催化劑在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

催化劑在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用研究進(jìn)展 1、環(huán)境保護(hù)催化劑的定義 環(huán)保催化劑是指用直接或間接的方法處理有毒、有害物質(zhì)，使之無(wú)害化或減量化，以保護(hù)和改善周圍環(huán)境所用的催化劑。環(huán)保催化劑的范疇從廣義上講，可以認(rèn)為是對(duì)環(huán)境保護(hù)有益的所有催化劑，包括不要或不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物的催化合成過(guò)程；從狹義上講，就是與溫室效應(yīng)、臭氧層破壞、酸雨范圍的擴(kuò)大化及水體污染等的改善所涉及的催化劑種類。環(huán)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(guò)程中用來(lái)抑制NOX產(chǎn)生用的催化劑屬于間接的。 2、環(huán)保催化劑的應(yīng)用研究進(jìn)展 2.1 貧燃車用催化劑 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在貧燃條件下操作時(shí)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比(空氣和燃料之比) 大于17：1，甚至更高。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)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(duì)目前流行的三效貴金屬催化劑來(lái)說(shuō)，如此高的空燃比已超出正常操作范圍，故不能有效提高對(duì)NOx的還原。因此應(yīng)開發(fā)在貧燃條件下且能提高NOx轉(zhuǎn)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(fā)動(dòng)機(jī)和貧油型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛上得到廣泛應(yīng)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(chǎn)品即固態(tài)元素硫，該產(chǎn)品不僅運(yùn)輸方便還可重復(fù)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(wèn)題是煙氣中過(guò)量氧對(duì)還原過(guò)程的干擾問(wèn)題和催化劑的中毒問(wèn)題。 2.3 高濃度難降解有機(jī)廢水的催化氧化處理 隨著醫(yī)藥、化工、染料等行業(yè)的發(fā)展，高濃度難降解廢水越來(lái)越多,它們的廢水的特點(diǎn)是污染物毒性大，污染物濃度高，難以生物降解；無(wú)機(jī)鹽含量高。處理此類廢水最有效的方法之一是化學(xué)氧化法。目前高效濕式催化氧化技術(shù)是熱門研究課題。此法可直接氧化水中的有機(jī)污染物或?qū)⑺写蠓肿佑袡C(jī)污染物氧化成小分子有機(jī)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(jī)污染物。此法常用氧化劑來(lái)增加催化氧化有機(jī)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(guān)鍵是高效非均相氧化催化劑的開發(fā)。 2.4 環(huán)保催化劑的種類及利用現(xiàn)狀 地球環(huán)境問(wèn)題的內(nèi)容有多種,目前迫切希望解的問(wèn)題有:溫室效應(yīng)、臭氧層破壞、酸雨范圍的擴(kuò)大化、重金屬等環(huán)境污染物質(zhì)的排放、熱帶雨林的減少和土壤沙漠化等。其中前三個(gè)問(wèn)題,是由排放到大氣中的化學(xué)物質(zhì)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(yīng)有關(guān),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(xué)煙霧的主要因素,除掉或減少這些污染物質(zhì),主要是通過(guò)化學(xué)方法來(lái)解決。由于上述污染物質(zhì)在排放過(guò)程中所涉及的反應(yīng)物的量偏低,反應(yīng)溫度不是太高就是太低,反應(yīng)物和催化劑接觸時(shí)間特別短等特點(diǎn),因此,環(huán)保催化劑與其他化學(xué)反應(yīng)用的催化劑相比,對(duì)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(huán)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(jié)構(gòu)，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(jī)廢氣催化燃燒等環(huán)保催化劑的載體。 2.5.2 TiO2是一種N型半導(dǎo)體，具有良好的光敏導(dǎo)電性，常做催化劑載體。現(xiàn)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(yáng)光和燈光的照射下自動(dòng)催化和凈化著室內(nèi)的空氣。 2.5.3 生物催化工藝通常是以無(wú)毒無(wú)害的生物材料為原料，在常溫常壓下即可反應(yīng)，工藝簡(jiǎn)單。生物催化劑的轉(zhuǎn)化率高、專一性強(qiáng)、副產(chǎn)物少、可反復(fù)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(jià)廉、不可燃燒、性能可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，被預(yù)言是有可能引起一場(chǎng)化學(xué)工業(yè)革命和工業(yè)應(yīng)用前景較好的環(huán)境友好催化劑。