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妖雾又重来, 千钧棒何在? 精选

已有 9013 次阅读 2016-12-20 18:01 |个人分类:生活点滴|系统分类:观点评述|关键词:霾,环境,催化技术

作为工业催化的专家,到哪里都忘不掉颂扬催化科学技术的事迹。9月份在欧洲芬兰,以“Catalysis: How small sites help humans to sustain food, air and energy”为题,做过一个邀请报告。

这几天来的神州大地妖雾弥漫,呼唤催化科学技术的千钧棒重新奋起。

实在憋不住,拿出9月在芬兰Aalto大学作报告时用的ppt,经过剪裁,只留下人类曾经战胜妖雾的一些事迹,给各位分享。

期待催化的同行们能有机会施展神威,早日驱散这妖雾。还我阳光、白云和蓝天。




1.    催化:小小的活性位是如何帮助人类获得足够的食物、空气和能量的



2.    内容

催化基础

催化科学怎样支撑人类社会

1.    氨合成

2.    汽车尾气污染控制

3.    石油炼制

面临的大挑战和可能的解决方案

总结



3.    第二部分:催化科学如何支撑人类社会




4.    20世纪催化应用的里程碑

氨合成――保证了食物

汽车尾气控制――保证了空气

石油炼制――保证了能源




5.    汽车排气控制

1943726日,加州洛杉矶,一场霾来的如此突然和严酷,洛杉矶居民相信是受到了日本人用化学武器的攻击





6.    汽车排气控制

实际上战后和50年代,美国饱受霾的蹂躏。直到1963年联邦才通过清洁空气法案,这一法案在197019771990又得到延伸和加强。

比如美联邦关于重载柴油发动机的排放要求,98年标准和10年标准相比,NOx相当于压缩94%,颗粒物压缩90%。实际上,这都是通过催化技术实现的。

今天再去洛杉矶,已经是阳光明媚,蓝天白云。可以说“催化给了一个清洁的世界”。



7.    汽车排气控制

回过头来看,贡献最大的也是最成功的是汽油车用的三效催化剂,说它三效是因为这个催化剂同时消除一氧化碳、烃类和氮氧化物。这个催化剂早期用的是铂和銠作为活性组分,颗粒氧化铝作为载体。但是颗粒填充床造成的压降太大,小排量的发动机带不起来;大排量的发动机,被催化剂床层消耗的能量达到了发动机功率的30%。但是很快,工程师们发明了蜂窝状整块载体,使得所有汽车都可以用这一催化剂。在90年代,一个巨大的进步,是成功采用金属钯取代了铑和铂作为活性组分,使得成本极大降低,资源量也得以够用。这样,三效催化剂才能够被广泛推广。在这个技术进步的进程中,胡志成博士作出了决定性的贡献。极大地推动了技术进步。可惜,胡博士在2006年回国创业,2008年底被天津警方羁押17个月,又限制活动接近3年。在2013年获得自由以后回到美国,脱离了中国的环保事业。

三效催化剂是工业催化历史上最成功最漂亮的例子。催化剂被安装到汽车上,可以10年以上不用维护,不用保养,但一直可靠地工作,在12万英里(约18万公里)内一直可以保证尾气排放达标。


8.    汽车排气控制

但是三效催化剂只适用于计量比燃烧的汽油发动机。近年来柴油发动机和稀薄燃烧的汽油发动机应用越来越多。稀薄燃烧可以提高能量效率,并更适用于大功率发动机。这些新的燃烧条件也叫富氧燃烧,这导致尾气中含有大量的富余的氧。在富氧条件下,三效催化剂不能很好地工作。





9.    汽车排气控制

后来人们开发了LNT技术,也叫NOx吸附储存技术,这个技术适合于小负荷的柴油轿车。但是这个技术难于控制,这导致了20159月大众汽车在美国的麻烦。由于一个错误的控制程序,导致无处理直排,最近美国政府正式开出罚单,罚款大众汽车公司150亿美元。这也成为德国工业的最大丑闻。

另外一个技术是氨选择性还原氮氧化物技术,这个技术适合于重载卡车和大型运载工具,需要一套复杂的反应系统,并且需要携带一个尿素罐。导致成本很高。

在富氧燃烧的发动机排气方面,仍然有很多挑战,除了氮氧化物以外,颗粒物的消除也需要更好的催化技术。当然,现有的技术可以满足现阶段的排放标准要求,也保障了人们有足够清洁的空气。




10.     总结

催化科学与技术一直处于现代工业的核心,也是人们现代生活的支柱之一。

催化仍然是人类解决所面临挑战的最有力的工具。




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