周越珊 (茂名市環(huán)境技術(shù)中心, 廣東 茂名 525000)

0 引言

在對(duì)汽車排放污染物進(jìn)行降解的過程中，光催化技術(shù)是一項(xiàng)關(guān)鍵的降解技術(shù)。通過該技術(shù)的合理應(yīng)用，可有效降解汽車排放到生態(tài)環(huán)境中的污染物，以此來保障生態(tài)環(huán)境的良性發(fā)展。因此，在具體的汽車排放污染物治理過程中，相關(guān)單位應(yīng)注重此項(xiàng)降解技術(shù)的合理應(yīng)用，以此來實(shí)現(xiàn)汽車尾氣的有效降解處理，讓生態(tài)環(huán)境得到良好保護(hù)。

1 光催化技術(shù)降解汽車排放污染物的應(yīng)用機(jī)理分析

光催化技術(shù)所應(yīng)用的主要材料是TiO2，這是一種寬禁帶形式的半導(dǎo)體材料，這種材料具有不連續(xù)性的能帶，主要組成部分包括空的高能導(dǎo)帶和填滿了電子的低能價(jià)帶，禁帶存在于導(dǎo)帶和價(jià)帶這兩者之間。禁帶的寬度叫做帶隙能，銳鈦型TiO2禁帶寬度是3.2 eV，其帶隙能在387.5 nm形式的光電子能左右。如果收到的光照輻射波長(zhǎng)在357.5 nm以下，價(jià)帶電子將會(huì)在導(dǎo)帶上被激發(fā)，進(jìn)而在導(dǎo)帶和價(jià)帶上分別產(chǎn)生活性非常高的電子e-和空穴h+，它們會(huì)和TiO2表面上吸附的O2和H2O等這些物質(zhì)產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，具體情況如下：

在具體的反應(yīng)過程中，TiO2主要用作催化劑，這種物質(zhì)本身并不會(huì)在氧化還原反應(yīng)中直接參與，它所起到的是一種媒介作用。在這樣的情況下，這種物質(zhì)也不會(huì)隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸被消耗。所以就理論而言，TiO2在降解過程中具有永久性，可以對(duì)汽車排放的有害氣體隨時(shí)隨地進(jìn)行凈化和處理，并將降解過程中所生成的附屬產(chǎn)物直接用水清洗干凈，以此來保障生態(tài)環(huán)境的健康可持續(xù)發(fā)展。

2 光催化技術(shù)在汽車排放污染物生態(tài)環(huán)境降解中的應(yīng)用機(jī)理分析

在汽車排放的尾氣中，主要的污染物成分包括SO2、HC、CO以及NOx，這些物質(zhì)隨著汽車尾氣排放到外面之后，首先接觸到的是路面材料。所以在通過光催化技術(shù)進(jìn)行汽車排放污染物降解的過程中，主要的固定載體是路面材料。SO2和NOx氣體會(huì)在濃度梯度的影響作用下在催化劑表面擴(kuò)散，因?yàn)檫@些物質(zhì)的活性非常高，所以在接觸到空氣中的氧氣時(shí)，便可直接被光催化氧化[2]。以下是具體的反應(yīng)式：

其中所形成的低蒸氣壓硝酸以及硫酸等物質(zhì)，可以在降雨過程中被除去，且在雨水經(jīng)過大氣環(huán)境中所含有的粉塵之后，其中的酸性幾乎可以被徹底消除，這樣便可達(dá)到良好的空氣凈化效果。

3 光催化降解技術(shù)在汽車排放污染物生態(tài)環(huán)境降解中的具體應(yīng)用分析

3.1 路面制備工藝

就汽車行駛的路面來看，最主要的兩種類型是瀝青路面和水泥混凝土路面。通過相關(guān)專家學(xué)者[5]的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用TiO2進(jìn)行汽車排放污染物光催化氧化的過程中，水泥混凝土路面的光催化效果會(huì)比瀝青路面更優(yōu)越[3]。所以在具體的汽車排放污染物生態(tài)環(huán)境降解過程中，大多會(huì)通過環(huán)保光催化形式的水泥混凝土路面來進(jìn)行降解，這種路面材料的主要制備方法有三種，第一是將適量的TiO2粉末加入到水泥里，讓水泥具備光催化作用，然后再將其應(yīng)用到路面材料中[4]。第二是在進(jìn)行多孔形式的水泥混凝土路面攤鋪過程中，將一定量的TiO2分層添加到其中，以此來達(dá)到良好的光催化降解效果。第三是將一層TiO2薄膜包裹在部分混凝土集料的表面。

但是在實(shí)際進(jìn)行路面材料的制備過程中，以上這三種方法都會(huì)浪費(fèi)更多的材料，且施工也比較困難，因此，為了讓這種光催化降解技術(shù)在汽車排放污染物降解中得以良好應(yīng)用，還需要對(duì)其制備工藝做進(jìn)一步的研究。

除了以上的三種制備工藝之外，也可以通過硬化混凝土外部滲透的方法來進(jìn)行具有光催化降解效果的路面材料的制備，這種方法主要是在對(duì)水泥混凝土路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的過程中，將TiO2水性漿液噴灑在其表面，讓納米級(jí)別的TiO2能夠盡量多地附著在水泥混凝土表面、裂縫以及孔隙內(nèi)，這樣就可以使其更加充分地和污染氣體以及陽光輻射接觸，不僅具備更好的催化性能，也可以避免材料浪費(fèi)的情況，且施工復(fù)雜程度也會(huì)得到有效降低。噴灑TiO2水性漿液的噴灑機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 光催化降解汽車排放污染物的噴灑機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

通過大量的研究和施工發(fā)現(xiàn)，這種噴灑機(jī)有著十分良好的工作效果。具體應(yīng)用中，可以直接將這種噴灑機(jī)安裝到微型面包車廂中來進(jìn)行噴灑作業(yè)。作業(yè)過程中，主要通過噴灑機(jī)中的蓄電池來為其直流電機(jī)液泵提供驅(qū)動(dòng)，管內(nèi)混合的TiO2漿液會(huì)通過噴嘴直接噴灑在道路表面。在對(duì)道路交通中的附屬設(shè)施進(jìn)行噴灑的過程中，可以借助于手持形式的噴灑槍來進(jìn)行噴灑施工。

3.2 降解效率和影響因素分析

在通過光催化技術(shù)進(jìn)行汽車排放污染物的降解過程中，最需要重視的就是降解效果。將TiO2在水泥基表面固化，通過氙燈照射，可以對(duì)汽車排放污染物中濃度較高的NOx進(jìn)行有效降解，根據(jù)研究與試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其降解效率可以達(dá)到83.92%。為了進(jìn)一步研究混凝土試樣對(duì)于汽車排放污染氣體中的NOx降解效果的影響作用，以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的光催化劑、重復(fù)應(yīng)用等對(duì)于降解效果所產(chǎn)生的影響，有專家學(xué)者[6]特對(duì)其進(jìn)行了全面研究，并討論了NOx的具體轉(zhuǎn)化過程。通過研究發(fā)現(xiàn)，在將納米級(jí)別的TiO2用作催化劑的情況下，路面材料將會(huì)對(duì)汽車排放污染物中的NOx起到很好的降解作用，具體情況如表1所示：

表1 將納米級(jí)別的TiO2用作催化劑對(duì)汽車排放污染物中的NOx降解情況

同時(shí)，通過研究發(fā)現(xiàn)，在TiO2這種光催化劑含量不同的情況下，催化材料對(duì)汽車排放污染物降解的效率將會(huì)隨著時(shí)間的變化而呈現(xiàn)出不同，在光催化材料中的TiO2含量在4%的情況下，汽車排放污染物將會(huì)達(dá)到最佳的降解效果。因?yàn)榧{米級(jí)別的TiO2具有非常大的表面張力，很容易在吸附作用下出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，在此情況下，這種光催化劑將會(huì)讓路面材料產(chǎn)生一定程度的分散效果，進(jìn)而對(duì)其光催化效率造成一定程度的不利影響。為了讓這種情況得到有效改善，可以在路面應(yīng)用一些合理的分散方法，或者是將表面活性劑合理應(yīng)用于道路面，以此來降低TiO2光催化劑對(duì)路面材料所帶來的分散作用，實(shí)現(xiàn)汽車排放污染物降解效果的進(jìn)一步提升。

另外，分散劑的種類、分散方法、分散時(shí)間以及分散濃度等對(duì)于光催化降解效果也會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響作用。通過研究發(fā)現(xiàn)，將三價(jià)鐵離子用作分散劑的情況下，納米級(jí)別的TiO2的光催化性能將會(huì)得到顯著提升。而在對(duì)XRI譜以及TEM照片進(jìn)行分析的過程中發(fā)現(xiàn)，之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，是因?yàn)槿齼r(jià)鐵離子可以讓TiO2的能級(jí)得到顯著提升，以此來提高其催化活性。而在另外一些學(xué)者[7]的研究和分析中發(fā)現(xiàn)，將S以及N適量添加到TiO2催化劑中，將會(huì)進(jìn)一步提升其吸收可見光的能力，這樣即使是在可見光條件下也可以讓汽車排放污染物得到有效降解。

3.3 具體應(yīng)用效果分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證TiO2光催化劑在汽車排放污染物降解中的光催化降解效果，本次對(duì)某收費(fèi)站廣場(chǎng)的路面光催化降解技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了研究。通過實(shí)際工程的施工與應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)不僅施工十分簡(jiǎn)單，成本也很低，其在具體應(yīng)用的過程中表現(xiàn)出了很高的光催化效率。本次所研究的收費(fèi)站廣場(chǎng)面積僅僅在5 000 m2左右，在2018年完成了一層光觸媒形式的生態(tài)路面鋪層鋪設(shè)，其長(zhǎng)度是120 m，通過兩年以來的監(jiān)測(cè)和分析發(fā)現(xiàn)，這短短的120 m光觸媒形式的生態(tài)路面鋪層鋪設(shè)便可將近45%的汽車排放污染物吸收。

4 結(jié)語

綜上所述，對(duì)于汽車排放的污染物，在進(jìn)行治理的過程中，路面材料的降解治理是一項(xiàng)重要的技術(shù)措施。在這種措施的具體應(yīng)用中，光催化降解技術(shù)是最為關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)。為有效提升光催化降解技術(shù)在路面汽車排放污染物降解中的應(yīng)用效果，相關(guān)單位一定要對(duì)該技術(shù)加以深入研究，通過對(duì)其作用機(jī)理的研究、路面光催化降解材料的制備研究、降解效率及其各項(xiàng)影響因素的研究等來提升降解效果。通過這樣的方式，才可以讓汽車排放出的污染物及時(shí)得到有效降解，避免這些空氣污染物大量排放到生態(tài)環(huán)境中所帶來的危害，讓生態(tài)環(huán)境得到最大化的保障。這對(duì)于當(dāng)今汽車尾氣處理技術(shù)的發(fā)展、汽車行業(yè)的發(fā)展都將起到良好的促進(jìn)作用，同時(shí)也可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。