環(huán)保催化與環(huán)境友好催化技術(shù)模板

1、 合 肥 學(xué) 院 HEFEI UNIVERSITY題 目: 環(huán)保催化與環(huán)境友好催化技術(shù)系 別: 化學(xué)材料與工程 專 業(yè): 化學(xué)工程與工藝 學(xué) 號(hào): 1303021001 于曉飛 1303021012 陶偉 1303021005 周勝 1303021011 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，使

2、產(chǎn)品生產(chǎn)和過程開發(fā)的企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)從被動(dòng)執(zhí)行轉(zhuǎn)自覺的行動(dòng)，于是提出了環(huán)境經(jīng)濟(jì)。針對(duì)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。二空氣污染治理的催化技術(shù)1動(dòng)能源的凈化處理和三效催化劑動(dòng)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(duì)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(shí)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）載體 目前廣泛使用的為塊狀式的載

3、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·2Al2O3·5SiO2）,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(diǎn)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(cuò)的平板和波紋狀薄金屬片構(gòu)成。這種載體材料的特點(diǎn)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化劑，早期多使用鐵族過渡金屬F

4、e、Co、Ni等。由于它們對(duì)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(jì)、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(jì)及操作運(yùn)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)定的化合物，但其分解速率卻很低，因此必須使用催化劑

5、來加速分解。（2）NOx的催化還原脫除 在動(dòng)態(tài)污染源的尾氣處理中，三效催化劑對(duì)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作還原劑，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）SCR法優(yōu)點(diǎn)： 還原劑基本上不與氧反應(yīng)，避免了無謂消耗，同時(shí)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NH3相對(duì)易得，起燃溫度低反應(yīng)熱低，床溫通常低于300,有利于延長催化劑壽命和降低反應(yīng)器對(duì)材料要求。 (4) SCR催化技術(shù)

6、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（reduction）零排放再用 (reuse) 再循環(huán)(recycling)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，提供氧強(qiáng)化推動(dòng)力。高壓也為保持水處于

7、液相。水作為熱傳遞介質(zhì)且蒸發(fā)除去過剩的熱。WHO遇到的一個(gè)問題是低分子量羧酸，阻止進(jìn)一步氧化；另一個(gè)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270、7.00MPa,維持這樣的WAO處理?xiàng)l件能耗很高，且WAO反應(yīng)釜嚴(yán)重腐蝕。因此，后來開發(fā)了各種不同的催化WAO，即CWAO。對(duì)比處理污染廢水的化學(xué)法、反滲透法、生化法和礦化法等，WAO法在工業(yè)規(guī)模上具有顯著有點(diǎn)：作為清潔氧化劑，適用于COD10-100g/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(duì)比其他熱氧化法，消耗會(huì)進(jìn)一步降低。四大氣層保護(hù)與催化技

8、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：O3 在一些自由基（FR）存在下，可以發(fā)生反應(yīng)，再度轉(zhuǎn)化為O2 。O3+FRO FRO+O2 O +FRO FR +O2 地球上存在大量的氯氟烴化合物，如氯苯、氯代酚、氟利昂制冷劑等，很多作為廢棄物排放于大氣中，經(jīng)光照發(fā)生游離基分解，造成對(duì)O3 層的破壞。CCl3F+hv Cl + CCl2FCl +O3 ClO+O22ClO+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/Al2O3 。氯氟烴還可以采用光催化處理方法。 （2）控制溫室效應(yīng)氣體排放的催化技術(shù)溫室效應(yīng)：由于大氣層中的某些氣體對(duì)太陽輻

9、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%）、NO2 （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(shí)現(xiàn)以化石能源發(fā)電的電站達(dá)到“CO2零排放”通過催化技術(shù)選擇性催化轉(zhuǎn)化CO2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O2和H2O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(duì)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)。如TiO2 、ZnO、WO3、C

10、dS、ZnS等。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+2H2O +4h+ 4H+ +O2 H2O + h+ OH + H+2H+ +O2 +2e- H2O2 O2 + e- O2- 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、 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。（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：TiO2、WO3、ZnO、SnO2、CdO、Fe2O3、CdSe、CdS、SiC、ZnS等。由于TiO2具有較深的價(jià)帶能級(jí)，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(shí)現(xiàn)和加速，并且化