1、第五章第五章 环境保护催化与环境友好催化技术环境保护催化与环境友好催化技术5.1 环境经济的提出和环境友好概念的产生环境经济的提出和环境友好概念的产生5.2 空气污染治理的催化技术空气污染治理的催化技术5.3 工业废液的催化净化技术工业废液的催化净化技术5.4 大气层保护与催化技术大气层保护与催化技术5.5 环境友好的催化技术（自学、作业环境友好的催化技术（自学、作业-上网查找环境友好上网查找环境友好催化技术的案例）催化技术的案例）5.6 光催化在环境科学中的应用光催化在环境科学中的应用1ppt课件2ppt课件现代大都市的空气污染会现代大都市的空气污染会不不会再造成伦敦烟雾事件？会再造成伦敦烟
2、雾事件？3ppt课件石油污染最严重的地区石油污染最严重的地区-墨西哥湾墨西哥湾4ppt课件酸酸雨雨使使我我国国大大量量的的林林木木被被毁毁5ppt课件臭氧层是唯一保护地球生命臭氧层是唯一保护地球生命不受紫外线强烈伤害的屏障不受紫外线强烈伤害的屏障6ppt课件环境催化：环境催化： 指用于减少环境不容物排放的催化技术指用于减少环境不容物排放的催化技术环境催化的特点：环境催化的特点：v涉及的范围更广涉及的范围更广v推广到整个工业生产和日常生活领域中的污染治理推广到整个工业生产和日常生活领域中的污染治理v反应条件苛刻反应条件苛刻7ppt课件环境催化的研究内容：环境催化的研究内容：v对污染的治理对污染的
3、治理 将污染物转化成无害物质，或回收加以利用；将污染物转化成无害物质，或回收加以利用；v在生产过程或化学反应过程中减少污染的排放，直至无污在生产过程或化学反应过程中减少污染的排放，直至无污染排放；染排放；v用新的原料、催化剂取代对环境有害的物质或开辟新的副用新的原料、催化剂取代对环境有害的物质或开辟新的副产物少、选择性高的催化反应路径。产物少、选择性高的催化反应路径。8ppt课件5.2 空气污染治理的催化技术空气污染治理的催化技术影响大气环境主要污染物：影响大气环境主要污染物： COx、NOx、 SOx、 VOCs（挥发性有机物）、（挥发性有机物）、微粒尘埃等。微粒尘埃等。9ppt课件发电厂、
4、水泥厂、发电厂、水泥厂、工业锅炉、废弃物工业锅炉、废弃物焚烧炉等烟囱排放焚烧炉等烟囱排放的污染物的污染物机动车尾气排放机动车尾气排放的污染物的污染物污染物产生源头：污染物产生源头：10ppt课件5.2.1 动态源的净化处理和三效催化剂动态源的净化处理和三效催化剂1、汽车尾气的主要污染物、汽车尾气的主要污染物一氧化碳（）一氧化碳（）碳氢化合物（）碳氢化合物（）氮氧化物（氮氧化物（x）硫氧化物（硫氧化物（x）颗粒物（铅化合物、黑烟、油雾等）颗粒物（铅化合物、黑烟、油雾等）臭气（甲醛、丙烯醛等）臭气（甲醛、丙烯醛等）11ppt课件2、三效催化剂、三效催化剂TWC （Three Way Convers
5、ion Catalyst)三效催化剂：三效催化剂： 以以Pt-Pd-Rh为主催化剂，能同时有效地对、为主催化剂，能同时有效地对、和和X进行催化转化。进行催化转化。12ppt课件13ppt课件 14ppt课件。 15ppt课件三效催化剂组成三效催化剂组成第一载体第一载体第二载体第二载体活性组分活性组分16ppt课件（一）第一载体（一）第一载体1、陶瓷材料（多孔堇青石）、陶瓷材料（多孔堇青石） 组成：组成：2MgO2Al2O35SiO2） 特点：抗热冲击性能优越，具有很低的热膨胀系特点：抗热冲击性能优越，具有很低的热膨胀系数。数。2、合金载体（不锈钢、合金载体（不锈钢、Ni-Cr，Fe-Cr-Al
6、） 特点：机械强度大，传热快、抗震性好、压降低、寿特点：机械强度大，传热快、抗震性好、压降低、寿命长等。命长等。17ppt课件（二）第二载体（涂层）（二）第二载体（涂层）-得到高的比表面积得到高的比表面积涂层材料须满足的条件：涂层材料须满足的条件：v有较高的热稳定性有较高的热稳定性v 增强涂层中某重要组分的热稳定性增强涂层中某重要组分的热稳定性v 协助或改善某些催化组分的功能协助或改善某些催化组分的功能常用涂层材料：常用涂层材料：Al2O3、SiO2、MgO、CeO2、ZrO2、La2O3等等18ppt课件（三）贵金属活性组分（三）贵金属活性组分 目前普遍采用目前普遍采用Pt、Rh、Pd贵金属
7、作活性组分。贵金属作活性组分。Pt：能有效促进：能有效促进CO和和HC的氧化催化的氧化催化Rh：主要催化：主要催化NOX的还原的还原Pd：主要用于催化：主要用于催化CO和和HC的转化的转化19ppt课件三效催化剂的性能影响因素及失活三效催化剂的性能影响因素及失活性能影响因素：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。运转情况。失活：失活： 基质破裂、基面涂层相变、活性组分迁移、贵金基质破裂、基面涂层相变、活性组分迁移、贵
8、金属烧结等。属烧结等。20ppt课件21ppt课件22ppt课件5.2.2 静态源的净化处理催化技术静态源的净化处理催化技术主要污染物：主要污染物： COx（CO、CO2）、）、NOx（NO、N2O、NO2）、）、SOx以及以及NH3 、烃类。、烃类。vCO2和和CH4 是温室气体是温室气体vNOx与烃类相互作用导致光化学烟雾与烃类相互作用导致光化学烟雾vSOx、 NOx会产生酸雨，破坏生态环境会产生酸雨，破坏生态环境23ppt课件光化学反应使NO2分解为NO和O3，大气中臭氧对人体健康十分有害。光化学烟雾中对植物有害的成分主要为臭氧和氮氧化合物：臭氧浓度超过0.1ppm时便对植物产生危害。N
9、O2浓度达1ppm时，某些植物便会受害。氮氧化物在大气的催化反应中可形成硝酸。美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾波及27个州。1952年美国洛杉矶发生光化学烟雾，附近农作物一夜之间严重受害；6.5万公顷的森林，29严重受害，33中等受害，其余38也受轻度损害。24ppt课件不同浓度的不同浓度的NO2对人体健康的影响对人体健康的影响浓 度 (ppm )影 响1.0闻 到 臭 味5.0闻 到 很 强 烈 的 臭 味10-15眼 、 鼻 、 呼 吸 道 受 到 强 烈 刺 激501 分 钟 内 人 体 呼 吸 异 常 ， 鼻 受 到 刺 激803 5 分 钟 内 引 起 胸 痛100-150人 在
10、30 60 分 钟 就 会 因 肺 水 肿 死 亡200 以 上人 瞬 间 死 亡25ppt课件1、NO的催化分解的催化分解 必须使用催化剂加速分解，常用的催化剂为：必须使用催化剂加速分解，常用的催化剂为：Pt/Al2O3及一些非负载型的过渡金属氧化物，例如及一些非负载型的过渡金属氧化物，例如Co3O4、NiO、Fe2O3和和ZrO2等。等。26ppt课件2、NOx的催化还原脱除的催化还原脱除-选择性催化还原法选择性催化还原法 (SCR)还原剂还原剂: NH3 还原产物还原产物: N2 和和H2O催化剂催化剂: 一般为过渡金属氧化物，负载于载体上一般为过渡金属氧化物，负载于载体上如如TiO2/
11、SiO2,V2O5/SiO2,MoO3/Al2O3等。等。27ppt课件SCR法优点：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；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；催化剂易得，选择余地大；(3) 还原剂还原剂NH3相对易得，起燃温度低反应热低，床温通常低相对易得，起燃温度低反应热低，床温通常低于于300,有利于延长催化剂寿命和降低反应器对材料要求。有利于延长催化剂寿命和降低反应器对材料要求。28ppt课件SCR催化技术工业应用催化技术工业应用 根据催化
12、剂反应器在锅炉尾部烟道的位置根据催化剂反应器在锅炉尾部烟道的位置,有三种方案有三种方案:(1)SCR单元直接至于锅炉之后，净化烟道气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在静电除尘器和空气预热器之间(3)布置在布置在FGD(湿法烟气脱硫装置湿法烟气脱硫装置)之后之后29ppt课件静电除尘器静电除尘器NH3储罐蒸发器储罐蒸发器去湿法烟气脱硫系去湿法烟气脱硫系统统NH3NH3锅炉锅炉SCR反应器反应器空气预热器空气预热器空气空气NH3+空气空气SCR反应器置于空气预热器前的高尘烟气中反应器置于空气预热器前的高尘烟气中30ppt课件SCR反应器置于空气预热器与静电除尘器之
13、间反应器置于空气预热器与静电除尘器之间锅炉锅炉静电除尘静电除尘器器SCR反应器反应器空气预热器空气预热器NH3NH3+空气空气湿法烟气湿法烟气脱硫系统脱硫系统空气空气去烟囱去烟囱空气空气NH3储罐蒸发器储罐蒸发器31ppt课件SCR反应器反应器布置在布置在FGD(湿法烟气脱硫装置湿法烟气脱硫装置)之后之后锅炉锅炉静电除尘静电除尘器器SCR反应器反应器空气预热器空气预热器NH3NH3+空气空气湿法烟气湿法烟气脱硫系统脱硫系统空气空气气气/气加热器气加热器去烟囱去烟囱空气气/油燃烧器或蒸汽换热器NH3储罐蒸发器储罐蒸发器32ppt课件33ppt课件 422322SO HOHSO活性炭 OH21SO
14、34ppt课件 35ppt课件 36ppt课件 37ppt课件5.3 工业废液的催化净化技术工业废液的催化净化技术5.3.1 工业废水对环境的冲击工业废水对环境的冲击 工业的发展造成了越来越严重的环境污染，水体中大量污染物严重威胁着人类自身的健康。 1994年以来，美国在饮用水中发现了100多种合成有机物，如多氯联苯、多环芳烃等，具有“三致”作用(致癌、致突变、致畸)。 根据我国1998年对全国109700公里河流进行的评价，我国河流长度有70.6%被污染，其中有机污染是一个不可忽视的因素。38ppt课件39ppt课件40ppt课件41ppt课件5.3.2 催化处理趋于废弃物最少催化处理趋于废
15、弃物最少遵循遵循4R原则：原则：减少（减少（reduction）再用再用 (reuse)再循环再循环(recycling)再回收再回收(recovery)零排放零排放42ppt课件5.3.3 WAO和和CWAO 湿空气氧化（湿空气氧化（WAO）是处理含有毒物或高有机物废水）是处理含有毒物或高有机物废水的重要技术。的重要技术。 WAO是在高温（是在高温（125320）、加压（）、加压（0.520MPa）条）条件下的液相氧化，采用气相氧源（常用空气）。件下的液相氧化，采用气相氧源（常用空气）。高温加压目的：强化氧在液相中的溶解度、保持水处高温加压目的：强化氧在液相中的溶解度、保持水处于液相。于液相
16、。43ppt课件 有机废弃物经有机废弃物经WAO氧化成氧化成CO2和和H2O，氮转化成，氮转化成NH3 、NO2或或N2，卤素和硫转化成无机卤化物和硫酸盐。，卤素和硫转化成无机卤化物和硫酸盐。影响氧化程度因素：影响氧化程度因素： 温度、氧分压、停留时间和污染物在反应条件下的可温度、氧分压、停留时间和污染物在反应条件下的可氧化程度。氧化程度。44ppt课件WAO的优点：的优点：v作为清洁氧化剂，适用于作为清洁氧化剂，适用于COD10100g/Lv 自成封闭系统，与环境无相互作用自成封闭系统，与环境无相互作用v 无任何的污染转移无任何的污染转移v 应用于高有机含氮和氨体系，可回收机械能，并且不需应
17、用于高有机含氮和氨体系，可回收机械能，并且不需要任何辅助燃料，成为自维持体系要任何辅助燃料，成为自维持体系v 对比于其他热氧化法，对比于其他热氧化法，WAO需要很少的燃料，燃料主要需要很少的燃料，燃料主要消耗于压缩空气动力和高压液泵，采用合适的催化剂，耗消耗于压缩空气动力和高压液泵，采用合适的催化剂，耗能更少能更少45ppt课件CWAO催化剂：催化剂：对于液相氧化反应，常以过渡金属盐作氧化催化剂，如对于液相氧化反应，常以过渡金属盐作氧化催化剂，如Fe3+/Fe2+ 。均相铜盐均相铜盐也是最活跃的均相氧化催化剂也是最活跃的均相氧化催化剂46ppt课件5.4 大气层保护与催化技术大气层保护与催化技
18、术5.4.1 保护臭氧层的催化技术保护臭氧层的催化技术臭氧层的破坏：臭氧层的破坏：O3 在一些自由基（在一些自由基（FR）存在下，可以发）存在下，可以发生反应，再度转化为生反应，再度转化为O2 。O3+FROFRO+O2 O +FRO FR +O2 47ppt课件 地球上存在大量的氯氟烃化合物，如氯苯、氯代酚、氟利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，造成对离基分解，造成对O3 层的破坏。层的破坏。CCl3F+hv Cl + CCl2FCl +O3ClO+O22ClO+
19、OCl2 +(3/2)O248ppt课件催化技术：催化技术： 通常采用催化加氢脱卤素技术，催化剂为通常采用催化加氢脱卤素技术，催化剂为Pd/Al2O3 。氯氟烃还可以采用光催化处理方法。氯氟烃还可以采用光催化处理方法。49ppt课件5.4.2 控制温室效应气体排放的催化技术控制温室效应气体排放的催化技术温室效应：由于大气层中的某些气体对太阳辐射的红外线温室效应：由于大气层中的某些气体对太阳辐射的红外线吸收而导致大气层温度升高、地球变暖的现象。吸收而导致大气层温度升高、地球变暖的现象。造成温室效应的有害气体：造成温室效应的有害气体： CO2（44%）、）、CH4（18%）、氯氟烃（）、氯氟烃（1
20、4%）、）、NO2 （6%）、其他（）、其他（13%）50ppt课件措施：措施：v 利用催化技术的创新提高能源的利用率、用可再生能利用催化技术的创新提高能源的利用率、用可再生能源代替化工石油能源源代替化工石油能源v 利用催化技术实现以化石能源发电的电站达到利用催化技术实现以化石能源发电的电站达到“CO2零排放零排放”v 通过催化技术选择性催化转化通过催化技术选择性催化转化CO2为有用化学品为有用化学品v 生物法、光催化法生物法、光催化法51ppt课件5.6 光催化在环境科学中的应用光催化在环境科学中的应用光催化：光催化： 在光的辐照下，使催化剂周围的在光的辐照下，使催化剂周围的O2和和H2O转
21、化成及具转化成及具活性的氧自由基、羟基自由基，氧化力极强，几乎可分解活性的氧自由基、羟基自由基，氧化力极强，几乎可分解所有对人体或环境有害的有机物质。所有对人体或环境有害的有机物质。 用作光催化剂的化合物大多用作光催化剂的化合物大多具有半导体性质具有半导体性质。如。如TiO2 、ZnO、WO3、CdS、ZnS等。等。52ppt课件光光催催化化原原理理53ppt课件TiO2 +hve- +h+2H2O +4h+4H+ +O2 H2O +h+OH + H+H2O2 2H+ +O2 +2e-O2 + e- O2-阳极：阳极：阴极：阴极：TiOTiO2 2半导体在溶液中的基本反应式半导体在溶液中的基本反应式54ppt课件光催化的应用：光催化的应用：v工业废水处理工业废水处理v室内空气污染净化室内空气污染净化55ppt课件 56ppt课件57ppt课件 58ppt课件59ppt课件60ppt课件 61ppt课件62ppt课件制备高效催化剂，提高光催化剂的量子转化效率；扩大光催化剂的吸收波长范围，尤其是开发可见光光催化剂，以便充分利用太阳光。寻找合适的载体和固定化方法，大型光催化氧化反应器的设计。反应机理研究中尚缺乏中间产物及活性物种的鉴定，机理研究仍处于设想与推测阶段。光催化展望光催化展望63ppt课件
