環(huán)境催化緒論

1、環(huán)境催化Environmental Catalysis主講：潘華西安交通大學(xué)能動學(xué)院環(huán)境工程系第一講 催化與環(huán)境催化和環(huán)境的關(guān)系 催化：改變化學(xué)反應(yīng)速率而不影響化學(xué)平衡的作用，反應(yīng)前后催化劑的量和質(zhì)均不發(fā)生改變。Catalysis is the change in rate of a chemical reaction due to the participation of a substance called a catalyst. Unlike other reagents that participate in the chemical reaction, a catalyst is n

2、ot consumed by the reaction itself. 催化的發(fā)展史Sweden, Berzelius（1836, Catalysis）Fe catalyst(20世紀(jì)初，NH3)Ziegler-Natta catalyst(20世紀(jì)50年代初，Petroleum Chemical engineering )催化技術(shù)是化學(xué)工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)的最核心技術(shù)催化對環(huán)境的影響白色垃圾機(jī)動車尾氣化工行業(yè)尾氣水體富營養(yǎng)化溫室效應(yīng)（溫室效應(yīng)（Greenhouse effect）HOTHOT！ Tuvalu（圖瓦盧 ）Lake ChadLake Chad光化學(xué)煙霧（光化學(xué)煙霧（Photoche

3、mical smog ）中國酸雨的分布變化主要位于長江以南 pH5.6 pH7.0 N/A Taiwan Acid rain distribution in 80s pH7.0pH7.0pH5.6 pH5.0pH4.5pH4.0 Acid rain distribution in middle 90s 酸雨（酸雨（Acid rain ）環(huán)境催化 消除已經(jīng)產(chǎn)生的污染物（例如氮氧化物的脫除） 減少能源轉(zhuǎn)化過程中有害物質(zhì)的產(chǎn)生（例如天然氣催化燃燒、柴油催化脫硫等） 將廢物轉(zhuǎn)化為有用之物（例如甲烷和二氧化碳的資源化） 消除已經(jīng)產(chǎn)生的污染物 消除大氣污染物、溫室效應(yīng)氣體和臭氧層消耗污染 消除室內(nèi)氣態(tài)污染

4、物的致病微生物 消除水中污染物和致病微生物消除大氣污染物、溫室效應(yīng)氣體和臭氧層消耗污染 大氣中主要?dú)鈶B(tài)污染物：NOx、SO2、CO、CO2、CH4、CFC、VOC等 危害：光化學(xué)煙霧、酸雨、臭氧空洞、溫室效應(yīng) 來源：移動源和固定源NOx為例為例NOx+SO2Source:申文杰，環(huán)境催化課件（ppt）chinaA. Richter, J.P. Burrows, B.H. N., C. Granie, U. Niemeier, Nature, 437 (2005) 129 MobileStationary脫硝技術(shù)氨選擇性催化還原NOxDeNOx TechnologiesSelective cat

5、alytic reduction of NOx with NH3 2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O 4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O Eq.1 Eq.2NH3-SCR應(yīng)用現(xiàn)狀應(yīng)用現(xiàn)狀100 GW(Urea) 55 GW(70%NH3,30%Urea) 23.1 GW(NH3)催化劑（催化劑（Catalyst）V2O5-WO3 (MoO3)/TiO2Supportactive component promoter1050650350EconomizerSCR反應(yīng)器（SCR reactor）研究趨勢High costSecondary pollutionCatalyst deac

6、tivation Narrow operation temperatureHC-SCRReductantCatalyst消除室內(nèi)氣態(tài)污染物和致病微生物 室內(nèi)空氣污染物：CO、甲醛、VOC、NH3、致病微生物（肺炎球菌、大腸桿菌等） 凈化技術(shù)：光催化、熱催化氧化、低溫等離子體催化技術(shù)等光催化原理以光催化降解室內(nèi)污染物為例光催化劑： TiO2、ZnO、CdS、Fe2O3、SnO2、WO3光催化反應(yīng)器光催化研究趨勢量子產(chǎn)率低量子產(chǎn)率低可見光難以利用可見光難以利用 光催化劑的失活光催化劑的失活納米光催化納米光催化減少能源轉(zhuǎn)化過程中有害物質(zhì)的產(chǎn)生天然氣催化燃燒天然氣催化燃燒.VOCs催化燃燒催化燃燒減少

7、能源轉(zhuǎn)化過程中有害物質(zhì)的產(chǎn)生VOCs催化燃燒為例是一類重要的空氣污染物（是一類重要的空氣污染物（volatile organic compounds ,簡稱簡稱VOCs ）,通常指通常指沸點(diǎn)沸點(diǎn)50260、室溫下、室溫下飽和蒸飽和蒸氣壓超過氣壓超過133.32Pa的有機(jī)化合物的有機(jī)化合物,其其為烴類、鹵代烴、氮為烴類、鹵代烴、氮烴、含氧烴、硫烴及低沸點(diǎn)的多環(huán)香烴等。烴、含氧烴、硫烴及低沸點(diǎn)的多環(huán)香烴等。危害危害典型催化燃燒工藝流程工程實(shí)例（深圳）催化燃燒優(yōu)點(diǎn)：催化燃燒優(yōu)點(diǎn)：無火焰燃燒，安全性好無火焰燃燒，安全性好溫度低：溫度低：300450oC，輔助燃料消耗少，輔助燃料消耗少對可燃組分濃度和熱

8、值限制少對可燃組分濃度和熱值限制少+H2+CO（合成氣）甲烷和二氧化碳重整制備合成氣0408012016037%2006 市場銷售額（億美元）199930% Source: http:/ in Journal）JournalImpact factor (IF)Catalysis Reviews7Advanced in Catalysis8.167Chemical Communications5.787Journal of Catalysis5.415Journal of Physical Chemistry4.520Applied Catalysis B:Environmental4.749A

9、pplied Catalysis A: General3.383Catalysis Letters1.907Catalysis Today2.993催化類期刊（Catalysis in Journal）JournalImpact factor (IF)Advanced Synthesis & Catalysis5.250Catalysis Surveys from Asia2.432Topics in Catalysis2.359Catalysis Communication2.827Reaction Kinetics and Catalysis Letters0.569Journal

10、 of Molecular Catalysis2.872Kinetics in Catalysis0.708環(huán)境類期刊（Environment in Journal）JournalImpact factor (IF)Environmental Science & Technology4.825Environmental Pollution3.395Journal of Hazardous materials 3.723Environmental Engineering Science0.893Water Research4.546Journal of Environmental Science1.531Energy & Environmental Science9.446參考書 等級：環(huán)境催化領(lǐng)域的高學(xué)術(shù)水平的會議。 中國承辦情況：第六屆國際環(huán)境催化大會于2010年9月12