催化劑在環境保護中的應用研究進展

催化劑在環境保護中的應用研究進展 1、環境保護催化劑的定義 環保催化劑是指用直接或間接的方法處理有毒、有害物質，使之無害化或減量化，以保護和改善周圍環境所用的催化劑。環保催化劑的范疇從廣義上講，可以認為是對環境保護有益的所有催化劑，包括不要或不產生有害副產物的催化合成過程；從狹義上講，就是與溫室效應、臭氧層破壞、酸雨范圍的擴大化及水體污染等的改善所涉及的催化劑種類。環保催化劑分為直接和間接兩種。例如，從排氣中除掉氮氧化物(NOX)用的催化劑屬于直接的；而燃燒過程中用來抑制NOX產生用的催化劑屬于間接的。 2、環保催化劑的應用研究進展 2.1 貧燃車用催化劑 柴油發動機在貧燃條件下操作時，汽油發動機空燃比(空氣和燃料之比) 大于17：1，甚至更高。此時，發動機的動力性能可大大提高，降低了CO、烴類化合物、CO2的排放，然而NOx的排放量卻大大增加。對目前流行的三效貴金屬催化劑來說，如此高的空燃比已超出正常操作范圍，故不能有效提高對NOx的還原。因此應開發在貧燃條件下且能提高NOx轉化率的新型車用催化劑，在貧燃條件下催化還原NOx已引起研究人員的興趣。一旦這種催化劑研究成功，將在柴油發動機和貧油型汽油發動機的車輛上得到廣泛應用。 2.2 煙氣脫硫的研究 煙氣脫硫最好的方法就是將SO2選擇性的催化還原為元素硫。此法既能消除煙氣中SO2的污染源，又回收了產品即固態元素硫，該產品不僅運輸方便還可重復再利用。目前選擇性催化還原SO2得到元素硫的方法大都處于研究階段。存在的問題是煙氣中過量氧對還原過程的干擾問題和催化劑的中毒問題。 2.3 高濃度難降解有機廢水的催化氧化處理 隨著醫藥、化工、染料等行業的發展，高濃度難降解廢水越來越多,它們的廢水的特點是污染物毒性大，污染物濃度高，難以生物降解；無機鹽含量高。處理此類廢水最有效的方法之一是化學氧化法。目前高效濕式催化氧化技術是熱門研究課題。此法可直接氧化水中的有機污染物或將水中大分子有機污染物氧化成小分子有機污染物，以提高廢水的可生化性。配合生化法處理后能較好地除去水中的有機污染物。此法常用氧化劑來增加催化氧化有機污染物的能力，可以用的氧化劑有: 空氣、雙氧水、臭氧、次氯酸鈉和二氧化氯等。此法的關鍵是高效非均相氧化催化劑的開發。 2.4 環保催化劑的種類及利用現狀 地球環境問題的內容有多種,目前迫切希望解的問題有:溫室效應、臭氧層破壞、酸雨范圍的擴大化、重金屬等環境污染物質的排放、熱帶雨林的減少和土壤沙漠化等。其中前三個問題,是由排放到大氣中的化學物質引起的。例如,二氧化碳(CO2 ) 、甲烷(CH4 ) 和亞氧化氮(N2O) 都與溫室效應有關,氟利昂及N2O 破壞臭氧層,二氧化硫(SO2 ) 和NOX是形成酸雨和光化學煙霧的主要因素,除掉或減少這些污染物質,主要是通過化學方法來解決。由于上述污染物質在排放過程中所涉及的反應物的量偏低,反應溫度不是太高就是太低,反應物和催化劑接觸時間特別短等特點,因此,環保催化劑與其他化學反應用的催化劑相比,對催化劑的活性、選擇性和耐久性等要求更高,制作更難。 2.5 新型環保催化劑 2.5.1 硅酸鹽材料 蒙脫土等天然粘土具有類分子篩的結構，是催化劑載體和處理污水中重金屬離子的良好吸附劑。它被廣泛地作為汽車尾氣凈化、煙道氣脫硫、脫硝及有機廢氣催化燃燒等環保催化劑的載體。 2.5.2 TiO2是一種N型半導體，具有良好的光敏導電性，常做催化劑載體。現在TiO2被廣泛用于光催化劑和電極催化劑，涂有活性TiO2的自潔玻璃、瓷磚、家具、窗簾布，在陽光和燈光的照射下自動催化和凈化著室內的空氣。 2.5.3 生物催化工藝通常是以無毒無害的生物材料為原料，在常溫常壓下即可反應，工藝簡單。生物催化劑的轉化率高、專一性強、副產物少、可反復使用，因此是一種理想的綠色催化劑。 2.5.4 室溫離子液體既可作為酸催化劑，又是一種綠色溶劑。具有制作方便、毒性低、價廉、不可燃燒、性能可調等優點，被預言是有可能引起一場化學工業革命和工業應用前景較好的環境友好催化劑。