Выхлопные газы автомобилей — основной источник загрязнения атмосферы развитых стран Запада. В России же считается, что наибольшее количество вредных выбросов является заслугой теплоэнергетики (ТЭС и котельных), но на самом деле это не так. Второе место по масштабам выделения вредных веществ в атмосферу РФ занимают предприятия чёрной и цветной металлургии. Автотранспорт же борется с объектами химической и целлюлозно-бумажной промышленности лишь за третье место в списке ключевых источников загрязнения воздуха в России. Однако наши города-миллионники выбиваются из общей экологической картины по стране. Доля загрязнения автотранспортом составляет 70-80% от совокупного количества выбросов вредных веществ в атмосферу. Наибольший урон выхлопные газы автомобилей наносят экологии Москвы, Санкт-Петербурга, Самары, Назрани, Нальчика, Элисты, Краснодара, Ростова-на-Дону, Ставрополя, Сочи, Воронежа и Калуги.

Так, в год выбрасывается порядка 800 кг угарного газа, 180-200 килограммов углеродов и примерно 35-40 кг оксидов азота. Также в атмосферу выделяются и канцерогенные соединения: порядка пяти тысяч тонн свинца, около полутора тонн бензапирена, свыше 27 тонн бензола и более 17 тысяч тонн формальдегида. А общее количество всех вредных и опасных веществ, выделяемых в процессе эксплуатации автомобильного транспорта, составляет около 20 миллионов тонн (табл.1).

Мы считаем, что вредные выбросы обусловлены несовершенством технологии сгорания топлива в двигателях, поэтому, помимо безвредных веществ (углекислый газ, азот и вода), при работе двигателя выделяются токсичные и вредные вещества (табл. 1).

Таблица 1. Примерный состав выхлопных газов автомобилей

Компоненты Содержание , % (об)
Карбюраторный двигатель Дизельный двигатель
N2 74–77 76–78
О2 0,3–8,0 2–18
H2О (пары) 3,0–5,5 0,5–4,0
СО2 5,0–12,0 1,0–10,0
СО 5,0–10,0 0,01–0,50
Оксиды азота, NOx 0–0,8 2.10-3—0,5
Углеводороды 0,2–3,0 1.10-3—0,5
Альдегиды 0–0,2 1.10- 3—9.10-3
Сажа 0—0,4г/м3 0,01—1,1г/м3
Бензапирен (10—20).10-6,г/м3 до1 . 10-5 г/м3

Как решается проблема.

В химии катализатор — это вещество, ускоряющее или вызывающее химическую реакцию, но само не входящее в эту реакцию. Такими веществами являются металлы (медь, никель, золото, платина, палладий, родий, хром и др.), оксиды металлов. Задачей автомобильного каталитического нейтрализатора является:

1)снижение количества окиси углерода в выхлопных газах;

2)уменьшение уровня углеводородов в отработавших газах;

3)уменьшение или полное удаление оксидов азота из состава выхлопных газов.

Однако эти катализаторы очень дорогие, плохо справляются с сокращением выбросов CO и NOx, так как работают в низкотемпературном режиме. Введение непосредственно в топочное устройство вместе с топливом микроскопических количеств каталитически активных нанопорошков простых и сложных оксидов представляет собой принципиально иной подход к решению данной проблемы. Благодаря ма­лым размерам и высокой удельной поверхности нанопорошка, происходит эффективное дожигание сажи в отходящих газах технологических печей.

Целью данной работы является синтез нанопорошка оксида железа (Ш) и изучение возможности его применения в автомобильных глушителях для уменьшения ядовитых газовых выбросов.

Синтез нанопорошка оксида железа (Ш). Увеличение доли наночастиц кардинально меняет физические и химические свойства вещества, приводит к его повышенной химической активности, поэтому весьма актуально внедрение нанотехнологий [1, 2]. Одной из задач работы являлся выбор метода синтеза нанопорошка оксида железа (Ш) с малым разбросом по размеру и форме. Синтез проводился следующим образом: раствор хлорида железа (III) постепенно смешивали с водным раствором аммиака. Таким образом, был получен гидроксид железа (III).

FeCl3 + 3NH3 + 3H2O = Fe(OH)3↓ + 3NH4Cl

Полученный гидроксид железа (III) отделялся от воды центрифугированием и сушился в течение суток. Затем гидроксид железа (III) разлагался на оксид железа (III) обжигом при 450°С.

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O.

Предварительные исследования показали, что использование нанопорошков оксида железа (III) на 90% сокращает объем выброщенных в атмосферу ядовитых веществ за счет активизации окислительно-восстановительных реакций:

Fe2O3 + CO = 2FeО + CO2 (t),

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 (t),

FeО + CO = Fe + CO2 (t),

4FeО + 2NO = 2Fe2O3 + N2 (t),

4Fe + 6NO = 2Fe2O3 + 3N2 (t),

2CO + 2NO = 2CO2+ N2 (t),

Fe2O3 + Fe = 3FeО (t).

Список литературы

  1. Казанцева Л.К., Тагаева Т.О. Современная экологическая ситуация в России // ЭКО. — 2005. — № 9. — С.30 — 45.
  2. Коробкин В.И Экология. — М., 2006. — 465с.
  3. Петрунин В.В. Плата за негативное воздействие на окружающую среду // Финансы. — 2006. — № 4. — С.25 — 30.
  4. Родзевич Н.Н. Экологическая глобализация // География в школе. —2005. —№ 4. —С.8—15.
  5. Руденко Б. Цена цивилизации // Наука и жизнь. — 2004. — № 7. — С.32 — 36.
  6. Шишков Ю. Хрупкая экосистема Земли и безответственное человечество // Наука и жизнь. — 2004. — № 12. — С.2 — 11.