尾气的成分

汽车尾气主要是指从排气管排出的废气.
当我们提到汽车污染,首先是指汽车排气的污染.人们常常可以看到小轿车后面排气管喷出的团团白烟,柴油汽车和三轮摩托车还冒着滚滚黑烟,而且夹带着难闻的气味,加上喇叭声和汽缸振动的噪声,更是令人厌恶.据统计,1000千克汽油通过汽车发动机燃烧产生动力后,要排出10~70千克尾气.另外,还有从燃料和燃烧系统中蒸发、泄漏出来的气体和汽油,约有20~40千克.汽车发动机空档运转时排出的一氧化碳最多,约占排气量的5%.汽车缓慢行驶时,排气管喷出的烟是黑的,这说明燃料燃烧不完全,很多碳粒随气体排出.汽车高速行驶时,车尾喷出团团白烟.此时排气量最大,白烟中氮氧化物含量很高,这是汽油在高温燃烧下产生的一种有害气体.
汽车尾气的危害程度主要取决于汽油的成分.过去,车用汽油通常都用四乙基铅作为防爆剂,这样的汽油一1做含铅汽油.含铅汽油使汽车排放的尾气中含有较高浓度的铅,对人体健康危害严重.鉴于此,我国已于2000年开始使用无铅汽油,相应的四乙基铅被一系列新型汽油防爆剂所取代.在我国,无铅汽油是指含铅量在O.013g／L以下的汽油.所以说无铅汽油并非铅含量为零的汽油,因此,汽车尾气中仍然含有少量的铅.农村居民,一般从空气中吸入体内的铅量每天约为1微克；城市居民,尤其是街道两旁的居民每天吸入的铅量会大大超过这个数值.
目前,无铅汽油中取代四乙基铅的新型防爆剂主要有：芳香烃类、甲基叔丁基醚(MTBE)、三乙基丁醚、三戊基甲醚、羰基锰(MMT)、醇类等,其中以MTBE用量最大.
废气中含有 150～200种不同的化合物,其主要有害成分为：未燃烧或燃烧不完全的CH、NOx、CO、CO2、SO2、H2S以及微量的醛、酚、过氧化物、有机酸和含铅、磷汽油所形成的铅、磷污染等.其中对人危害最大的有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅的化合物及颗粒物.有害气体扩散到空气中造成空气污染.
汽车尾气的颗粒物中含有强致癌物苯并(a)芘,在一般情况下,1克颗粒物含有约70微克苯并(a)芘,每燃烧1千克汽油可产生30毫克苯并(a)芘.当空气中的苯并(a)芘浓度达到0.012微克/立方米时,居民中得肺癌的人数就会明显增加.
汽车尾气不仅对人产生危害,对植物也有毒害作用,尾气中的二次污染物臭氧、过氧乙酯基硝酸脂,可使植物叶片出现坏死病斑和枯斑.乙烯可影响植物的开花结果.汽车尾气对甜菜、菠菜、西红柿、烟草的毒害更为严重.公路两侧的农作物减产与汽车尾气的污染明显相关.
★汽车尾气净化催化剂——三效催化剂TWC(Three-Way Catalyst)
汽车尾气的主要有害成分是碳氢化合物(CnHm)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx).这三种物质对人体都有毒害,其中CnHm及NOx在阳光及其他适宜条件下还会形成光化学烟雾,危害更大.消除汽车尾气中这些有害成分的方案主要有两种：一种是改进发动机的燃烧方式以减少有害气体的排放；另一种是采用催化转化器将尾气中的有害气体净化.首先,1975年美国在新型车上安装了催化转化器,接着日本、西欧等国家也先后采用催化转化器以满足自己国家汽车排放法规的要求.汽车催化转化器有两种类型,一种是氧化型催化反应器,使尾气中的CnHm和CO与尾气中的余氧反应,生成无害的H2O和CO2,从而达到净化目的.
由于对NOx等污染物排放标准的强制化和降低燃料消耗的要求,一方面应尽量控制空燃比在14.6附近运转,另一方面应采用控制点火时间和废气再循环等方法,以减少尾气中的NOx.然而这些方法的缺点是往往会增加尾气中的CnHm和CO.为了解决这个问题,出现了三效催化剂(英文名为Three-Way Catalyst),简称TWC.这种催化剂的特性是用一种催化剂能同时净化汽车尾气中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(CnHm)和氮氧化物(NOx),但为了发挥其催化性能,必须将空燃比经常控制在14.6±0.1附近,这种催化净化器具有较高的净化率,但需要有氧传感器、多点式燃料电子喷射、电子点火等闭路反馈系统相匹配.这种催化净化器是利用尾气中的O2、NOx为氧化剂,CO、CnHm（以CH2为代表）和H2为还原剂,在理论空燃比附近可发生如下反应：
2CO+O2=2CO2
2CO+2NO=N2+2CO2
CH2+3nNO=nN2+nCO2+nH2O
2NO+2H2=N2+2H2O
现在应用的三效催化剂大部分是以多孔陶瓷为载体,再附着上所谓的活化涂层(Washcoat),最后用浸渍的方法吸附活性成分.催化剂的活性成分主要采用贵金属铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)等.由于贵金属资源少、价格贵,各国科学家都在致力于研究经济上和技术上都可行的稀土/钯三效催化剂.预计这种催化剂将有很好的应用前景.
三效催化净化器的优点是净化率与燃料经济性都比较好,主要问题是成本费用昂贵.由于柴油机排放的气体中残留的氧较多,使氧传感器的控制不灵敏,故三效催化净化器一般不用于柴油机,而只适用于汽油机.