8月，生態環部向媒體通報了全國環境空氣質量狀況。1—8月，全國339個地級及以上城市平均空氣質量優良天數比例為83.2%， PM2.5平均濃度為29微克/立方米，同比上升3.6%，較2019年同期下降17.1%。

大家是否感覺到近些年空氣質量變好了？尤其是生活在北方的人，可以明顯感覺到藍天更多了。以北京為例，藍天不再是“奢侈品”，好天兒越來越多，2022年的空氣質量優良天數為286天，比2013年增加了110天，換算下來，好天兒多了近4個月。

一般來說，造成空氣質量問題的罪魁禍首主要是：細顆粒物（PM2.5）、二氧化硫（SO2）、氮氧化合物（NOX）、一氧化碳等大氣污染物。而治理大氣，就要從這些污染物入手。回顧近些年大氣污染物的防治過程，會發現，空氣中PM2.5和SO2的濃度大幅下降，但相較之下，NOX的降幅就沒那么快了。根據《2022年大氣中國報告特別篇》，從2011年到2022年，中國SO2總排放的降幅達到86%，而NOX的降幅只有58%左右。也就是說，NOX還有很大的下降空間。為什么NOX的排放更難控制呢？

首先，NOX的來源就比SO2的要復雜。SO2的排放主要來自固定端，也就是燃煤發電廠、工業鍋爐等，但NOX的排放還多了一種移動源——汽車尾氣。這樣一來，科學家就要研究不同的NOX的污染控制技術，以便適用于不同的場景。

另一方面，NOX的污染控制技，也叫選擇性催化還原（SCR）脫硝技術應用的時間，比SO2的脫硫技術要晚，SCR在不同領域和行業的應用也面臨一些問題。例如，在火力發電廠，SCR就面臨一個兩難的情況：煤、石油燃燒會釋放大量煙塵，如果將SCR布置在除塵前，煙塵就容易堵塞催化劑，影響去除NOX的效率。如果先除塵，再布置SCR，煙氣的溫度會比較低，不在SCR技術催化劑的活性溫度區間。在陶瓷、玻璃等行業，工業廢氣中還存在堿金屬或者重金屬，SCR催化劑容易中毒，從而失去活性。

不難看出，SCR技術中，催化劑是關鍵的一環，現有的催化劑還不能很好的應對低溫、煙塵，或者金屬中毒的情況。

不過，中國的科學家們也在抓緊攻克這一難關。其中，由中國工程院院士、中國科學院生態環境研究中心副主任賀泓主持的“燃燒廢氣中的氮氧化物催化凈化基礎研究”，就設計出了一系列新型催化劑，可以有效提高催化劑在低溫區的活性。該研究于2019年獲得國家自然科學獎二等獎。研究人員經過對催化反應的深入研究，提煉出了一個高效的催化劑設計原則，即催化劑氧化/還原位點與酸性位點緊密耦合的原則。簡單來說，就是催化反應中，既需要氧化還原位點，也需要酸性位點，在設計時需要讓這兩種位點緊密地耦合在一起，反應才可以順利發生。而同一種位點，例如大家都是氧化還原位點，最好高度分散在催化劑表面，讓催化反應發生的面積更大。

在這條設計原則下，賀泓團隊研發了一系列新型的催化劑，讓催化劑在低溫下表現得更優異。其中，賀泓團隊指導改良的釩基催化劑，已經應用到工業場景之中，安裝在重型柴油車的尾氣凈化器上，成功地降低了70%以上的柴油車的氮氧化物排放。相信在未來，隨著對催化劑更進一步的研究，以及研究成果的工業化推廣，控制大氣中的氮氧化物排放將不再是難題。

文：帝國理工學院碩士 范可鑫

把關專家：祝葉華，科技導報社副編審


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