如何用科学之手拧紧PM2.5的“龙头”-北极星大气网

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冬季连日雾霾，对其中主要污染物PM2.5的治理成为社会关注焦点。一段时间以来，引大风吹散雾霾，打造超级空气罩护卫城市上空……为了头顶纯净的天空，天马行空畅想无尽。荷兰还有位科学家正在研究利用铜线圈通电制造静电场，以吸附空气中的颗粒物。

事实上，PM2.5来源十分复杂，既有燃煤、燃油机动车尾气，道路扬尘、建筑施工扬尘、工业粉尘，餐饮油烟、垃圾焚烧、秸秆焚烧直接排放的细颗粒物，也有空气中二氧化硫、氮氧化物和挥发性有机物等，经过复杂的化学反应转化生成的二次细颗粒。而后者，在PM2.5中占有一半以上的比重，且灰霾发生时占比更高。在这些细小金属离子“长大”二次生成PM2.5前即时阻断，成为治理污染的关键环节之一。

科学之手，如何拧紧那一半“龙头”?全世界的科学家都在寻找答案。

源头截污，双面作战

减少污染物二次生成，还需从源头治理开始。研究发现，火电厂、重工业、汽车等源头排放产物——二氧化硫、氮氧化物和挥发性有机物等是PM2.5生成的重要“原料”。在这些源头上加上“滤网”，在当下比引风吹霾靠谱得多。然而，我们在这一领域的认识也走了一些弯路。相当长一段时间里，科学家普遍认为硫离子是最大元凶，而烟气脱硫可以在很大程度上改变大气污染发展趋势。然而，随着脱硫技术的不断成熟、应用，灰霾现象并未明显改善。深入分析后，越来越多研究者发现，氮氧化物也是大气中细小悬浮颗粒物的重要来源之一，要解决雾霾问题，必须要脱硫脱硝双管齐下，协同控制，从源头上控制污染物的排放。在“十二五”期间，我国将氮氧化物加入了节能减排的总量控制范围。

如何脱硝?事实上，这个问题在化学领域早有基本理论。研究人员指出，控制氮氧化物排放就是“脱硝”，主要指将有害的氮氧化物转化为无毒无害的氮气的过程。研究证明，选择性催化还原氮氧化物的烟气脱硝技术以脱硝效率高而得到了最广泛的应用，成为“脱硝技术”中的主流——利用氨对的氮氧化物的还原功能，在催化剂的作用下把它还原为对大气没有影响的氮气和水。这一过程中，更高效催化剂的开发，成为许多国家研究人员的攻关目标之一。

原来，这一脱硝反应中的传统催化剂有两个天敌——碱金属和二氧化硫。一旦反应中接触过多，催化剂物质上的活性位就会被其占据，进而“中毒死亡”失去活性，不得不经常更换新的催化剂。然而，偏偏在小型火电厂、秸秆集中处理、汽车等急需高效脱硝之处，其烟气环境含有大量碱金属和二氧化硫。这令最有力量的脱硝技术，难以在这些地方大展拳脚。

为此，复旦大学环境科学与工程系唐幸福课题组研发出了同时抗碱金属和抗SO2的新型脱硝催化剂。区别于传统催化剂，研究人员在新型脱硝催化剂上同时设计了催化活性位和碱金属捕获位——碱金属捕获位能捕获碱金属颗粒，即使催化剂毒物碱金属预先占用了活性位，由于新型催化剂的特性，碱金属也会自发迁移到捕获位上，并重新释放催化活性位。此外，碱金属与的捕获位结合十分稳定，脱硝反应则仍将在活性位上进行。

测试发现，在碱金属和SO2浓度非常高的场所中，新型催化剂比传统催化剂寿命提高10倍以上;特别是在传统催化剂无法发挥作用的燃煤工业锅炉和特种锅炉的当氧化物排放控制，也依然可以保持较高的活性。这项技术刚一问世便与有关公司开展了合作，目前已经建立规模化生产中心，产品已在国内工业领域中投放使用。

据悉，今年起，新型催化剂有望大规模扩展生产。目前还有一家知名美国企业正在洽谈合作，希望将这一技术更好地应用于汽车尾气处理。美国化学会周刊化学化工新闻Chemical&Engineer-ingNews(C&EN)对此的报道中，引用美国康涅狄格大学的Gao教授的评价，认为这样的设计为彻底解决催化剂稳定性的问题给出了一种可行的选择。

“组合拳”打倒“第一名”

挥发性有机物，这个名字似乎很陌生。很少有人知道，这一主要来源于石油化工、印刷包装产业的污染物，同样可直接导致大气中PM2.5的形成。目前，我国挥发性有机物排放量已位居世界第一位，其绝对排放量比二氧化硫、氮氧化物和粉尘的排放量都高，每年超过2000万吨。2010年5月，国务院发布《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》，首次将VOCs与二氧化硫、氮氧化物等一起列为大气污染联防联控的重点污染物。

值得一提的是，最新修订、被称为史上最严的《大气污染防治法》已于2016年1月1日起施行。相比15年前，新大气法条文增加一倍，其中首次将挥发性有机化合物纳入监管范围。

原标题：如何用科学之手，拧紧PM2.5的“龙头”

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