環(huán)保催化與環(huán)境友好催化技術(shù)模板

1、環(huán)保催化與環(huán)境友好催化技術(shù)模板肥學(xué)院HEFEI UNIVERSITY題 系 專 學(xué)目別業(yè)t=r.號環(huán)保催化與環(huán)境友好催化技術(shù)化學(xué)材料與工程化學(xué)工程與工藝1303021001于曉飛130302101213030210051303021011陶偉周勝徐磊環(huán)保催化與環(huán)境友好催化技術(shù)摘要： 本文提到了環(huán)境經(jīng)濟(jì)和環(huán)境有好的概念。主要介紹了空氣污染治理的催 化技術(shù)、工業(yè)廢液的催化凈化技術(shù)、 大氣層保護(hù)與催化技術(shù)、 環(huán)境友好的催化技 術(shù)、光催化在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用和光催化環(huán)保功能材料關(guān)鍵詞 ：催化技術(shù) 環(huán)保催化一環(huán)境經(jīng)濟(jì)和環(huán)境友好環(huán)保治理要從根本上解決問題， 就要將追求環(huán)保與具有競爭性的經(jīng)濟(jì)效益聯(lián)系在 一起，

2、使產(chǎn)品生產(chǎn)和過程開發(fā)的企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)從被動執(zhí)行轉(zhuǎn)自覺的行動， 于是提出了環(huán)境經(jīng)濟(jì)。 針對傳統(tǒng)的能源消耗， 傳統(tǒng)的化學(xué)工藝和化工生產(chǎn)技術(shù)造成的環(huán)境污 染，提出了環(huán)境友好工藝?？諝馕廴局卫淼拇呋夹g(shù)1動能源的凈化處理和三效催化劑動態(tài)源的污染處理， 這里以汽車尾氣處理為例。 汽車尾氣的污染物已成為城市空 氣的主要污染源， 對人類的健康造成了極大的傷害， 也嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境。 汽 車尾氣凈化采用的催化劑， 目前廣泛使用的是三效催化劑。 它在操作的條件下可 同時將尾氣中的CO HC NOx凈化處理，達(dá)到環(huán)保要求的限制標(biāo)準(zhǔn)。三效催化劑 的構(gòu)成主要由載體、涂層和活性組分所組成，置于汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器中。1) 載

3、體目前廣泛使用的為塊狀式的載體。 材質(zhì)有陶瓷和合金兩大類。 最常用的陶瓷材 料為多孔堇青石，組成：2MgO 2AI 2Q 5SiO2),材料本身主要由平均孔徑為數(shù)微米的大孔構(gòu)成整體制成蜂窩狀。 這種載體的突出優(yōu)點是抗熱沖擊性能優(yōu)越， 具 有很低的熱膨脹系數(shù)；合金載體有不銹鋼、 Ni-Cr 、Fe-Cr-Al 等材料。外觀為蜂 窩狀，內(nèi)部由交錯的平板和波紋狀薄金屬片構(gòu)成。 這種載體材料的特點是機(jī)械強(qiáng) 度大、傳熱快、抗震性好、壓降低，壽命長等。2）涂層涂層材料必須滿足以下要求： 有較高的熱穩(wěn)定性。 增強(qiáng)涂層中某重要組分的熱穩(wěn)定性。協(xié)助或改善某些催化組分的功能。3）貴金屬活性組分用于汽車尾氣凈化的催

4、化劑，早期多使用鐵族過渡金屬Fe、Co、 Ni 等。由于它們對催化CO HC和NOx轉(zhuǎn)化的活性較差，加之高溫下抗硫性能欠佳，故目前三效催化劑普遍采用 Pt 、Rh、 Pd 貴金屬作活性組分。4）三效催化劑的性能影響因素及失活性能影響因素：載體選擇及設(shè)計、基面涂層、活性貴金屬的配比、整體催化劑 的制備方法等，還包括轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及操作運轉(zhuǎn)情況。失活：基質(zhì)破裂、基面涂層相變、活性組分遷移、貴金屬燒結(jié)等。2. 靜能源的凈化處理靜態(tài)污染源有多種類型，發(fā)電廠的煙囪排放氣、各類工業(yè)生產(chǎn)過程的排放氣、 垃圾廢棄物焚燒發(fā)電的排放氣、民用燃放排放氣。（1） NO的催化分解盡管在非常高的溫度下NO是一種不穩(wěn)定的

5、化合物，但其分解速率卻很低，因 此必須使用催化劑來加速分解。(2) NOx的催化還原脫除在動態(tài)污染源的尾氣處理中，三效催化劑對NOX的轉(zhuǎn)化是困難的。因此，在靜 態(tài)污染源污染物的處理中，人們的研究開發(fā)轉(zhuǎn)向?qū)OX的選擇性催化還原(SCR 過程，最后取得了成功。NOX的選擇還原一般選用NH3乍還原劑，在催化劑作用下將NOx還原為N2和H2O.催化劑一般為過渡金屬氧化物，負(fù)載于載體上。(3)SCF法優(yōu)點:還原劑基本上不與氧反應(yīng)，避免了無謂消耗，同時大大減小了反應(yīng)熱，催化 床溫度變化小易于控制； 催化劑易得，選擇余地大；還原劑NH相對易得,起燃溫度低反應(yīng)熱低，床溫通常低于300C ,有利于延長催化劑壽

6、命和降低反應(yīng)器對材料要求。SCR崔化技術(shù)工業(yè)應(yīng)用：根據(jù)催化劑反應(yīng)器在鍋爐尾部煙道的位置，有三種方案: SCR單元直接至于鍋爐之后，凈化煙道氣 在靜電除塵器和空氣預(yù)熱器之間布置在FGD濕法煙氣脫硫裝置)之后三. 工業(yè)廢液的催化凈化技術(shù)1.催化處理趨于廢棄物最少遵循4R原則:減少(reduct ion )再用(reuse) 再循環(huán)(recycii ng)再回收(recovery)2.WHO和 CWHO濕空氣氧化（WAO是處理廢水，尤其是含有毒物和高有機(jī)物廢水的重要技術(shù)。WHO涉及有機(jī)或無機(jī)可氧化組分在高溫加壓條件下的液相氧化，采用汽相氧源（常用空氣）。采用高溫加壓是為了強(qiáng)化氧在也相中的溶解度，提供

7、氧強(qiáng)化推動力。高壓也為保持水處于液相。水作為熱傳遞介質(zhì)且蒸發(fā)除去過剩的熱。WH（遇到的一個問題是低分子量羧酸，阻止進(jìn)一步氧化；另一個問題是氮原子都變成NH3它們進(jìn)一步氧化也是十分困難的。要使 NH3最終分解，操作條件為270C、 7.00MPa,維持這樣的WAOi理條件能耗很高，且WA皈應(yīng)釜嚴(yán)重腐蝕。因此，后 來開發(fā)了各種不同的催化 WAO即CWAQ對比處理污染廢水的化學(xué)法、反滲透法、生化法和礦化法等，WAOt在工業(yè)規(guī)模上具有顯著有點：作為清潔氧化劑，適用于 COD1O-1OOg/L。自成封閉系統(tǒng)， 與環(huán)境無相互作用。無任何的污染轉(zhuǎn)移。應(yīng)用于高有機(jī)含氮和氨體系，可回收機(jī)械能。對比其他熱氧化法,

8、消耗會進(jìn)一步降低。四. 大氣層保護(hù)與催化技術(shù)1.保護(hù)臭氧層的催化技術(shù)（1）保護(hù)臭氧層的催化技術(shù)臭氧層的破壞：Q在一些自由基（FR?存在下，可以發(fā)生反應(yīng)，再度轉(zhuǎn)化為Q 。C3+FRO?FRO+O 2O ? +FRO FR ? +O2如氯苯、氯代酚、氟利昂制冷劑等，很多作為Q層的破壞。地球上存在大量的氯氟烴化合物，廢棄物排放于大氣中，經(jīng)光照發(fā)生游離基分解，造成對CCbF+hv Cl ?+ ?CCI 2FCl ?+O3 CIO?+O2 2ClO?+O?Cl2 +(3/2)O催化技術(shù):通常采用催化加氫脫鹵素技術(shù)，催化劑為Pd/AI2O3。氯氟烴還可以采用光催化處理方法。(2)控制溫室效應(yīng)氣體排放的催化

9、技術(shù)溫室效應(yīng)：由于大氣層中的某些氣體對太陽輻射的紅外線吸收而導(dǎo)致大氣層溫 度升高、地球變暖的現(xiàn)象。造成溫室效應(yīng)的有害氣體:CO2(44%、CH4( 18%、氯氟烴(14%、N02(6%、其他(13%措施: 利用催化技術(shù)的創(chuàng)新提高能源的利用率、用可再生能源代替化工石油能源 利用催化技術(shù)實現(xiàn)以化石能源發(fā)電的電站達(dá)到“ C02零排放”通過催化技術(shù)選擇性催化轉(zhuǎn)化C02為有用化學(xué)品生物法、光催化法五、光催化在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用光催化: 在光的輻照下，使催化劑周圍的 02和H20轉(zhuǎn)化成及具活性的氧自由基、羥基自由基，氧化力極強(qiáng)，幾乎可分解所有對人體或環(huán)境有害的有機(jī)物質(zhì)。用作光催化劑的化合物大多具有半導(dǎo)體性質(zhì)

10、。如Ti02、ZnO W03 CdS ZnS等。HAQOh亡CB_ 二 *歸 導(dǎo)帶 fCB4仙一 I -jg光催還原理TiO2半導(dǎo)體在溶液中的基本反應(yīng)式- +TiO2 +hv e+h+ 22H2O +4h W+ +OHO + h+ ?OH + Hi2H+ +O +2e-H 2C2O2 + e -?O-光催化的應(yīng)用：工業(yè)廢水處理室內(nèi)空氣污染凈化(1)水污染治理生物酶催化降解處理水污染的主要方法、4光催化氧化法光催化氧化法就是利用氧化物的半導(dǎo)體特性， 在光的照射下吸附光子，進(jìn)行氧化 反應(yīng)，把有害化合物分解為二氧化碳、水和無機(jī)鹽。TiO2、WO ZnO(2)半導(dǎo)體光催化劑目前常用的半導(dǎo)體催化劑大多是過渡金屬的氧化物或硫化物:SnO、CdO Fe2Q、CdSe CdS SiC、ZnS等。由于TiO2具有較深的價帶能級，較寬帶隙(3.2eV)，光催化活性最好，能使反應(yīng)在光照射的TiO2微粒表面實