新型環(huán)保工業(yè)催化劑

1、新型環(huán)保工業(yè)催化劑一、定義：一、定義：催化催化即通過催化劑改變反應(yīng)物的活化能，改變反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)速率，反應(yīng)前后催化劑的量和質(zhì)均不發(fā)生改變的反應(yīng)。二、類型二、類型（共四種）（共四種）1.1.均相催化均相催化催化劑與反應(yīng)物同處于一均勻物相中的催化作用。有液相和氣相均相催化。液態(tài)酸堿催化劑，可溶性過渡金屬化合物催化劑和碘、一氧化氮等氣態(tài)分子催化劑的催化屬于這一類。均相催化劑的活性中心比較均一，選擇性較高，副反應(yīng)較少，易于用光譜、波譜、同位素示蹤等方法來研究催化劑的作用，反應(yīng)動力學(xué)一般不復(fù)雜。但均相催化劑有難以分離、回收和再生的缺點。 2.2.多相催化多相催化 多相催化發(fā)生在兩相的界面上，通常催化劑

2、為多孔固體，反應(yīng)物為液體或氣體。多相催化反應(yīng)通?？砂聪率銎卟竭M行：反應(yīng)物的外擴散反應(yīng)物向催化劑外表面擴散；反應(yīng)物的內(nèi)擴散在催化劑外表面的反應(yīng)物向催化劑孔內(nèi)擴散；反應(yīng)物的化學(xué)吸附；表面化學(xué)反應(yīng)；產(chǎn)物脫附；產(chǎn)物內(nèi)擴散；產(chǎn)物外擴散。這一系列步驟中反應(yīng)最慢的一步稱為速率控制步驟。化學(xué)吸附是最重要的步驟，化學(xué)吸附使反應(yīng)物分子得到活化，降低了化學(xué)反應(yīng)的活化能。因此，若要催化反應(yīng)進行，必須至少有一種反應(yīng)物分子在催化劑表面上發(fā)生化學(xué)吸附。固體催化劑表面是不均勻的，表面上只有一部分點對反應(yīng)物分子起活化作用，這些點被稱為活性中心。 3.3.復(fù)相催化復(fù)相催化 復(fù)相催化是一獨立的化學(xué)反應(yīng)。它兼有均相催化的溫度和多相催

3、化的速度。同時具有可控的方向性。在反應(yīng)時，全方位的進行催化，致使反應(yīng)速度加快數(shù)千倍。由于催化能力倍增，使其可從碳水化合物中移動氫氧，而這正是把工業(yè)和生物廢棄物“一步法”轉(zhuǎn)化為標準汽柴油的科學(xué)基礎(chǔ)。 4.4.生物催化生物催化 酶是一種生物催化劑，生物體內(nèi)的所有化學(xué)變化幾乎都是在酶催化下進行的，酶的催化作用稱為生物催化。酶的催化活性高，選擇性強。生物催化在常溫中性條件下進行，高溫、強酸和強堿都會使酶喪失活性。離體的酶仍具有催化活性，可制成各種酶制劑應(yīng)用在醫(yī)學(xué)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上。 其他還有電催化、光助催化、光電催化等。 按催化作用機理，可把催化劑分為金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、配位（絡(luò)合）催化劑、酸堿

4、催化劑和多功能催化劑。 通過加入催化劑，實現(xiàn)低活化能的化學(xué)反應(yīng)途徑，從而加速化學(xué)反應(yīng)。催化作用的一般原理：一、定義：一、定義：根據(jù)國際純粹化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)1981年的定義：催化劑是一種改變反應(yīng)速率但不改變反應(yīng)總標準吉布斯自由能的物質(zhì)。二、制造方法：二、制造方法：傳統(tǒng)的方法有機械混合法、沉淀法、浸漬法、溶液蒸干法、熱熔融法、浸溶法（瀝濾法）、離子交換法等，現(xiàn)發(fā)展的新方法有化學(xué)鍵合法、纖維化法等。三、實際用途：三、實際用途：催化劑在化工生產(chǎn)中具有重要而廣泛的應(yīng)用，生產(chǎn)化肥、農(nóng)藥、多種化工原料等都要使用催化劑。在化工生產(chǎn)、科學(xué)家實驗和生命活動中，催化劑都大顯身手。例如，硫酸生產(chǎn)中要

5、用五氧化二釩作催化劑。由氮氣跟氫氣合成氨氣，要用以鐵為主的多分組催化劑，提高反應(yīng)速率。在煉油廠，催化劑更是少不了，選用不同的催化劑，就可以得到不同品質(zhì)的汽油、煤油?；ず铣伤嵝院蛪A性色可賽思催化劑。車尾氣中含有害的一氧化碳和一氧化氮，利用鉑等金屬作催化劑可以迅速將二者轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳和氮氣。酶是植物、動物和微生物產(chǎn)生的具有催化能力的蛋白質(zhì)，生物體的化學(xué)反應(yīng)幾乎都在酶的催化作用下進行，釀造業(yè)、制藥業(yè)等都要用催化劑催作。 我們可在波茲曼分布（Boltzmann distribution）與能量關(guān)系圖（energy profile diagram）中觀察到，催化劑可使化學(xué)反應(yīng)物在不改變的情形下，

6、經(jīng)由只需較少活化能（activation energy）的路徑來進行化學(xué)反應(yīng)。而通常在這種能量下，分子不是無法完成化學(xué)反應(yīng)，不然就是需要較長時間來完成化學(xué)反應(yīng)。但在有催化劑的環(huán)境下，分子只需較少的能量即可完成化學(xué)反應(yīng)。環(huán)境保護催化劑是催化劑工業(yè)中的一類產(chǎn)品，用于借助催化作用來消除環(huán)境污染的工藝。在環(huán)境治理工程中，由于被污染物的組成、濃度、溫度等常有變化,故要求催化劑能在較寬的反應(yīng)條件下保持其效率,這與典型的化工生產(chǎn)中所用的催化劑是有所不同的。什么是環(huán)保催化劑？工業(yè)脫硝工業(yè)脫硝SCRSCR催化劑催化劑漆包機專用催化劑漆包機專用催化劑催化劑工業(yè)中的一類產(chǎn)品，用于借助催化作用來消除環(huán)境污染的工藝。自

7、20世紀70年代汽車排氣催化凈化技術(shù)商業(yè)化以后，此類催化劑與石油煉制催化劑、化工催化劑（包括石油化工催化劑和無機化工催化劑并列為催化劑工業(yè)中的三大類產(chǎn)品。催化劑的產(chǎn)品：環(huán)境保護用催化劑通常有較高的催化活性，能將濃度本來很低的污染物經(jīng)催化轉(zhuǎn)化為無毒物；能承受較高的作業(yè)負荷，以節(jié)約催化劑用量和治理污染的設(shè)備投資；能在室溫或不太高的溫度下作業(yè)，以減少治理污染所需的能耗。被處理的氣體，通常含有粉塵、重金屬、含硫化合物、含氯化合物、酸霧等，因此要求催化劑的抗毒能力較強,化學(xué)穩(wěn)定性好,具有足夠的催化劑壽命。有時，要求有良好的催化劑選擇性不致因副反應(yīng)所生成的產(chǎn)物造成二次污染。在環(huán)境治理工程中，燃燒催化劑用完

8、全催化氧化的方法使可燃性污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水的催化劑。廣泛用于治理工廠的排氣污染,主要是一氧化碳、烴類及其含氧衍生物,如醇、醛、酮、酯等引起的污染。第一次世界大戰(zhàn)時曾用CuO和MnOx為催化劑,置于防毒面具中以凈化毒氣（一氧化碳等），在室溫下即有效。對環(huán)保催化劑的要求：1、要求處理的含有毒有害物質(zhì)的氣體或液體的數(shù)量較大。2、要求處理的有害物質(zhì)的濃度往往很低3、要求環(huán)保催化劑有較強的抗毒穩(wěn)定性4、要求不會產(chǎn)生二次污染5、要求環(huán)保催化劑必須具有脫除多種毒物的功能新型環(huán)保催化材料 (1)沸石分子篩催化材料 由于它的多孔結(jié)構(gòu)和選擇性吸附的特點，既可用于毒物的吸附分離,又可以用于載體和膜催化材料，

9、還可以用于酸催化以替代腐蝕性強的液體酸催化劑等。(2)廉價的硅酸鹽材料蒙脫土等天然粘土具有類分子篩的結(jié)構(gòu)，像海泡石稍稍進行改性后，既可做催化劑載體，又是一種處理污水中重金屬離子的良好吸附劑。整體塊狀載體材料的傳質(zhì)、傳熱、壓降等行為與傳統(tǒng)的顆粒狀催化劑所構(gòu)成的散式床層迥然不同。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(huán)保催化劑的載體。蒙脫土粘土蒙脫土粘土 (3)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?，F(xiàn)在TiO2被廣泛用于光催化材料和電極催化材料，一些涂有活性TiO2的自潔玻璃、瓷磚、家具、窗簾布，在太陽光和燈光的照射下自動催化和凈化著室內(nèi)的空氣。

10、納米納米TiO2TiO2光催化劑光催化劑 (4)生物催化工藝通常是以無毒無害的生物材料為原料，往往在常溫、常壓下就可反應(yīng)，相應(yīng)工藝也簡單。生物催化劑的轉(zhuǎn)化率高，專一性強，副產(chǎn)物少。還可反復(fù)使用，因此是一種理想的綠色催化劑。 (5)氮化物、碳化物材料的結(jié)構(gòu)獨具特色,在加氫反應(yīng)中顯示了極高的活性，幾乎可與貴金屬相媲美，還能夠大量節(jié)約氫耗。因此，有望取代地球上儲量不豐、價格昂貴的貴金屬在加氫反應(yīng)中的地位。此類新型催化材料的加氫脫硫和加氫脫氮能力比傳統(tǒng)的催化劑加氫脫硫和加氫脫氮的活性高。 (6)室溫離子液體既可作為酸催化劑,又是一種綠色溶劑。因其制作方便,本身毒性低,價格便宜又不可燃燒,還具有性能可調(diào)等方面的優(yōu)點,因此被預(yù)言是有可能引起一場化學(xué)工業(yè)革命和工業(yè)應(yīng)用前景較好的環(huán)境友好催化材料。相關(guān)知識鏈接界面： 界界面面層：層：存在于兩相之間，厚度約為幾個分子大小的一薄層。 界界面面層層現(xiàn)現(xiàn)象：象：由于物質(zhì)界面分子與體相分子所處情況不同而產(chǎn)生的各種現(xiàn)象 界界面面化化學(xué)：學(xué)：研究對象是多相體系，界面上特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，由此而產(chǎn)生的一系列現(xiàn)象及其應(yīng)用的科學(xué)。界面性質(zhì)：表面張力 表面張力作用效果：使液體表面收縮。彎曲液面的附加壓力 平面：表面張力是水平的，相互抵消，液體表面的內(nèi)外兩側(cè)壓力相等，都等于外壓 p0