第六章-环境保护与环境友好催化技术课件.ppt

1、2022-12-41第二章 环境保护与环境友好催化技术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催化技术光催化技术2022-12-42空气污染治理的催化技术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 机动车尾气排放的污染物机动车尾气排放的污染物静态源的净化处理催化技术静态源的净化处理催化技术 发电厂、水泥厂、工业锅炉等烟囱排放的污染发电厂、水泥厂、工业锅炉等烟囱排放的污染物物2022-12-43机动车尾气净化催化技术 尾气来源尾气来源汽油中的烃类与空气中的氧气反应生成汽油中的烃类与空气中的氧气反应生成CO2和和H2O。不完全燃烧产生的烃类、醇、醛和不

2、完全燃烧产生的烃类、醇、醛和CO等氧化中间等氧化中间物。物。火焰的热裂解形成不同于原组成的小烃分子和火焰的热裂解形成不同于原组成的小烃分子和H2。化石燃料中的硫和氮燃烧后形成化石燃料中的硫和氮燃烧后形成SOx和和NOx。燃烧温度超过燃烧温度超过1700K时，空气中的时，空气中的N2和和O2反应生成反应生成NO和和NOx。2022-12-44机动车尾气净化催化技术 美国于美国于2020世纪世纪7070年代规定汽车必须安装车用催化年代规定汽车必须安装车用催化转化器。转化器。我国于我国于19831983年开始颁布汽车尾气排放国家标准，年开始颁布汽车尾气排放国家标准，现在北京、上海、广州等大城市均已实

3、施对汽车现在北京、上海、广州等大城市均已实施对汽车尾气进行强制性检测。尾气进行强制性检测。中国汽车尾气排放的标准基本上参照欧洲，分为中国汽车尾气排放的标准基本上参照欧洲，分为四个等级，但要求和实施的等级和年限稍有滞后。四个等级，但要求和实施的等级和年限稍有滞后。2022-12-45三效催化剂 在操作条件下可同时净化处理在操作条件下可同时净化处理CO、HC和和NOx。包括载体涂层和活性组分，置于汽车尾气催化转化包括载体涂层和活性组分，置于汽车尾气催化转化器中。器中。目前广泛使用的为块状式载体，材质有陶瓷（多孔堇青石）目前广泛使用的为块状式载体，材质有陶瓷（多孔堇青石）和合金两大类。和合金两大类。

4、载体表面复合的一层高比表面的无机氧化物涂层，也称第二载体表面复合的一层高比表面的无机氧化物涂层，也称第二载体。载体。贵金属活性组分（贵金属活性组分（Pt、Rh、Pd）。）。2022-12-46三效催化剂载体 陶 瓷 材 料 为陶 瓷 材 料 为 多 孔 堇 青 石多 孔 堇 青 石，化 学 组 成 为，化 学 组 成 为2MgO2Al2O35SiO2，还有少量，还有少量Na2O、Fe2O3、CaO。整体为。整体为蜂窝状蜂窝状，通道截面多为三角形和方形。，通道截面多为三角形和方形。其突出优点为抗热冲击性能优越，具有很低的热膨其突出优点为抗热冲击性能优越，具有很低的热膨胀系数。胀系数。合金载体有合

5、金载体有不锈钢、不锈钢、Ni-Cr、Fe-Cr-Al等材料。等材料。外观为外观为蜂窝状蜂窝状，内部由平板和波纹状金属片构成。，内部由平板和波纹状金属片构成。其特点是机械强度大、传热快、抗震性好、压降低、其特点是机械强度大、传热快、抗震性好、压降低、寿命长等。寿命长等。2022-12-47三效催化剂涂层 载体无论是陶瓷还是合金，比表面积只有载体无论是陶瓷还是合金，比表面积只有2-4m2/g，对于负载型催化剂来说太小，不利于活性，对于负载型催化剂来说太小，不利于活性组分的有效负载量，也不利于活性组分的高度分散，组分的有效负载量，也不利于活性组分的高度分散，对吸附消除尾气中的有害杂质也不利。对吸附消

6、除尾气中的有害杂质也不利。涂层可选择涂层可选择Al2O3、SiO2、MgO、CeO2、ZrO2等，也可以是复合氧化物，应满足以下要求：等，也可以是复合氧化物，应满足以下要求：有较高的热稳定性 增强涂层中某重要组分的热稳定性 协助或改善某些催化组分的功能2022-12-48三效催化剂贵金属活性组分 早期多使用早期多使用Fe、Co、Ni等过渡金属，目前普遍等过渡金属，目前普遍采用采用 Pt、Rh、Pd贵金属做活性组分。贵金属做活性组分。Pt能有效的促进能有效的促进CO和和HC的催化氧化，也能促进水煤气的催化氧化，也能促进水煤气变换反应。对变换反应。对NOx还原能力不如还原能力不如Rh。Rh是催化是

7、催化NOx还原的主要组分，在氧化气氛下还原产还原的主要组分，在氧化气氛下还原产物为物为N2，在低温、无氧条件下主要产物为，在低温、无氧条件下主要产物为NH3，高温时主要，高温时主要产物为产物为N2。氧浓度超过一定限度则不能有效还原。对。氧浓度超过一定限度则不能有效还原。对CO的的氧化和氧化和HC的水蒸气重整也有催化作用，但其热稳定性和抗的水蒸气重整也有催化作用，但其热稳定性和抗毒能力不如毒能力不如Pt。Pd的起燃活性好，热稳定性高，但对汽油中的铅硫含的起燃活性好，热稳定性高，但对汽油中的铅硫含量要求更高。主要催化量要求更高。主要催化CO和和HC的转化。高温易与的转化。高温易与Pt、Rh形成合金

8、，形成合金，Pd处在外层，对处在外层，对Rh的活性产生负面影响。的活性产生负面影响。2022-12-49静态源的净化处理催化技术 静态源污染：发电厂的烟囱排放气、各类工业生静态源污染：发电厂的烟囱排放气、各类工业生产过程的排放气、垃圾废弃物焚烧的排放气、民产过程的排放气、垃圾废弃物焚烧的排放气、民用燃烧排放气等。用燃烧排放气等。N2O、CO2、CH4属温室气体，引发全球变暖、冰川融属温室气体，引发全球变暖、冰川融化、海平面上升、气候恶化、土壤沙漠化等一系列环境问化、海平面上升、气候恶化、土壤沙漠化等一系列环境问题。题。NOx与烃类相互作用导致光化学烟雾，严重危害人身与烃类相互作用导致光化学烟雾

9、，严重危害人身体健康。体健康。SOx、NOx会产生酸雨，破坏生态环境，危害生物的会产生酸雨，破坏生态环境，危害生物的生存发展。生存发展。2022-12-410NO的催化分解 在高温下在高温下NO不稳定，但其分解速率很低，必须使不稳定，但其分解速率很低，必须使用催化剂加速分解。用催化剂加速分解。Pt/Al2O3及一些非负载过渡金属氧化物，如及一些非负载过渡金属氧化物，如Co3O4、NiO、Fe2O3等。等。氧的存在会强烈抑制分解反应，因氧的存在会强烈抑制分解反应，因O2易与易与NO在催化剂在催化剂表面上发生竞争性化学吸附。表面上发生竞争性化学吸附。Co、Cu交换的分子筛在交换的分子筛在623-6

10、73k是活泼的分解催化剂，是活泼的分解催化剂，Rh、Ru负载在负载在ZSM-5上在上在523-573k是活泼的催化剂。是活泼的催化剂。2022-12-411NOx的催化还原脱除 NOx的选择性还原一般选的选择性还原一般选NH3做还原剂，在催做还原剂，在催化作用下还原为化作用下还原为N2和和H2O。催化剂为过渡金属氧化物负载在载体上，如催化剂为过渡金属氧化物负载在载体上，如TiO2/SiO2、V2O5/SiO2、MoO3/Al2O3、WO3/Al2O3。此催化反应效率相当高，此催化反应效率相当高，NOx的脱除率可达的脱除率可达99，发电厂广泛采用选择性催化还原技术（，发电厂广泛采用选择性催化还原

11、技术（SCR）处理排放气中的处理排放气中的NOx。2022-12-412工业废液的催化净化技术 废水的主要组成废水的主要组成 油、硫、酚、氰化物、油、硫、酚、氰化物、COD、多种有机化学产品、多种有机化学产品（多环芳烃、芳香胺类、杂环化合物等）（多环芳烃、芳香胺类、杂环化合物等）催化处理的催化处理的4R原则原则目的是达到目的是达到“零排放零排放”Reduction Reuse Recycle Recovery2022-12-413WAO和CWAO 湿空气氧化（湿空气氧化（WAO）是处理废水，尤其是含有毒物和高）是处理废水，尤其是含有毒物和高有机物废水的重要技术。有机物废水的重要技术。WAO涉及

12、有机或无机可氧化组分在涉及有机或无机可氧化组分在高温（高温（125-320）加压（）加压（0.5-20MPa）条件下的液相氧化。）条件下的液相氧化。经经WAO有机废弃物氧化成有机废弃物氧化成CO2和和H2O，氮转化为，氮转化为NH3、NO2和和N2，卤素和硫转化为无机卤化物和硫酸盐。，卤素和硫转化为无机卤化物和硫酸盐。WAO的主要问题：低分子量羧酸阻止进一步氧化；氮原的主要问题：低分子量羧酸阻止进一步氧化；氮原子都变成子都变成NH3，进一步氧化很困难。要使，进一步氧化很困难。要使NH3分解，操作条分解，操作条件为件为270，7.00MPa，能耗太高，且反应釜腐蚀严重。因此，能耗太高，且反应釜腐

13、蚀严重。因此开发催化湿空气氧化（开发催化湿空气氧化（CWAO），），Cu、Mn、Fe是最常用的是最常用的CWAO催化剂。催化剂。2022-12-414CWAO 为了维护水中生物的生存，氨氮浓度必须控制为了维护水中生物的生存，氨氮浓度必须控制在在1mg/L以下，以下，NH3很难进一步氧化，故对水环境很难进一步氧化，故对水环境污染特别有害。采用污染特别有害。采用Ru/Al2O3催化剂在催化剂在180，3.0 MPa条件下可使条件下可使NH3完全分解脱除。完全分解脱除。Ru是分解脱除是分解脱除NH3最有效的催化剂，也是合最有效的催化剂，也是合成氨最有效的催化剂。成氨最有效的催化剂。2022-12-4

14、15大气层保护与催化技术 当代全球十大环境问题的前三项：大气污染、臭氧层破坏、全球变暖。保护臭氧层催化技术 控制温室效应气体排放的催化技术2022-12-416保护臭氧层的催化技术 地球表面15-50km上空，存在一臭氧层，对滤阻紫外线对地球生物的杀伤和破坏起重要作用。臭氧是O2受到阳光照射（波长在200nm以下）的产物。在一些自由基（FR）存在下，O3可再转化成 O2，造成臭氧层破坏。氯氟烃化合物（氯苯、氯代酚、氟里昂等）经太阳辐射发生游离基分解，可破坏臭氧层。对氯苯的处理，现在普遍采用催化加氢脱氯（HDC）技术，热脱卤素用于含卤素化合物的技术已很成熟，但在高温下进行（1173K），完全脱除

15、HX接近99.95。2022-12-417保护臭氧层的催化技术 现已开发成功过渡金属酶催化脱现已开发成功过渡金属酶催化脱HCl技术，如技术，如Co-维生素维生素B12、Ni-F-430、Fe-苏木精等。苏木精等。Pd/Al2O3是最活泼的脱卤素催化剂。是最活泼的脱卤素催化剂。2022-12-418 控制温室效应气体排放的催化技术 温室效应温室效应 由于大气层中的某些气体对太阳辐射的红外线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。温室效应破坏了生态环境，对自然界和人类社温室效应破坏了生态环境，对自然界和人类社会造成

16、众多危害。如近年来气候会造成众多危害。如近年来气候“走极端走极端”的反常的反常现象越来越明显。现象越来越明显。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(14%)、NO2(6%)、其他、其他(13%)等，其中居首位的是等，其中居首位的是CO2的排放。的排放。2022-12-419 CO2的排放大户是热电厂和工业锅炉，都是使用燃煤、石油等矿物燃料。降低CO2排放首先要提高能源的利用效率，采用可再生能源代替化石能源。其次，创新设计燃煤发电和联产合成气或液态燃料联合循环技术，如美国和欧洲规划的“Vision-21”，基本做到没有CO2排放。20

17、20年，欧盟第一座“CO2零排放电站”将并网发电。2050年，欧洲所有以化石能源发电的电站，实现CO2零排放。第三，通过催化技术，选择性催化转化CO2为有用化学品。如将CO2与环氧丙烷共聚合成聚碳酸酯。150多个国家签署京都议定书，为了共同保护好人类赖以生存的地球生态。控制温室效应气体排放的催化技术2022-12-420环境友好的催化技术 19871991年，世界的生产水平提高了年，世界的生产水平提高了10，而同期对空气、水源和土地的污染排放，整体降而同期对空气、水源和土地的污染排放，整体降低了低了41，但仍没有达到环境友好的要求。，但仍没有达到环境友好的要求。环境友好加工要求：极高的转化率；

18、接近环境友好加工要求：极高的转化率；接近100的选择性；污染物的浓度必须降至的选择性；污染物的浓度必须降至10-6级或级或零排放。零排放。2022-12-421环境友好的催化技术 绿色化学的绿色化学的1212条原则条原则 防止废弃物的产生，而不是产生后再处理防止废弃物的产生，而不是产生后再处理 设计的合成方法应尽可能将所有起始物嵌入到最终产物设计的合成方法应尽可能将所有起始物嵌入到最终产物中去中去 只要可能，合成方法应设计成反应中使用和生成的物质只要可能，合成方法应设计成反应中使用和生成的物质对人体健康和环境无毒或毒性很小对人体健康和环境无毒或毒性很小 设计的化学产品应在保护其应有功能的同时尽

19、量使其无设计的化学产品应在保护其应有功能的同时尽量使其无毒或毒性很小毒或毒性很小 尽量不使用辅助性物质，如果一定要用也应使用无毒物尽量不使用辅助性物质，如果一定要用也应使用无毒物质质 能量消耗越少越好，应能为环境和经济方面所认可，合能量消耗越少越好，应能为环境和经济方面所认可，合成方法应在常温常压下实施成方法应在常温常压下实施2022-12-422环境友好的催化技术 只要技术和经济上可行，使用的原材料应是可以再生的只要技术和经济上可行，使用的原材料应是可以再生的 应尽量避免不必要的派生过程（屏蔽集团、保护去保应尽量避免不必要的派生过程（屏蔽集团、保护去保护、物理化学过程的临时性修饰）护、物理化

20、学过程的临时性修饰）尽量使用具有催化选择性的试剂，避免使用计量比试剂尽量使用具有催化选择性的试剂，避免使用计量比试剂 化学产品的设计应保留其功能，减少其毒性，当完成自化学产品的设计应保留其功能，减少其毒性，当完成自身功能后不再滞留于环境中，可降解为无毒的产物身功能后不再滞留于环境中，可降解为无毒的产物 需要开发实时跟踪监控的分析方法，且预先监控有毒物需要开发实时跟踪监控的分析方法，且预先监控有毒物质的形成质的形成 化学物质及其在化工过程使用中的物态应选择为潜在化化学物质及其在化工过程使用中的物态应选择为潜在化学随机事故（气体泄漏、学随机事故（气体泄漏、爆炸、着火）最小爆炸、着火）最小 所有因素

21、同时为最大是不可能的，但需要找出所有因素同时为最大是不可能的，但需要找出最高效益的最佳判据最高效益的最佳判据2022-12-423完成绿色化学原则的催化技术 防止废弃物生成防止废弃物生成 传统羰基化反应和甲基化反应使用光气，会产生有毒传统羰基化反应和甲基化反应使用光气，会产生有毒副产物。现在采用碳酸二甲酯副产物。现在采用碳酸二甲酯(DMC)取代光气，免除了有毒取代光气，免除了有毒废弃物的形成。满足第一、第三（不使用有毒试剂）和第十废弃物的形成。满足第一、第三（不使用有毒试剂）和第十二条原则（消除了潜在的化学随机事故）。二条原则（消除了潜在的化学随机事故）。2022-12-424 原子经济原子经

22、济 传统化学反应采用产物收率作为成功判据。绿色化学采传统化学反应采用产物收率作为成功判据。绿色化学采用用原子经济原子经济评价反应物进入目的产物的效率。评价反应物进入目的产物的效率。Witting反应反应是一个传统收率较理想而原子经济性很差的典型例证。该反是一个传统收率较理想而原子经济性很差的典型例证。该反应收率达应收率达80以上，但反应物分子溴化甲基三苯基膦中，仅以上，但反应物分子溴化甲基三苯基膦中，仅有亚甲基进入到产物分子中，原子利用率只有有亚甲基进入到产物分子中，原子利用率只有4。因此，。因此，探索既有选择性又有原子经济性的合成方法，将成为研究热探索既有选择性又有原子经济性的合成方法，将成

23、为研究热点。点。完成绿色化学原则的催化技术2022-12-425完成绿色化学原则的催化技术 合成方法中尽可能不用或少用对人体健康有害和毒合成方法中尽可能不用或少用对人体健康有害和毒害环境的化学品。害环境的化学品。以异丙苯的生产为例。传统的生产采用苯和丙烯烷基化，以异丙苯的生产为例。传统的生产采用苯和丙烯烷基化，采用磷酸或采用磷酸或AlCl3作催化剂。两种催化剂都具有腐蚀性，且衍作催化剂。两种催化剂都具有腐蚀性，且衍生出污染环境的废弃物。现在采用分子筛催化剂，既是环境生出污染环境的废弃物。现在采用分子筛催化剂，既是环境友好的，又获得高收率产物。新合成法的废弃物少、能耗少、友好的，又获得高收率产物

24、。新合成法的废弃物少、能耗少、使用无腐蚀的催化剂。使用无腐蚀的催化剂。2022-12-426完成绿色化学原则的催化技术 安全溶剂和辅助试剂安全溶剂和辅助试剂 溶剂、辅助试剂主要用于促进反应，一般不需要嵌入最溶剂、辅助试剂主要用于促进反应，一般不需要嵌入最终产物，多数变为废弃物污染环境。因此应尽可能使用环境终产物，多数变为废弃物污染环境。因此应尽可能使用环境友好的溶剂，如水、超临界友好的溶剂，如水、超临界CO2等。反应设计时应该考虑到等。反应设计时应该考虑到末端产物和未转化的反应物分离，应采用环境友好的分离技末端产物和未转化的反应物分离，应采用环境友好的分离技术。术。关于能源效率和节约能源问题。

25、能源应用有许多形式，关于能源效率和节约能源问题。能源应用有许多形式，如加热、制冷、高压、真空、超声波处理等。产物的分离纯如加热、制冷、高压、真空、超声波处理等。产物的分离纯化也要耗能。在特定的反应中为降低能耗采用催化技术是最化也要耗能。在特定的反应中为降低能耗采用催化技术是最有效的工具。有效的工具。2022-12-427完成绿色化学原则的催化技术 尽可能使用可再生资源尽可能使用可再生资源 以邻苯二酚的合成为例。传统上从苯出发，先用磷酸催以邻苯二酚的合成为例。传统上从苯出发，先用磷酸催化，与丙烯反应生成异丙苯，再经氧化成苯酚，最后用化，与丙烯反应生成异丙苯，再经氧化成苯酚，最后用H2O2+EDT

26、A在在Fe2+或或Co2+催化下得到产物。苯是致癌物质，催化下得到产物。苯是致癌物质，来自石油，是不可再生资源，合成路线长、能耗高、会造成来自石油，是不可再生资源，合成路线长、能耗高、会造成环境污染。采用生物催化从右旋葡萄糖出发，一步即得到产环境污染。采用生物催化从右旋葡萄糖出发，一步即得到产物。物。2022-12-428完成绿色化学原则的催化技术 尽可能使用安全物质及形态，尽可能减少化学事故尽可能使用安全物质及形态，尽可能减少化学事故发生。发生。异氰酸酯的生产，传统采用光气，这是一种剧毒物质，异氰酸酯的生产，传统采用光气，这是一种剧毒物质，易引发化学事故。易引发化学事故。Monsanto公司

27、开发了一条用伯胺、公司开发了一条用伯胺、CO2和和有机碱合成的新路线，避开了光气，整个过程无废弃物排放，有机碱合成的新路线，避开了光气，整个过程无废弃物排放，也消除了引发化学事故的危险。也消除了引发化学事故的危险。2022-12-429“E因子”与绿色化工生产 生产每千克产物所形成的废弃物量来衡量化工生产每千克产物所形成的废弃物量来衡量化工过程的过程的“绿色特征绿色特征”。此量表示为化工过程的。此量表示为化工过程的E因子。因子。E因子千克废弃物千克产物因子千克废弃物千克产物 从大吨位过程产品过渡到精细化学品和制药时，由于从大吨位过程产品过渡到精细化学品和制药时，由于后两类过程使用化学计量试剂而

28、非催化剂，且涉及多步合后两类过程使用化学计量试剂而非催化剂，且涉及多步合成，成，E因子急剧增大。由此可看出催化技术的重要性。因子急剧增大。由此可看出催化技术的重要性。2022-12-430原子经济与绿色化工生产 原子的利用或原子经济概念是一种极有用的工具，原子的利用或原子经济概念是一种极有用的工具，由由B.M.Trost提出，可用以快速评价不同过程废弃物提出，可用以快速评价不同过程废弃物的发生量。的发生量。原子经济性被利用原子的质量反应中全部反应物分子的质量（）原子经济性被利用原子的质量反应中全部反应物分子的质量（）原子经济性是从原子水平上看化学反应，产率或收率是从原子经济性是从原子水平上看化

29、学反应，产率或收率是从传统宏观量上看反应。从绿色化学观点看，反应的原子经济性传统宏观量上看反应。从绿色化学观点看，反应的原子经济性为为100就具有本质的合成精度而无副产废弃物。就具有本质的合成精度而无副产废弃物。2022-12-431环境友好催化技术的案例分析 择形催化技术择形催化技术 分子筛是一种理想的适合于创造环境友好工艺的催化剂。分子筛是一种理想的适合于创造环境友好工艺的催化剂。能择形催化，提供超高级别的反应选择性，具有很高的活能择形催化，提供超高级别的反应选择性，具有很高的活性中心密度，能产生较高的反应速率。性中心密度，能产生较高的反应速率。可以再生，即使废弃也能与环境兼容，因为其本身

30、就是可以再生，即使废弃也能与环境兼容，因为其本身就是天然原料，合成的与天然的完全相同。天然原料，合成的与天然的完全相同。2022-12-432环境友好催化技术的案例分析 清洁氧化技术清洁氧化技术 传统的氧化剂（传统的氧化剂（K2Cr2O7和和KMnO4）副产有害的无机盐，烷）副产有害的无机盐，烷基过氧化物基过氧化物ROOH副产的醇类化合物是有机废弃物。最好的副产的醇类化合物是有机废弃物。最好的环境友好氧化剂是环境友好氧化剂是O2和和H2O2，反应后变成，反应后变成H2O，无污染。但，无污染。但分子氧作催化剂有困难：基态为三态，与绝大多数有机分子分子氧作催化剂有困难：基态为三态，与绝大多数有机分

31、子反应属自旋禁阻，热力学有利，但动力学不利，易进行深度反应属自旋禁阻，热力学有利，但动力学不利，易进行深度氧化；选择性氧化主产物为含氧物或环氧物，比母体烃分子氧化；选择性氧化主产物为含氧物或环氧物，比母体烃分子更易氧化，最终变成更易氧化，最终变成CO2和和H2O；无选择性，唯一的例外是与；无选择性，唯一的例外是与酶结合，具有化学、立构和手性选择性。酶结合，具有化学、立构和手性选择性。而而H2O2+TS-1是一种憎水催化剂。是一种憎水催化剂。2022-12-433环境友好催化技术的案例分析 水相催化水相催化 用水代替有机物作反应介质，有利于环境友好。但用水代替有机物作反应介质，有利于环境友好。但

32、H2O分子不是惰性的，对反应物能起活化作用，产生溶剂效应；分子不是惰性的，对反应物能起活化作用，产生溶剂效应；H2O分子对众多络合中心金属离子是良好的配体，有竞争作分子对众多络合中心金属离子是良好的配体，有竞争作用。用。20世纪世纪90年代初美国开发的负载型水相催化反应年代初美国开发的负载型水相催化反应（SAP），将传统的、污染环境的许多有机催化反应转变为），将传统的、污染环境的许多有机催化反应转变为环境友好的。环境友好的。SPA催化剂由水溶性的有机金属络合物和水组催化剂由水溶性的有机金属络合物和水组成，在高比表面积的亲水载体上形成一层薄膜，载体的孔径成，在高比表面积的亲水载体上形成一层薄膜，

33、载体的孔径可调，有机反应在水膜有机界面处进行。这种催化体系的特可调，有机反应在水膜有机界面处进行。这种催化体系的特点是：选择性高，催化剂与反应体系易分离，对贵金属活性点是：选择性高，催化剂与反应体系易分离，对贵金属活性组分回收率高，无残留物，无污染。组分回收率高，无残留物，无污染。2022-12-434环境友好催化技术的案例分析 溶剂催化技术溶剂催化技术 寻求非传统溶剂是绿色化工过程的重要目标之一。如超寻求非传统溶剂是绿色化工过程的重要目标之一。如超临界流体介质，包括临界流体介质，包括SC-CO2、SC-C3、SC-H2O；室温离子液；室温离子液体（体（RTIL）；氟两相体系（）；氟两相体系（

34、FBPS）；无溶剂的相反应等。）；无溶剂的相反应等。SC-CO2中加入适当的表面活性剂可使许多工业材料如聚中加入适当的表面活性剂可使许多工业材料如聚合物、重油、蛋白质等溶解。虽然合物、重油、蛋白质等溶解。虽然CO2是温室气体，但是温室气体，但SC-CO2不会带来大气层新的危害。因为使用的不会带来大气层新的危害。因为使用的CO2从氨厂或天然从氨厂或天然气矿井回收，利用后不会排放，易由气矿井回收，利用后不会排放，易由SC-CO2蒸发成气体回收。蒸发成气体回收。2022-12-435光催化在环境科学中的应用 光催化在污水处理和太阳能转换方面得到广泛的光催化在污水处理和太阳能转换方面得到广泛的应用应用

35、 环境光催化环境光催化光催化裂解过程光催化裂解过程 光催化是在光的辐照下使催化剂周围的光催化是在光的辐照下使催化剂周围的O2和和H2O转化成转化成活性极高的氧自由基，氧化力极强，几乎可以分解对人体活性极高的氧自由基，氧化力极强，几乎可以分解对人体和环境有害的所有有机物质。光催化剂大多具有半导体性和环境有害的所有有机物质。光催化剂大多具有半导体性质，如质，如TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS等。等。TiO2是最常用是最常用的光催化剂，稳定性好，无毒且与人体相容性好。的光催化剂，稳定性好，无毒且与人体相容性好。2022-12-436光催化原理 当当TiO2吸收光子能量后，其价带上的一个电子跃

36、迁到导吸收光子能量后，其价带上的一个电子跃迁到导带；原价带保留一个空穴，带正电荷。跃迁电子和电空穴都带；原价带保留一个空穴，带正电荷。跃迁电子和电空穴都不稳定，可以供给周围介质，使其还原或氧化。因为不稳定，可以供给周围介质，使其还原或氧化。因为TiO2的的带隙宽为带隙宽为3.2ev，必须为紫外线（波长，必须为紫外线（波长380nm）才能激发，产）才能激发，产生的电子空穴对迁移到生的电子空穴对迁移到TiO2表面，分别进行还原（电子）表面，分别进行还原（电子）氧化（空穴）反应。氧化（空穴）反应。每个每个TiO2视为一个小型化学电池，表面由许多阴极和阳视为一个小型化学电池，表面由许多阴极和阳极活性基

37、组成，可将电子或空穴传递给吸附在表面的分子或极活性基组成，可将电子或空穴传递给吸附在表面的分子或离子，进行氧化还原反应：阳极传递空穴产生离子，进行氧化还原反应：阳极传递空穴产生O2或羟基自由或羟基自由基，具有强氧化能力；阴极传递电子产生基，具有强氧化能力；阴极传递电子产生H2O2或超氧（或超氧（O2-），都具有很强的氧化能力。），都具有很强的氧化能力。2022-12-437环境光催化 光催化最富成效的工作是在工业废水处理和室内空光催化最富成效的工作是在工业废水处理和室内空气污染净化方面。气污染净化方面。光催化研究与环境科学相渗透融合，形成一个新分支学光催化研究与环境科学相渗透融合，形成一个新分

38、支学科科环境光催化。对传统处理方法无能为力的非生物降解有环境光催化。对传统处理方法无能为力的非生物降解有毒物质毒物质二噁英有很高的降解率。相关的研究开发被称为二噁英有很高的降解率。相关的研究开发被称为“阳光工程阳光工程”。2022-12-438光催化环保功能材料 光诱导光诱导TiO2显示两种特性：亲油亲水双性；抗显示两种特性：亲油亲水双性；抗菌能力。由此引申出多种环境保护功能材料，如菌能力。由此引申出多种环境保护功能材料，如防锈材料、清凉建材、玻璃涂饰材料等。防锈材料、清凉建材、玻璃涂饰材料等。2022-12-439作业1.简述三效催化剂的组成及其催化原理。简述三效催化剂的组成及其催化原理。2.催化过程满足的催化过程满足的4R原则是什么？工业废液的净原则是什么？工业废液的净化工艺有哪两种？化工艺有哪两种？3.环境友好加工有哪些要求？简述环境友好加工有哪些要求？简述E因子和原子经因子和原子经济的定义。济的定义。4.简述简述TiO2作为光催化剂的催化原理。作为光催化剂的催化原理。