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第一章 绪论1.1 引言1989 年国际大气污染和气候变化部长级会议宣言曾指出：“人类正在以前所未有的速 度改变着地球，人类社会正受到自己所改变的全球气候的威胁”。情况也的确如此，自从第 二次世界大战以来，污染气体的总排放量已增加了一倍多，人类社会已经到了必须严格控 制污染气体排放和消除污染气体的时代[1]。中国“十一五”规划纲要指出，“十一五”期间单位国内生产总值能耗降 20 %左右、主要污染物排放总量减少 10 %。这是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会 的重要举措；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然之选；是推进经济结构调整， 转变增长方式的必由之路；是维护中华民族长远利益的必然要求。因此，“节能减排” 成为我国政府工作的重点。2008 年，在北京成功举办的“绿色”奥运会更是把我国的环保事 业推向了高潮。为迎接绿色奥运，北京于 2008 年 3 月首次实行国Ⅳ阶段尾气排放标准，同年 7 月 1 日全国实施了国家机动车排放第三阶段标准，8 月 7 日全国实施了《摩托车及 轻便摩托车国家第三阶段排放及燃油蒸发标准》，这些都表明中国人民对限制机动车尾气 污染的决心。我国机动车尾气排放标准制定起步晚，尾气净化催化剂的技术落后，因此大力发展尾 气催化净化技术尤为重要。美国等发达国家所使用的汽车尾气转化器大多采用贵金属作为 活性组分，而我国的贵金属矿藏稀少，贵金属催化剂的使用受到限制。我国的稀土金属资 源丰富，因此在我国研究发展稀土基催化剂具有重要意义。1.2 汽车尾气对环境和人体的危害自从 1886 年德国人Benz发明第一辆汽车以来，汽车工业发展迅速。特别是上个世纪50 年代，汽车产量迅速增加，促进了社会发展和经济的繁荣。汽车作为现代社会最重要的 交通工具在给人们的生活和工作带来便利的同时，所排放出的碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）（其中NO占 90 %以上）等有毒气体给人类赖以生存的环境带来了极其严重的污染。研究表明[2]，大城市中 70 %以上的HC、80 %以上的CO和 40 %以上 的NOx都来自汽车尾气。HC、CO和NOx对人体及环境的危害如下：（1）HC：HC 是燃料在燃烧的时候未完全燃烧或者分解的产物。HC 可使人体致癌， 还会刺激人的眼睛、耳朵造成感官功能障碍。HC 在大气环境中受紫外线照射后，发生一 种复杂的光化学反应，形成光化学烟雾。八大公害事件中的“美国洛杉矶光化学烟雾事件” 就是由汽车尾气污染造成的。（2）CO：CO 是由于汽车燃料中烃的不完全燃烧而产生的，非常容易与人体中的血 红蛋白结合，它与血红蛋白的亲和力是氧的 300 倍。CO 和人体红血球中的血红蛋白亲合 后生成碳氧血红蛋白，使血液向各组织输送氧的功能减弱，造成感觉、反应、理解、记忆 力等机能障碍，重者会危害血液循环系统，造成生命危险。（3）NOx：NOx是发动机在燃烧过程中产生的，包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O5等， 其中 90 %以上为NO。NO结合血红蛋白的能力比CO还强，更容易造成人体缺氧。NO 可直接损害人的呼吸系统，进而引起中枢神经障碍。另外NO性质不稳定，在空气中易氧化生成NO（22NO+O2→2NO2）。人在NO2浓度为 9.4 mg/m（37.3 ppm）的空气中暴露 10 min，就会导致呼吸系统失调。NOx废气对大气的污染原因很复杂，NO2在日光的照射下会产生 原子氧，原子氧有很强的氧化能力，能与氧气结合成臭氧，原子氧和臭氧与碳氢化合物作 用，可以产生多种对人体和生物不利的氧化剂，导致二次污染。此外，NO是臭氧分解的催 化剂，对高空的臭氧保护层具有巨大的破坏作用；NO2还能与大气中的水蒸气结合形成酸 雨，严重危害生态环境与人体健康。1.3 国内外汽车排放标准与法规日本在 1966 年 9 月颁布了世界上第一个全国性汽车尾气排放标准法，随后美国和其 它一些发达国家也开始立法，限制汽车尾气的排放量。1975 年美国率先将催化剂应用于汽 车工业上[3]。到 20 世纪 80 年代，汽车尾气排放标准在欧洲加快发展，出现了新一轮汽车 尾气净化催化剂研究的热潮。截至目前，欧洲、美国和日本的汽车排放法规形成世界上的 三个主要法规体系，其它的国家都在不同程度上采用这些法规和标准。欧洲的法规体系更 为系统化，欧洲议会已经通过了欧Ⅴ和欧Ⅵ标准，表 1-1 为欧洲乘务车排放标准。表 1-1 欧洲乘务车排放标准Table 1-1 EU emission standards for Passenger car欧洲水平欧洲指令生效时间实施时间COHC+NOxHCNOxPMEUⅠ91/444EEC199219933.161.13———EUⅡ94/12/EC199619972.200.50———EUⅢ98/6