05章环保与环境友好催化剂

第五章环境保护催化与环境友好催化剂1.绿色社会与经济2.大气污染催化处理技术人类的发展历史在经历了原始社会、农业社会、工业社会三个重大历史阶段之后，已经开始进入第四个全新的历史阶段，尽管对这第四个阶段有不同的说法，并有其不同的道理和依据，但就其本质特征统一到一点，应该就是“绿色社会”，也就是可持续发展的“现代生态社会”。绿色是大自然的特征颜色。绿色是社会文明的现代标志。绿色是和平与安宁的象征。绿色蕴涵了经济与生态的良性循环。绿色意味着人与自然的和谐与平衡，绿色显示着健康、生机、活力、生命。绿色运动或绿色革命是２１世纪的大潮流。绿色浪潮正在成为国际各国和地区的社会热点。正在渗入经济社会各个范畴，正在形成所谓绿色科技、绿色产业、绿色经济、绿色文化的各个领域。一、绿色经济“绿色”的核心（内涵）就是可持续发展（和谐发展）。绿色科技：是指以绿色意识为指导研究与环境兼容、不破坏生态平衡、节约资源和能源的绿色科学和工程技术，它的目标在于研究可持续发展的源头战略问题。“绿色化学”、“绿色化工”与“绿色化学化工”的概念相同，使用“绿色化学化工”是为了强调绿色“化学”与“化工”的关系。绿色化学、绿色化工都可以简称为绿色化学；与其相对应的技术称为绿色技术、环境友好技术。近年来，人们把绿色化学的观念进一步发展成为“绿色与可持续化学”，以强调化学化工不仅涉及环境，而且直接与可持续发展的多个方面相关。可持续发展观念是以经济、资源、环境、社会等要素的一体化为其特征。一、绿色经济环境意识与绿色意识绿色意识与环保不同，它们属于两个不同层次的概念。环境保护是传统概念，“环保意识”带有明显的被动状态，带有比较强的功利目的；绿色意识是人类追求自然完美的一种高级表现，它不把人看成大自然的主宰者，而是看作大自然中的普通一员，追求的是人对大自然的尊重以及人与自然的和谐关系。绿色化工的E因子与原子经济性一、绿色经济E千克废弃物因子＝千克产物一、绿色经济环境意识与绿色意识原子经济性：美国斯坦福大学BarryTrost教授提出了绿色化学下的原子经济的概念。最理想的原子经济是全部反应物的原子嵌入期望的最后产物中，不产生任何废弃物，实现零排放，这时的原子经济百分数便是100％。原子经济百分数的计算公式为例如：Claisen分子重排反应：是典型的100％原子经济性反应％有反应物的总式量按化学方程式计量的所总式量指定产品的所有原子的原子经济性％＝100OH2COCH2H200℃绿色化学示意图反应物无毒无害原料可再生资源生成物环境友好产品安全、能降解可再利用生产过程安全的生产工艺提高能源的利用率应用无毒无害的催化剂应用无毒无害的溶剂原子经济性反应高选择性反应汽车尾气的危害：人们已从汽车尾气中分离出80多种有害物质，其中以一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、铅尘和苯并芘为主。在大中城市中，汽车尾气的污染占整个大气污染的60％以上。(1)一氧化碳与血液中的血红蛋白结合的速度比氧气快250倍。所以，即使有微量一氧化碳的吸入，也可能给人造成可怕的缺氧性伤害。轻者眩晕、头痛，重者脑细胞将受到永久性损伤;(2)氮氧、氢氧化合物会使易感人群出现刺激反应，患上眼病、喉炎，尾气中氮氢化合物所含苯并芘(一种含5个环的稠环芳烃)是致癌物质，它是一种高散度的颗粒，可在空气中悬浮几昼夜，被人体吸入后不能排出，积累到临界浓度便激发形成恶性肿瘤。(3)HC和NOX在大气环境中受强烈太阳光紫外线照射后，产生一种复杂的光化学反应，生成一种新的污染物----光化学烟雾（气溶胶等）。二、空气污染治理技术2HO2O2HNOHO2HNOhvhv清洁大气中：污染大气中：2HOOHOOOO223hv光化学烟雾引发光化学反应的起始物质只要是OH•，HO·的主要来源：OH与烯烃类、烃类、醛类、卤代烃、芳烃类的反应（1）OH与烯烃的反应（2）OH与烷烃反应（3）OH与醛类反应（4）OH与卤代烃反应（5）OH与芳烃的反应引发反应：2NO2ONO3OM3OM2OOONO430nmhv2NO32kkλ自由基传递反应：2CO2RO2NOONO2RC(O)O2HOCHOR2NOONO2ROHO2NONO2HOCO2HO2RO2OhvRCHOO2H2RC(O)OOHORCHOO2H2ROOHORH22222终止反应：2NO2RC(O)O2NO2RC(O)O2NO2RC(O)O2NO2RC(O)O3HNO2NOHO光化学烟雾M是第三种物质，包括氧气和氮气HO2O2NO2+C2H5ONOCH3CO+O2CH3COOONO2CH3COONO2OCH3CHO+hvHC2H5O2MO2H2O+C2H5+HOC2H6PAN的结构及形成机理光化学烟雾1.PAN由乙酰基与O2反应生成；2.乙酰基由乙醛光解产生；3.大气中乙醛主要来自乙烷的氧化PAN=硝酸过氧化乙酰汽车尾气处理TWC催化剂三效催化剂TWC（ThreeWayConversionCatalyst)Pt-Pd-Rh基催化剂，能同时有效地对ＣＯ、ＨＣ和ＮＯX进行催化转化称为三效催化剂以Pt、Pd、Rh为活性组分，以堇青石为第一载体以Al2O3为第二载体，Ce、La、Ba、Zr为助剂。现在主要研发复合氧化物（如ABO3）为三效催化剂二、空气污染治理技术柴油机汽车主要污染NOx和碳颗粒NOx脱除技术主要是催化分解和选择性转化二、空气污染治理技术汽车尾气TWC催化剂汽车尾气处理TWC催化剂三效催化剂TWC（ThreeWayConversionCatalyst)Pt-Pd-Rh基催化剂，能同时有效地对ＣＯ、ＨＣ和ＮＯX进行催化转化称为三效催化剂以Pt、Pd、Rh为活性组分，以堇青石为第一载体以Al2O3为第二载体，Ce、La、Ba、Zr为助剂。现在主要研发复合氧化物（如ABO3）为三效催化剂二、空气污染治理技术柴油机汽车主要污染NOx和碳颗粒NOx脱除技术主要是催化分解和选择性转化静态源气体处理都应用了催化转化静态源气体指工矿企业产生的气体。催化剂种类较少，主要是脱硫、脱氮（脱硝、脱氨氮）。SCR催化剂－NOx脱硝催化剂：V2O5/TiO2、MoO3/TiO2、V2O5/TiO2新型磷钨酸H3PW12O10(H2O)6，Cu-ZSM5等脱硝催化剂二、空气污染治理技术三工业废液催化处理技术湿式氧化WAO湿式催化氧化CWAO催化剂CWAO工艺1.均相催化剂诱导期：Fe2++H2O2Fe3++HO•+OH-RH+HO•R˙+H2O(RH为有机物）增殖期：R˙+02ROO˙ROO˙+RHROOH+R˙退化期：ROO˙+ROO˙ROOR+O2结束期：ROOHRO˙+OH˙ROOHalcohols,ketones,acids2.非均相催化剂ROOH+Me（n-1)+RO˙+Men++OH-reductionROOH+Men+ROO˙+Me（n-1)++H+oxidationAppl.CataL.B:Environ.1996,11,992.O˙OH˙acidsH2O+CO2J.AICHE.1991,37,1687H2ORHCWAO反应机理CWAO反应机理CWAO实例A+A+A+A+A+