[发明专利]蒙脱石－硅溶胶改性膨润土PM2.5捕集剂及其应用

说明书

技术领域     

本发明涉及一种PM2.5捕集剂及其应用，尤其是涉及一种气体或气流中PM10特别是PM2.5细颗粒物和二次颗粒物气态前体物的捕集剂及其应用。 

背景技术     

当前，以PM2.5和酸雨、臭氧（O₃）为特征的区域性复合型大气污染日益突出。PM2.5是指环境空气中空气动力学当量直径小于或等于2.5微米的颗粒物，亦称细颗粒物。PM2.5既源于一次颗粒物排放，也源于由SO₂、NO_x、VOCS、NH₃等前体物发生二次反应生成的二次颗粒物，这些一次颗粒物和二次颗粒气态前体物，采用当前常规的收尘除尘措施如最好的电除尘和袋式除尘或电袋联合除尘设施也根本捕集不了PM10,更捕集不了PM2.5，就连水洗或水幕除尘和泡沫除尘亦只能捕集部分亲水性颗粒，当前有效的方法尚只有膜过滤，但膜过滤方法亦只能捕集100纳米以上颗粒物，对微细颗粒物（＜0.1um）及气态前体物无效，且投资与能耗过大，难以普及应用。PM2.5与较粗的大气颗粒物相比，粒径小，富含大量的有毒有害物质，且在大气中的停留时间很长、输送距离很远。     

PM2.5细颗粒物的化学成分主要包括有机碳化合物、元素碳、硫酸盐、硝酸盐、铵盐，其它的常见成分包括各种金属元素，既有钠、镁、钙、铝、铁等地壳中含量丰富的元素，也有大量的铅、锌、砷、镉、铜等源自人类污染的重金属元素，其中有机碳化合物是细颗粒物中含量最高的组分。     

PM2.5的来源除较少部分＂自然源＂和危害严重的＂人为源＂之外，大气中的气态前体污染物会通过大气化学反应生成二次颗粒物，实现由气体到粒子的相态转换，如SO₂+H₂O→H₂SO₃、NO₂+H₂O→HNO₃、HNO₃+NH₃→NH₄NO₃，盐的水合物如xCI·yH₂O、xNO₃·yH₂O、xSO₄·yH₂O，随着湿度的变化，水合物对PM2.5的影响较大，水不仅与盐化合物生成水合物，由于湿度的改变还形成了盐的微小溶液液滴。     

虽然细颗粒物只是地球大气成分中含量少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要影响。 气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康和大气环境质量影响很大，人体的生理结构决定了对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力，能直接进入人体肺泡被吸收，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等，PM2.5还会与身体中的血红蛋白相结合，损害血红蛋白输送氧的能力，丧失血液，其中的有害气体、重金属等溶解在血液中，危害人体健康，缩短人的寿命（有报告称欧洲因PM2.5污染人均寿命缩短8.6年，世界银行发布的报告称中国的空气污染使得城市居民的寿命减小了18年），乃至诱发癌症。据美国有线电视新闻网2013年7月16日报道，《环境研究通讯》杂志（EnVironmentaI Research Letters）日前发表了一项最新研究报告称，全球每年因空气污染死亡的人数已超过200万，死亡原因主要是大气中PM2.5等悬浮颗粒物浓度上升，对人体肺部造成损害。在PM2.5颗粒中最小的颗粒物小于等于100纳米，可以直接通过细胞膜到达其他器官，包括大脑。有研究指出，这些微细颗粒可能引发脑损伤（包括老年痴呆症）。更为严重的尚被人类文明所忽视的是，PM2.5中漂浮于地球大气中的重金属对地球生态圈的微生物族群的毒性损害及大量漂浮于地球大气且可上升至平流层以上难以沉降的有机碳化合物可能帶来的对高等生物包括我们人类生存的不可预期的严重危害。