后與大氣中含有的銨、鈣、鋁和鐵等地殼元素化合物發(fā)生中和、沉淀和復(fù)分解反應(yīng)生成以

(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O為代表的無機復(fù)合鹽液滴。33SO2+NOx+NH3(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O重金屬+CO2++H2O靜風(fēng)+逆溫第8頁/共25頁2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)

課題組首次將二次無機氣溶2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)當(dāng)大氣溫度和濕度下降時就析出含大量結(jié)晶水的無機復(fù)鹽(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O，同時復(fù)鹽結(jié)晶吸水后體積膨脹形成比較穩(wěn)定的二次無機氣溶膠粒子，使PM2.5濃度提高。當(dāng)大氣濕度過高時二次無機氣溶膠粒子又溶于水中形成液滴，使霧霾轉(zhuǎn)化為霧，霧粒子凝聚后沉降清除，使PM2.5降低。當(dāng)溫度和濕度過低時，大量無機復(fù)鹽(NH4)2SO4·NH4NO3·nH2O脫去結(jié)晶水，結(jié)晶粒子體積變小，風(fēng)化分散為微小的粒子，使PM2.5濃度降低，大氣能見度再次提高。34結(jié)晶析出結(jié)晶溶解結(jié)晶脫水濕度變化濕度過高濕度過低第9頁/共25頁2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)當(dāng)大氣溫度和濕度下降時就析2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)一次氣溶膠粒子能通過一系列反應(yīng)形成二次無機氣溶膠，主要包括化學(xué)氧化反應(yīng)、催化氧化反應(yīng)、光化學(xué)氧化反應(yīng)、水合反應(yīng)、復(fù)合氧化反應(yīng)、中和反應(yīng)、還原反應(yīng)、沉淀反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)等。35二次氣溶膠形成示意圖第10頁/共25頁2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)一次氣溶膠粒子能通過一系列2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)

化學(xué)氧化反應(yīng)SO2+O2

→SO32NO+O2

→NO22H2S+3O2

→2SO2+2H2O催化氧化反應(yīng)SO2+O2+M→SO3+M2NO+O2+M→NO2+M光化學(xué)氧化反應(yīng)NO2+hv→O*+NOO*+O2

→O3O*+RH→RO+H*RO+NO2→RONO2RH+hv→RO2RO2+NO2→RO2NO236PM2.5來源和組成示意圖第11頁/共25頁2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)

化學(xué)氧化反應(yīng)11PM2.2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)水合反應(yīng)SO2+H2O→H2SO3

SO3+H2O→H2SO4

NO2+NO+H2O→2HNO23NO2+H2O→2HNO3+NO復(fù)合氧化反應(yīng)NO+NO2+2H2SO4→2HSNO5+H2OHSNO5+SO2+O2+2H2O→2H2SO4+HNO3還原反應(yīng)RONO2+H*→ROH+NO2RO2NO2→RO2+NO237第12頁/共25頁2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)水合反應(yīng)12第12頁/共22.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)中和反應(yīng)2NH4HCO3+H2SO4

→(NH4)2SO4+H2O+CO2NH4HCO3+HNO3

→NH4NO3+H2O+CO2CaCO3+H2SO4

→CaSO4+H2O+CO2沉淀反應(yīng)Pb(NO3)2+(NH4)2SO4

→PbSO4+2NH4NO3AgNO3+NH4Cl→AgCl+NH4NO3復(fù)分解反應(yīng)(NH4)2SO4+Fe2(SO4)3+24H2O→2NH4Fe(SO4)2·12H2O(NH4)2SO4+Al2(SO4)3+24H2O→2NH4Al(SO4)2·12H2O(NH4)2SO4+Ca(NO3)2→CaSO4·2H2O+2NH4NO338第13頁/共25頁2.二次無機氣溶膠形成過程和反應(yīng)中和反應(yīng)13第13頁/共23.清除二次無機氣溶膠的途徑和方法大氣二次無機氣溶膠清除方法也可分為物理清除法、化學(xué)清除法和光化學(xué)清除法等。近年來已公開了一系列通過電、磁、光、聲和化學(xué)等方式清除霧霾的發(fā)明專利。物理清除法一般采用靜電吸附原理，使帶電荷的霧霾粒子吸附到帶相反電荷的電極板上凝聚除去；也可以將高壓產(chǎn)生的靜電荷通過空氣和水霧擴散開來，使空氣中霧霾粒子感應(yīng)相反的電荷，促進(jìn)其凝聚沉降清除。荷蘭發(fā)明家的埋地靜電除霾設(shè)計國產(chǎn)除霾降塵清潔車39第14頁/共25頁3.清除二次無機氣溶膠的途徑和方法大氣二次無機氣溶膠清除方3.清除二次無機氣溶膠的途徑和方法化學(xué)清除法是用噴灑分散在大氣氣溶膠中的化學(xué)沉降劑改變大氣中水滴的表面張力和表面自由能，提高水滴對氣溶膠固體粒子的親和力和滲透力，同時擴大了氣溶膠固體粒子體積和比表面積，促進(jìn)霧霾粒子凝聚沉降清除。無機型化學(xué)沉降劑主要包括

MgCl2、CaCl2、NaCl、AlCl3、Na2SiO3、Al2O3、SiO2和天然礦粉等。有機型化學(xué)沉降劑主要包括高性能吸水樹脂、聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素和非離子表面活性劑等。40第15頁/共25頁3.清除二次無機氣溶膠的途徑和方法化學(xué)清除法是用噴灑分散在3.清除二次無機氣溶膠的途徑和方法光化學(xué)清除法是采用光化學(xué)催化劑加快光化學(xué)反應(yīng)，使催化表面在光照射下產(chǎn)生電子e-和空穴h+，使催化劑表面吸附的污染物變性或分解。國內(nèi)外已將TiO2光催化劑應(yīng)用在公路上清除機動車尾氣污染；也將TiO2光催化劑作為涂料組分其應(yīng)用在建筑物、機動車、廣告牌和公路護欄表面上。目前正在開發(fā)可見光激活的摻雜TiO2光催化劑和鈣鈦礦型光催化劑，光催化方法特點是除霾時不需要額外能源供應(yīng)。41納米TiO2光催化除霾路面納米TiO2光催化除霾棚頂?shù)?6頁/共25頁3.清除二次無機氣溶膠的途徑和方法光化學(xué)清除法是采用光化學(xué)4.課題組靜電吸附-光催化清除霧霾專利技術(shù)大氣霧霾粒子總體上帶負(fù)電荷；光催化劑幾乎不帶電荷，它不能主動捕集空氣中的霧霾粒子，導(dǎo)致清除霧霾效率不高。項目組發(fā)明了將帶正電荷的納米Fe2O3/Al2O3與可見光激活的摻雜納米TiO2復(fù)合，利用靜電吸附-光催化復(fù)合作用減霾。課題組還發(fā)明將釋放負(fù)離子的電氣石與可見光激活的摻雜納米TiO2復(fù)合，可以除霾凈化空氣和提高空氣中負(fù)離子濃度。項目組還發(fā)明了將鈣鈦礦型光敏材料NH4SnI3和可見光激活的摻雜納米TiO2復(fù)合，利用光敏材料產(chǎn)生的正電荷靜電吸引帶負(fù)電荷的霧霾粒子，促使其凝聚清除和光電催化分解。42可產(chǎn)生靜電荷材料第17頁/共25頁4.課題組靜電吸附-光催化清除霧霾專利技術(shù)大氣霧霾粒子總體4.課題組靜電吸附-光催化清除霧霾專利技術(shù)課題組已布局相關(guān)專利4件，代表性專利提供一種光催化灰霾消減劑制備方法，包括靜電吸附劑形成，摻雜納米TiO2光催化劑制備，有機硅成膜劑制備和光催化灰霾消減劑形成四部分。43有效組分消減灰霾時的用量為0.05-1.0g/m3灰霾空氣，可直接噴灑在含灰霾空氣中，也可預(yù)先涂布在構(gòu)筑物表面上，在重灰霾天氣下，2h內(nèi)灰霾的消減率為60%-80%。第18頁/共25頁4.課題組靜電吸附-光催化清除霧霾專利技術(shù)課題組已布局相關(guān)5.課題組納米脫硝催化劑專利技術(shù)機動車尾氣是城市霧霾禍?zhǔn)?，專利公開了一系列采用廉價的鈣鈦礦催化劑脫除機動車尾氣中NOx、同時脫除NOx和C顆粒物、同時脫除NOx、CO和CH的發(fā)明專利，還需要開發(fā)同時脫出NOx、CO、CH和C顆粒物的四元催化劑。隨著機動車數(shù)量不斷增多，即使全部實現(xiàn)“達(dá)標(biāo)”排放，也難以使PM2.5總量大幅下降，機動車尾氣治理任重道遠(yuǎn)?！皩汃R”大品牌在機動車NOx尾氣治理上進(jìn)行的高技術(shù)作弊行為令世人震驚。最近又曝光了“雪鐵龍”重型柴油車尾氣排放作弊被重罰的消息?！皯?yīng)付監(jiān)管”和“唯利是圖”是商家本性44寶馬被曝尾氣超標(biāo)11倍標(biāo)致雪鐵龍重演尾氣門第19頁/共25頁5.課題組納米脫硝催化劑專利技術(shù)機動車尾氣是城市霧霾禍?zhǔn)祝?.課題組納米脫硝催化劑專利技術(shù)

近年來加強了工業(yè)生產(chǎn)廢氣脫硝技術(shù)研發(fā)，力求NOx在排入大氣之前轉(zhuǎn)化為氮氣，實現(xiàn)污染物的源頭治理。NOx

的消除技術(shù)主要是NOx

選擇性催化還原技術(shù)

、NOx

儲存還原技術(shù)和NOx直接分解技術(shù)。目前NH3選擇性催化還原NOx技術(shù)在應(yīng)用中采用過量NH3才能將NOx催化還原為N2，存在NH3泄漏排放，只是表面上解決了NOx達(dá)標(biāo)排放，同時為PM2.5提供了大量原料。雖然非貴金屬脫硝催化劑V2O5-WO3-MoO3/TiO2和

La1-xSrxCu1-yMnyO3/Al2O3已在電力和石化大型裝置上應(yīng)用，但還存在耐硫、耐水性能差、使用壽命比較短、脫硝不徹底和運行成本高的問題。課題組已布局相關(guān)專利3件，代表性專利發(fā)明了鈣鈦礦型脫硝催化劑,不依賴外加還原組分對廢氣脫硝，提高了脫硝率，無二次污染。45脫硝是除霾的關(guān)鍵脫硝工藝復(fù)雜成本高鈣鈦礦結(jié)構(gòu)催化劑第20頁/共25頁5.課題組納米脫硝催化劑專利技術(shù)

近年來加強了工業(yè)生產(chǎn)廢6.課題組煤炭環(huán)