环保催化与环境友好催化技术

合 肥 学 院

HEFEI UNIVERSITY

题 目: 环保催化与环境友好催化技术 系 别: 化学材料与工程 专 业: 化学工程与工艺 学 号: 1303021001 于晓飞 1303021012 陶伟 1303021005 周胜

1303021011 徐磊

环保催化与环境友好催化技术

摘要：本文提到了环境经济和环境有好的概念。主要介绍了空气污染治理的催

化技术、工业废液的催化净化技术、大气层保护与催化技术、环境友好的催化技术、光催化在环境科学中的应用和光催化环保功能材料.

关键词：催化技术 环保催化 一．环境经济和环境友好

环保治理要从根本上解决问题，就要将追求环保与具有竞争性的经济效益联系在一起，使产品生产和过程开发的企业领导从被动执行转自觉的行动，于是提出了环境经济。针对传统的能源消耗，传统的化学工艺和化工生产技术造成的环境污染，提出了环境友好工艺。

二．空气污染治理的催化技术

1．动能源的净化处理和三效催化剂

动态源的污染处理，这里以汽车尾气处理为例。汽车尾气的污染物已成为城市空气的主要污染源，对人类的健康造成了极大的伤害，也严重影响了生态环境。汽车尾气净化采用的催化剂，目前广泛使用的是三效催化剂。它在操作的条件下可同时将尾气中的CO、HC、NOx净化处理，达到环保要求的限制标准。三效催化剂的构成主要由载体、涂层和活性组分所组成，置于汽车尾气催化转化器中。 （1）载体

目前广泛使用的为块状式的载体。材质有陶瓷和合金两大类。最常用的陶瓷材料为多孔堇青石，组成：2MgO·2Al2O3·5SiO2）,材料本身主要由平均孔径为数

微米的大孔构成整体制成蜂窝状。这种载体的突出优点是抗热冲击性能优越，具有很低的热膨胀系数；合金载体有不锈钢、Ni-Cr、Fe-Cr-Al等材料。外观为蜂窝状，内部由交错的平板和波纹状薄金属片构成。这种载体材料的特点是机械强度大、传热快、抗震性好、压降低，寿命长等。 （2）涂层

涂层材料必须满足以下要求：①有较高的热稳定性。②增强涂层中某重要组分的热稳定性。③协助或改善某些催化组分的功能。 （3）贵金属活性组分

用于汽车尾气净化的催化剂，早期多使用铁族过渡金属Fe、Co、Ni等。由于它们对催化CO、HC和NOx转化的活性较差，加之高温下抗硫性能欠佳，故目前三效催化剂普遍采用Pt、Rh、Pd贵金属作活性组分。 （4）三效催化剂的性能影响因素及失活

性能影响因素：载体选择及设计、基面涂层、活性贵金属的配比、整体催化剂的制备方法等，还包括转化器的结构设计及操作运转情况。

失活：基质破裂、基面涂层相变、活性组分迁移、贵金属烧结等。 2.静能源的净化处理

静态污染源有多种类型，发电厂的烟囱排放气、各类工业生产过程的排放气、垃圾废弃物焚烧发电的排放气、民用燃放排放气。 （1）NO的催化分解

尽管在非常高的温度下NO是一种不稳定的化合物，但其分解速率却很低，因此必须使用催化剂来加速分解。

（2）NOx的催化还原脱除

在动态污染源的尾气处理中，三效催化剂对NOx的转化是困难的。因此，在静态污染源污染物的处理中，人们的研究开发转向对NOx的选择性催化还原（SCR）过程，最后取得了成功。

NOx的选择还原一般选用NH3作还原剂，在催化剂作用下将NOx还原为N2和H2O.催化剂一般为过渡金属氧化物，负载于载体上。 （3）SCR法优点：

①还原剂基本上不与氧反应，避免了无谓消耗，同时大大减小了反应热，催化床温度变化小易于控制； ②催化剂易得，选择余地大； ③还原剂NH3相对易得，起燃温度低反应热低，床温通常低于300℃,有利于延长催化剂寿命和降低反应器对材料要求。

(4) SCR催化技术工业应用 :

根据催化剂反应器在锅炉尾部烟道的位置,有三种方案:

①SCR单元直接至于锅炉之后，净化烟道气 ②在静电除尘器和空气预热器之间③布置在FGD(湿法烟气脱硫装置)之后

三.工业废液的催化净化技术

1.催化处理趋于废弃物最少 遵循4R原则： 减少（reduction） 再用 (reuse) 再循环(recycling) 再回收(recovery)

零排放

2.WHO和CWHO

湿空气氧化（WAO）是处理废水，尤其是含有毒物和高有机物废水的重要技术。WHO涉及有机或无机可氧化组分在高温加压条件下的液相氧化，采用汽相氧源（常用空气）。采用高温加压是为了强化氧在也相中的溶解度，提供氧强化推动力。高压也为保持水处于液相。水作为热传递介质且蒸发除去过剩的热。WHO遇到的一个问题是低分子量羧酸，阻止进一步氧化；另一个问题是氮原子都变成NH3，它们进一步氧化也是十分困难的。要使NH3最终分解，操作条件为270℃、7.00MPa,维持这样的WAO处理条件能耗很高，且WAO反应釜严重腐蚀。因此，后来开发了各种不同的催化WAO，即CWAO。

对比处理污染废水的化学法、反渗透法、生化法和矿化法等，WAO法在工业规模上具有显著有点：①作为清洁氧化剂，适用于COD10-100g/L。②自成封闭系统，与环境无相互作用。③无任何的污染转移。④应用于高有机含氮和氨体系，可回收机械能。⑤对比其他热氧化法，消耗会进一步降低。

四．大气层保护与催化技术

1.保护臭氧层的催化技术 （1）保护臭氧层的催化技术

臭氧层的破坏：O3 在一些自由基（FR?）存在下，可以发生反应，再度转化为O2 。 O3+FRO? FRO+O2 O ? +FRO FR ? +O2

地球上存在大量的氯氟烃化合物，如氯苯、氯代酚、氟利昂制冷剂等，很多作为废弃物排放于大气中，经光照发生游离基分解，造成对O3 层的破坏。 CCl3F+hv Cl ?+ ?CCl2F Cl ?+O3 ClO?+O2 2ClO?+O? Cl2 +(3/2)O 催化技术：

通常采用催化加氢脱卤素技术，催化剂为Pd/Al2O3 。

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