化学实验课堂：别再污下去了！自制空气净化装置

在这个艳阳高照的夏季，果壳实验室的姑娘小伙们已经在未雨绸缪的积极准备应对秋冬季的空气污染问题了。这不，正在手动DIY空气净化装置：

视频在这里：

用化学方式解决空气污染问题，是处理空气污染的重要途径。

比如汽车尾气的处理，不同的污染物需要不同的化学反应来去除：

汽车尾气中有害气体

去除汽车尾气污染物需要的部分化学反应

但是化学反应的实现需要各种各样的反应条件！

如果有催化剂，事情多少会变得容易一些。

催化剂通常应用在化学反应中，能够改变化学反应速率，而不打破化学平衡，并且在反应前后，本身的质量和化学性质在都不会发生改变。

那如果我想同时催化多个反应

该怎么办？

这时，就需要有 三元催化剂 。

著名的三元转化催化剂分别于 1976 年和 1986 年在北美和欧洲投入使用。

有资料显示，“现在的催化转化器能够去除尾气中 95% 以上的有害物质。”这主要得益于转化催化剂的内部结构：尾气净化催化剂由特制陶瓷支架构成，在一个整体中包含了大量的平行通道。

通道内壁根据设计用途提供了不同大小的微孔。陶瓷支架上的载体涂料含有金属氧化物颗粒，因此内部表面积非常大。贵金属颗粒在载体涂料中呈均匀分布（比如三元转化催化剂中的钯和铑）。这些具有催化活性的材料可确保将一氧化碳 (CO)、未燃烧的碳氢化合物 (HC) 和氮氧化物 (NOx) 转化为水 (H2O)、氮气 (N2)和二氧化碳 (CO2)。

作为催化活性成分，贵金属可促成和参与反应，但在反应前后性质不变——这是催化剂的最基本特点。

载体及涂层[i]

在催化反应中，CO和HC作为还原剂与氧化剂NOx反应，生成CO2，H2O和N2。

三元转化催化剂局部放大图（图片来自巴斯夫BASF官网）

可是那

汽车尾气中的颗粒物

该怎么办？

当三元多一元之后：

四元转化催化剂是一种面向汽油车的技术。除气态污染物以外，这种催化剂还可去除尾气中的颗粒物等固体。

四元催化剂原理（图片来自巴斯夫BASF官网）

此外，四元转化催化剂所需贵金属的数量也大幅减少。它的孔状结构还可过滤颗粒物质，使其附着于内壁上，并在催化涂层的辅助下，通过高温将其焚烧为二氧化碳。因此，四元转化催化系统的作用远远超过无涂装的捕集系统：由于大部分碳颗粒被焚烧为二氧化碳，避免了催化剂小孔堵塞——这就确保了整个单元能够长期保持良好性能。

汽车尾气中的有害气体就这样被去除了。

催化剂是控制空气污染的一种方法，期待在未来，能够出现更多解决空气污染的技术吧！

[i]图片来自文献：《环境保护》 , 2000 (2) :16-17