汽车尾气固体颗粒处理装置.doc

汽车尾气固体颗粒处理装置
背景：目前，全世界的汽车保有量已超过6亿辆，全世界每千人拥有汽车110辆。全世界的汽车保有量以每年3000万辆的速度增长，预测到2010年全球汽车数量将增到10亿辆。中国的汽车保有量已超过1000万辆，哈市机动车保有量达二十三万余辆，并以每年10％的数量增加。“汽车灾难”已经形成，汽车尾气更是害人不浅。科学分析发现，汽车尾气中有上百种不同化合物，当中污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。一辆轿车一年排出有害废气比自身重量大3倍，并且汽车在不断消耗着地球的资源。机动车的燃料消耗成为无情吞噬石油资源的无底洞。目前，汽车使用的汽油约占全球汽油消费量的1／3。汽车在大量消耗资源的同时，其排放的尾气会严重影响人类健康。氮氧、氢氧化合物会使易感人群出现刺激反应，患上眼病、喉炎，尾气中氮氢化合物所含苯并芘是致癌物质，它是一种高散度的颗粒，可在空气中悬浮几昼夜，被人体吸入后不能排出，积累到临界浓度便激发形成恶性肿瘤。汽车尾气污染物主要包括：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、烟尘微粒（某些重金属化合物、铅化合物、黑烟及油雾）、臭气（甲醛等）。 汽车尾气最主要的危害是形成光化学烟雾。汽车尾气中的碳氢化合物和氮氧化合物在阳光作用下发生化学反应，生成臭氧，它和大气中的其它成份结合就形成光化学烟雾。其对健康的危害主要表现为刺激眼睛，引起红眼病；刺激鼻、咽喉、气管和肺部，引起慢性呼吸系统疾病。光化学烟雾能使树木枯死，农作物大量减产；能降低大气的能见度，妨碍交通。汽车尾气中的氮氧化合物含量较少，但毒性很大，其毒性是含硫氧化物的3倍。氮氧化合物进入肺泡后，能形成亚硝酸和硝酸，对肺组织产生剧烈的刺激作用，增加肺毛细管的通透性，最后造成肺气肿。亚硝酸盐则与血红蛋白结合，形成高铁血红蛋白，引起组织缺氧。 汽车尾气中的碳氢化合物有200多种，其中C2H4在大气中的浓度达0.5ppm（十万分之一）时，能使一些植物发育异常。汽车尾气中还发现有32种多环芳烃，包括3,4-苯并芘等致癌物质。当苯并芘在空气中的浓度达到0.012ug/m3时，居民中得肺癌的人数会明显增加。离公路越近，公路上汽车流量越大，肺癌死亡率越高。 汽车尾气中的悬浮颗粒物，会增加慢性呼吸道疾病的发病率，损害肺功能。 汽车尾气中的铅化合物可随呼吸进入血液，并迅速地蓄积到人体的骨骼和牙齿中，它们干扰血红素的合成、侵袭红细胞，引起贫血；损害神经系统，严重时损害脑细胞，引起脑损伤。当儿童血中铅浓度达0.6~0.8ppm时，会影响儿童的生长和智力发育，甚至出现痴呆症状。铅还能透过母体进入胎盘，危及胎儿。
汽车尾气中含有的污染物有大量固体悬浮颗粒，这些物质若被吸入呼吸道，附着在肺壁上能引起呼吸系统疾病，损坏肺部，使已有的呼吸及心血管问题恶化；当颗粒物有毒时，可能引起癌症、皮炎、眼结膜炎等疾病。
现今市面上的汽车尾气处理装置对尾气中的固体颗粒物处理效率低下，处理过后的尾气中仍有大量颗粒物存在，严重威胁人们的身体健康。
针对这种状况，减少汽车尾气对大气所造成的污染，提高空气的质量显得刻不容缓。我们小组利用所掌握的知识，结合市场上已有的除尘工具制作了汽车尾气固体颗粒处理装置。
一、“汽车尾气固体颗粒处理装置”的结构图和实物图
该模型主要是由铁皮、吸油棉、空气滤清器、高压电路、铁丝网及绝缘塑料与橡胶组成。“汽车尾气固体颗粒处理装置”由三部分构成：一是利用高压电路在铁丝网中产生高压，在尾气通过铁丝网时，固体颗粒物被电离进而吸附在铁丝网上面；二是利用吸油棉制成“油雾过滤网”，吸收尾气当中的油雾。其目的是为了延长空气滤清器的寿命；三是利用空气滤清器对尾气中残留的颗粒物进行过滤。
35cm
21.5cm
20cm
20cm
进气口
铁丝网
油雾过滤网
7cm
“

高压电路
11cm
排气口
“颗粒处理装置”侧视图

汽车尾气固体颗粒处理装置结构图 汽车尾气固体颗粒处理装置实物图
二、“汽车尾气固体颗粒处理装置”的原理分析
“汽车尾气固体颗粒吸附器”由三部分构成：一是利用高压电路在铁丝网中产生高压，使固体颗粒物被电离进而吸附在铁丝网上面；二是用吸油棉制作秤“油雾过滤网”，吸收尾气中的油雾；三是利用空气滤清器对尾气中残留的颗粒物过滤。
（一）静电除杂
含颗粒物的尾气经过高压静电场时被电离，颗粒物与负离子结合带上负电后，趋向阳极表面放电而沉积，从而到达了除杂的效果。

图3 高压电路图
（二）油雾过滤
由于汽油的不完全燃烧，导致尾气中含有少量的油雾，而油雾对于纸质空气滤清器的使用寿命有较大的影响。为增长空气滤清器的使用寿命，故对油雾进行过滤。
（三）再次除杂
利用空气滤清器，对尾气中还残留的固体颗粒物进行过滤，使得尾气对大气质量的影响进一步的减小。

三、 “汽车尾气固体颗粒吸附器”的制作和使用方法
（一）“汽车尾气固体颗粒吸附器”的制作：
1．取的一块铁皮，在固定的位置做若干脚（用于材料的固定）。将其做成无上下底的圆柱体。在柱体上面开一扇“门”（用于除污材料的存取）；并在柱体上开一小窗，用于观察内部的构造。
2．截取两块半径为的圆形铁皮，在其中一块上打一个半径为的圆孔；另一块上打两个同样的圆孔。
3．用铁皮制作三个高，底面半径为的无上下底的小圆柱，分别将其固定在两铁皮上面的圆孔内。
4．将方形的空气滤清器的加工成半径为，高为的圆柱体；将吸油棉固定在半径为的铁丝环上；将三个铁丝网固定在绝缘橡胶上面（两两不接触）。
5．将高压电路的输出端接至铁丝网，左右两铁丝网接负极，中间接正极。
6. 把制作完成的除污材料固定至1中圆柱体内。注意固定铁丝网的地方需加一层绝缘塑料，防止静电对人造成伤害。
（二）“汽车尾气固体颗粒处理装置”的使用方法：
将“汽车尾气固体颗粒处理装置”装至汽车排气口即可，在发动汽车时只需打开高压电路的开关。也可将汽车内的电源作为电路所需的电源，这样电路工作就取决汽车发动与否。

四、“汽车尾气固体颗粒处理装置”的性能及前景
（一）“汽车尾气固体颗粒处理装置”的性能：
1．本模型做了非常好的绝缘处理，可靠性和安全性高。
2．本模型材料易获取，加工简便。
3．本模型经久耐用，不需要经常更换除污材料，只需定期对空气滤清器进行清洗，而清洗的间隔时间较长。
4．本模型适合于低排量的家庭轿车，效果较好。但对于大型卡车之类的车辆，模型的使用寿命则会缩短。
5．本模型原理简单，各阶层人士均可理解其中的原理。既能帮助人们认识身边的物理常识，也能培养大家对科学的兴趣。
（二）“汽车尾气固体颗粒处理装置”的前景
本模型适合小型的家庭私家车，是一个很实用的环保仪器。并且安装简单、成本低，基本没有改变原有的汽车尾气排放结构，即在原有的基础上加上该套装置就可以实现整个功能。模型的综合技术在国内未见有相同或类似的报道，因此，具有新颖性和良好的市场应用价值。同时对于提高空气的质量帮助非常大，能进一步帮助我们提高生活的质量，避免一些疾病的发生。

五、相关拓展知识
静电的运用：
静电除了在除杂上面的应用之外，在应用在生活、生产中的很多方面：
（1）夏天往往是蚊子猖獗的季节，人们一方面想在室外纳凉，但却恐于蚊子的骚扰，而电蚊拍的出现在很大程度上帮助人们解决这样的困扰。
（2）利用静电吸附作用将聚合物涂料微粒涂敷在接地金属物体上，然后将其送入烘炉以形成厚度均匀的涂层，使得漆液利用率甚高，可达80～90％左右。
（3）在纺纱过程中利用静电场对纤维的作用力，使纤维得到伸直、排列和凝聚，并在自由端须条加拈时起到平衡的作用，使纺纱能连续进行。
虽然静电能给我们带来帮助，但同时也会给我们带来或多或少的伤害，所以在使用的时候还是要小心、谨慎。

参考文献：
[1] 童诗白,华成英. 模拟电子技术基础[M],北京:高等教育出版社,2006,5
[2] 陶显芳. 一种汽车尾气电子净化装置的设计[J], 电子工程世界