环境保护催化与环境友好催化技术精选文档.ppt

《环境保护催化与环境友好催化技术精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《环境保护催化与环境友好催化技术精选文档.ppt（62页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、环境保护催化与环境友好催环境保护催化与环境友好催化技术化技术本讲稿第一页，共六十二页第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第二页，共六十二页现现代代大大都都市市的的空空气气污污染染会会不不会会再再造造成成伦伦敦敦烟烟雾雾事事件件？第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第三页，共六十二页石油污染最严重的地区石油污染最严重的地区-墨西哥湾墨西哥湾第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第四页，共六十二页酸酸雨雨使使我我国国大大量量的的林林木木被被毁毁第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第五页，共六十二页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第五章第

2、五章 环境催化环境催化本讲稿第六页，共六十二页环境催化：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推广到整个工业生产和日常生活领域中的污染治理治理v反应条件苛刻反应条件苛刻第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第七页，共六十二页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治理 将污染物转化成无害物质，或回收加以利将污染物转化成无害物质，或回收加以利用；用；v在生产过程或化学反应过程中减少污染的排放，在生产过程或化学反应过程中减少污染的排放，

3、直至无污染排放；直至无污染排放；v用新的原料、催化剂取代对环境有害的物质或用新的原料、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。开辟新的副产物少、选择性高的催化反应路径。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第八页，共六十二页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（挥发性有机物）、微粒尘埃等。有机物）、微粒尘埃等。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第九页，共六十二页发电厂、水泥发电厂、水泥厂、工业锅炉、厂、工业锅炉、废弃物焚烧炉废弃物焚烧炉等烟囱排放的等烟囱排放的污

4、染物污染物机动车尾气机动车尾气排放的污染排放的污染物物动态源动态源静态源静态源污染物产生源头：污染物产生源头：第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第十页，共六十二页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）第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第十一页，共六十二页2、三效催化剂、三效催化剂TWC （Three Way C

5、onversion 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。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第十二页，共六十二页l对车用三效催化剂的主要要求对车用三效催化剂的主要要求起起燃燃温温度度低低，有有利利于于降降低低汽汽车车冷冷启启动动时时的的排排气气污污染物排放染物排放有较高的储氧能力，以补偿过量空气系数的波动有较高的储氧能力，以补偿过量空气系数的波动耐高温，不易热老化耐高温，不易热老化对杂质不敏感，不易中毒对杂质不敏感，不易中毒极少产生极少产生H2S、NH3等物质等物质价格合适价格合

6、适 n 三效催化剂尾气净化原理三效催化剂尾气净化原理 第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第十三页，共六十二页 NO NOx x的还原，以的还原，以NONO为例为例:NO+CO NO+CO 1/2 N1/2 N2 2+CO+CO2 2 NO+HNO+H2 2 1/2 N1/2 N2 2+H+H2 2O O RhRh对对N N2 2的的生生成成有有良良好好的的活活性性和和选选择择性性，是是催催化化剂剂的的主主要要部部分。分。l l 三效催化剂上发生的化学反应三效催化剂上发生的化学反应 第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第十四页，共六十二页 COCO和和HCHC的氧化的氧化 其他反应其他反应 C

7、O+1/2 O CO+1/2 O2 2 COCO2 2 4HC+5O 4HC+5O2 2 4CO4CO2 2+2H+2H2 2O O PtPt，PdPd是除去是除去CO,HCCO,HC的有效金属组分的有效金属组分。2HC+4H 2HC+4H2 2O O 2CO2CO2 2+H+H2 2 CO+HCO+H2 2O O COCO2 2+H+H2 2 汽汽车车尾尾气气净净化化主主要要发发生生了了氧氧化化-还还原原反反应应。三三效效催催化化转转化化器器能能同同时时降降低低3 3种种排排气气污污染染物物，只只有有在在空空燃燃比比等等于于14.614.6时时才才能能达达到到最最优优化化。因因为为NONOx

8、 x的还原需要的还原需要H H2 2、COCO和和HCHC等作为还原剂。等作为还原剂。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第十五页，共六十二页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第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第十六页，共六十二页（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，具有很低特点：抗热冲击性能优越，具有很低的热膨胀系数。的热膨胀系数。2、合金载体（不锈钢、合金载体（不锈钢、Ni-Cr，Fe-Cr-Al）特点：机械强度大，传热快、抗震性好、特点：

9、机械强度大，传热快、抗震性好、压降低、寿命长等。压降低、寿命长等。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第十七页，共六十二页（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等等第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第十八页，共六十二页（三）贵金属活性组分（三）贵金属活性组分 目前普遍

10、采用目前普遍采用Pt、Rh、Pd贵金属作活贵金属作活性组分。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的转化的转化第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第十九页，共六十二页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。化器的结构设计及操作运转情况。失活：失活：基质破

11、裂、基面涂层相变、活性组分基质破裂、基面涂层相变、活性组分迁移、贵金属烧结等。迁移、贵金属烧结等。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第二十页，共六十二页催催化化转转化化率率不不能能满满足足更更苛苛刻刻的的要要求求。大大多多数数催催化化剂剂高高温活性好，低温活性差，这极大地影响催化转化效果。温活性好，低温活性差，这极大地影响催化转化效果。催催化化剂剂易易热热失失效效、中中毒毒失失效效。热热失失效效催催化化剂剂在在高高温温作作用下发生烧结和晶粒长大，导致活性下降。用下发生烧结和晶粒长大，导致活性下降。催催化化剂剂中中毒毒失失效效可可以以分分成成化化学学中中毒毒和和机机械械中中毒毒。高高温温下下催

12、催化化剂剂的的热热劣劣化化和和S、P、Pb中中毒毒极极大大地地缩缩短短了了催催化剂的使用寿命。化剂的使用寿命。冷冷启启动动问问题题，汽汽车车尾尾气气中中60%80%的的有有毒毒气气体体是是在在冷冷启启动动2分分钟钟内内产产生生的的，必必须须着着手手改改善善催催化化剂剂的的低低温温活性活性n 三效催化剂存在的问题三效催化剂存在的问题第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第二十一页，共六十二页贫贫燃燃时时催催化化效效率率降降低低，使使常常规规的的三三效效催催化化剂剂能能控控制制COCO和和HCHC排放，但几乎无法控制排放，但几乎无法控制NONOx x的排放。通过NONOx x的的分分解解治治理理NO

13、NOx不不需需要要还还原原剂剂：2NO=N2NO=N2+O+O2 2。但但活活化化能能太太高高，尚尚无无突突破破性性进进展展。NONOx x 催化还原效率还有待进一步提高。热稳定性不高。大多数催化剂的热稳定性还不甚理想，其耐热冲击能力弱，热抗震性能差。当当前前汽汽车车广广泛泛应应用用的的催催化化剂剂大大多多还还是是贵贵金金属属或或贵贵金金属属掺掺杂杂其他金属氧化物型，成本仍然很高。其他金属氧化物型，成本仍然很高。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第二十二页，共六十二页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、

14、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，破坏生态环境第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第二十三页，共六十二页v光化学反应使光化学反应使NO2分解为分解为NO和和O3，大气中臭氧对人体健康大气中臭氧对人体健康十分有害。十分有害。v光化学烟雾中对植物有害的成分主要为臭氧和氮氧化合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：臭氧浓度超过物：臭氧浓度超过0.1ppm时便对植物产生危害。时便对植物产生危害。NO2浓度浓度达

15、达1ppm时，某些植物便会受害。时，某些植物便会受害。v氮氧化物在大气的催化反应中可形成硝酸。氮氧化物在大气的催化反应中可形成硝酸。v美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾波及美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾波及27个州。个州。v1952年美国洛杉矶发生光化学烟雾，附近农作物一夜之间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；严重受害；6.5万公顷的森林，万公顷的森林，29严重受害，严重受害，33中等受中等受害，其余害，其余38也受轻度损害。也受轻度损害。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第二十四页，共六十二页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第五章第五章

16、环境催化环境催化本讲稿第二十五页，共六十二页1、NO的催化分解的催化分解 必须使用催化剂加速分解，常用的催化剂必须使用催化剂加速分解，常用的催化剂为：为：Pt/Al2O3及一些非负载型的过渡金属氧及一些非负载型的过渡金属氧化物，例如化物，例如Co3O4、NiO、Fe2O3和和ZrO2等。等。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第二十六页，共六十二页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/SiO2,V2O

17、5/SiO2,MoO3/Al2O3等。等。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第二十七页，共六十二页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，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同时大大减小了反应热，催化床温度变化小易于控制；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，相对易得，起燃温度低反应热低，床温通常低于床温通常低于300,有利于延长催化剂寿命和降低有利于延长催化剂寿命和降低反应器对材料要求。反应器对材料要求。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第

18、二十八页，共六十二页SCR催化技术工业应用催化技术工业应用 根据催化剂反应器在锅炉尾部烟道的位置根据催化剂反应器在锅炉尾部烟道的位置,有有三种方案三种方案:(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)之后之后第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第二十九页，共六十二页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去湿法烟气脱硫系统硫系统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

19、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第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第三十页，共六十二页SCR反应器置于空气预热器与静电除尘器之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静电除尘器尘器SCR反应器反应器空气预热器空气预热器NH3NH3+空气空气湿法烟湿法烟气脱硫气脱硫系统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第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第三十一页，共六十二页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静电除尘器尘器SCR反应器反应器空气预热器空气预热器NH3NH3+空气空气湿法烟湿

20、法烟气脱硫气脱硫系统系统空气空气气气/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第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第三十二页，共六十二页 除除TiOTiO2 2或或TiOTiO2 2/SiO/SiO2 2担担载载的的V V2 2O O5 5非非贵贵金金属属催催化化剂剂外外，也也可可用用贵贵金金属属作作SCRSCR反反应应催催化化剂剂。但但贵贵金金属属催催化化剂剂容容易易因因重重金金属属、磷磷和和砷砷而而中中毒毒，因因SOSOx x、卤卤素素而而失失活活，因因飞飞尘尘而而被被污污染染，因因而而在在SCRSCR反反应应中中受受到到限限制制。此此外外，还还有

21、有一一些些新新型型催催化化剂剂，如如分分子子筛筛催催化化剂剂、碳碳作作载载体体的的催催化化剂剂、氧氧化化铬铬催催化化剂剂、混混合合氧氧化化物物催催化化剂剂等等。用用NHNH3 3作作还还原原剂剂的的催催化化剂剂，由由于于NHNH3 3价价格格较较高高，而而且且在在未未完完全全反反应应的的情情况况下下会会带带来来二二次次污污染染，还需进一步开发新的催化技术。还需进一步开发新的催化技术。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第三十三页，共六十二页l l工业上催化法脱硫消除烟道气中的工业上催化法脱硫消除烟道气中的O2 2 用钒催化剂的催化氧化法用钒催化剂的催化氧化法 活性炭催化法活性炭催化法 第五章第

22、五章 环境催化环境催化本讲稿第三十四页，共六十二页n 催化脱硫催化剂 l l 单一金属氧化物脱硫单一金属氧化物脱硫 l l 尖晶石型复合金属氧化物脱硫尖晶石型复合金属氧化物脱硫 l l 层状双羟基复合金属氧化物（层状双羟基复合金属氧化物（LDHLDH）目前正在研究的催化剂有以下几种：目前正在研究的催化剂有以下几种：第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第三十五页，共六十二页由由由由于于于于热热热热电电电电厂厂厂厂烟烟烟烟道道道道气气气气中中中中同同同同时时时时含含含含NONOx x和和和和SOSOx x，因因因因而而而而迫迫迫迫切切切切需需需需要要要要开开开开发发发发同时消除同时消除同时消除同时

23、消除NONOx x和和和和SOSOx x的技术。但目前实际使用的装置仍是分步进行。的技术。但目前实际使用的装置仍是分步进行。的技术。但目前实际使用的装置仍是分步进行。的技术。但目前实际使用的装置仍是分步进行。例例如如以以煤煤为为燃燃料料的的电电厂厂一一般般可可先先用用前前述述的的SCRSCR法法除除去去NONOx x，然然后后用用石石灰石法除去灰石法除去SOSOx x，但此类装置的设计十分复杂。，但此类装置的设计十分复杂。亟亟待待开开发发出出一一种种新新的的NONOx x/SO/SOx x消消除除技技术术，将将SCRSCR和和SOSO2 2氧氧化化成成H H2 2SOSO4 4相结合。相结合。

24、n同时催化脱除同时催化脱除SOx和和NOx第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第三十六页，共六十二页V V2 2O O5 5在在400400450450对对SOSOx x氧氧化化反反应应转转化化率率高高且且稳稳定定，能能与与SCRSCR除除NONOx x二催化剂相配合。二催化剂相配合。烟道气先经高温电除尘装置（烟道气先经高温电除尘装置（460460）进入除进入除NONOx x反应器反应器 进入反应器的后半段，进行进入反应器的后半段，进行SOSO2 2氧化为氧化为SOSO3 3的转化的转化 经几段冷却，其中经几段冷却，其中SOSOx x与水蒸气结与水蒸气结合产生硫酸，然后用冷凝法合产生硫酸，然后

25、用冷凝法回收，可得到回收，可得到70%70%的工业硫酸的工业硫酸 第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第三十七页，共六十二页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v 工工业业的的发发展展造造成成了了越越来来越越严严重重的的环环境境污污染染，水水体体中中大量污染物严重威胁着人类自身的健康。大量污染物严重威胁着人类自身的健康。v 19941994年年以以来来，美美国国在在饮饮用用水水中中发发现现了了100100多多种种合合成成有有机机物物，如如多多氯氯联联苯苯、多多环环芳芳烃烃等等，具具有有“三三致致”作作用用(致致癌、致突变、致畸

26、癌、致突变、致畸)。v 根根据据我我国国19981998年年对对全全国国109700109700公公里里河河流流进进行行的的评评价价，我我国国河河流流长长度度有有70.6%70.6%被被污污染染，其其中中有有机机污污染染是是一一个个不可忽视的因素。不可忽视的因素。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第三十八页，共六十二页第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第三十九页，共六十二页第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第四十页，共六十二页第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第四十一页，共六十二页5.3.2 催化处理趋于废弃物最少催化处理趋于废弃物最少遵循遵循4R原则：原则：减少（减少（reducti

27、on）再用再用 (reuse)再循环再循环(recycling)再回收再回收(recovery)零排放零排放第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第四十二页，共六十二页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）是处理含有毒物或高有机物废水的重要技术。有机物废水的重要技术。WAO是在高温（是在高温（125320）、加压）、加压（0.520MPa）条件下的液相氧化，采用气相氧）条件下的液相氧化，采用气相氧源（常用空气）。源（常用空气）。高温加压目的：强化氧在液相中的溶解度、高温加压目的：强化氧在液相中的溶解度、保持水处于液相。保持水处于液相。第五章第五章 环

28、境催化环境催化本讲稿第四十三页，共六十二页 有机废弃物经有机废弃物经WAO氧化成氧化成CO2和和H2O，氮，氮转化成转化成NH3、NO2或或N2，卤素和硫转化成无，卤素和硫转化成无机卤化物和硫酸盐。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。条件下的可氧化程度。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第四十四页，共六十二页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

29、何的污染转移v 应用于高有机含氮和氨体系，可回收机械应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，成为自维持能，并且不需要任何辅助燃料，成为自维持体系体系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，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，耗能更少用合适的催化剂，耗能更少第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第四十五页，共六十二页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对于液相氧化反应，常以过渡金属盐作氧化催化剂，如催化剂，如Fe3+/Fe2+。均相铜盐均相铜盐也是

30、最活跃的均相氧化催化剂也是最活跃的均相氧化催化剂第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第四十六页，共六十二页5.4 大气层保护与催化技术大气层保护与催化技术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）存在下，可以发生反应，再度转化为下，可以发生反应，再度转化为O2。O3+FROFRO+O2 O +FRO FR +O2 第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第四十七页，共六十二页 地球上存在大量的氯氟烃化合物，如氯苯、氯代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酚、氟利昂制

31、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，造成对中，经光照发生游离基分解，造成对O3 层的破坏。层的破坏。CCl3F+hv Cl+CCl2FCl+O3ClO+O22ClO+OCl2+(3/2)O2第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第四十八页，共六十二页催化技术：催化技术：通常采用催化加氢脱卤素技术，催化通常采用催化加氢脱卤素技术，催化剂为剂为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。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第四十九页，共六十二页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

32、些气体对太阳温室效应：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、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。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（14%）、）、NO2（6%）、其他（）、其他（13%）第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第五十页，共六十二页措施：措施：v 利用催化技术的创新提高能源的利用率、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用可再生能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利用催化技术实现以化石能源发电的电站达到站达

33、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为有用化为有用化学品学品v 生物法、光催化法生物法、光催化法第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第五十一页，共六十二页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转化成及具活性的氧自由基、羟基自由基，氧转化成及具活性的氧自由基、羟基自由基，氧化力极强，几乎可分解所有对人体或环境有害化力极强，几乎可分解所有对人体或环境有害的有机物质。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

34、体性质。如如TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS等。等。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第五十二页，共六十二页光光催催化化原原理理第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第五十三页，共六十二页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第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第五十四页，共六十二页光催化的应用：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第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第五十五页

35、，共六十二页水污染治理水污染治理处理水污染的主要方法处理水污染的主要方法光催化氧化法光催化氧化法生物酶催化降解生物酶催化降解光光催催化化氧氧化化法法就就是是利利用用氧氧化化物物的的半半导导体体特特性性，在在光光的的照照射射下下吸吸附附光光子子，进进行行氧氧化化反反应应，把把有有害害化化合合物物分分解解为为二二氧氧化化碳碳、水和无机盐。水和无机盐。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第五十六页，共六十二页半导体光催化氧化水中污染物特点半导体光催化氧化水中污染物特点半导体光催化氧化水中污染物特点半导体光催化氧化水中污染物特点l l 不不需需要要复复杂杂的的处处理理流流程程，不不产产生生进进一一步步

36、的的化化学学污污染染，处处理理速速度度又又比比微微生物法快。生物法快。l l 半半导导体体光光催催化化氧氧化化是是非非选选择择性性氧氧化化过过程程，可可以以处处理理各各种种无无机机和和有机污染物，是一种广谱性的氧化处理方法。有机污染物，是一种广谱性的氧化处理方法。l l 半半导导体体光光催催化化氧氧化化过过程程有有可可能能利利用用阳阳光光资资源源，是是最最为为洁洁净净的的自然能源，不产生新的污染。自然能源，不产生新的污染。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第五十七页，共六十二页光催化氧化反应机理光催化氧化反应机理光催化氧化反应机理光催化氧化反应机理(1)OH(1)OH游离基的产生游离基的产生

37、 目目前前光光催催化化处处理理水水中中有有机机污污染染物物的的催催化化剂剂多多数数是是一一些些过过渡金属氧化物和硫化物渡金属氧化物和硫化物，这类物质都具有半导体特性。，这类物质都具有半导体特性。能能量量高高于于带带隙隙能能的的光光辐辐射射照照射射半半导导体体时时，就就可可使使处处于于价价带带上上的的电电子子激激发发到到导导带带上上，从从而而造造成成价价带带上上产产生生空空穴穴(h(h+)，即即在在半半导体表面产生导体表面产生具有高度活性的空穴具有高度活性的空穴(h(h+)和电子和电子(e(e-)。半半导导体体表表面面的的空空穴穴和和电电子子组组成成了了一一个个具具有有强强氧氧化化还还原原特特性

38、性的的氧氧化化还还原原体体系系，吸吸附附在在半半导导体体表表面面的的H H2 2O O和和溶溶解解氧氧O O2 2则则与与空空穴穴和和电电子子发发生作用，产生生作用，产生高度活性的氢氧游离基高度活性的氢氧游离基OHOH。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第五十八页，共六十二页(2)OH(2)OH作为强氧化剂，与有机物反应并使之氧化作为强氧化剂，与有机物反应并使之氧化R RCHCH2 2CHCH3 3+2OH +2OH R RCHCH2 2CHCH2 2OH+HOH+H2 2O OR RCHCH2 2CHCH2 2OH OH R RCHCH2 2CHO+HCHO+H2 2R RCHCH2 2C

39、HO+HCHO+H2 2O O R RCHCH2 2COOH+HCOOH+H2 2R RCHCH2 2COOH COOH R RCHCH3 3+CO+CO2 2 半半导导体体表表面面产产生生的的大大量量氢氢氧氧游游离离基基OHOH作作为为强强氧氧化化剂剂，与与有有机机物物反反应应并并使使之之氧氧化化，实实现现了了光光能能与与化化学学能能之之间间的的转转化化，起起到到了了光光解解水中有机污染物的作用。水中有机污染物的作用。HashimotHashimot等经研究把脂肪烃的光解反应归纳为如下步骤等经研究把脂肪烃的光解反应归纳为如下步骤:每生成一个每生成一个COCO2 2，脂肪烃即减少一个碳链，直至

40、转化完全。，脂肪烃即减少一个碳链，直至转化完全。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第五十九页，共六十二页半导体光催化剂半导体光催化剂 目目前前常常用用的的半半导导体体催催化化剂剂大大多多是是过过渡渡金金属属的的氧氧化化物物或或硫硫化化物物：TiOTiO2 2、WOWO3 3、ZnOZnO、SnOSnO2 2、CdOCdO、FeFe2 2O O3 3、CdSeCdSe、CdSCdS、SiCSiC、ZnSZnS等。等。由由于于TiOTiO2 2具具有有较较深深的的价价带带能能级级，较较宽宽带带隙隙(3.2eV)(3.2eV)，光光催催化化活活性性最最好好，能能使使反反应应在在光光照照射射的的Ti

41、OTiO2 2微微粒粒表表面面实实现现和和加加速速，并并且且化化学学性性能能和和光光化化学学性性能能十十分分稳稳定定，耐耐强强酸酸强强碱碱，耐耐光光腐腐蚀蚀，无无毒毒，因因而而常常选选择择TiOTiO2 2 作为光催化剂。作为光催化剂。第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第六十页，共六十二页l TiO2 2 改性改性 阻止载流子的复合：在半导体中掺杂金属离子阻止载流子的复合：在半导体中掺杂金属离子 光敏化处理光敏化处理 将光活性物质（叶绿酸、曙红、玫瑰红等染料）吸附于半导体表面，将光活性物质（叶绿酸、曙红、玫瑰红等染料）吸附于半导体表面，扩大半导体激发波长范围，充分利用太阳光能量或长波长光能扩大半导体激发波长范围，充分利用太阳光能量或长波长光能。构造复合半导体构造复合半导体 第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第六十一页，共六十二页光催化反应器 l l 固固定定床床型型反反应应器器无无液液固固分分离离过过程程，提提高高了了催催化化剂剂与与污水的接触面积，充分利用了光能，但价格较昂贵污水的接触面积，充分利用了光能，但价格较昂贵 l l 间间歇歇式式反反应应器器结结构构简简单单，能能处处理理废废水水。但但水水和和催催化化剂剂的分离回收过程较麻烦的分离回收过程较麻烦 l l 光电化学催化反应器光电化学催化反应器 第五章第五章 环境催化环境催化本讲稿第六十二页，共六十二页