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1、合肥学院 HEFEI UNIVERSITY 题目:环保催化与环境友好催化技术 系别: 化学材料与工程 专业: 化学工程与工艺 学号: 1303021001 于晓飞 1303021012 陶伟 1303021005 周胜 1303021011 徐磊 环保催化与环境友好催化技术 摘要：本文提到了环境经济和环境有好的概念。主要介绍了空气污染治理的催 化技术、工业废液的催化净化技术、 大气层保护与催化技术、 环境友好的催化技 术、光催化在环境科学中的应用和光催化环保功能材料. 关键词：催化技术环保催化 一环境经济和环境友好 环保治理要从根本上解决问题， 就要将追求环保与具有竞争性的经济效益联系在 一起
2、，使产品生产和过程开发的企业领导从被动执行转自觉的行动，于是提出了 环境经济。针对传统的能源消耗， 传统的化学工艺和化工生产技术造成的环境污 染，提出了环境友好工艺。 二空气污染治理的催化技术 1动能源的净化处理和三效催化剂 动态源的污染处理， 这里以汽车尾气处理为例。 汽车尾气的污染物已成为城市空 气的主要污染源， 对人类的健康造成了极大的伤害，也严重影响了生态环境。 汽 车尾气净化采用的催化剂， 目前广泛使用的是三效催化剂。 它在操作的条件下可 同时将尾气中的 CO 、HC 、NOx净化处理，达到环保要求的限制标准。三效催化剂 的构成主要由载体、涂层和活性组分所组成，置于汽车尾气催化转化器
3、中。 （1）载体 目前广泛使用的为块状式的载体。材质有陶瓷和合金两大类。 最常用的陶瓷材 料为多孔堇青石，组成： 2MgO 2Al2O35SiO2）, 材料本身主要由平均孔径为数 微米的大孔构成整体制成蜂窝状。这种载体的突出优点是抗热冲击性能优越，具 有很低的热膨胀系数；合金载体有不锈钢、Ni-Cr 、Fe-Cr-Al 等材料。外观为蜂 窝状，内部由交错的平板和波纹状薄金属片构成。这种载体材料的特点是机械强 度大、传热快、抗震性好、压降低，寿命长等。 （2）涂层 涂层材料必须满足以下要求： 有较高的热稳定性。 增强涂层中某重要组分 的热稳定性。协助或改善某些催化组分的功能。 （3）贵金属活性组
4、分 用于汽车尾气净化的催化剂，早期多使用铁族过渡金属Fe、Co 、Ni 等。由于 它们对催化 CO 、HC和 NOx转化的活性较差，加之高温下抗硫性能欠佳，故目前 三效催化剂普遍采用Pt、Rh 、Pd贵金属作活性组分。 （4）三效催化剂的性能影响因素及失活 性能影响因素：载体选择及设计、基面涂层、活性贵金属的配比、整体催化剂 的制备方法等，还包括转化器的结构设计及操作运转情况。 失活：基质破裂、基面涂层相变、活性组分迁移、贵金属烧结等。 2. 静能源的净化处理 静态污染源有多种类型，发电厂的烟囱排放气、各类工业生产过程的排放气、 垃圾废弃物焚烧发电的排放气、民用燃放排放气。 （1）NO 的催化
5、分解 尽管在非常高的温度下NO是一种不稳定的化合物，但其分解速率却很低，因 此必须使用催化剂来加速分解。 （2）NOx的催化还原脱除 在动态污染源的尾气处理中， 三效催化剂对 NOx的转化是困难的。 因此，在静 态污染源污染物的处理中， 人们的研究开发转向对NOx的选择性催化还原 （SCR ） 过程，最后取得了成功。 NOx的选择还原一般选用NH3 作还原剂，在催化剂作用下将 NOx还原为 N2和 H2O. 催化剂一般为过渡金属氧化物，负载于载体上。 （3）SCR 法优点： 还原剂基本上不与氧反应，避免了无谓消耗，同时大大减小了反应热，催化 床温度变化小易于控制；催化剂易得， 选择余地大； 还
6、原剂 NH3相对易得， 起燃温度低反应热低，床温通常低于300, 有利于延长催化剂寿命和降低反应 器对材料要求。 (4)SCR 催化技术工业应用 : 根据催化剂反应器在锅炉尾部烟道的位置, 有三种方案 : SCR单元直接至于锅炉之后，净化烟道气在静电除尘器和空气预热器之间 布置在 FGD( 湿法烟气脱硫装置 ) 之后 三. 工业废液的催化净化技术 1. 催化处理趋于废弃物最少 遵循 4R原则： 减少（ reduction ） 再用 (reuse) 再循环 (recycling) 再回收 (recovery) 零排放 2.WHO 和 CWHO 湿空气氧化（ WAO ）是处理废水，尤其是含有毒物和
7、高有机物废水的重要技术。 WHO 涉及有机或无机可氧化组分在高温加压条件下的液相氧化，采用汽相氧源 （常用空气）。采用高温加压是为了强化氧在也相中的溶解度，提供氧强化推动 力。高压也为保持水处于液相。水作为热传递介质且蒸发除去过剩的热。WHO 遇 到的一个问题是低分子量羧酸，阻止进一步氧化；另一个问题是氮原子都变成 NH3 ，它们进一步氧化也是十分困难的。要使NH3最终分解，操作条件为270、 7.00MPa,维持这样的 WAO 处理条件能耗很高， 且 WAO 反应釜严重腐蚀。 因此，后 来开发了各种不同的催化WAO ，即 CWAO。 对比处理污染废水的化学法、反渗透法、生化法和矿化法等，WA
8、O 法在工业规模 上具有显著有点：作为清洁氧化剂，适用于COD10-100g/L 。自成封闭系统， 与环境无相互作用。 无任何的污染转移。 应用于高有机含氮和氨体系，可回 收机械能。对比其他热氧化法，消耗会进一步降低。 四大气层保护与催化技术 1. 保护臭氧层的催化技术 （1）保护臭氧层的催化技术 臭氧层的破坏： O3 在一些自由基 （FR? ）存在下，可以发生反应， 再度转化为 O2。 O3+FRO? FRO+O 2 O ? +FRO FR ? +O2 地球上存在大量的氯氟烃化合物，如氯苯、氯代酚、氟利昂制冷剂等，很多作为 废弃物排放于大气中，经光照发生游离基分解，造成对O3层的破坏。 CC
9、l3F+hv Cl ?+ ?CCl 2F Cl ?+O3 ClO?+O2 2ClO?+O? Cl2 +(3/2)O 催化技术： 通常采用催化加氢脱卤素技术，催化剂为Pd/Al2O3 。 氯氟烃还可以采用光催化处理方法。 （2）控制温室效应气体排放的催化技术 温室效应：由于大气层中的某些气体对太阳辐射的红外线吸收而导致大气层温 度升高、地球变暖的现象。 造成温室效应的有害气体： CO2（44% ） 、CH4 （18% ） 、氯氟烃（ 14% ） 、NO2 （6% ） 、其他（ 13% ） 措施： 利用催化技术的创新提高能源的利用率、用可再生能源代替化工石油能源 利用催化技术实现以化石能源发电的电
10、站达到“CO2 零排放” 通过催化技术选择性催化转化CO2为有用化学品 生物法、光催化法 五、光催化在环境科学中的应用 光催化： 在光的辐照下，使催化剂周围的O2和 H2O转化成及具活性的氧自由基、羟基自 由基，氧化力极强，几乎可分解所有对人体或环境有害的有机物质。 用作光催化剂的化合物大多具有半导体性质。如TiO2 、ZnO 、WO3 、CdS 、ZnS 等。 光催还原理 TiO2 半导体在溶液中的基本反应式 TiO2 +hv e - +h+ 2H2O +4h + 4H+ +O2 H2O + h + ?OH + H + 2H+ +O 2 +2e- H2O 2 O 2 + e- ?O 2- 光
11、催化的应用：工业废水处理 室内空气污染净化 （1）水污染治理 生物酶催化降解 处理水污染的主要方法、 光催化氧化法 光催化氧化法就是利用氧化物的半导体特性，在光的照射下吸附光子， 进行氧化 反应，把有害化合物分解为二氧化碳、水和无机盐。 （2）半导体光催化剂 目前常用的半导体催化剂大多是过渡金属的氧化物或硫化物：TiO2、WO 3、ZnO 、 SnO2、CdO 、Fe2O3、CdSe 、CdS 、SiC、ZnS等。 由于 TiO2具有较深的价带能级，较宽带隙(3.2eV) ，光催化活性最好，能使反 应在光照射的TiO2微粒表面实现和加速，并且化学性能和光化学性能十分稳 定，耐强酸强碱，耐光腐蚀，无毒，因而常选择TiO2作为光催化剂。 参考文献 1朱永法 . 光催化：环境净化与绿色能源应用探索. 化学工业出版社 .2015 年 1 月 2黄仲涛 . 工业催化（第三版） . 化学工业出版社 .2014 年 9 月 3贺泓 . 环境催化原理及应用 .2008 年 10月. 科学出版社