1、第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化第五章第五章 環(huán)境保護催化與環(huán)境友好催化技術(shù)環(huán)境保護催化與環(huán)境友好催化技術(shù)5.1 環(huán)境經(jīng)濟的提出和環(huán)境友好概念的產(chǎn)生環(huán)境經(jīng)濟的提出和環(huán)境友好概念的產(chǎn)生5.2 空氣污染治理的催化技術(shù)空氣污染治理的催化技術(shù)5.3 工業(yè)廢液的催化凈化技術(shù)工業(yè)廢液的催化凈化技術(shù)5.4 大氣層保護與催化技術(shù)大氣層保護與催化技術(shù)5.5 環(huán)境友好的催化技術(shù)（自學(xué)、作業(yè)環(huán)境友好的催化技術(shù)（自學(xué)、作業(yè)-上網(wǎng)上網(wǎng)查找環(huán)境友好催化技術(shù)的案例）查找環(huán)境友好催化技術(shù)的案例）5.6 光催化在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用光催化在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化現(xiàn)代大都市的空氣污

2、染會現(xiàn)代大都市的空氣污染會不不會再造成倫敦?zé)熿F事件？會再造成倫敦?zé)熿F事件？第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化石油污染最嚴重的地區(qū)石油污染最嚴重的地區(qū)-墨西哥灣墨西哥灣第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化酸酸雨雨使使我我國國大大量量的的林林木木被被毀毀第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化臭氧層是唯一保護地球生命臭氧層是唯一保護地球生命不受紫外線強烈傷害的屏障不受紫外線強烈傷害的屏障第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化環(huán)境催化：環(huán)境催化： 指用于減少環(huán)境不容物排放的催化技術(shù)指用于減少環(huán)境不容物排放的催化技術(shù)環(huán)境催化的特點：環(huán)境催化的特點：v涉及的范圍更廣涉及的范圍更廣v推廣到整個工業(yè)生產(chǎn)和日常生活領(lǐng)域中的污推廣到整個工

3、業(yè)生產(chǎn)和日常生活領(lǐng)域中的污染治理染治理v反應(yīng)條件苛刻反應(yīng)條件苛刻第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化環(huán)境催化的研究內(nèi)容：環(huán)境催化的研究內(nèi)容：v對污染的治理對污染的治理 將污染物轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)，或回收加以將污染物轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)，或回收加以利用；利用；v在生產(chǎn)過程或化學(xué)反應(yīng)過程中減少污染的在生產(chǎn)過程或化學(xué)反應(yīng)過程中減少污染的排放，直至無污染排放；排放，直至無污染排放；v用新的原料、催化劑取代對環(huán)境有害的物用新的原料、催化劑取代對環(huán)境有害的物質(zhì)或開辟新的副產(chǎn)物少、選擇性高的催化反質(zhì)或開辟新的副產(chǎn)物少、選擇性高的催化反應(yīng)路徑。應(yīng)路徑。第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化5.2 空氣污染治理的催化技術(shù)空氣污染治理的

4、催化技術(shù)影響大氣環(huán)境主要污染物：影響大氣環(huán)境主要污染物： COx、NOx、 SOx、 VOCs（揮發(fā)（揮發(fā)性有機物）、微粒塵埃等。性有機物）、微粒塵埃等。第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化發(fā)電廠、水泥發(fā)電廠、水泥廠、工業(yè)鍋爐廠、工業(yè)鍋爐、廢棄物焚燒、廢棄物焚燒爐等煙囪排放爐等煙囪排放的污染物的污染物機動車尾氣機動車尾氣排放的污染排放的污染物物污染物產(chǎn)生源頭：污染物產(chǎn)生源頭：第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化5.2.1 動態(tài)源的凈化處理和三效催化劑動態(tài)源的凈化處理和三效催化劑1、汽車尾氣的主要污染物、汽車尾氣的主要污染物一氧化碳（）一氧化碳（）碳氫化合物（）碳氫化合物（）氮氧化物（氮氧化物（x）硫氧化物

5、（硫氧化物（x）顆粒物（鉛化合物、黑煙、油霧等）顆粒物（鉛化合物、黑煙、油霧等）臭氣（甲醛、丙烯醛等）臭氣（甲醛、丙烯醛等）第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化2、三效催化劑、三效催化劑TWC （Three Way Conversion Catalyst)三效催化劑：三效催化劑： 以以Pt-Pd-Rh為主催化劑，能同時有效為主催化劑，能同時有效地對、和地對、和X進行催化轉(zhuǎn)化。進行催化轉(zhuǎn)化。第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化 第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化。 第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化三效催化劑組成三效催化劑組成第一載體第一載體第二載體第二載體活性組分活性組分第五章第五章

6、 環(huán)境催化環(huán)境催化（一）第一載體（一）第一載體1、陶瓷材料（多孔堇青石）、陶瓷材料（多孔堇青石） 組成：組成：2MgO2Al2O35SiO2） 特點：抗熱沖擊性能優(yōu)越，具有很特點：抗熱沖擊性能優(yōu)越，具有很低的熱膨脹系數(shù)。低的熱膨脹系數(shù)。2、合金載體（不銹鋼、合金載體（不銹鋼、Ni-Cr，F(xiàn)e-Cr-Al） 特點：機械強度大，傳熱快、抗震性好、特點：機械強度大，傳熱快、抗震性好、壓降低、壽命長等。壓降低、壽命長等。第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化（二）第二載體（涂層）（二）第二載體（涂層）-得到高的比表面積得到高的比表面積涂層材料須滿足的條件：涂層材料須滿足的條件：v有較高的熱穩(wěn)定性有較高的熱穩(wěn)定

7、性v 增強涂層中某重要組分的熱穩(wěn)定性增強涂層中某重要組分的熱穩(wěn)定性v 協(xié)助或改善某些催化組分的功能協(xié)助或改善某些催化組分的功能常用涂層材料：常用涂層材料：Al2O3、SiO2、MgO、CeO2、ZrO2、La2O3等等第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化（三）貴金屬活性組分（三）貴金屬活性組分 目前普遍采用目前普遍采用Pt、Rh、Pd貴金屬貴金屬作活性組分。作活性組分。Pt：能有效促進：能有效促進CO和和HC的氧化催化的氧化催化Rh：主要催化：主要催化NOX的還原的還原Pd：主要用于催化：主要用于催化CO和和HC的轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化三效催化劑的性能影響因素及失活三效催化劑的性能

8、影響因素及失活性能影響因素：性能影響因素： 載體選擇及設(shè)計、基面涂層、活性貴載體選擇及設(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，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。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：失活： 基質(zhì)破裂、基面涂層相變、活性組基質(zhì)破裂、基面涂層相變、活性組分遷移、貴金屬燒結(jié)等。分遷移、貴金屬燒結(jié)等。第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化5.2.2 靜態(tài)源的凈化處理催化技術(shù)靜態(tài)源的凈化處理催化技術(shù)主要污染物：主要污染物： COx（CO、CO2）、）、NOx（NO、N2O、

9、NO2）、）、SOx以及以及NH3 、烴類。、烴類。vCO2和和CH4 是溫室氣體是溫室氣體vNOx與烴類相互作用導(dǎo)致光化學(xué)煙霧與烴類相互作用導(dǎo)致光化學(xué)煙霧vSOx、 NOx會產(chǎn)生酸雨，破壞生態(tài)環(huán)境會產(chǎn)生酸雨，破壞生態(tài)環(huán)境第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化v光化學(xué)反應(yīng)使光化學(xué)反應(yīng)使NO2分解為分解為NO和和O3，大氣中臭氧對人大氣中臭氧對人體健康十分有害。體健康十分有害。v光化學(xué)煙霧中對植物有害的成分主要為臭氧和氮氧化光化學(xué)煙霧中對植物有害的成分主要為臭氧和氮氧化合物：臭氧濃度超過合物：臭氧濃度超過0.1ppm時便對植物產(chǎn)生危害。時便對植物產(chǎn)生危害。NO2濃度達濃度達1ppm時，某些植物便會受害。

10、時，某些植物便會受害。v氮氧化物在大氣的催化反應(yīng)中可形成硝酸。氮氧化物在大氣的催化反應(yīng)中可形成硝酸。v美國光化學(xué)煙霧對農(nóng)業(yè)和林業(yè)的危害曾波及美國光化學(xué)煙霧對農(nóng)業(yè)和林業(yè)的危害曾波及27個州。個州。v1952年美國洛杉磯發(fā)生光化學(xué)煙霧，附近農(nóng)作物一夜年美國洛杉磯發(fā)生光化學(xué)煙霧，附近農(nóng)作物一夜之間嚴重受害；之間嚴重受害；6.5萬公頃的森林，萬公頃的森林，29嚴重受害，嚴重受害，33中等受害，其余中等受害，其余38也受輕度損害。也受輕度損害。第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化不同濃度的不同濃度的NO2對人體健康的影響對人體健康的影響濃度(ppm)影 響1.0聞到臭味5.0聞到很強烈的臭味10-15眼、鼻、

11、呼吸道受到強烈刺激501 分鐘內(nèi)人體呼吸異常，鼻受到刺激8035 分鐘內(nèi)引起胸痛100-150人在 3060 分鐘就會因肺水腫死亡200 以上人瞬間死亡第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化1、NO的催化分解的催化分解 必須使用催化劑加速分解，常用的催必須使用催化劑加速分解，常用的催化劑為：化劑為：Pt/Al2O3及一些非負載型的過渡及一些非負載型的過渡金屬氧化物，例如金屬氧化物，例如Co3O4、NiO、Fe2O3和和ZrO2等。等。第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化2、NOx的催化還原脫除的催化還原脫除-選擇性催化還原法選擇性催化還原法 (SCR)還原劑還原劑: NH3 還原產(chǎn)物還原產(chǎn)物: N2 和和H

12、2O催化劑催化劑: 一般為過渡金屬氧化物，負載于載體上一般為過渡金屬氧化物，負載于載體上如如TiO2/SiO2,V2O5/SiO2,MoO3/Al2O3等。等。第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化SCR法優(yōu)點：法優(yōu)點：(1) 還原劑基本上不與氧反應(yīng)，避免了無謂消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，催化床溫度變耗，同時大大減小了反應(yīng)熱，催化床溫度變化小易于控制；化小易于控制；(2)催化劑易得，選擇余地大；催化劑易得，選擇余地大；(3) 還原劑還原劑NH3相對易得，起燃溫度低反應(yīng)熱相對易得，起燃溫度低反應(yīng)熱低，床溫通常低于低，床溫通常低于300,有利于延長催化劑壽有利于延長催化

13、劑壽命和降低反應(yīng)器對材料要求。命和降低反應(yīng)器對材料要求。第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化SCR催化技術(shù)工業(yè)應(yīng)用催化技術(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,有三種方案有三種方案:(1)SCR單元直接至于鍋爐之后，凈化煙道氣單元直接至于鍋爐之后，凈化煙道氣(2)在靜電除塵器和空氣預(yù)熱器之間在靜電除塵器和空氣預(yù)熱器之間(3)布置在布置在FGD(濕法煙氣脫硫裝置濕法煙氣脫硫裝置)之后之后第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化靜電除塵器靜電除塵器NH3儲罐蒸發(fā)器儲罐蒸發(fā)器去濕法煙氣脫去濕法煙氣脫硫系統(tǒng)硫系統(tǒng)NH3NH3鍋爐鍋爐SCR反應(yīng)器反應(yīng)器空氣預(yù)熱器空氣預(yù)熱器空

14、氣空氣NH3+空氣空氣SCR反應(yīng)器置于空氣預(yù)熱器前的高塵煙氣中反應(yīng)器置于空氣預(yù)熱器前的高塵煙氣中第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化SCR反應(yīng)器置于空氣預(yù)熱器與靜電除塵器之間反應(yīng)器置于空氣預(yù)熱器與靜電除塵器之間鍋爐鍋爐靜電除靜電除塵器塵器SCR反應(yīng)器反應(yīng)器空氣預(yù)熱器空氣預(yù)熱器NH3NH3+空氣空氣濕法煙濕法煙氣脫硫氣脫硫系統(tǒng)系統(tǒng)空氣空氣去煙囪去煙囪空氣空氣NH3儲罐蒸發(fā)器儲罐蒸發(fā)器第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化SCR反應(yīng)器反應(yīng)器布置在布置在FGD(濕法煙氣脫硫裝置濕法煙氣脫硫裝置)之后之后鍋爐鍋爐靜電除靜電除塵器塵器SCR反應(yīng)器反應(yīng)器空氣預(yù)熱器空氣預(yù)熱器NH3NH3+空氣空氣濕法煙濕法煙氣脫硫氣脫硫

15、系統(tǒng)系統(tǒng)空氣空氣氣氣/氣加熱器氣加熱器去煙囪去煙囪空氣氣/油燃燒器或蒸汽換熱器NH3儲罐蒸發(fā)器儲罐蒸發(fā)器第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化 422322SO HOHSO活性炭 OH21SO第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化 第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化 第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化 第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化5.3 工業(yè)廢液的催化凈化技術(shù)工業(yè)廢液的催化凈化技術(shù)5.3.1 工業(yè)廢水對環(huán)境的沖擊工業(yè)廢水對環(huán)境的沖擊v 工業(yè)的發(fā)展造成了越來越嚴重的環(huán)境污染，水體工業(yè)的發(fā)展造成了越來越嚴重的環(huán)境污染，水體中大量污染物嚴重威脅著人類自身的健康。中大量污染物嚴重威脅著人類自身

16、的健康。v 19941994年以來，美國在飲用水中發(fā)現(xiàn)了年以來，美國在飲用水中發(fā)現(xiàn)了100100多種合多種合成有機物，如多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴等，具有成有機物，如多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴等，具有“三三致致”作用作用( (致癌、致突變、致畸致癌、致突變、致畸) )。v 根據(jù)我國根據(jù)我國19981998年對全國年對全國109700109700公里河流進行的評公里河流進行的評價，我國河流長度有價，我國河流長度有70.6%70.6%被污染，其中有機污染被污染，其中有機污染是一個不可忽視的因素。是一個不可忽視的因素。第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化第五章第

17、五章 環(huán)境催化環(huán)境催化5.3.2 催化處理趨于廢棄物最少催化處理趨于廢棄物最少遵循遵循4R原則：原則：減少（減少（reduction）再用再用 (reuse)再循環(huán)再循環(huán)(recycling)再回收再回收(recovery)零排放零排放第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化5.3.3 WAO和和CWAO 濕空氣氧化（濕空氣氧化（WAO）是處理含有毒物）是處理含有毒物或高有機物廢水的重要技術(shù)。或高有機物廢水的重要技術(shù)。 WAO是在高溫（是在高溫（125320）、加壓）、加壓（0.520MPa）條件下的液相氧化，采用氣相）條件下的液相氧化，采用氣相氧源（常用空氣）。氧源（常用空氣）。高溫加壓目的：強化氧在

18、液相中的溶解高溫加壓目的：強化氧在液相中的溶解度、保持水處于液相。度、保持水處于液相。第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化 有機廢棄物經(jīng)有機廢棄物經(jīng)WAO氧化成氧化成CO2和和H2O，氮轉(zhuǎn)化成氮轉(zhuǎn)化成NH3 、NO2或或N2，鹵素和硫轉(zhuǎn)化，鹵素和硫轉(zhuǎn)化成無機鹵化物和硫酸鹽。成無機鹵化物和硫酸鹽。影響氧化程度因素：影響氧化程度因素： 溫度、氧分壓、停留時間和污染物在反溫度、氧分壓、停留時間和污染物在反應(yīng)條件下的可氧化程度。應(yīng)條件下的可氧化程度。第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化WAO的優(yōu)點：的優(yōu)點：v作為清潔氧化劑，適用于作為清潔氧化劑，適用于COD10100g/Lv 自成封閉系統(tǒng)，與環(huán)境無相互作用自成封

19、閉系統(tǒng)，與環(huán)境無相互作用v 無任何的污染轉(zhuǎn)移無任何的污染轉(zhuǎn)移v 應(yīng)用于高有機含氮和氨體系，可回收機應(yīng)用于高有機含氮和氨體系，可回收機械能，并且不需要任何輔助燃料，成為自維械能，并且不需要任何輔助燃料，成為自維持體系持體系v 對比于其他熱氧化法，對比于其他熱氧化法，WAO需要很少的需要很少的燃料，燃料主要消耗于壓縮空氣動力和高壓燃料，燃料主要消耗于壓縮空氣動力和高壓液泵，采用合適的催化劑，耗能更少液泵，采用合適的催化劑，耗能更少第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化CWAO催化劑：催化劑：對于液相氧化反應(yīng)，常以過渡金屬鹽作對于液相氧化反應(yīng)，常以過渡金屬鹽作氧化催化劑，如氧化催化劑，如Fe3+/Fe2+

20、。均相銅鹽均相銅鹽也是最活躍的均相氧化催化劑也是最活躍的均相氧化催化劑第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化5.4 大氣層保護與催化技術(shù)大氣層保護與催化技術(shù)5.4.1 保護臭氧層的催化技術(shù)保護臭氧層的催化技術(shù)臭氧層的破壞：臭氧層的破壞：O3 在一些自由基（在一些自由基（FR）存）存在下，可以發(fā)生反應(yīng)，再度轉(zhuǎn)化為在下，可以發(fā)生反應(yīng)，再度轉(zhuǎn)化為O2 。O3+FROFRO+O2 O +FRO FR +O2 第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化 地球上存在大量的氯氟烴化合物，如氯苯、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

21、發(fā)生游離基分解，造排放于大氣中，經(jīng)光照發(fā)生游離基分解，造成對成對O3 層的破壞。層的破壞。CCl3F+hv Cl + CCl2FCl +O3ClO+O22ClO+OCl2 +(3/2)O2第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化催化技術(shù)：催化技術(shù)： 通常采用催化加氫脫鹵素技術(shù)，通常采用催化加氫脫鹵素技術(shù)，催化劑為催化劑為Pd/Al2O3 。氯氟烴還可以采用光催化處理方法。氯氟烴還可以采用光催化處理方法。第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化5.4.2 控制溫室效應(yīng)氣體排放的催化技術(shù)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太溫室效應(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

22、溫度升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。高、地球變暖的現(xiàn)象。造成溫室效應(yīng)的有害氣體：造成溫室效應(yīng)的有害氣體： CO2（44%）、）、CH4（18%）、氯氟烴）、氯氟烴（14%）、）、NO2 （6%）、其他（）、其他（13%）第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化措施：措施：v 利用催化技術(shù)的創(chuàng)新提高能源的利用利用催化技術(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率、用可再生能源代替化工石油能源v 利用催化技術(shù)實現(xiàn)以化石能源發(fā)電的利用催化技術(shù)實現(xiàn)以化石能源發(fā)電的電站達到電站達到“CO2零排放零排放”v 通過催化技術(shù)選擇性催化轉(zhuǎn)化通過催化技術(shù)選擇性催化轉(zhuǎn)化CO2為有為有用化學(xué)品用化學(xué)品v 生物法、光催化法生物法、光催化法第五章第五章 環(huán)境催化環(huán)境催化5.6 光催化在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用光催化在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用光催化：光催化： 在光的輻照下，使催化劑周圍的在光的輻照下，使催化劑周圍的O2和和H2O轉(zhuǎn)化成及具活性的氧自由基、羥基自由轉(zhuǎn)化