2025年大学《资源化学》专业题库- 汽车废气资源化学处理与利用技术

2025年大学《资源化学》专业题库——汽车废气资源化学处理与利用技术考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、简述汽车尾气中主要污染物（CO、NOx、颗粒物PM）的产生机理。二、解释催化转化器的基本工作原理，说明其对CO和碳氢化合物（HC）的转化反应方程式。三、比较选择性催化还原（SCR）技术和选择性非催化还原（SNCR）技术用于汽车尾气脱硝的原理、优缺点及适用条件。四、阐述汽车尾气中氮氧化物（NOx）资源化合成氨（NH3）的化学反应原理，并简述尿素在SCR系统中作为还原剂的分解过程及控制要点。五、论述将汽车尾气中的CO和H2视为资源，合成甲醇（CH3OH）或氨（NH3）的化学途径，并简述这些化学品的应用价值。六、以CO2资源化利用为例，说明汽车尾气处理技术向资源化学过程转化的可能性，可以包括CO2的捕获、转化或利用途径。七、分析将碳捕获与功率系统耦合（如BECC-车用BECC概念）用于汽车领域在化学资源回收方面的潜力和面临的挑战。八、简述汽车用柴油机颗粒物捕集器（DPF）的工作原理、捕集机理以及再生方式。九、结合资源化学的理念，评价当前汽车废气处理技术的整体水平，并指出其在资源回收与利用方面的发展方向和改进空间。试卷答案一、答：CO主要在氧气不足的燃烧区域产生，由燃料中的碳不完全燃烧形成。NOx主要在高温燃烧区域（>1300°C）由空气中的氮气和氧气反应生成。颗粒物PM是由燃料和润滑油的未燃碳氢化合物、燃烧过程中形成的烟炱以及矿物质添加剂等组成的复杂混合物。解析思路：此题考查对汽车尾气主要污染物来源的基本认知。需分别说明CO的产生条件（缺氧燃烧），NOx的产生条件（高温），以及PM的来源组成（碳烟、硫酸盐、硝酸盐、矿物颗粒等）。二、答：催化转化器利用催化剂促进有害气体与无害气体之间的化学转化。对CO的转化反应：2CO+O2→2CO2。对HC的转化反应（以C3H8为例）：C3H8+5O2→3CO2+4H2O。（注：实际反应可能更复杂，涉及多种中间产物）。解析思路：此题考查催化转化器的基本原理和核心反应。需解释催化剂的作用是加速化学反应，并给出CO和HC在催化剂作用下转化为CO2和H2O的目标产物方程式。三、答：SCR技术利用还原剂（通常是氨或尿素）在催化剂作用下将NOx还原为N2和H2O，原理为4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O。SNCR技术利用氨在高温（通常800-1200°C）下直接将NOx还原为N2和H2O，原理为6NO+4NH3→5N2+6H2O+2H2O。SCR适用于中低温范围，效率高，无NOx生成，但需精确控制还原剂喷射，催化剂成本高。SNCR操作温度高，结构相对简单，成本较低，但效率受温度影响大，可能产生N2O等副产物。解析思路：此题考查两种主流脱硝技术的比较。需分别写出两种技术的化学反应方程式，并从工作温度、反应条件、效率、有无副产物、成本、结构复杂度等方面进行对比分析。四、答：SCR系统中，NOx+NH3+催化剂→N2+H2O。资源化合成氨的原理是将N2固定成NH3，如哈伯法：N2+3H2→2NH3。尿素分解：CO(NH2)2+H2O→CO2+2NH3。控制要点包括尿素喷射量、喷射时刻、排气管温度，以确保NH3与NOx在催化剂最佳活性温度窗口内充分反应，避免过量或不足。解析思路：此题结合SCR技术与资源化学。需写出SCR核心反应和氨合成（资源化）的化学方程式，说明尿素分解制氨的过程，并强调SCR系统成功运行的关键在于精确控制还原剂（NH3）的供给。五、答：CO资源化途径：CO+H2→CH3OH（合成甲醇）；CO+H2O→CO2+H2，CO2+H2→CH3OH（费托合成等）。H2资源化途径：H2+CO2→CH3OH；H2+N2→NH3（合成氨）。这些化学品广泛用于化工原料（如甲醇制烯烃、制醋酸；氨制硝酸、化肥）、燃料（合成气）、溶剂、添加剂等。解析思路：此题考查将尾气中的CO、H2视为资源的化学转化途径。需列出CO和H2合成甲醇等关键化学品的反应方程式（可简化或选择代表性反应），并简述这些化学品的主要应用领域。六、答：汽车尾气处理技术向资源化学转化，主要体现在CO2资源化利用。途径包括：捕获（如选择性吸附、膜分离、低温分馏）；转化（如CO2加氢制甲醇、烯烃、氨、甲烷；CO2电化学还原）；利用（如作为化工原料生产碳酸盐、聚碳酸酯等）。潜力在于变废为宝，缓解资源短缺和环境压力。挑战在于CO2捕集成本高、能量消耗大、转化效率及选择性需提高、部分转化过程副产物处理等。解析思路：此题要求从资源化学角度分析CO2利用的潜力与挑战。需提出CO2捕获、转化、利用的主要技术方向，并客观分析其作为新兴领域所面临的技术经济和环境方面的主要障碍。七、答：车用BECC概念是将汽车尾气（包含CO2）通过碳捕获技术捕集，然后将捕获的CO2与H2（可来自电解水或尾气处理过程中产生）合成为燃料或化学品，再将生成的燃料/化学品燃烧发电，发电过程中再次产生尾气，其中CO2被捕获并循环利用。化学资源回收体现在CO2的捕获与转化利用。潜力在于实现碳中和和能源循环。挑战在于系统集成复杂度高、捕获效率与成本、CO2转化技术的经济性、能量损失等。解析思路：此题考查一个较前沿的概念。需理解BECC（捕集-转化-燃烧）的整体循环过程，明确其中涉及化学资源回收的部分（CO2的捕获与转化），并指出该系统的主要优势和面临的复杂挑战。八、答：DPF工作原理是利用其内部多孔壁流式陶瓷或金属滤芯，在外力（如压差）作用下，将尾气中的颗粒物（PM）拦截、捕集在滤芯壁面上。捕集机理主要是惯性碰撞、扩散沉积和静电吸引。再生方式分为主动再生和被动再生。主动再生通过提高排气温度（如短暂高负荷运行、电加热器辅助）或喷入助燃剂（如少量NOx）促进捕集的碳烟燃烧。被动再生利用排气中残留的NOx作为氧化剂，在较高温度下氧化碳烟。解析思路：此题考查颗粒物捕集技术。需说明DPF的结构特点及其如何实现捕集，解释主要的捕集机理，并分别阐述主动再生和被动再生的原理和方式。九、答：当前汽车废气处理技术已相当成熟，能够满足日益严格的排放标准，特别是针对CO、HC、NOx和颗粒物有高效的处理手段。但在资源回收与利用方面，仍处于初级阶段，主要依赖物理捕集（如PM），化学资源化（如SCR利用NOx、部分研究探索CO/H2利用）的比例不高。发展方向是开发更高效的资源化转化技术（如直接利用尾气CO/H2合成高附加值化学品、高效CO2转化），实现更彻底的资源循环；改进催化剂性能，降低成本；