第五章环境催化.ppt

一 绪论 由于人口急剧增加，资源消耗日益扩大，人类赖以生存的耕地、淡水、资源的占有量逐渐减少，人口与资源的矛盾越来越尖锐，人类的物质生活随着工业化发展而提高，认为排放的大量生活污染物和工业污染物导致人类的生存环境迅速恶化。当今人类面临的十大环境问题为： ①大气污染； ②臭氧层破坏； ③海洋污染； ④气候变暖； ⑤淡水资源紧缺和污染； ⑥土地退化和沙漠化； ⑦森林面积锐减； ⑧生物多样性减少； ⑨环境公害； ⑩有毒化学品和危险废物的排放； 二 治理环境污染的一些热点催化课题 （一）、富氧条件下消除NOx NOx（包括NO、NO2和N2O等）主要来自煤和油料的燃烧。全世界人为排放NOx的总量每年近亿吨。NOx可形成酸雨，破坏高空臭氧层以及引起温室效应，所以消除NOx可说是重中之重。消除NOx的主要催化方法如下： 1. 选择催化还原 当含氧量低于5%时，以NH3为还原剂，以Ti基化合物为催化剂，在200~450℃便可使NOx还原成N2和水，但此技术投资太高。 2. NOx直接催化分解 目前已经有三类催化剂可用于NOx的消除：一是负载型金属复合氧化物，如La2-xSrCuO4/Al2O3；二是负载型贵金属催化剂，如Rh/Al2O3；三是离子交换型Cu-ZSM-5沸石或Pt(Pd)-ZSM-5沸石。但这种直接催化分解需在较高温度下进行，而且有效温区较窄（约500~600℃）。 3. 烃类还原消除NOx 利用CH4、C2H4、C2H6及C3H6等为还原剂，可在富氧燃烧的排出气中净化NOx，而且反应温度也比将其直接分解的温度低。 （二）SOx的消除及一步法同时消除NOx和SOx的混合物 SOx（SO2和SO3）同样是酸雨的主要来源，主要来自含硫燃料（煤和石油）的燃烧。其他的生产过程，如含硫矿石的加工和应用含硫化合物进行生产的化工厂排放的废气等，也都是SOx的来源。但目前尚无被广泛接受的既省钱又高效消除SOx的技术。已经出现的治理SOx的催化方法有： 1）以活性氧化铝或铁基催化剂作催化剂，以H2S同SOx反应生成H2O和单质S，但这种方法产生一定量的S，而且还需要使用H2S。如果不解决未反应的H2S的回收利用问题，则导致新的污染。 2）以V2O5为催化剂将SO2氧化为SO3，再经H2O吸收生成硫酸，这个方法成本依然很高。 3）NOx和SOx同时消除，可在室温下应用活性炭纤维共吸附和氧化NOx和SOx，最后将生成的硫酸和硝酸回收。一种新的同时消除NOx和SOx的技术是将NOx的选择催化还原和SO2的氧化结合起来。 （三）VOCs废气的催化消除 VOCs废气来自一些化工厂例如生产甲醛、丙烯腈、顺丁烯二酸酐的厂家以及造纸厂、漆包线厂、轮胎厂和胶印厂等。此外工业废水中也常含有一些有机污染物，如烷烃、烯烃、芳烃卤代烷以及含氧有机物等。这些污染物对人体危害极大。一般治理VOCs废气所用催化剂有负载于无机载体或陶瓷蜂窝型载体上的金属催化剂，如Cu-Mn/Al2O3、Cu-Cr/Al2O3等。 此外、还可用光催化技术来消除废气和废水中的污染物，但总的来说，大多数的光催化技术距大规模的应用尚有一定距离。 （四）机动车尾气的治理 三效催化剂（three way catalyst）的优化。所谓三效催化剂是指在消除尾气中的CO和HC（氧化过程）的同时，可将NOx分解成N2和O2或还原成N2、CO2和H2O（即利用废气中的CO、CH4、C2H4等为还原剂）。但实现这种同时进行氧化和还原过程的必要条件是保持废气中的空气与燃料的比值在14.7附近。高于此值，对NOx的还原不利；低于此值，对CO和HC的氧化不利。所以人们对此类催化剂的研究都集中在以下几个方面： 1）探索在富氧条件下对NOx还原高效的催化剂； 2）用过渡金属氧化物、稀土金属氧化物部分取代贵金属（Pt、Rh等）； 3）提高催化剂的热稳定性，以延长寿命； 4）开发低温催化剂 （五）氟氯烃类的催化分解 制冷剂、发泡剂、气溶胶的喷射剂及清洗剂等化学品都是从含氟氯的烃类制成。现已确认，由于大气对流层内CFCs、卤化物、CO、N2O、CH4等气体的积累，使地球表面吸收太阳光反射的红外线有所增加，以致妨碍了热量向宇宙的扩散，这边产生了温室效应。CFCs化合物极其