學者研究利用催化手段編織一張捕獲PM2.5的大網

    去年的一場盛會過后，北京市民對“APEC藍”記憶猶新。事實上北京近年的空氣質量一直在不斷改善，為此各行各業都在付出不懈的努力。高校師生們也通過不斷的科學研究，努力為減少污染排放貢獻自己的智慧和力量。

    北京現有超過550萬輛機動車，其中重型柴油車有20多萬輛。來自北京市環保局的信息顯示，這些柴油車雖然量少但卻是名符其實的“黑老大”，排放了全市所有機動車90%的顆粒物和60%的氮氧化物，堪稱北京PM2.5“第一大戶”。因為發動機及油品等諸多原因，機動車排放很難達標。

    記者從北京工業大學獲悉，該校環境與能源工程學院戴洪興教授帶領課題組青年學者，致力于研發高效、低成本的大孔材料催化劑，加裝在汽車的三效催化器里，利用催化手段有效降低汽車PM2.5排放，該項目的多項成果已經獲得專利授權。

    緣起

    受“奇石”啟發，

    “捕捉”汽車尾氣

    現在的北京已經進入冬春季交替的時節，幾次霧霾讓城區的PM2.5濃度突破200微克/立方米，達到重度污染。走在校園里，看著灰蒙蒙的城市，謝少華眉頭緊鎖，“北京還是排放強度太大，天氣條件稍微不利，污染就立刻顯現出來。”

    謝少華2011年進入北工大環能學院，從碩士一直讀到現在的博士。作為戴洪興教授的得意門生，他對大氣污染防治深有體會，“機動車排放的控制非常關鍵，但是現在我們國家的機動車排放太粗放了。”他說，有的車輛不按時更換尾氣凈化裝置，有的車即使安裝了凈化尾氣的三效催化劑，但是因為油品、發動機技術等諸多方面的原因，凈化效果也并不理想。“傳統的催化劑是體相材料，表面很容易就被機動車排放的碳氫化合物以及顆粒狀的炭煙等覆蓋，污染物得不到有效地去除，就直接排進大氣了。”謝少華說。

    那有沒有高效率的催化材料呢？謝少華說當然有，但基本都是國外的產品，因為采用了如鉑金等貴金屬作為催化劑，價格十分昂貴。“我們一直在做這方面的研究。如何能高效消除碳氫化合物，并且使催化劑同時對炭煙進行高效分解，防止這些PM10、PM2.5顆粒排入大氣。”至于為什么想到了研究多孔材料，他笑道這緣于導師的一次靈感閃現，“有一年戴老師去沿海地區出差，在海邊散步時撿到了一塊石頭，發現石頭里邊布滿密密麻麻的孔，海水穿孔而過，泥沙阻滯，因此就有了多孔材料開發的情結，“很多時候，科學與生活的美妙就是這樣不可思議。”

    驗證

    貴金屬用量減半

    基本消除污染尾氣

    經歷多年的研究和反復的驗證，謝少華和同伴們開發出了負載型雙金屬催化劑以及三金屬催化劑。雙金屬催化劑針對揮發性有機物能夠非常靈敏地發揮作用，并且水―熱穩定性也非常好，“我們身邊的加油站、油漆涂料都是揮發性有機物聚集的地方，它是PM2.5形成的主要成因之一。”謝少華說，而三金屬催化劑的開發，在保證優異催化性能的同時，能將催化劑貴金屬的用量減少至原來的一半，這就大大提升了催化劑材料的市場競爭力。

    在大孔材料催化劑的開發中，研究者們可以合成出不同孔徑的材料。這樣大大拓寬了這類材料的應用范圍，在實驗室環境下對催化劑進行了評價，結果顯示，這類新型催化劑材料的催化效率是市場銷售催化劑的兩倍以上。這類大孔材料因其結構特點可以輕松捕捉尾氣中的顆粒物，從而進行有效的催化燃燒分解，并不會發生堵塞的現象，從而穩定性較高。

    當前

    大孔材料催化劑

    性能評價正進行

    謝少華告訴記者，關于大孔材料催化劑的研究論文已經發表在國際一流刊物上，并且陸續拿到了專利授權。目前有些院校正對大孔結構催化劑進行實驗室外真實環境下的柴油機尾氣排放凈化性能評價。

    在謝少華看來，大孔材料催化劑的研發目前只是往前走了一小步，因為它的應用前景太廣闊了，“除了應用在揮發性有機物的凈化，還可以應用于室內環境清潔，如地鐵站、工廠車間等等。對機動車尾氣凈化方面也有廣闊的空間。”謝少華說。他也坦言，由于催化劑本身的限制，目前為止沒有一種催化劑適用于同時催化形成PM2.5的所有組分。而這將成為他未來的“攻關”方向――在大孔材料基礎上加載不同活性中心，做到同時消除揮發性有機物、氮氧化物、炭煙等污染物。“我們的材料就像一張大網，當污染物通過時就會被捕獲和消除，從而凈化空氣。”謝少華說。

    建議

    低碳生活

    能從源頭上控霾

    謝少華博士告訴記者，人類治理霧霾已經有了幾百年的歷史。對于霧霾天氣的治理，我們只能對霧霾組成物進行催化分解，使得霧霾盡可能的少產生。但針對空氣中現有的霧霾顆粒，目前國內外科學界卻都無從解決。

    所以對于霧霾的治理只是一方面，更重要的是人們有意識地去保護環境，從我做起，低碳生活。“正如去年APEC會議期間的機動車限行，減少尾氣排放，就很有效的幫助到控制霧霾的形成。這在空氣重污染時尤為重要。”他說，除此以外，在家庭裝修時盡量選擇綠色環保油漆，能有效減少揮發性有機物，對健康有利，對環境有利。