催化剂在环境保护中的应用研究进展

催化剂在环境保护中的应用研究进展 1、环境保护催化剂的定义 环保催化剂是指用直接或间接的方法处理有毒、有害物质，使之无害化或减量化，以保护和改善周围环境所用的催化剂。环保催化剂的范畴从广义上讲，可以认为是对环境保护有益的所有催化剂，包括不要或不产生有害副产物的催化合成过程；从狭义上讲，就是与温室效应、臭氧层破坏、酸雨范围的扩大化及水体污染等的改善所涉及的催化剂种类。环保催化剂分为直接和间接两种。例如，从排气中除掉氮氧化物(NOX)用的催化剂属于直接的；而燃烧过程中用来抑制NOX产生用的催化剂属于间接的。 2、环保催化剂的应用研究进展 2.1 贫燃车用催化剂 柴油发动机在贫燃条件下操作时，汽油发动机空燃比(空气和燃料之比) 大于17：1，甚至更高。此时，发动机的动力性能可大大提高，降低了CO、烃类化合物、CO2的排放，然而NOx的排放量却大大增加。对目前流行的三效贵金属催化剂来说，如此高的空燃比已超出正常操作范围，故不能有效提高对NOx的还原。因此应开发在贫燃条件下且能提高NOx转化率的新型车用催化剂，在贫燃条件下催化还原NOx已引起研究人员的兴趣。一旦这种催化剂研究成功，将在柴油发动机和贫油型汽油发动机的车辆上得到广泛应用。 2.2 烟气脱硫的研究 烟气脱硫最好的方法就是将SO2选择性的催化还原为元素硫。此法既能消除烟气中SO2的污染源，又回收了产品即固态元素硫，该产品不仅运输方便还可重复再利用。目前选择性催化还原SO2得到元素硫的方法大都处于研究阶段。存在的问题是烟气中过量氧对还原过程的干扰问题和催化剂的中毒问题。 2.3 高浓度难降解有机废水的催化氧化处理 随着医药、化工、染料等行业的发展，高浓度难降解废水越来越多,它们的废水的特点是污染物毒性大，污染物浓度高，难以生物降解；无机盐含量高。处理此类废水最有效的方法之一是化学氧化法。目前高效湿式催化氧化技术是热门研究课题。此法可直接氧化水中的有机污染物或将水中大分子有机污染物氧化成小分子有机污染物，以提高废水的可生化性。配合生化法处理后能较好地除去水中的有机污染物。此法常用氧化剂来增加催化氧化有机污染物的能力，可以用的氧化剂有: 空气、双氧水、臭氧、次氯酸钠和二氧化氯等。此法的关键是高效非均相氧化催化剂的开发。 2.4 环保催化剂的种类及利用现状 地球环境问题的内容有多种,目前迫切希望解的问题有:温室效应、臭氧层破坏、酸雨范围的扩大化、重金属等环境污染物质的排放、热带雨林的减少和土壤沙漠化等。其中前三个问题,是由排放到大气中的化学物质引起的。例如,二氧化碳(CO2 ) 、甲烷(CH4 ) 和亚氧化氮(N2O) 都与温室效应有关,氟利昂及N2O 破坏臭氧层,二氧化硫(SO2 ) 和NOX是形成酸雨和光化学烟雾的主要因素,除掉或减少这些污染物质,主要是通过化学方法来解决。由于上述污染物质在排放过程中所涉及的反应物的量偏低,反应温度不是太高就是太低,反应物和催化剂接触时间特别短等特点,因此,环保催化剂与其他化学反应用的催化剂相比,对催化剂的活性、选择性和耐久性等要求更高,制作更难。 2.5 新型环保催化剂 2.5.1 硅酸盐材料 蒙脱土等天然粘土具有类分子筛的结构，是催化剂载体和处理污水中重金属离子的良好吸附剂。它被广泛地作为汽车尾气净化、烟道气脱硫、脱硝及有机废气催化燃烧等环保催化剂的载体。 2.5.2 TiO2是一种N型半导体，具有良好的光敏导电性，常做催化剂载体。现在TiO2被广泛用于光催化剂和电极催化剂，涂有活性TiO2的自洁玻璃、瓷砖、家具、窗帘布，在阳光和灯光的照射下自动催化和净化着室内的空气。 2.5.3 生物催化工艺通常是以无毒无害的生物材料为原料，在常温常压下即可反应，工艺简单。生物催化剂的转化率高、专一性强、副产物少、可反复使用，因此是一种理想的绿色催化剂。 2.5.4 室温离子液体既可作为酸催化剂，又是一种绿色溶剂。具有制作方便、毒性低、价廉、不可燃烧、性能可调等优点，被预言是有可能引起一场化学工业革命和工业应用前景较好的环境友好催化剂。