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氮氧化物的完美化学反应 尿素也能喂饱汽车?

科普中国2015-12-30 21:10我要吐槽

知识点:尿素在有催化剂的条件下,可以与氮氧化物反应生成无害的纯氮和水蒸气,经过无数次的实验,科学家们终于发明出了这种“柴油车专用尿素溶液”,其成分为32.5%的高纯尿素、67.5%的去离子水,用上这种尿素之后,柴油车的尾气可以达到欧IV标准。

为了增强人们的环保意识,了解汽车对城市环境造成的危害,每年的9月22日,被定为“世界无车日”。在雾霾横行的今天,乘坐公共交通工具出行已经写进了很多城市的出行建议书里,如果你留意过最近出厂的公共汽车和部分长途汽车,你就会发现一个很有意思的事情,在车体上“汽油加注口”不远处,还多了一个加“尿素加注口”,对,就是被当做化肥用的尿素,汽车什么时候也需要施肥了?汽车可不是要施肥,而是为了改善尾气质量。

坐过柴油车的人肯定对汽车起步和颠簸时候排气管吐出的阵阵黑烟印象深刻,那是柴油在发动机内未完全燃烧产生的碳颗粒,除了可见的碳颗粒之外,汽车尾气里的物质还丰富着呢,比如烃类物质,烃类化合物是由碳、氢原子所构成的化合物,我们熟悉的甲烷就是其中的一种,它们也是汽油、柴油的主要成分,烃类物质有一个特点,就是分子量越大的烃,完全燃烧需要的氧气就越多,而在发动机那个狭小的空间内,烃类可能达不到完全燃烧就会被当做废气排出了。

而它们未完全燃烧产生的一氧化碳和醛类物质也就成了尾气中的另一种有害气体。但更令环保专家们担心的还不是它们,而是另一类有害气体——氮氧化物,比如一氧化氮,二氧化氮等,它们是在气缸内产生的。在气缸的内环境中,局部氧气的含量可能异常的高,在高温的下,平时很稳定的氮气也参与了与氧气的反应,产物就是各式各样的氮氧化物。氮氧化物普遍对环境有害,高浓度下对人体的健康是个巨大的威胁,所以减少氮氧化物的排放一直是专家们孜孜不倦研究的课题,直到有一天,人们终于把目光转向了朴实无华的尿素身上。

实验发现,尿素在有催化剂的条件下,可以与氮氧化物反应生成无害的纯氮和水蒸气,这个反应让科学家眼前一亮,更难能可贵的是,和其他反应物比,尿素具有价格低廉、易制易取等优点,经过无数次的实验,科学家们终于发明出了这种“柴油车专用尿素溶液”,其成分为32.5%的高纯尿素、67.5%的去离子水,用上这种尿素之后,柴油车的尾气可以达到欧IV标准。

当然,凡事没有完美,加尿素来处理尾气这个方法虽然简单,但也有很多制约条件,首先,目前国内能加尿素的站点并不普及;其次,尿素虽然简单易生产,但这也为劣质尿素生产厂家打开了方便之门,柴油车专用尿素溶液对尿素的品质要求比较高,纯度不够的尿素会大大降低尾气的处理效率;最后,尿素的成本不高,但如果长距离运输的话,运输成本就不得不考虑进去了,所以现在加尿素的站点一般都是就近采购,这也制约了站点的普及。这些,都有待于科学家的进一步创新研究。

作者:单少杰

审核:李继良

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