《工业催化原理》环催化和光催化.ppt

第六节 光催化基础 2、有机污染物光催化降解 根据半导体光催化过程，受光激发的半导体催化剂表面可以同时产生电子-空穴对实现氧化和还原两个反应。这样吸附到半导体光催化剂表面的有机物或无机离子就得到光激发产生的空穴的氧化反应或电子的还原反应，从而实现这些物种的氧化降解或还原消除。 目前，光催化氧化降解有机物包括烷烃、烯烃、卤代烃、醇、羧酸、氯代苯、卤代苯酚、表面活性剂、染料以及一些含氮含磷的有机物、农药、杀虫剂除草剂等。它们氧化降解最终产物包括CO2、H2O、一些小分子脂肪烃、醇、酮、酸等以及PO43-、NH4+、Cl-、NO3-等无机离子。 有机物的光催化氧化包括直接氧化和间接氧化两种，吸附在催化剂表面的有机污染物可以从受光激发的半导体价带上直接得到光生空穴，发生直接氧化反应；如果受激发的半导体催化剂表面吸附氧作为电子捕获剂把转移走光激发的电子，或H2O被光生空穴氧化，它们都可以产生具有高度活性的羟基自由基·OH，这种羟基自由基会不断进攻有机污染物分子，使其一步氧化最终生成CO2和H2O，这是光催化间接氧化过程。 3、金属离子的光催化还原 理论上讲任何一种金属离子只要其还原电位比半导体催化剂的导带边正，就有可以从导带上得到光激发产生的电子发生还原。在金属离子得到电子还原的同时，水或者其它电子给体得到价带上的空穴发生氧化反应，生成O2或其它相关氧化物。目前对金属离子的光催化还原研究主要有以下几个方面： （1）有色金属离子的光催化还原消除 作为不同金属离子的污染，Hg2+，Pb2+，Cu2+，Fe3+，Bi3+，Co2+，Ni2+，Cr6+等均可采用光催化还原消除，如利用Pt/TiO2光催化剂，不仅能使Pb2+离子在导带电子还原为零价铅，而且还会直接得到光生价带空穴，或被O2氧化为PbO2而得以沉积。 （2）光催化沉积贵金属 Pt、Pd、Rh等贵金属的光催化还原沉积，不仅是一种制备高活性负载型金属催化剂的好方法，通过选择适当的反应体系和反应条件如酸度、气氛等，也可以实现它们的共沉积或分离回收。但对于金属离子的光催化还原研究目前还比较少，对于金属离子在半导体表面的暗态吸附过程，光催化还原机理、光催化还原动力学等方面的研究还不够深入，这些都有待于进一步的研究。 第七单元 环保催化和光催化（思考题） 1、环保催化的特点？ 2、简述NH3还原法催化脱硫的过程及反应式。 3、简述催化氧化法脱氮常用催化剂的特性。 4、简述机动车尾气净化三效催化剂的作用机理。 5、简述常见的水污染物及其治理技术。 6、什么是光化当量定律和量子产率？ 工业催化与反应工程研究室 * 化工资源有效利用国家重点实验室 * 环保催化和光催化 主要内容： 环保催化的特点；催化脱硫和催化脱氮过程反应规律；机动车尾气净化催化过程；工业污染物催化治理过程；光催化基础 理解环保催化的特点；掌握催化脱硫和催化脱氮过程反应规律；理解机动车尾气净化催化过程；理解工业污染物催化治理过程；理解光催化基础 化工资源有效利用国家重点实验室 * 第一节 环保催化的特点 1、被处理的气体或液体的浓度很低：污染大气环境的主要物质是SOx、NOx、CO、HC、挥发性有机物VOC等，污染水体的主要是低浓度有机物和无机物，通常污染物的含量都在百分含量以下。 2、被处理的物质往往是催化剂的毒物： 无论气体中的污染物，还是液体中的污染物，主要是含硫、氮、砷、卤化物、重金属等，这些元素对催化剂活性组分都有比较大的中毒作用，因此要求催化剂具有好的抗毒性。 3、催化过程的处理量一般都很大： 如燃煤放电过程的尾气处理，大型石油化工企业的尾气和废水处理，机动车尾气处理等。 化工资源有效利用国家重点实验室 * 第二节 催化脱硫过程 硫氧化物SOx包括SO2、SO3等，其中与大气污染有关的主要是SO2。酸性氧化物SO2是无色有刺激味的气体，易溶于水并生成亚硫酸，亚硫酸是中等强度的二元酸，亚硫酸水溶液能被空气逐渐氧化成硫酸，因此SO2是形成酸雨和光化学烟雾的成因之一。我国SO2 主要来源是燃煤，常用的催化脱硫方法有如下几种： （一）催化还原脱硫 1、H2S还原SO2（Claus法，H2S还原SO2，回收S） SO2 + 2H2S → 3S + 2