第一篇：氣體吸附分離技術(shù)與大氣污染防治

氣體吸附分離技術(shù)與大氣污染防治 前言

隨著人類工業(yè)化程度的不斷提高，人類向自己賴以生成的環(huán)境中排放的有害物質(zhì)在不斷地增多，“保衛(wèi)地球、保護我們生成的環(huán)境”不再僅僅是一句危言聳聽的口號，而是關(guān)系到我們子孫后代能否生存的刻不容緩的大事。人類需要發(fā)展但更需要保護環(huán)境，如何保護好我們的環(huán)境是我們廣大科技工作者共同關(guān)心的問題。目前，工業(yè)生產(chǎn)給環(huán)境帶來的主要污染物為工業(yè)廢氣、工業(yè)廢水、廢渣(即工業(yè)“三廢”)，其中工廠每天向大氣中排放大量的各種各樣的工業(yè)廢氣對人類的健康威脅極大,盡可能將污染物排放量降低到最低限度是非常必要的。

對生態(tài)環(huán)境影響較大和人類健康威脅較大且絕對排放量較大的廢氣主要包括：

（1）含NOx、SO2、P、As、PH3、CO、HF、C2HCl3、C2H3Cl3等污染物的有毒氣體；

（2）其它氣體，開展關(guān)于減少這類有害廢氣的研究是非常有必要的，本文結(jié)合著者在這一領(lǐng)域已經(jīng)開展的研究，討論了用現(xiàn)代吸附分離技術(shù)凈化這類氣體的意義及工業(yè)開發(fā)的可行性。

吸附分離技術(shù)治理廢氣技術(shù)基礎及過程

（1）氣體吸附分離技術(shù)基礎

氣體吸附分離技術(shù)是近年發(fā)展較快的一項新技術(shù), 按照再生方式的差異常分為變壓吸附法和變溫吸附法兩類：（1）變壓吸附(英文名稱Pressure Swing Adsorption,簡稱為PSA)法提純或分離單元是根據(jù)恒定溫度下混合氣體中不同組份在吸附劑上吸附容量或吸附速率的差異以及不同壓力下組分在吸附劑上的吸附容量的差異而實現(xiàn)的，由于采用了壓力漲落的循環(huán)操作，強吸附組份在低分壓下脫附，吸附劑得以再生；吸附劑的使用壽命一般為十年以上，所以PSA 過程基本是無原料消耗過程；（2）變溫吸附法（英文名稱 Temperature Swing Adsorption,簡稱為TSA）或變溫變壓吸附法（簡稱為PTSA）是根據(jù)待分離組份在不同溫度下的吸附容量差異實現(xiàn)分離，由于采用溫度漲落的循環(huán)操作，低溫下的被吸附的強吸附組份在高溫下得以脫附，吸附劑得以再生，冷卻后可再次于低溫下吸附強吸附組份。確定是否采用吸附法分離的主要依據(jù)為待分離組分之間的吸附等溫線，圖1為待分離組分A（污染物）、B（非污染物）的在溫度為t1或t2的吸附等溫線所示：

對于污染排放物A如果與非污染組份B吸附容量差別較大，則可考慮PSA技術(shù)（當然，有時動態(tài)吸附容量也是確定分離的一個依據(jù)，但在污染治理中很少涉及）；對于常溫（t1）下強吸附組份A不能良好解吸的分離，可考慮采用TSA或PTSA技術(shù)。

吸附分離技術(shù)采用的吸附劑通常為活性炭、硅膠、氧化鋁等常規(guī)吸附劑或在吸附劑上附載不同貴金屬的專用吸附劑，或者是開發(fā)不同孔徑、不同微孔容積的專用吸附劑。

（2）吸附工藝過程循環(huán)的實現(xiàn)

PSA、TSA或PTSA 過程的連續(xù)運行通常是通過多個吸附器依靠閥門切換實現(xiàn)的，當某些塔在吸附時，其它的吸附器則處于再生等步驟；吸附飽和后的吸附劑需要再生時，其它已再生好的吸附器開始進入吸附步驟，如此實現(xiàn)循環(huán)操作。下圖為西南化工研究院實驗開發(fā)成功的TSA凈化并回收硝酸尾氣中NOx的流程示意圖。

工業(yè)廢氣來源及治理研究

隨著工業(yè)化程度的不斷提高，人為產(chǎn)生的空氣污染物所占空氣總污染物的比例在不斷增加、對人類自身健康的危害在不斷增大。目前，排放空氣污染物最多的工業(yè)部門有:石油與化學工業(yè)、冶金工業(yè)、電力工業(yè)、建筑材料工業(yè)等等，下面就工業(yè)排放的主要有害氣體污染物NOx、SO2、P、CO、鹵代烴、揮發(fā)性有機物（簡稱為VOC）等的吸附分離治理前景和可行性簡要分析如下：

（1）硝酸生產(chǎn)尾氣、煙道氣、石灰窯氣等各種工業(yè)廢氣中的NOx 硝酸生產(chǎn)過程中要排放大量的硝酸尾氣，其中含有NOx。NOx不僅對人類、生物有劇毒，而且導致光化學煙霧的生成，其危害極大。我國現(xiàn)有硝酸生產(chǎn)工廠50多家，硝酸尾氣中NOx的濃度一般為500~5000 ppm，每年排入大氣的NOx（以NO2計）約為6萬噸。如果能回收這些NOx，不僅控制了對環(huán)境的污染，同時可以增產(chǎn)硝酸，降低生產(chǎn)成本。

目前西南化工研究院已開展了硝酸尾氣的吸附法回收治理工業(yè)性試驗研究工作，實驗證明了這種方法有相當?shù)膬?yōu)越性。研究表明，凈化氣中NOx濃度可控制在低于0.02%，對應尾氣中NOx濃度從0.04%到0.8%，回收氣中NOx濃度變化范圍可從0.8%至5%，可以返回系統(tǒng)生產(chǎn)硝酸。對石灰窯氣等廢氣中氮氧化物的脫除技術(shù)，西南化工研究設計院已開發(fā)成功，并申報國家專利。對煙道氣中氮氧化物的脫除，根據(jù)煙道氣組成采用TSA法與其他化學技術(shù)處理法可有效控制氮氧化物的排放量。

（2）黃磷尾氣凈化和從黃磷尾氣中提純一氧化碳

我國每年生產(chǎn)黃磷40萬噸，生產(chǎn)過程中每生產(chǎn)一噸黃磷會產(chǎn)生2500Nm3尾氣，每年產(chǎn)生的尾氣量達10億Nm3，其主要成份為一氧化碳（約85%~90%），CO是一種易燃易爆有毒的氣體，尾氣中含有的P、S、As、F等及其化合物的有毒組分未經(jīng)處理排放到大氣中也將嚴重污染環(huán)境；同時CO又是一種重要的碳一化工原料，尾氣中含有的P、S、As等易使催化劑中毒，所以有效處理黃磷尾氣具有非常重要的意義。近年來，國內(nèi)外在凈化黃磷尾氣和開發(fā)黃磷尾氣領(lǐng)域已開展了較多工作，其中西南化工研究院開展了尾氣處理的動態(tài)吸附研究實驗，取得了可循環(huán)操作的TSA凈化流程，并結(jié)合自己的CO提純專有技術(shù)，已轉(zhuǎn)讓一套采用吸附法從黃磷尾氣凈化并提純CO的工業(yè)裝置。

（3）二氧化硫的控制

硫氧化物主要是二氧化硫,它是大氣中數(shù)量最大、分布最廣、影響最嚴重的環(huán)境污染物之一，目前控制的主要方法有：高煙囪稀釋法、采用低硫燃料、排放廢氣脫硫等，近年在采用干法（吸附劑吸附法）、濕法脫硫技術(shù)領(lǐng)域開展了較多研究，工業(yè)化應用已很成熟。吸附法脫除廢氣中的SO2又分為物理吸附法和化學吸附法，物理吸附時被選擇性吸收的SO2可通過升溫或降壓解吸出來，化學吸附時吸附劑同時起催化作用，被吸附的SO2被廢氣中的氧氧化成SO3，后者在與水生成硫酸。目前，國內(nèi)關(guān)于采用吸附法凈化SO2的報道多為實驗研究報告。

（4）含三氯乙烯、三氯乙烷等鹵代烴的排放廢氣凈化

含鹵代烴的廢氣凈化目前較為成熟的技術(shù)是溶劑吸收或吸附法處理，如：（1）彩色顯象管生產(chǎn)線清洗陰罩時揮發(fā)的三氯乙烷氣體刺激人體粘膜，長期接觸能使運動神經(jīng)系統(tǒng)受損，無論從環(huán)境保護還是降低生產(chǎn)成本來看都必須回收利用。航天總公司四院四十二所成功開發(fā)了應用活性炭纖維回收三氯乙烷，避免了環(huán)境污染，使用效果良好。（2）在工業(yè)上應用很廣的三氯乙烯，是對人體和環(huán)境都有較大危害的有毒污染物，含三氯乙烯工業(yè)廢氣排放前必須脫除其中超標含量的 TCE，應用吸附法可有效控制排放尾氣中三氯乙烯含量并回收其中的三氯乙烯，西南化工研究院在這方面開展了較多實驗研究，并取得了良好的實驗效果。

（5）含高沸點有機物的尾氣凈化

目前，采用吸附法凈化、回收排放尾氣中的有機組份的工業(yè)應用是比較成功的，采用的通常流程為TSA或PTSA流程，既可有效脫除有機污染物又可回收有用組份。根據(jù)大量實驗研究，西南化工研究院在已開發(fā)的多套PSA裝置的預處理裝置中，成功地采用TSA、PTSA技術(shù)很好地解決含高沸點有機物的尾氣凈化，如苯、萘等的脫除。

（6）排放氣中一氧化碳的脫除

CO是一種易燃易爆有毒的氣體，未經(jīng)處理排放到大氣中將嚴重污染環(huán)境，所以嚴格控制排放氣中CO含量是非常有意義。目前，國內(nèi)北京大學開發(fā)的 13X分子篩載體的Cu（I）吸附劑、南京化工大學開發(fā)的稀土復合銅（I）吸附劑都是很好的CO吸附劑。實驗表明，采用PSA或TSA技術(shù)脫除CO是一種有效的手段，排放氣中的CO可控制在1ppm以內(nèi)。（7）含氟排放廢氣的凈化

含氟(主要為HF和SiF4)廢氣數(shù)量雖然不如硫氧化物和氮氧化物大，但其毒性較大，對人體的危害比SO2大20倍，因此工業(yè)生產(chǎn)排放氣必須控制含氟化合物的排放量。目前，HF回收通常生產(chǎn)冰晶石，盡管從理論上可采用吸附法結(jié)合其他化學法處理含氟廢氣，但目前國內(nèi)應用PTSA回收含氟排放廢氣的工業(yè)裝置尚未見報道。

（8）從富含甲烷氣源中濃縮、回收甲烷

礦井瓦斯是在采煤過程中產(chǎn)生的，瓦斯氣中含有25~45％的甲烷及其它一些組份，其熱值僅2500kcal/m3左右，難以利用，通常排入大氣，以致污染環(huán)境。我國每年約有30億m3瓦斯放空。因此有效利用礦井瓦斯已成為一個熱門課題。西南化工研究設計院開始采用PSA技術(shù)從礦井瓦斯中濃縮甲烷的實驗研究，可以把甲烷濃度從20%提高到50~95％，濃縮后的富甲烷氣熱值明顯提高，可以作為優(yōu)質(zhì)燃料和化工原料。

（9）工業(yè)二氧化碳排放的控制

近年來，由于CO2排放量增加（每年以二氧化碳形式放入大氣中的碳約為50億噸），大氣中二氧化碳已從工業(yè)污染時代的270ppm上升到近500ppm，大量二氧化碳在大氣中的積聚引發(fā)全球的溫室效應已經(jīng)引起了人類的重視。從含CO2濃度較高的排放廢氣中回收CO2既解決了環(huán)境問題，又回收了有用組份，減少了資源浪費。從富含二氧化碳的工業(yè)廢氣中回收二氧化碳這些工業(yè)廢氣主要有：石灰窯氣（含二氧化碳 28%~38%）、制氨和制氫裝置副產(chǎn)氣（含二氧化碳28%~99%）、煙道廢氣（含二氧化碳10%~18%）及脫碳再生氣等。通過提純，產(chǎn)品二氧化碳的純度可達99.5~99.99%，指標均可達到或超過二氧化碳食品添加劑國家標準（GB1917－80）。

（10）PSA富氧處理城市垃圾廢氣

隨著城市化建設規(guī)模的不斷擴大，城市每天產(chǎn)生的垃圾量激劇增加，目前主要采用空氣燃燒的方式人類的生活垃圾，每天通過燃燒垃圾產(chǎn)生的大量含 VOC有毒廢氣給環(huán)境造成極大的污染；如采用PSA技術(shù)從空氣富集氧氣（氧純度可達到93％）替代空氣處理城市垃圾，則大大降低了有毒廢氣的排放量。結(jié)束語

隨著對吸附分離研究機理的不斷深入，結(jié)合其他化工處理技術(shù)，吸附分離技術(shù)必將在環(huán)境保護領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要作用。

第二篇：中冶大氣污染防治技術(shù)

中冶大氣污染防治技術(shù)

1.高強度脈沖噴吹技術(shù)

我公司對脈沖布袋除塵技術(shù)的研究與應用開始于二十世紀八十年代。在幾十年的研究成果和工程應用經(jīng)驗的基礎上，相繼開發(fā)了高強脈沖清灰裝置、長袋籠骨、大布袋改脈沖除塵器等多項專利技術(shù)與產(chǎn)品。與國內(nèi)普遍采用的脈沖噴吹裝置相比，采用高強脈沖噴吹裝置清灰時，濾袋底部能保持較高而且相對均勻的壓力，保證了每條濾袋的清灰效果均勻而且徹底。

2.大室大灰斗脈沖袋式除塵技術(shù)

為解決除塵改造工程或新建工程場地狹小、除塵器布置困難的問題，我公司成功開發(fā)了高強度脈沖噴吹技術(shù)，并在此基礎上又研發(fā)了“大室大灰斗脈沖袋式除塵器”專利技術(shù)，該除塵器與常規(guī)脈沖袋式除塵器相比有以下特點:

? 結(jié)構(gòu)設計緊湊，輸灰、排灰系統(tǒng)簡潔；

? 采用在線運行，離線檢修的方式；

? 節(jié)省占地30％以上；

? 節(jié)省運行費用40％；

? 濾袋長達9m仍保持很好的清灰效果，運行阻力低，作業(yè)率高。

? 除塵器出口含塵濃度低于國家50mg/Nm3的排放標準，可達到＜ 10mg/Nm3。

此類除塵器在寶鋼集團、攀鋼、承鋼、湘鋼、天津鋼管公司等企業(yè)推廣應用，得到用戶的一致好評。

3.轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回收“塔-環(huán)隙”技術(shù)及成套設備

3.1飽和蒸發(fā)冷卻塔技術(shù)

我公司研究開發(fā)的飽和蒸發(fā)冷卻塔用于替代傳統(tǒng)的溢流定徑文氏管（一文），通過塔的噴淋降溫除塵作用，將汽化冷卻煙道出來的高溫煙氣從約900℃降至70℃左右，同時對煙氣進行初步除塵處理。

該冷卻塔在承鋼100噸轉(zhuǎn)爐、攀鋼120噸轉(zhuǎn)爐上應用獲得成功。與傳統(tǒng)的一級文氏管相比，具有以下特點：

①降溫效果穩(wěn)定

②耐磨性大大提高

③阻力下降約3000Pa

④單位耗水量下降30％左右

3.2環(huán)隙洗滌器

“環(huán)隙洗滌器”是我公司開發(fā)的專利技術(shù)與產(chǎn)品，采用蒸發(fā)冷卻塔取代常規(guī)一文喉口；以RSW型環(huán)隙式可調(diào)喉口，替代常規(guī)二級文氏管的RD型線性可調(diào)喉口；并將蒸發(fā)冷卻塔與環(huán)隙式可調(diào)喉口合二為一，形成一體化設備，其特點：

用“塔環(huán)一體”的環(huán)隙洗滌器及濕旋脫水器兩套設備代替?zhèn)鹘y(tǒng)”O(jiān)G”法中“兩文、三脫”五套設備，減少單元設備，設備總投資僅為同類進口設備的20% ；

系統(tǒng)壓力損失約為原采用“OG兩文、三脫”系統(tǒng)的70%。實現(xiàn)節(jié)能30%；

出口煙氣含塵濃度穩(wěn)定在50mg/Nm3以下，低于傳統(tǒng)“OG”工藝排放濃度100-150mg/Nm3，大大低于國家排放標準100 mg/Nm3，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐工序的節(jié)能減排。

4.軋機含油煙氣塑燒板除塵處理系統(tǒng)

塑燒板除塵系統(tǒng)適合高含油，含蒸汽的煙氣凈化，除塵器出口含塵濃度可以穩(wěn)定在5mg/Nm3以下

5.循環(huán)流化床燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)

循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)是一種新型干法脫硫技術(shù)，它以循環(huán)流化床為原理，通過物料的循環(huán)利用，在脫硫反應塔內(nèi)形成濃相的床態(tài)，同時向塔內(nèi)噴水，使運行溫度降到露點附近，提高了煙氣中SO2、SO3等氣體與脫硫吸收劑間的反應效率，并延長了固體物料在反應塔內(nèi)的停留時間，提高了吸收劑的利用率和系統(tǒng)脫硫效率。在鈣硫比為1.1～1.4的情況下，系統(tǒng)脫硫效率可達90％以上，完全可與石灰石石膏濕法工藝相媲美，是一種高效的干法煙氣脫硫工藝。

循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)的主要特點：

①在鈣硫比為1.1～1.4時，脫硫效率高達90%以上。按燒結(jié)煙氣平均含硫濃度800mg/Nm3計算，排放濃度可以控制在80mg/Nm3以下，遠低于國家環(huán)保部門即將推出的新排放標準。

②系統(tǒng)流程短、設備少，控制簡單，運行可靠，維護檢修方便，投資運行成本低。

③系統(tǒng)占地面積小，布置靈活，特別適合場地有限的改造工程。④燒結(jié)煙氣風量在50%～100%的波動工況下，系統(tǒng)都能保持穩(wěn)定運行。

⑤對燒結(jié)煙氣中的SO3、氯化物和氟化物等有害氣體有很高的脫除效率，因此可以避免煙氣對設備和系統(tǒng)的腐蝕。

⑥該工藝為干法，吸收劑和脫硫產(chǎn)物都為干態(tài)。設備內(nèi)部可以避免結(jié)垢，脫硫產(chǎn)物也無須進行脫水處理。

⑦脫硫產(chǎn)物可以制成混凝土緩凝劑和攙合料激活劑，與鋼渣進行綜合處理。這樣可以避免二次污染，實現(xiàn)脫硫產(chǎn)物的高附加值。

6.生活垃圾焚燒廠煙氣凈化技術(shù)

垃圾焚燒煙氣凈化半干法工藝技術(shù)

來自鍋爐的煙氣首先進入噴霧干燥反應塔，同時石灰漿制備系統(tǒng)把配制好的相應濃度的石灰漿輸送至反應塔，石灰漿由反應塔頂部高速旋轉(zhuǎn)的霧化器霧化成微小液滴后散布出去，與塔內(nèi)煙氣充分混合，發(fā)生化學反應，從而去除煙氣中的HCL、HF、SO2等酸性氣體。煙氣從吸收塔排出后進入后續(xù)的布袋除塵器，煙氣中的粉塵顆粒物被布袋除塵器進一步捕集，再經(jīng)除塵器灰斗排入灰渣處理系統(tǒng)，凈化后的煙氣經(jīng)引風機送至煙囪排放。

半干法工藝具有以下優(yōu)點：

◇技術(shù)成熟，脫硫率較高；

◇流程簡單，系統(tǒng)可靠性高；

◇建設投資及運行維護費用較低；

◇占地面積小，無二次污染；

◇副產(chǎn)物呈干態(tài)，收集工藝簡便；

◇廢渣可以制作成建材、道路基礎等，能實現(xiàn)綜合利用。

7.抑塵防風網(wǎng)

煤礦、港口、電廠、鋼鐵廠、焦化廠、城市集中供熱中心等設置的露天貯煤場、堆料場等，因為刮風或料場內(nèi)的裝卸作業(yè)，引起粉塵飛揚，嚴重的污染周圍地區(qū)的大氣，同時也造成原料的大量流失，給企業(yè)造成經(jīng)濟損失。據(jù)測算，中大型貯煤場，堆料場由于二次揚塵所產(chǎn)生粉塵的損失量，達5‰以上。因此采取有效的措施抑制揚塵，不僅能保護環(huán)境，還能減少堆料損失，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。

抑塵防風網(wǎng)具有以下優(yōu)點：

（1）防風網(wǎng)抑塵效果好，庇護區(qū)內(nèi)總揚塵率可減少60-85%。

（2）防風網(wǎng)只在堆煤場四周設置，場內(nèi)的機械化裝卸不受任何影響。

（3）與封閉式倉儲比較，可大幅度節(jié)省工程投資和日常運行費用。

（4）防風網(wǎng)使用壽命15-20年，基本不需要維修。

（5）沒有水、電、藥劑等日常運行消耗。

第三篇：關(guān)于變壓吸附CO2氣體的研究

關(guān)于變壓吸附CO2氣體的研究

Zan Liu and William H.Green* 化學工程學系，麻省理工學院，77馬薩諸塞大道，66-352室，坎布里奇，馬薩諸塞州，美國

摘要：使用初濕含浸法制備了一種含有氧化鎂的用于溫室氣體CO2的新型吸附劑。使用特制的高壓微量天平系統(tǒng)和熱重分析儀得到了可逆吸附等溫線,循環(huán)穩(wěn)定,吸附速率。實驗數(shù)據(jù)表明在180?240°C的溫度范圍至少84個吸附周期內(nèi),該吸附劑具有相當大的可再生的吸附容量，較低的吸附熱和穩(wěn)定的工作能力。在此溫度范圍內(nèi)新型吸附劑的性能優(yōu)于合成水滑石和K2CO3改性水滑石。因此該吸附劑在吸附CO2方面有很好的應用前景。

1.引言：

CO2 氣體過量排放引起全球氣候變暖的觀點已經(jīng)被越來越多的人接受1。在所有的能源中，化石燃料產(chǎn)生的CO2 排放量是最大的2。與此同時，煤是最廉價易得的燃料3。因此，在可預見的未來，煤依然是主要的能源，在發(fā)展中國家更是如此。面對這種困境，新技術(shù)應該有更高的能源利用率和更少的CO2 排放量。目前，伴有碳捕獲分離的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)是實現(xiàn)這一目標最可行的方法4。

幾種可用的都基于一個相同的前提。煤在高溫高壓下與蒸汽和空氣分離單元提供的氧一起氣化5。產(chǎn)生的氣體在一個氣液反應器中變?yōu)镠2/CO2 混合氣體?；旌蠚怏w隨后冷卻，脫除硫，懸浮粒子和CO2，然后再一個氣體渦輪發(fā)動機中燃燒完成能量轉(zhuǎn)換，廢氣中的一部分熱能被一個熱能再利用系統(tǒng)用于驅(qū)動一個蒸汽渦輪，產(chǎn)生額外的能量。與傳統(tǒng)的煤粉加工相比，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)有兩個重要的特征6。首先，因為聯(lián)合循環(huán)，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)可以得到跟高的能量效率。其次，反應器中的氣流有更高的壓力，有利于硫，汞，氮氧化合物，微粒物質(zhì)和CO2，使得尾氣處理跟便宜。

目前，最先進的CO2 捕獲過程包括用物理或化學溶劑洗滌氣流，比如單乙醇胺，低溫甲醇洗，賽列克索法。這些吸收過程都要走溫度較低的環(huán)境下進行。所以來自液氣轉(zhuǎn)換器的氣流必須充分冷卻，產(chǎn)生大量的能耗6,7。

與傳統(tǒng)CO2補集方法相比，新技術(shù)消耗更少的能量，產(chǎn)生更少的操作費用，因而更有前景。先前的研究8,9已經(jīng)對H2 滲透膜10,11，CO2 滲透膜12，變壓吸附13等高溫度下的CO2 分離過程，尋找提高吸附效率的方法。而我們最近的研究14對之前的工作進行了擴展，比較了用于伴有碳捕獲分離的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)模型。結(jié)構(gòu)表面，對于溫度較高的氣體（200—300 ℃），變壓吸附比其他方法更有效。

廣泛用于石油和化工行業(yè)的變壓吸附15，有很多顯著的優(yōu)勢，比如較低的能量要求，較低的費用，易于使用。盡管有這些優(yōu)勢，只有少量與200—300 ℃下可再生吸附CO2 的文章發(fā)表。為了在要求的溫度范圍內(nèi)適用，吸附劑需要維持可再生能力，較快的吸附速度，較低的吸附熱。已經(jīng)工業(yè)化的吸附劑例如活性炭，沸石和氧化鋁等在高于150 ℃便喪失了他們對CO2的吸附能力。超級活性炭16在220 ℃還具有對CO2 的吸附能力，但它對CO2/N2 的選擇性很低。我們同樣對通過摻雜陽離子獲得的堿性沸石17,18進行了測試，他對極性氣體比如SO2 和水蒸氣的吸附性能較差。

圖1 高壓微平衡圖

文獻還研究了一些無機材料在較高溫度條件下對碳的捕集能力，比如氧化鈣19,20，鋯酸鋰21，硅酸鋰22,23，鈉基吸附劑24，滑石類復合材料25,26，雙鹽吸附劑27等。氧化鈣在700℃下仍能保持較高的吸附容量，但卻有著糟糕的再生能力，較低的吸附速率，和極高的熱量要求。鋰基材料在450—550℃仍然能夠捕集CO2，但是他們的吸附速率也較低。鈉基材料在200—400℃范圍內(nèi)展現(xiàn)了良好的吸附性能，但該材料在700℃下才能再生，所以并不適合變壓吸附。兩性鹽吸附劑在高溫下有較高的吸附容量，但再生很困難28。在這些無機材料中，HTls是最有前景的CO2 捕集劑，有大量關(guān)于這方面的研究。然而，HTls的工作溫度沒無法滿足我們的要求29,30。最近，美國國家能源科技實驗室研究了一種氫氧化鎂基吸附劑31，該吸附劑在200—300℃有較大的吸附容積，可以在375℃再生。然而，通過熱處理進行再生依然無法滿足我們的需求。此外，該吸附劑的穿透曲線顯示其吸附速率較低，這可能與該吸附劑較低的比表面積有關(guān)。

我們的目標是找到一種在較高溫度下仍然有很好再生能力，較低吸附熱，較高吸附速率的吸附劑。該吸附劑在最初的潤濕浸漬后，表現(xiàn)出了較高的比表面積和適宜的孔徑分布，有利于CO2的迅速吸附。我們實驗室構(gòu)建了一個高壓微平衡系統(tǒng)去表針吸附劑的性能。通過對其吸附容積，循環(huán)再生能力，吸附速率的細致研究，并與HTls做比較，我們證明該吸附劑在變壓吸附溫度較高的CO2方面很有前景。

2.實驗部分

2.1吸附劑的合成

吸附劑通過潤濕浸漬法制得，該方法被廣泛用于制備多相催化劑。為了獲得最佳性能，不同的鎂前驅(qū)體（硝酸鹽，檸檬酸鹽，草酸鹽，醋酸鹽）被測試和比較。硝酸鹽最終被選為前驅(qū)體。對幾個關(guān)鍵的制備條件，比如前驅(qū)體濃度，支撐材料，煅燒溫度，煅燒時間我們同樣進行了研究，已獲得最佳制備過程。最終的浸漬過程如下：活性炭在80℃下干燥一夜。接著，與室溫下逐滴加入3.8M的Mg(NO3)2實現(xiàn)MgO的負載。將所制得的材料在敞開體系中干燥12h，然后在爐子中與100℃加熱12h。該材料最后與馬沸爐中在500℃下在純氮氣煅燒3h。

2.2 產(chǎn)物的表征

由鎂前驅(qū)體制備的吸附劑通過一個熱重分析儀進行熱重分析。風干后的材料置于熱重分析系統(tǒng)的鉑片上。以4℃/min的速率在N2氛圍下由25升溫到750℃，N2通氣速率為90sccm。我們使用一臺 JEOL JSM 6060掃描電子顯微鏡研究其表面形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)。

吸附劑的表面積和孔徑分布在77K用一臺粉體 ASAP 2020 儀器通過N2吸附解吸附等溫線表征。煅燒后的材料首先在200℃真空脫氣。然后轉(zhuǎn)移到液氮內(nèi)進行吸附解吸附分析。

我們使用BET模型計算其表面積和平均孔徑。孔徑分布和孔容在170到300nm,通過BJH模型得到。2.3 CO2吸附

吸附劑的吸附容積和循環(huán)穩(wěn)定性通過一個高壓微平衡和熱重分析儀測量。測量方法如下：10-20mg吸附劑置于鉑樣品盤。使用一個定制的加熱器加熱到實驗所需溫度，保持溫度穩(wěn)定在±0.2℃。首先，以100sccm的速率通入純氦氣。當熱重信號穩(wěn)定后，記下初始質(zhì)量m1。然后，以300sccm的速率通入純CO2至左測試箱，右測試箱仍然通入純He。反應箱的壓力通過一個反壓力控制器控制。當達到所需壓力后，稱重記為m2。質(zhì)量變化記為Δmmeasured。需要注意的是這里的質(zhì)量變化不是實際的吸附量，還需要進行修正，我們在2.4部分討論。

等溫線用我們之前提到的方法測量，即隨著CO2的壓力由3atm上升到16atm，記錄質(zhì)量的變化。

吸附能力有兩個不同的形式：可再生吸附和不可再生吸附。為了區(qū)分這兩種不同的形式，我們使用了如下的方法：首先在一個特定溫度下測量出包括可再生吸附和不可再生吸附的總等溫線。然后，將整個反應器在真空下與同樣溫度保持24h.再次測量等溫線。第二次測量得到為可再生吸附的等溫線。用總的吸附等溫線減去可再生等溫線得到不可再生等溫線。

為了測量吸附再生的循環(huán)穩(wěn)定性，定量的吸附劑置于測試器的鉑碟上，于200℃、13atm持續(xù)吸附CO230min。保持溫度不變，循環(huán)吸附再生84次。

吸附容量同樣通過熱重分析測量。一個10-20mg的樣品被置于鉑碟上。在N2氣氛下，用內(nèi)置加熱器加熱到所需溫度。當溫度壓力穩(wěn)定后，一個內(nèi)置的自動控制開關(guān)將N2換為CO2。CO2的壓力始終保持在1atm.2.4 浮力校正

正如我們在先前的部分所提到，由于不可忽視的浮力的影響Δmmeasured并不是實際吸附量。為了獲得實際的吸附量，我們還需獲得如下兩個量：

第二個參數(shù)，Δmbuoyancy-pan是浮力對于高壓下樣品盤和平衡盤的不平衡的貢獻。為了修正這個效應,我們做了一個控制實驗，即如上一小節(jié)所述,使用沒有吸附劑的空樣品盤進行重復試驗。得到了在不同壓力的一系列的重量校正數(shù)據(jù)。

第三參數(shù),Δmbuoyancy-sample,來自樣品的浮力的貢獻,可以ρCO2 Vexcluded計算。排除體積,Vexcluded,從由吸附劑的真實密度計算。真實密度的測量在2.5節(jié)描述。

2.5 吸附劑的氦氣密度

吸著劑的氦密度通過高壓微量天平測量，圖1所示。最初,一個空盤放置在反應室。氦氣被引入整個反應室,溫度維持在200°C。在壓力2、14,和24 atm的重量記錄為數(shù)據(jù)M1。然后,排空反應室，給定干吸著劑被加載到盤內(nèi)。在同樣的壓力重復試驗過程得到數(shù)據(jù)M2。質(zhì)量的變化Δm與壓力和氦氣密度有關(guān)，通過如下方程計算32 結(jié)果與討論

3.1 材料表征

該材料一個典型的熱重曲線如圖2所示。該材料吸附分為三個過程。第一個過程為80到120°C有一個寬峰表明吸附劑水分被脫除。大多數(shù)水分在達到180°就已經(jīng)被脫除。第二個過程為180到450°C顯示了強烈的吸熱峰這與硝酸鎂分解為氧化鎂相對應。第三個過程(> 450°C)沒有顯著峰值, 微小的重量變化可能與碳質(zhì)量減輕有關(guān)。最終選定煅燒溫度為500°C，因為該溫度下不會出現(xiàn)燒結(jié)而硝酸鎂能完全分解。

圖2 吸附劑的熱重分析圖

氦氣密度。真實密度在測量高溫下吸附容積時很有用。其詳細的測量過程如前所述。最近研究33表明,真實密度取決于測試溫度。我們選擇較高溫度(200°C)確保沒有氦被吸附。

基于等式2和3,吸附劑的氦氣密度的確定為1.25克/厘米3 ,略小于活性炭報道值(1.5?2.2 g / 厘米3)。這可能是由于毛孔滲后關(guān)閉,這使得某些內(nèi)部毛孔不能氦氣接觸,從而導致較小的真密度。另一點值得注意的是,氦分子比試驗氣體

二氧化碳小。一些孔氦分子能進入而二氧化碳分子無法進入,從而導致對排除體積的低估。這將導致對吸著劑容量的估計略顯保守。

BET測試：材料的表面積和孔容通過77K下吸附劑及其支撐材料的氮氣吸附解吸附等溫線得到。兩種材料都表現(xiàn)出典型的IV等溫線34，這種類型的等溫線在介孔的工業(yè)吸附劑中是非常常見的。

滯回線的分析表明,樣本進行初期的濕潤后,高相對壓力并沒有對吸附造成限制,這是H3特征滯回線,對應層狀的粒子聚集形成狹縫形狀的孔34。一般來說,通過BET測量得到多孔結(jié)構(gòu)模型,在浸漬和后續(xù)熱處理仍然能夠維持，盡管會出現(xiàn)表面積的減小。

吸附劑和支撐材料的形態(tài)學特征見表1。正如我們所預料的，樣品的熱處理減小了他們的比表面積和介孔容積。然而，平均孔徑并沒有明顯的改變。這確保孔隙大小不會限制隨后對二氧化碳吸附的研究。3.2吸附等溫線

圖3 吸附劑和支撐材料在77K的N2吸附解吸附試驗

圖3 吸附劑和支撐材料的孔徑分布

首先獲得包含可逆吸附和不可逆吸附的總的等溫線，然后將樣品轉(zhuǎn)移到真空中，再次測量得到CO2的可逆吸附等溫線。不可逆吸附由不同壓力下的總吸附量與可逆吸附量 的差值得到。不同溫度下的可逆吸附和不可逆吸附能力如表2所示。

表1 吸附劑和支撐材料的形態(tài)學數(shù)據(jù)

表2 在不同的溫度和壓力的吸附能力

考慮到溫度的影響，很明顯隨著溫度的上升吸附能力下降，因為高溫使吸附平衡發(fā)生了變化?？赡嫖侥芰εcCO2壓力有很大關(guān)系，這種趨勢可以被一個經(jīng)驗等溫線模型反映。不可逆吸附在低壓下仍然有較大的值，壓力的減小也不能減小不可逆吸附。不可逆吸附在低壓下甚至達到了飽和，表明不可逆吸附是由很強的化學反應引起的，這與可逆吸附的反應模型有很大差異。

最近關(guān)于氧化鎂的研究35試著用不同的吸附模型來研究不可逆吸附。該研究利用熱重分析和FTIR，表明當吸附劑被暴露于CO2中時氧化物表面會形成出不同的表面類型。碳酸氫鹽通過表面氫鍵官能團和CO2之間的反應形成。然而，形成于不同氧原子表面的碳酸鹽表現(xiàn)出了不同的協(xié)調(diào)度，出現(xiàn)了單齒，二齒，螯合橋接碳酸鹽。

Leon等人的FTIR研究表明橋接雙齒碳酸鹽在50℃消失了，螯合雙齒碳酸鹽和碳酸氫鹽在100到200℃消失了。然而，一部分單齒碳酸鹽在400℃仍能存在。這表明最強的點符合單齒模型，主要是不可逆吸附。然而，該模型對主要由較弱的點控制的不可逆吸附是不適用的。

只有可逆吸附對表壓吸附性能有幫助。在高壓力微平衡下測得四個溫度的可逆吸附等溫線，并對其浮力影響的校正。隨溫度而變的吸附經(jīng)驗模型

一個典型的等溫線被用來擬合等溫線數(shù)據(jù)，其中a= 5.013310?3mmol/(g2bar),b= 1.7533103K,c= 1.268310?3bar?1, and d= 1.8023103K。如圖5所示，該模型能描述溫度變化的影響。參數(shù)b和參數(shù)d的微小差異，表明沒有相鄰的被吸附分子發(fā)生交聯(lián)作用。

假設一個氧化鎂晶格捕獲一個CO2分子，吸附劑表明已經(jīng)完全被氧化鎂覆蓋，則最大單層容量大約為5 mmol/g，基于等式

其中，a為氧化鎂的晶格常數(shù)，SBET為吸附劑的表面積，NA為阿伏加德羅氏數(shù)。通過吸附模型（公式4），計算得到最大容積為a/c = 3.95 mmol/g。這兩個值如此接近，表明主要是表面吸附，而不是體積環(huán)境和多層吸附，大多數(shù)但并不是所有的氧化鎂表面可逆吸附做出了貢獻。

在文獻36-38中，吸附熱被嚴格的推倒

一旦由溫度決定的等溫吸附線確定了，吸附熱可以通過一個與該等式衍生的等溫線模型確定

其中n0i是容積。吸附劑的吸附熱如圖6所示，這與氧化鎂表面的數(shù)據(jù)相一致35。14kJ/mol的值與氫氧化鎂與CO2的反應焓(19.6 kJ/mol)31很接近。這與可逆吸附是由表面氫鍵和CO2可逆反應35引起的假設相一致。

圖6 基于公式6計算的吸附熱

3.3 再生性能

正如引言所強調(diào)的,對于一個適用于變壓吸附過程的吸附劑，再生性能是一個關(guān)鍵的屬性。為研究吸附可逆性,在高壓微量天平進行一個84周期循環(huán)測試。溫度維持在200°C。吸附過程為壓力為13atm，而解吸附過程為1atm。

我們可以觀察到（圖7）第一個周期的容積是很大的，這是可逆吸附和不可逆吸附共同作用引起的。在經(jīng)歷幾個周期后，容積明顯減小。大約30%的容積無法通過壓力變化實現(xiàn)再生，如同我們在前面的章節(jié)所討論的。吸附劑只能在高溫（450℃)下實現(xiàn)完全再生。

在第一個周期時，吸附劑的容積大約保持在1.4mmol/g。根據(jù)一個對于氧化鎂表面的研究，在200℃的可逆吸附是因為表面螯合雙齒碳酸鹽和碳酸氫鹽的形成，即不可逆吸附是由于單齒碳酸鹽的形成。表面積的減小可能同樣對容積減小有影響。

新吸附劑的容積明顯小于廣泛報道的活性炭和沸石的值。然而，這些吸附劑都用于較低溫度下，而在較低溫度下，多層吸附對高容積貢獻很大。氧化鈣和鋰材料在高溫下有很大的容積，但是在這時候，吸附是由于發(fā)生了本體反應。這種吸附模式的缺點是本體反應造成極低的吸附速率和固體內(nèi)的物質(zhì)擴散。而吸附劑明顯是依靠表面反應捕集CO2，可以被視為偽單層吸附。考慮到吸附劑溫和的吸附表面，這個數(shù)據(jù)是合理可信的。3.4 吸附速率

吸附速率是選擇吸附劑的另一個關(guān)鍵因素。為了適用于變壓吸附，吸附劑必須有較高的吸附速率，以降低整個吸附周期的時間。

圖7 吸附劑在200℃的循環(huán)穩(wěn)定性

圖8和圖9表明，新吸附劑只需不到1分鐘就能達到飽和值。吸附容積隨著溫度的上升逐漸降低，即吸附速率與溫度關(guān)系不大。在較高溫度下，吸附速率可以較快達到最大值，但不同溫度間沒有明顯變化。

圖8 CO2氣氛下吸附劑在1atm下不同溫度的熱重分析圖

與已經(jīng)工業(yè)化的變壓吸附吸附劑比如活性炭和沸石相比較，新吸附劑的吸附速率還比較低。這是因為那些吸附劑主要工作在較低的溫度條件下，主要靠純的物理交聯(lián)捕集CO2。然而，新吸附劑主要是通過表面化學反應，所以出現(xiàn)相對較低的吸附速率是可以理解的。

圖9 在1atmCO2下吸附劑在不同溫度下的吸附速率 值得注意的是較低的吸附速率是高溫吸附劑普遍存在的缺點，因為其吸附是通過化學反應，表面或內(nèi)部而不是有著較低能量壁壘的弱的物理交聯(lián)。像氧化鈣和鋰基材料捕集CO2是靠的本體反應。吸附速率只能通過降低工作溫度和摻雜提高體積相質(zhì)量傳遞來提高。然而，這種吸附模式的缺點是本體反應通常會導致晶體結(jié)構(gòu)的變化。吸附劑需要較高的溫度來再生，這會導致吸附容積的減小。我們的新吸附劑是通過表面反應來捕集CO2。正如我們之前提到的表面吸附更溫和，再生容積也跟穩(wěn)定。我們在這里強調(diào)，一個擁有較高表面積和較高表面位點結(jié)合密度基于較弱的放熱表面反應的吸附劑是在200-300℃變壓吸附CO2更好的選擇。

3.5 與水滑石化合物的比較

水滑石化合物由帶正電的水鎂石(MgOH-)和水合陰離子組成，最常見的是Mg?Al?CO3,具有堆疊氫氧化鎂[Mg(OH)2] 氫氧化物層一些八面體座 的二價陽離子(Mg2+)被三價陽離子（Al3+)替代。水滑石化合物通常在高壓蒸汽下用K2CO3 去提高其性能。這兩種材料在煅燒后被廣泛用于高溫下39,40(350?500°C)CO2捕集。這里，我們用新吸附劑與這些材料做對比。

通過TGA比較200℃一個大氣壓下可逆性和動力學表現(xiàn)。如圖10所示，所有材料在第一個周期都表現(xiàn)出較大的容積，但是水滑石化合物在第一個周期后出現(xiàn)了急劇的下降，表明該溫度下主要是不可逆吸附。水滑石化合物的容積在10個周期內(nèi)持續(xù)下降，然而MgO/C吸附劑保持了較大的可再生容積。我們同樣比較了三種吸附劑的吸附速率。如圖11所示，在200℃MgO/C有比水滑石化合物更高的吸附速率。這些比較表明MgO/C更適合作為加熱后的CO2捕集劑。值得注意的是MgO/C只在200℃左右有優(yōu)勢。而在更高的溫度（400℃）下，對比表明水滑石化合物有更大的可再生容積，這也是為什么水滑石化合物被用于較高溫度下捕集CO2的原因。然而對于中溫的CO2捕集，相比水滑石化合物，MgO/C表現(xiàn)出更好點的再生容積和吸附速率。

圖10 200℃，1atm下CO2的循環(huán)性能比較

圖11 200℃，1atm下CO2的吸附速率比較 結(jié)論

用始潤浸漬法制備了一個包含氧化鎂支撐材料的新的CO2變壓吸附劑。新吸附材料在180-240℃展現(xiàn)了很大的再生吸附容積。在200℃高壓力微平衡系統(tǒng)下進行了循環(huán)試驗，至少在84個周期內(nèi)吸附劑保持了良好的穩(wěn)定性。此外，在該溫度范圍內(nèi)，新吸附劑新吸附劑有比合成水滑石化合物和K2CO3改性的合成水滑石化合物。這些結(jié)果表明該材料在變壓吸附捕集CO2方面很有前景。

相關(guān)內(nèi)容

支撐材料

包括關(guān)于該吸附劑的SEM圖，在水蒸氣氛CO2吸附性能和高溫下的吸附劑對比。該材料可以免費在網(wǎng)站 http://pubs.acs.org獲得。

作者信息

通信作者

*E-mail: whgreen@mit.edu.致謝

我們特別感謝英國石油公司的財政支持。感謝Prof.Yuriy Roman和Dr.Herui Dou提供了關(guān)鍵的設備。感謝 Dr.David J.Couling和Dr.Krishna Sharma很有幫助的建議。我們同樣十分感謝 麻省理工學院納米技術(shù)研究所的 Ms.Amy Tatem在BET測量上給我們的幫助。

參考文獻：

(1)Solomon, S., Qin, D., Manning, M., Marquis, M., Averyt, K.,Tignor, M.M.B., Miller, H.L., Chen, Z., Eds.;Climate Change 2007:The Physical Science Basis;Cambridge University Press: New York,2007;pp 665?670.(2)Katzer, J.;Ansolabehere, S.;Beer, J.;Deutch, J.;Ellerman, A.D.;Friedmann, S.J.;Herzog, H.;Jacoby, H.D.;Joskow, P.L.;McRae, G.;Lester, R.;Moniz, E.J.;Steinfeld, E.The Future of Coal;MassachusettsInstitute of Technology: Cambridge, MA, 2007.(3)International Energy Outlook 2011;ReportDOE/EIA-0484(2011);U.S.Energy Information Administration(EIA): Washington, DC, 2011.(4)Frey, H.C.;Zhu, Y.Improved system integration for integrated gasification combined cycle(IGCC)systems.Environ.Sci.Technol.2006, 40, 1693?9.(5)Esber, G.S.Carbon Dioxide Capture Technology for the CoalPowered Electricity Industry: A Systematic Prioritization of Research Needs.M.S.Thesis, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, 2006.(6)Fossil Energy Power Plant Desk Reference;Report DOE/NETL-2007/1282;National Energy Technology Laboratory(NETL):Morgantown, WV, 2007.(7)Cost and Performance Baseline for Fossil Energy Plants;Report DOE/NETL-2010/1397;National Energy Technology Laboratory(NETL): Morgantown, WV, 2007;Vol.1.(8)Current and Future Technologies for Gasification-Based Power Generation;Report DOE/NETL-2009/1389;National Energy Technology Laboratory(NETL): Morgantown, WV, 2010;Vol.2.(9)Schlather, J.;Turk, B.Desulfurization Process versus Traditional Scrubbers for a Warm Syngas Cleanup Technologies.Presented at the Gasification Technologies Conference, San Francisco, CA, Oct 14?17,2007.(10)Amelio, M.;Morrone, P.;Gallucci, F.;Basile, A.Integrated gasification gas combined cycle plant with membrane reactors: Technological and economical analysis.Energy Convers.Manage.2007, 48, 2680?2693.(11)Chiesa, P.;Kreutz, T.;Lozza, G.CO 2Sequestration from IGCC Power Plants by Means of Metallic Membranes.J.Gas Turbines Power 2007, 129, 123?134.(12)Grainger, D.;Ha gg, M.-B.Techno-economic evaluation of a PVAm CO2-selective membrane in an IGCC power plant with CO2capture.Fuel2008, 87,14?24.(13)Ito, S.;Makino, H.Carbon Dioxde Separation from Coal Gas by Physical Adsorption at Warm Temperature.Greenhouse Gas Control Technol.1998, 131?136.(14)Couling, D.J.;Prakash, K.;Green, W.H.Analysis of Membrane and Adsorbent Processes for Warm Syngas Cleanup in Integrated Gasification Combined-Cycle Power with CO2 Capture and Sequestration.Ind.Eng.Chem.Res.2011, 50, 11313?11336.(15)Ruthven, D.M.;Farooq, S.;Knaebel, K.S.Pressure Swing Adsorption;VCH: Weinheim, Germany, 1994;pp 221?264.(16)Kyaw, K.;Shibata, T.;Watanabe, F.;Matsuda, H.;Hasatani, M.Applicability of zeolite for CO2 storage in a CaO?CO2 high temperature energy storage system.Energy Convers.Manage.1997,38, 1025?1033.(17)Díaz, E.;Mun?oz, E.;Vega, A.;Ordo? n?ez, S.Enhancement of the CO2 retention capacity of X zeolites by Na and Cs treatments.Chemosphere2008, 70, 1375?82.(18)Díaz, E.;Mun?oz, E.;Vega, A.;Ordo? n?ez, S.Enhancement of the CO2 Retention Capacity of Y Zeolites by Na and Cs Treatments: Effect of Adsorption Temperature and Water Treatment.Ind.Eng.Chem.Res.2008, 47, 412?418.(19)Beruto, D.;Botter, R.;Searcy, A.W.Thermodynamics and Kinetics of Carbon Dioxide Chemisorption on Calcium Oxide.J.Phys.Chem.1984, 88, 4052?4055.(20)Filitz, R.;Kierzkowska, A.M.;Broda, M.;Muller, C.R.Highly efficient CO2 sorbents: Development of synthetic, calcium-rich dolomites.Environ.Sci.Technol.2012, 46, 559?565.(21)Nakagawat, K.;Ohashi, T.A Novel Method of CO2 Capture from High Temperature Gases.J.Electrochem.Soc.1998, 145, 1344?1346.(22)Bretado, M.E.;Guzma? n Velderrain, V.;Lardiza? bal Gutie? rrez, D.;Collins-Martínez, V.;Ortiz, A.L.A new synthesis route to Li4SiO4 as CO2 catalytic/sorbent.Catal.Today2005, 107?108, 863?867.(23)Gauer, C.;Heschel, W.Doped lithium orthosilicate for absorption of carbon dioxide.J.Mater.Sci.2006, 41, 2405?2409.(24)Siriwardane, R.V.;Robinson, C.;Shen, M.;Simonyi, T.Novel Regenerable Sodium-Based Sorbents for CO2 Capture at Warm Gas Temperatures.Energy Fuels2007, 21, 2088?2097.(25)Ding, Y.;Alpay, E.Equilibria and kinetics of CO2adsorption on hydrotalcite adsorbent.Chem.Eng.Sci.2000, 55, 3461?3474.(26)Yong, Z.;Rodrigues, A.E.Hydrotalcite-like compounds as adsorbents for carbon dioxide.Energy Convers.Manage.2002, 43, 1865?1876.(27)Mayorga, S.G.;Weigel, S.J.;Gaffney, T.R.;Brzozowski, J.R.Carbon Dioxide Adsorbents Containing Magnesium Oxide Suitable for Use at Hight Temperature.U.S.Patent 6,280,503 B1, 2001.(28)Singh, R.;Ram Reddy, M.K.;Wilson, S.;Joshi, K.;Diniz da Costa, J.C.;Webley, P.High temperature materials for CO2 capture.Energy Proc.2009, 1, 623?630.(29)van Selow, E.R.;Cobden, P.D.;Verbraeken, P.a.;Hufton, J.R.;van den Brink, R.W.Carbon Capture by Sorption-Enhanced Water?Gas Shift Reaction Process using Hydrotalcite-Based Material.Ind.Eng.Chem.Res.2009, 48, 4184?4193.(30)van Selow, E.R.;Cobden, P.D.;Wright, a.D.;van den Brink, R.W.;Jansen, D.Improved sorbent for the sorption-enhanced water-gas shift process.Energy Proc.2011, 4, 1090?1095.(31)Siriwardane, R.V.;Stevens, R.W.Novel Regenerable Magnesium Hydroxide Sorbents for CO2 Capture at Warm Gas Temperatures.Ind.Eng.Chem.Res.2009, 48, 2135?2141.(32)Murata, K.;Kaneko, K.;Kokai, F.;Takahashi, K.;Yudasaka, M.;Iijima, S.Pore structure of single-wall carbon nanohorn aggregates.Chem.Phys.Lett.2000, 331,14?20.(33)Malbrunot, P.;Vidal, D.;Vermesse, J.;Chahine, R.;Bose, T.K.Adsorbent Helium Density Measurement and Its Effect on Adsorption Isotherms at High Pressure.Langmuir1997, 13, 539?544.(34)Sing, K.S.W.;Everett, D.H.;Haul, R.A.W.;Moscou, L.;Pierotti, R.A.;Rouquerol, J.;Siemieniewska, T.Reporting Physisorption Data for Gas/Solid Systems with Special Reference to the Determination of Surface Area and Porosity(Recommendations1984).Pure Appl.Chem.1985, 57, 603?619.(35)Leon, M.;Diaz, E.;Bennici, S.;Vega, A.;Ordonez, S.;Auroux,A.Adsorption of CO2 on Hydrotalcite-Derived Mixed Oxides:Sorption Mechanisms and Consequences for Adsorption Irreversibility.Ind.Eng.Chem.Res.2010, 49, 3663?3671.(36)Sircar, S.Isosteric heats of multicomponent gas adsorption on heterogeneous adsorbents.Langmuir1991, 7, 3065?3069.(37)Sircar, S.;Mohr, R.;Ristic, C.;Rao, M.B.Isosteric Heat of Adsorption: Theory and Experiment.J.Phys.Chem.B 1999, 103,6539?6546.(38)Sircar, S.Excess properties and thermodynamics of multicomponent gas adsorption.J.Chem.Soc., Faraday Trans.1 1985, 81,1527?1540.(39)Hufton, J.R.;Mayorga, S.;Sircar, S.Sorption-enhanced reaction process for hydrogen production.AIChE J.1999, 45, 248?256.(40)Waldron, W.E.;Hufton, J.R.;Sircar, S.Production of hydrogen by cyclic sorption enhanced reaction process.AIChE J.2001, 47,1477?1479.

第四篇：廣州市大氣污染分析與防治

廣州市大氣污染分析與防治

摘要:隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對外開放的程度不斷提高，珠三角地區(qū)的經(jīng)濟的不斷發(fā)展，廣州市的環(huán)境污染，特別是大氣污染到了令人擔憂的地步了，要在現(xiàn)今世界潮流中繼續(xù)發(fā)展，政府跟廣大市民要加強環(huán)保意識，共同預防與治理廣州市大氣的污染。本文主要先介紹廣州市大氣污染的特點、空氣污染的來源與空氣污染的危害，跟著分析廣州大氣污染的原因、存在的公眾環(huán)境問題，接著根據(jù)廣州市環(huán)境空氣質(zhì)量的狀況，然后再提出廣州市大氣污染綜合防治方案的想法及相應的防治對策。

關(guān)鍵詞：大氣污染 廣州市大氣 大氣污染分析 防治對策

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對外開放的程度不斷提高，珠三角地區(qū)的經(jīng)濟的不斷發(fā)展，廣州市的環(huán)境污染，特別是大氣污染到了令人擔憂的地步了，要在現(xiàn)今世界潮流中繼續(xù)發(fā)展，政府跟廣大市民要加強環(huán)保意識，共同預防與治理廣州市大氣的污染。廣州市的環(huán)境保護靠的是廣大市民的積極響應，減少對空氣污染的排放，使廣州的空氣變得新鮮些，有利于我們的生存，特別是即將到來的16屆廣州亞運會，更加要做好大氣污染的防治工作。

一、廣州市空氣污染的特點

（1）總懸浮顆粒物(TSP)和可吸入顆粒物(PM10)含量高，能見度明顯減少。近年來廣州市的空氣質(zhì)量惡化的趨勢有所減緩，總懸浮顆粒物平均濃度，逐年顯下降的趨勢，但是總懸浮顆粒物平均濃度超過國家空氣質(zhì)量三級標準。

（2）二氧化硫排放量大，污染嚴重，造成酸雨污染嚴重。市區(qū)氮氧化合物污染嚴重，造成空氣中的二氧化氮濃度過高。

（3）臭氧濃度較高。雖然還沒把臭氧納入環(huán)境空氣質(zhì)量評價指標，但是臭氧是光化學煙霧的主要成分，對廣州市民的身體有很大的影響。（4）揮發(fā)性有機物濃度偏高。

二、廣州市空氣污染的來源

（1）廣州市的可吸入顆粒物來源廣、成分復雜、控制難度大。主要來源是煤煙塵、施工揚塵、機動車尾氣塵、垃圾焚化業(yè)、城市道路交通揚塵等二次污染源。

（2）廣州市的二氧化硫與二氧化氮等有害氣體造成的大氣污染主要是人為因素引起的,而人為因素造成大氣污染的污染源主要是生活污染源和工業(yè)污染源。生活污染源主要是由于人們使用空調(diào)與煤氣燃燒引起的,還有就是汽車尾氣的排放，這類污染源具有分布面廣、排放污染物量大和排放高度低等特點,是造成城市污染的主要污染源。工業(yè)污染源主要是工廠廢氣的排放。

（3）廣州市的臭氧主要是源于工業(yè)廢氣的排放。

（4）廣州市的揮發(fā)性有機物是由于市內(nèi)加油站未進行油氣回收工程，另一方面是近年來廣州市白云區(qū)制鞋業(yè)的迅速發(fā)展，排放大量的揮發(fā)性有機物。

三、廣州市空氣污染的危害

城市空氣污染對人類、氣候和植物均造成了嚴重危害。大氣污染與人群的許多疾病,特別是呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病、免疫系統(tǒng)疾病、腫瘤的患病率和死亡率密切相關(guān)。

（1）、總懸浮顆粒物(TSP)和可吸入顆粒物(PM10)造成廣州市的能見度差，雖然經(jīng)過幾年的整治，顆粒排放逐年減少，但是市區(qū)的能見度還是那么差，廣州市的灰暗天氣都有100多天

（2）、二氧化氮與二氧化硫會造成酸雨，使人民的皮膚癌的發(fā)病率提高，會腐蝕建筑物。

（3）、臭氧會危害人的眼睛、鼻和咽喉，會增加呼吸系統(tǒng)疾病患者。（4）揮發(fā)性有機物腐蝕人的身體，增加皮膚癌的發(fā)病率。

四、造成廣州市大氣污染的原因

（1）、環(huán)境意識薄弱.對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略認識不足。大氣環(huán)境是人類賴以生存的可貴資源，大氣環(huán)境資源的破壞是一種不可逆的過程，恢復良好的大氣環(huán)境質(zhì)量要比采取措施從根本上防治大氣污染付出更多的經(jīng)濟代價。但這種觀念長期以來并沒有被廣州市廣大居民充分的理解和認識。廣州市剛發(fā)展的初期只考慮近期的、局部的經(jīng)濟發(fā)展需要，在制訂一些綜合的經(jīng)濟政策、產(chǎn)業(yè)政策以及城市建設發(fā)展規(guī)劃中缺乏對保護大氣環(huán)境的考慮，往往以犧牲環(huán)境為代價換取經(jīng)濟的快速發(fā)展，形成了盲目擴大生產(chǎn)規(guī)模、亂鋪攤子、重復建設、技術(shù)裝備水平低、能源資源浪費大等狀況

（2）、能源、利用不合理，能源浪費嚴重。能源的不合理利用以及能源的嚴重浪費是造成我國大氣污染嚴重的原因之一，廣州市之前的傳統(tǒng)企業(yè)采用的生產(chǎn)技術(shù)、工藝比較落后，生產(chǎn)設備簡陋，資源能源利用率極低，所造成的大氣污染是驚人的。

（3）、大氣污染防治的資金投入不足。目前，廣州市污染治理和用于污染防治有關(guān)的城市基礎設施建設投資，只占國民生產(chǎn)總值的0.7%，這與我國環(huán)境污染嚴重、歷史欠賬太多和經(jīng)濟快速發(fā)展對環(huán)保投資的需求相比，嚴重不足。還有排污收費標準太低，使得污染企業(yè)寧可交排污費，而不愿意花錢治理。

（4）、執(zhí)法不嚴，監(jiān)督管理力度不夠。盡管我國大氣污染防治法規(guī)標準建設取得很大進展，但有法不依，執(zhí)法不嚴，違法不究的現(xiàn)象仍然十分嚴重。

（5）、缺乏實用的治理技術(shù)。我國在大氣污染治理技術(shù)和設備的研制、開發(fā)、推廣和使用方面，雖然做了不少工作，但與大氣污染控制的需求差距還較大，資金、人力的投入以及實用技術(shù)商品化的程度遠不如發(fā)達國家。實用技術(shù)的缺乏直接影響了廣州大氣污染治理的進程和效果。

五、廣州市公眾環(huán)境問題

一些貼近公眾的環(huán)境污染問題未能徹底解決，例如飲食業(yè)油煙污染擾民未徹底解決，建筑工地、道路揚塵仍然可見；機動車冒黑煙問題還未有效控制；灰霾天氣，能見度降低，嚴重影響公眾感觀。

六、廣州市防治取得的成果

廣州大氣污染的重點源頭是二氧化硫與氮氧化物的污染，主要是機動車尾氣的排放，廣州實行禁摩，禁摩措施實施以后，大氣質(zhì)量大幅上升，灰霾天數(shù)大幅下降。北京有200多萬輛機動車，大部分是汽車；上海有140萬至150萬輛的機動車，也大多是汽車；但是廣州的170萬輛機動車中110萬輛是摩托車，同樣公里數(shù)、運量，摩托車尾氣所造成的污染是汽車的好幾倍。

七、廣州市大氣污染綜合防治方案的想法

大氣污染綜合防治涉及面比較廣，影響因素比較復雜，一般來說，可以從下列幾個方面加以考慮。（1）全面規(guī)劃，合理布局

廣州市大氣污染綜合防治，必須從協(xié)調(diào)本地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和保護環(huán)境之間的關(guān)系出發(fā)，對該地區(qū)各污染源所排放的各類污染物質(zhì)的種類、數(shù)量、時空分布作全面的調(diào)查研究，并在此基礎上，制定控制污染的最佳方案。

本地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)區(qū)應設在城市主導風向的下風向。在工廠區(qū)與城市生活區(qū)之間，要有一定間隔距離，并植樹造林、綠化、減輕污染危害。對已有污染重，資源浪費，治理無望的企業(yè)要實行關(guān)、停、并、轉(zhuǎn)、遷等措施。（2）改善能源結(jié)構(gòu)，提高能源有效利用率

廣州市的能源結(jié)構(gòu)中以煤炭為主，煤炭占商品能源消費總量的73%，在煤炭燃燒過程中放出大量的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）以及懸浮顆粒等污染物。因此，如從根本上解決大氣污染問題，首先必須從改善能源結(jié)構(gòu)入手，例如使用天然氣及二次能源，如煤氣、液化石油氣、電等，還應重視太陽能、風能、地熱等所謂清潔能源的利用。我國以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)在短時間內(nèi)不會有根本性的改變。對此，當前應首先推廣型煤及洗選煤的生產(chǎn)和使用，以降低煙塵和二氧化硫的排放量。（3）區(qū)域集中供熱

積極發(fā)展區(qū)域性集中供曖供熱，設立規(guī)模較大的熱電廠和供熱站，用以代替千家萬戶的爐灶，是消除煙塵的有效措施。這樣還具有以下各項效益：①提高熱能利用率；②便于采用高效率的除塵器；③采用高煙囪排放；④減少燃料的運輸量。

（4）植樹選林、綠化環(huán)境

綠化造林是大氣污染防治的一種經(jīng)濟有效的措施。植物有吸收各種有毒有害氣體和凈化空氣的功能。植物是空氣的天然過濾器。茂密的叢林能夠降低風速，使氣流挾帶的大顆粒灰塵下降。樹葉表面粗糙不平，多絨毛，某些樹種的樹葉還分泌粘液，能吸附大量飄塵。蒙塵的樹葉經(jīng)雨水淋洗后，又能夠恢復吸附、阻攔塵埃的作用，使空氣得到凈化。

植物的光合作用放出氧氣，吸收二氧化碳，因而樹林有調(diào)節(jié)空氣成分的功能，一般1公頃的闊葉林，在生長季節(jié)，每天能夠消耗約1t的二氧化碳，釋放出0.75t的氧氣。以成年人考慮，每天需吸入0.75kg的氧氣，排出0.9kg的二氧化碳，這樣，每人平均有10m2面積的森林，就能夠得到充足的氧氣。

八、防治對策

根據(jù)以上的綜合防治方案，具體提出了以下的防治對策，（1）、加強工業(yè)企業(yè)廢氣污染防治，消減工業(yè)污染排放總量，綜合改善環(huán)境空氣質(zhì)量。

廣州市應大力繼續(xù)實施工程減排、結(jié)構(gòu)減排和監(jiān)督減排，督促脫硫工程建設、重點污染企業(yè)的脫硫整改工業(yè)企業(yè)廢氣治理改造等項目的完成與實施，關(guān)掉一批小火電機組，力爭完成二氧化硫排放總量控制目標。

廣州市應積極開展工業(yè)污染源氮氧化物排放控制工作，實施氮氧化物排放總量的核定、統(tǒng)計，確定重點監(jiān)管企業(yè)，實施污染控制，創(chuàng)造一批氮氧化物污染控制示范企業(yè)，抑制臭氧的生成，減少灰霾天氣。還有要加強對水泥行業(yè)粉塵污染控制，淘汰落后產(chǎn)能，減少空氣中懸浮顆粒。（2）、加強大氣檢測, 大眾媒體監(jiān)督

廣州市在控制污染源方面, 政府首先應加強檢測預報工作, 進行公眾輿論監(jiān)督。城市的空氣質(zhì)量像天氣預報一樣, 天天預報, 一是喚醒全民對生命之氣大氣質(zhì)量的關(guān)注, 另一方面, 對主要大氣污染源的工業(yè)企業(yè)增加壓力。嚴格遵守《廣州市工廠排氣污染防治規(guī)定》

（3）、促使企業(yè)進行工藝改造, 加大環(huán)保投資

廣州市市委政府要加大執(zhí)法力度, 對那些耗能大、污染重、效益差的企業(yè), 依據(jù)環(huán)保法規(guī)及行政的、經(jīng)濟的調(diào)控手段, 堅決實行關(guān)、停、轉(zhuǎn), 對污染大戶要強制執(zhí)行環(huán)保處理措施, 促使其達到國家規(guī)定級別的排放標準。（4）強化飲食服務業(yè)污染防治，改善市民居住環(huán)境。

廣州素有“美食天堂”之稱，目前有近3萬戶飲食服務企業(yè)，且多數(shù)設置在商業(yè)繁華區(qū)和居民住宅區(qū)，在方便群眾生活的同時，也對污染防治帶來較大的壓力。廣州市應在嚴格執(zhí)行《廣州市污染防治規(guī)定》的基礎上，建立健全跨部門聯(lián)合對飲食服務業(yè)污染防治和查處的協(xié)作機制，完善飲食服務業(yè)布局規(guī)劃，加大執(zhí)法力度，嚴查無照、超范圍、污染嚴重、影響“民生”的典型飲食服務業(yè)戶的污染整治。

（5）、控制交通污染源和生活污染源 第一治理交通污染源首先要確定城市規(guī)模, 控制人口數(shù)量，要適當控制一下外地人來廣州的流動人口。第二要控制車輛數(shù)量，繼廣州市區(qū)禁摩以后，廣州市又大力發(fā)展公交事業(yè)，例如增設BRT，讓市民出行方便，減少汽車的流動量。第三要對車輛能源進行改革。從目前來看, 推廣無鉛汽油和推廣汽油車電子控制燃油噴射技術(shù)具有可行性, 從長遠來看, 要開發(fā)和生產(chǎn)對大氣無污染的新型能源車輛, 如太陽、電能車輛等, 從根本上解決車輛尾氣污染問題。

（6）、開展加油站和有關(guān)行業(yè)揮發(fā)性有機物污染物治理，減輕城市灰霾。

重點對廣州各個地區(qū)揮發(fā)性有機物污染嚴重的企業(yè)進行控制，對加油站進行油氣回收工作方案，建立示范工程（7）、合理城市工業(yè)布局

即使達到國家規(guī)定的廢氣排放標準的工業(yè)企業(yè), 其氣體排放物仍對大氣有一定的污染。所以, 在廣州市內(nèi)對舊城改建和新城規(guī)劃時應充分考慮當?shù)氐淖匀粭l件, 包括主導風向和地理環(huán)境。在工業(yè)企業(yè)選址時, 從大氣影響方面考慮, 應注意以下三點:

一、根據(jù)城市的主導風向, 廠址應選在下風向;

二、廠址應選在空氣流暢, 利于廢氣擴散和稀釋的地方;

三、與居住區(qū)之間要保持一定的距離。距離的大小, 根據(jù)衛(wèi)生部頒發(fā)的防護級別標準執(zhí)行。（8）加強城市揚塵污染控制，減少空中懸浮顆粒物

加強對廣州市內(nèi)的各類工地，裸土‘道路和物料儲運揚塵管理，從源頭上控制工地余泥灑漏和粉塵污染。從工地源頭管理、道路清掃保潔、散落物料運輸管理等三方面著手，健全完善管理制度，建立起各部門齊抓共管、綜合整治揚塵污染的控制機制。（9）、搞好城市綠化

搞好廣州市城市綠化是防治城市大氣污染的重要生物措施。今年暨亞運的即將到來之際，國家撥款來對廣州市進行大規(guī)模的綠化道路基礎設施的建設。利用植物殺菌、滯塵、吸收有毒氣體、調(diào)節(jié)二氧化碳和氧氣比例等特性, 減少城市大氣污染, 提高城市大氣質(zhì)量。綠色植物特有的生態(tài)功能,可以起到吸收、吸附空氣中的CO2 等污染物,放出O2 ,降解、轉(zhuǎn)化有毒氣體,減輕空氣污染和防塵殺菌、降溫增濕、調(diào)節(jié)氣候、減弱噪音、防止沙塵等作用。建議公路建設單位對公路兩側(cè)邊坡、互通和中央隔離帶等地方及時綠化,并選擇耐污染且凈化效果好的植被,同時加大商業(yè)區(qū)及生活區(qū)的綠化治理。要嚴格執(zhí)行車輛的排放標準并限制運載車輛在住宅區(qū)運行,加強生活區(qū)和商業(yè)區(qū)的規(guī)劃建設,加寬商業(yè)區(qū)的公路,適當緩解交通對空氣的污染。

（10）鼓勵市民積極參與環(huán)保工作中去

政府要加大宣傳的力度，動員廣大市民共同參與到廣州環(huán)境污染防治的行列中來。提倡市民優(yōu)先考慮乘坐公交與地鐵，減少汽車的行動量；鼓勵市民參與綠色建設活動，加強廣州市的綠色環(huán)境；要求公交、出租、貨運車輛的司機按期進行保養(yǎng)車輛，確保車輛排放達標；建立完善的舉報知道，讓群眾對廣州市內(nèi)的污染環(huán)境的行為進行監(jiān)督。

參考文獻

1、中國大氣污染現(xiàn)狀與防治技術(shù)綜合分析

2、亞運期間廣州市空氣污染防治對策淺析

3、廣州市大氣污染防治規(guī)定

4、《環(huán)境保護與生態(tài)發(fā)展概論》

5、《世界環(huán)境保護與大氣污染防治》

第五篇：大氣污染現(xiàn)狀防治與對策

大氣污染現(xiàn)狀與防治

--北京大鋼環(huán)境治理技術(shù)研究院 大氣是人類賴以生存的最基本的環(huán)境要素之一，任何生物從它誕生之日起，就需要通過呼吸維持生命，停止呼吸就意味著生命的終結(jié)。隨著人類生產(chǎn)和生活活動的發(fā)展，當它對大氣產(chǎn)生的影響超過其自凈能力時就會對大氣造成污染。自我國改革開放以來，我國經(jīng)濟獲得了長足的發(fā)展，生產(chǎn)力水平大大提高。但是，傳統(tǒng)模式下的生產(chǎn)力的提高在驅(qū)動經(jīng)濟增長和為企業(yè)帶來利潤的同時，卻使我們的地球家園變得千瘡百孔，不堪重負。

近年來，隨著城市工業(yè)的發(fā)展，大氣污染日益嚴重。主要表現(xiàn)為煤煙型污染；城市大氣環(huán)境中總懸浮顆粒物濃度普遍超標；二氧化硫污染一直在較高水平；機動車尾氣污染物排放總量迅速增加；氮氧化物污染呈加重趨勢。

大氣污染產(chǎn)生的嚴重后果有以下幾點: 1)氣候變暖。溫室氣體具有這樣的特性: 讓陽光通過，但強烈吸收地面發(fā)出的長波輻射，從而使氣溫上升，起到了溫室的作用。21 世紀以來全球平均氣溫升高了0.5 ℃，如果溫室氣體按目前的速度增加，到2030 年，全球平均氣溫將再提高2 ℃～ 3 ℃，災害性天氣和異常天氣將更加頻繁。

2)平流層臭氧層變薄。距地面20 km ～ 30 km 的平流層中存在一個臭氧層，它能強烈吸收陽光中的紫外線，從而保護地球生物免遭傷害。但是，工業(yè)生產(chǎn)中釋放的氯氟烴氣體強烈地破壞臭氧層，使之減少變薄，甚至出現(xiàn)南極臭氧空洞。

3)陸地和海洋生物受到污染。工業(yè)生產(chǎn)中排放的含有氯、鉛、汞、砷的有毒物質(zhì)影響生物的生長發(fā)育，使生物組織中含有有毒物質(zhì)，其中有些是致癌物質(zhì)。

4)產(chǎn)生酸雨。工業(yè)生產(chǎn)中釋放的二氧化硫和氧化氮使降水中酸性成分增加，形成酸雨。酸雨可使湖泊酸化，造成魚類死亡;酸雨還可遏制森林生長，甚至導致森林死亡。

大氣污染及惡化不僅危害到人們的正常生活，而且威脅著人們的身心健康。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，在世界范圍內(nèi)，9%的肺癌死亡、5%的心肺疾病死亡和大約1%的呼吸道感染死亡均由細微顆粒物引起。而細微顆粒物僅是眾多大氣污染物的一種。我國11 個最大城市中，空氣中的煙塵和細顆粒物每年使40萬人感染上慢性支氣管炎。北京衛(wèi)生部門最新數(shù)據(jù)顯示，北京肺癌發(fā)病率自2001至2010年增長56%，空氣污染是誘因之一。

造成我國大氣污染的因素主要有: 1)環(huán)境意識薄弱，對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略認識不足。大氣環(huán)境是人類賴以生存的可貴資源，大氣環(huán)境資源的破壞是一種不可逆的過程，恢復良好的大氣環(huán)境質(zhì)量要比采取措施從根本上防治大氣污染付出更多的經(jīng)濟代價。但這種觀念長期以來并沒有被一些部門和一些地區(qū)充分的理解和認識。他們只考慮近期的、局部的經(jīng)濟發(fā)展需要，在制訂一些綜合的經(jīng)濟政策、產(chǎn)業(yè)政策以及城市建設發(fā)展規(guī)劃中缺乏對保護大氣環(huán)境的考慮，往往以犧牲環(huán)境為代價換取經(jīng)濟的快速發(fā)展，形成了盲目擴大生產(chǎn)規(guī)模、亂鋪攤子、重復建設、技術(shù)裝備水平低、能源資源浪費大、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)無序發(fā)展、劣質(zhì)煤炭流通失控等狀況。因此說缺乏對環(huán)境保護考慮的地方政策的出臺，本身就是造成加重大氣污染的誘因，所造成環(huán)境危害和損失是難以挽回的。

2)能源利用不合理，能源浪費嚴重。能源的不合理利用以及能源的嚴重浪費是造成我國大氣污染嚴重的原因之一，據(jù)資料顯示，主要表現(xiàn)如下: a． 在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中，煤炭占75%，而用于發(fā)電的煤量僅占總煤量的35%，其他煤炭則用于工業(yè)及民用燃燒，有84%的煤炭直接燃燒，這種煤炭消費構(gòu)成是很不合理的。b． 我國煤炭生產(chǎn)過分注重產(chǎn)量的增加，對控制高硫煤的問題重視不夠，主要表現(xiàn)在煤炭的洗選率低和高硫煤地區(qū)的煤炭產(chǎn)量增長過快。c． 各類燃燒設備技術(shù)及制造水平較低，能源利用率不高，使用能耗高，排污量大和超期服役的燃燒設備的現(xiàn)象相當普遍。d． 鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)發(fā)展迅速，大多數(shù)企業(yè)采用的生產(chǎn)技術(shù)、工藝比較落后，生產(chǎn)設備簡陋，資源能源利用率極低，所造成的大氣污染是驚人的。

3)大氣污染防治的資金投入不足。目前，全國污染治理和用于污染防治有關(guān)的城市基礎設施建設投資，只占國民生產(chǎn)總值的0． 7%，這與我國環(huán)境污染嚴重、歷史欠賬太多和經(jīng)濟快速發(fā)展對環(huán)保投資的需求相比，嚴重不足。a．我國工業(yè)發(fā)展的起點低，基礎工業(yè)整體水平提高較慢，技術(shù)改造難度大，污染欠賬多。工業(yè)技術(shù)和裝備許多是20 世紀50 年代～ 60 年代水平的，資源、能源消耗高。但由于工業(yè)的整體改造受到資金的限制，遲遲不能進行整體改造和城市的污染治理，相當一批技術(shù)裝備落后的工業(yè)企業(yè)長期在生產(chǎn)中排放大量的污染物，造成嚴重污染。b． 國家在推行清潔煤炭政策、改善能源結(jié)構(gòu)的措施如煤炭洗選加工、型煤、燃煤脫硫、使用清潔能源等方面的投資力度太弱，遠遠不能滿足需要。c． 城市集中供熱、燃氣等基礎建設工程是解決城市大氣環(huán)境的主要措施。但不少地區(qū)仍然發(fā)展緩慢，關(guān)鍵還是資金投入不到位的問題。有些城市建完了熱電廠，卻缺少資金建設供熱管網(wǎng)，分散熱源仍然存在，不但沒有減少污染，反而增加了排放量。d．排污收費標準太低，使得污染企業(yè)寧可交排污費，而不愿意花錢治理。例如: “兩省九市”的二氧化硫收費標準過低，一般都在每千克二氧化硫0．20 元以內(nèi)，遠遠低于每千克1 元左右的脫硫成本，并不能促使企業(yè)投資用于二氧化硫治理，造成目前兩省九市試點地區(qū)所建的脫硫設施很少。

4)執(zhí)法不嚴，監(jiān)督管理力度不夠。盡管我國大氣污染防治法規(guī)標準建設取得很大進展，但有法不依，執(zhí)法不嚴，違法不究的現(xiàn)象仍然十分嚴重。a．一些地方政府干預環(huán)保部門執(zhí)法，批準建設短期經(jīng)濟效益好但能源資源消耗量大、對大氣污染嚴重的工業(yè)項目;不執(zhí)行國家“先評價、后建設”的規(guī)定，出現(xiàn)了一些新的不合理布局和污染超標的建設項目;對大氣污染防治措施的投資經(jīng)常留有缺口或?qū)①Y金挪作他用。b．地方電廠、地方水泥廠和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)執(zhí)法不嚴，超標現(xiàn)象比較普通。c．由于各地監(jiān)測機構(gòu)受到經(jīng)費的限制，不能普遍開展對污染源的經(jīng)常性監(jiān)督監(jiān)測，從而削弱了環(huán)保部門對污染源的日常監(jiān)督管理。環(huán)保設施操作管理比較差，實際運行率低。許多項目盡管開工驗收時可達標，但實際運行中卻超標排放。據(jù)估算，全國目前工業(yè)鍋爐煙塵排放超標率平均為30%，工業(yè)窯爐平均為50%，地方水泥行業(yè)的粉塵排放超標率為40%。d． 機動車污染防治起步晚，排放監(jiān)督管理機制還未真正建立，各監(jiān)督執(zhí)法部門職責不清、監(jiān)督不力，尤其對汽車制造、銷售、使用、報廢全過程污染監(jiān)督管理還很薄弱，機動車排氣污染監(jiān)督監(jiān)測還未納入國家大氣環(huán)境質(zhì)量和污染源的常規(guī)監(jiān)測體系中，從而缺乏對機動車排氣污染的有效監(jiān)督。

5)缺乏實用的治理技術(shù)。我國在大氣污染治理技術(shù)和設備的研制、開發(fā)、推廣和使用方面，雖然做了不少工作，但與大氣污染控制的需求差距還較大，資金、人力的投入以及實用技術(shù)商品化的程度遠不如發(fā)達國家。比較薄弱的領(lǐng)域是潔凈煤技術(shù);冶金、化工、建材等行業(yè)的工業(yè)窯爐和生產(chǎn)設施排放污染的治理技術(shù);機動車機內(nèi)凈化技術(shù)等。實用技術(shù)的缺乏直接影響了大氣污染治理的進程和效果。

由于我國環(huán)境治理中，僅水污染與固體廢棄物治理的市場化程度較高，其余如大氣污染治理由于易受天氣影響并且會在不同地域間轉(zhuǎn)移，因此一直以來，政府對大氣污染治理的積極性較低，這部分市場也較為薄弱。

防治大氣污染是一個龐大的系統(tǒng)工程，需要個人、集體、國家，乃至全球各國的共同努力，可采取如下幾方面措施: 1)工業(yè)合理布局，搞好環(huán)境規(guī)劃。目前，工業(yè)還是國民經(jīng)濟的主導產(chǎn)業(yè)，可以說，工業(yè)布局是生產(chǎn)布局體系中的主導環(huán)節(jié)，制定好產(chǎn)業(yè)政策和產(chǎn)業(yè)、行業(yè)進入政策，引導和鼓勵符合產(chǎn)業(yè)政策的項目進入，最終形成集中和集群之勢。這樣，才能更好地實現(xiàn)環(huán)境保護的統(tǒng)一規(guī)劃，制定措施，統(tǒng)一標準，把排污降低到最低點。

2)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建環(huán)境友好型社會。對歷史遺留的不符合產(chǎn)業(yè)政策的及污染大、耗能高的產(chǎn)業(yè)，加快結(jié)構(gòu)型調(diào)整，予以關(guān)停并轉(zhuǎn)遷，減少污染物總量排放，改善空氣環(huán)境質(zhì)量。同時，動員全社會力量，采取有利于環(huán)境保護的生產(chǎn)方式和消費方式，建立與環(huán)境良性互動的關(guān)系，實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3)改變能源結(jié)構(gòu)、推廣清潔生產(chǎn)。不斷采取改進設計、使用清潔的能源和原料、采用先進的工藝技術(shù)與設備、改善管理、綜合利用等措施，從源頭削減污染，提高資源利用效率，減少或者避免生產(chǎn)、服務和產(chǎn)品使用過程中污染物的產(chǎn)生和排放，以減輕或者消除對人類健康和環(huán)境的危害。a．在產(chǎn)品設計和原料選擇時，優(yōu)先選擇無毒、低毒、少污染的原輔材料替代原有毒性較大的原輔材料，以防止原料及產(chǎn)品對人類和環(huán)境的危害;b．改革生產(chǎn)工藝，開發(fā)新的工藝技術(shù)，采用和更新生產(chǎn)設備，淘汰陳舊設備。如工業(yè)鍋爐、窯爐的使用改為煤氣發(fā)生器;在蜂窩煤的生產(chǎn)過程中添加適量石灰用于固化燃煤時產(chǎn)生的二氧化硫，這些做法都極為有效地降低了污染物向大氣環(huán)境中的排放，改善了環(huán)境空氣質(zhì)量;c．開展資源綜合利用，盡可能多地采用物料循環(huán)利用系統(tǒng)，以達到節(jié)約資源，減少排污的目的，使廢棄物資源化、減量化和無害化，減少污染物排放;d．依靠科技進步，提高企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力，開發(fā)、示范和推廣無廢、少廢的清潔生產(chǎn)技術(shù)裝備。通過使用“清潔”的材料，運用“清潔”的技術(shù)，把污染物“扼殺”在萌芽狀態(tài);e．開發(fā)、生產(chǎn)對環(huán)境無害、低害的清潔產(chǎn)品。從產(chǎn)品抓起，將環(huán)保因素預防性地注入到產(chǎn)品設計之中，并考慮其整個生命周期對環(huán)境的影響，從而預防性地保證周邊環(huán)境空氣質(zhì)量。

4)強化節(jié)能，提高能源利用率。煤、石油、天然氣是世界三大主要能源，經(jīng)濟在發(fā)展，能源也在不斷的消耗，能源的消耗勢必影響我們的大氣環(huán)境。節(jié)約能源和原材料，提高能源利用率，做到物盡其用，通過能源、原材料的節(jié)約和合理利用，使原材料中的所有組分通過生產(chǎn)過程盡可能地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，消除廢物的產(chǎn)生，減少污染廢氣的排放，改善環(huán)境空氣質(zhì)量。

5)強化環(huán)境監(jiān)督管理和老污染源的治理，實施總量控制和達標排放。管理是手段，治理是措施，現(xiàn)如今提出的環(huán)保兩大體系建設，其中，強化“完備的環(huán)境執(zhí)法監(jiān)督體系”建設正體現(xiàn)出了環(huán)境監(jiān)督管理的重要性。只有加強環(huán)境監(jiān)督管理，才能防止各種污染事故的發(fā)生;只有加強環(huán)境監(jiān)督管理，才能從根源上對排污企業(yè)起到督促、整改的作用;只有加強環(huán)境監(jiān)督管理，才能增強對各類污染源的治理力度;只有加強環(huán)境監(jiān)督管理，才能確保實施排污總量控制，才能保證排污單位廢氣污染物的達標排放，給人類提供一片蔚藍的天空。

6)制定嚴格的排放標準，限制大排量機動車的使用。目前，我國機動車的生產(chǎn)和使用迅猛發(fā)展，機動車尾氣污染日趨加重，因此，對機動車的污染防治尤為重要。要出臺相應的政策和嚴格的排放標準，對污染嚴重的機動車從生產(chǎn)、使用及報廢都要嚴格執(zhí)行相關(guān)政策，并鼓勵生產(chǎn)和使用小排量的機動車以及替代汽油燃料，以減少石油的消耗量，減少機動車的尾氣污染。另外，作為司機，停車等人時盡量要熄火，減少污染物排放。

7)植物有過濾各種有毒有害大氣污染物和凈化空氣的功能，樹林尤為顯著，所以綠化造林也是防治大氣污染的比較經(jīng)濟有效的措施。我國政府十分重視環(huán)境保護工作，制訂了防治大氣污染的法規(guī)。例如“大氣污染防治法”“大氣環(huán)境質(zhì)量標準”等。人類只有一個地球，應該珍惜它。在不斷發(fā)展生產(chǎn)的同時學會保護大氣不受污染，保護地球環(huán)境，以使我們生活的大氣永遠潔凈，天空永遠蔚藍。

我國治理上存在的問題

相較于發(fā)達國家的成功經(jīng)驗，我國在環(huán)境治理上主要存在以下問題：

1.我國《大氣污染防治法》沒有與我國污染現(xiàn)狀相緊密相連，12年未予修改，許多制度在執(zhí)行中出現(xiàn)很大問題。例如，環(huán)保法中的限期治理制度，2000年修改的《大氣污染防治法》將限期治理納入行政法律責任的范疇，然而在限期治理在決定主體上存在不明確不統(tǒng)一的缺陷，且該項措施由于在制度層面和實際操作上的缺陷和不完善，限期治理制度日益演化成為地方政府替當?shù)匚廴緡乐氐睦惔髴籼颖墉h(huán)保責任的“保護傘”。

2.缺乏適合我國國情的大氣污染治理技術(shù)。雖然我國現(xiàn)在已經(jīng)加大對大氣污染治理先進技術(shù)和設備的研究開發(fā)中，也進行了不少推廣運用，但技術(shù)的商業(yè)化程度與發(fā)達國家相差甚遠。同時沒有相關(guān)法規(guī)作保障，工廠往往會因成本原因放棄對環(huán)保技術(shù)的引進運用。這個問題在煤炭、冶金、化工等行業(yè)中尤為突出。

3.我國環(huán)境污染懲處力度不夠、執(zhí)法不嚴。盡管我國政府關(guān)注著大氣污染的治理工作，在2016年實施的新標準與世界衛(wèi)生組織所作標準只有些許差別，然而我國環(huán)境管理力度仍然不夠。環(huán)境管理主體存在交叉，沒有統(tǒng)一管理機制和監(jiān)督力量。我國現(xiàn)在對違法污染大氣環(huán)境者懲處依然采取限額罰款，且額度沒有根據(jù)現(xiàn)實情況發(fā)展進行改變，五萬十萬對于污染企業(yè)來說，已經(jīng)成為違法成本非常低了。

中國對大氣污染的治理，任重而道遠。

一、我國大氣保護的立法現(xiàn)狀

（一）《大氣污染防治法》的制定與修改

我國《大氣污染防治法》于1987年9月屆全國人大常委會二十二次會議上通過，此時我國社會處于社會主義法制建設飛速發(fā)展階段，幾年間先后頒布了多部環(huán)保法律、行政法規(guī)和規(guī)章。1995年，全國人大常委會對《大氣污染防治法》做出修改，然而此次修改中，諸如排污許可等眾多重要制度的修訂意見沒有得到采納，導致這次法律的修改并沒有什么實質(zhì)性的進步。此次修改的失敗不僅體現(xiàn)出環(huán)境管理體制中利益的沖突，也體現(xiàn)了我國在快速發(fā)展經(jīng)濟與保護環(huán)境之間所作的權(quán)衡。

由于1995年《大氣污染防治法》的修改沒有達到應有的目的，影響了我國對大氣污染的防治進程，加之我國申辦2008年奧運會，大氣質(zhì)量是重要的環(huán)境因素，因此，2000年在黨中央的直接關(guān)注下，全國人大常委會再次對《大氣污染防治法》進行了修訂。為有效推動大氣污染防治，修訂后的《大氣污染防治法》還就5個方面的法律制度和執(zhí)法手段作出了改革。一是禁止超標排放，并規(guī)定超標排污違法，應收法律處罰；二是建立了大氣污染總量控制和排污許可證制度；三是改革超標收費制度，實行排污總量收費；四是改革限期治理制度，將其由管理措施變?yōu)榉韶熑?；五是強化法律責任，加大制裁力度?/p>

從2000年第二次修訂至今，已經(jīng)過去12年，我國經(jīng)濟高速發(fā)展，環(huán)境并沒有實現(xiàn)較大改善，許多制度在實踐看來已經(jīng)不能滿足我國大氣環(huán)境保護的需要，立法在許多層次出現(xiàn)空白，例如大氣環(huán)境應急管理方案、排污缺陷移動源召回制度等等。重新修改《大氣污染防治法》似乎以迫在眉睫，然而據(jù)人民網(wǎng)報道，實施12年的《大氣污染防治法》，在修訂草案稿2010年1月由環(huán)保部報國務院法制辦后，后兩三年間一直處于“排期”狀態(tài)，至今未由國務院報送全國人大。歸根結(jié)底仍是公眾健康權(quán)益與政府政績和企業(yè)利益的博弈。

（二）我國現(xiàn)行的環(huán)境空氣標準制度

環(huán)境標準是對環(huán)保工作中需要統(tǒng)一的各項技術(shù)規(guī)范和技術(shù)要求的概稱，由相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜以诳茖W認知的基礎上進行判斷制定而成，本身不屬于法的規(guī)范，需要由立法確認并由行政主管部門決定適用才具有相應的法律效力。

中國現(xiàn)行國家環(huán)境空氣質(zhì)量標準是1982年頒布實施，1996年修訂，并于2000年修改的標準。2012年2月環(huán)境保護部與國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布了新版《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》，自2016年1月1日起在全國實施。新發(fā)布的環(huán)境空氣質(zhì)量標準主要在三個方面做出了修改：將環(huán)境空氣功能區(qū)第三類并入第二類，即二類區(qū)為居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)；增設了顆粒物（粒徑小于等于2.5 m）PM2.5濃度限值和臭氧8小時平均濃度限值；調(diào)整了顆粒物（粒徑小于等于10 m）PM10等的濃度限值。

可以看到，備受關(guān)注的PM2.5終于納入常規(guī)空氣質(zhì)量評價，同時增設了臭氧8小時平均濃度限值，將第三類空氣功能區(qū)的特定工業(yè)區(qū)并入第二類，采用二級標準，提高了對特定工業(yè)區(qū)空氣質(zhì)量要求，值得肯定。深入研究還可發(fā)現(xiàn)，由于2000年環(huán)境空氣質(zhì)量標準相對于1996年標準中規(guī)定的二氧化氮二級標準的年平均及日平均未減反增0.04mg/m3，此次修改又將其改回1996年原定標準。而臭氧一級與二級標準中每小時平均值在2000年增加0.04mg/m3后，此次并未進一步改動，同時PM10仍保留150 g/m3不變。可以看出，某些標準相對于1996年仍存在放寬情形。