学者研究利用催化手段编织一张捕获PM2.5的大网

    去年的一场盛会过后，北京市民对“APEC蓝”记忆犹新。事实上北京近年的空气质量一直在不断改善，为此各行各业都在付出不懈的努力。高校师生们也通过不断的科学研究，努力为减少污染排放贡献自己的智慧和力量。

    北京现有超过550万辆机动车，其中重型柴油车有20多万辆。来自北京市环保局的信息显示，这些柴油车虽然量少但却是名符其实的“黑老大”，排放了全市所有机动车90%的颗粒物和60%的氮氧化物，堪称北京PM2.5“第一大户”。因为发动机及油品等诸多原因，机动车排放很难达标。

    记者从北京工业大学获悉，该校环境与能源工程学院戴洪兴教授带领课题组青年学者，致力于研发高效、低成本的大孔材料催化剂，加装在汽车的三效催化器里，利用催化手段有效降低汽车PM2.5排放，该项目的多项成果已经获得专利授权。

    缘起

    受“奇石”启发，

    “捕捉”汽车尾气

    现在的北京已经进入冬春季交替的时节，几次雾霾让城区的PM2.5浓度突破200微克/立方米，达到重度污染。走在校园里，看着灰蒙蒙的城市，谢少华眉头紧锁，“北京还是排放强度太大，天气条件稍微不利，污染就立刻显现出来。”

    谢少华2011年进入北工大环能学院，从硕士一直读到现在的博士。作为戴洪兴教授的得意门生，他对大气污染防治深有体会，“机动车排放的控制非常关键，但是现在我们国家的机动车排放太粗放了。”他说，有的车辆不按时更换尾气净化装置，有的车即使安装了净化尾气的三效催化剂，但是因为油品、发动机技术等诸多方面的原因，净化效果也并不理想。“传统的催化剂是体相材料，表面很容易就被机动车排放的碳氢化合物以及颗粒状的炭烟等覆盖，污染物得不到有效地去除，就直接排进大气了。”谢少华说。

    那有没有高效率的催化材料呢？谢少华说当然有，但基本都是国外的产品，因为采用了如铂金等贵金属作为催化剂，价格十分昂贵。“我们一直在做这方面的研究。如何能高效消除碳氢化合物，并且使催化剂同时对炭烟进行高效分解，防止这些PM10、PM2.5颗粒排入大气。”至于为什么想到了研究多孔材料，他笑道这缘于导师的一次灵感闪现，“有一年戴老师去沿海地区出差，在海边散步时捡到了一块石头，发现石头里边布满密密麻麻的孔，海水穿孔而过，泥沙阻滞，因此就有了多孔材料开发的情结，“很多时候，科学与生活的美妙就是这样不可思议。”

    验证

    贵金属用量减半

    基本消除污染尾气

    经历多年的研究和反复的验证，谢少华和同伴们开发出了负载型双金属催化剂以及三金属催化剂。双金属催化剂针对挥发性有机物能够非常灵敏地发挥作用，并且水―热稳定性也非常好，“我们身边的加油站、油漆涂料都是挥发性有机物聚集的地方，它是PM2.5形成的主要成因之一。”谢少华说，而三金属催化剂的开发，在保证优异催化性能的同时，能将催化剂贵金属的用量减少至原来的一半，这就大大提升了催化剂材料的市场竞争力。

    在大孔材料催化剂的开发中，研究者们可以合成出不同孔径的材料。这样大大拓宽了这类材料的应用范围，在实验室环境下对催化剂进行了评价，结果显示，这类新型催化剂材料的催化效率是市场销售催化剂的两倍以上。这类大孔材料因其结构特点可以轻松捕捉尾气中的颗粒物，从而进行有效的催化燃烧分解，并不会发生堵塞的现象，从而稳定性较高。

    当前

    大孔材料催化剂

    性能评价正进行

    谢少华告诉记者，关于大孔材料催化剂的研究论文已经发表在国际一流刊物上，并且陆续拿到了专利授权。目前有些院校正对大孔结构催化剂进行实验室外真实环境下的柴油机尾气排放净化性能评价。

    在谢少华看来，大孔材料催化剂的研发目前只是往前走了一小步，因为它的应用前景太广阔了，“除了应用在挥发性有机物的净化，还可以应用于室内环境清洁，如地铁站、工厂车间等等。对机动车尾气净化方面也有广阔的空间。”谢少华说。他也坦言，由于催化剂本身的限制，目前为止没有一种催化剂适用于同时催化形成PM2.5的所有组分。而这将成为他未来的“攻关”方向――在大孔材料基础上加载不同活性中心，做到同时消除挥发性有机物、氮氧化物、炭烟等污染物。“我们的材料就像一张大网，当污染物通过时就会被捕获和消除，从而净化空气。”谢少华说。

    建议

    低碳生活

    能从源头上控霾

    谢少华博士告诉记者，人类治理雾霾已经有了几百年的历史。对于雾霾天气的治理，我们只能对雾霾组成物进行催化分解，使得雾霾尽可能的少产生。但针对空气中现有的雾霾颗粒，目前国内外科学界却都无从解决。

    所以对于雾霾的治理只是一方面，更重要的是人们有意识地去保护环境，从我做起，低碳生活。“正如去年APEC会议期间的机动车限行，减少尾气排放，就很有效的帮助到控制雾霾的形成。这在空气重污染时尤为重要。”他说，除此以外，在家庭装修时尽量选择绿色环保油漆，能有效减少挥发性有机物，对健康有利，对环境有利。