催化在之力環(huán)境污染中作用的論述.doc

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1、催化在治理環(huán)境污染中作用的論述摘要：隨著科技發(fā)展，人類環(huán)保意識(shí)的提高，對(duì)現(xiàn)代工業(yè)中產(chǎn)生的環(huán)境污染物的處理也越來(lái)越重視。催化劑的使用是處理環(huán)境污染中最重要也是最有效的途徑。本人論述了催化劑在治理環(huán)境污染中的應(yīng)用，重點(diǎn)綜述了催化劑在大氣污染及水污染中的應(yīng)用。敘述了納米光催化技術(shù)、微波誘導(dǎo)技術(shù)在處理廢水中的應(yīng)用以及最新的處理汽車尾氣的催化劑的結(jié)構(gòu)和種類。關(guān)鍵字：催化劑，催化作用，環(huán)境污染前言催化劑的一般含義是指一種通過(guò)基元步驟的連續(xù)和重復(fù)循環(huán)，將反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物的物質(zhì),而在循環(huán)重復(fù)的最后一步，催化劑又恢復(fù)到原來(lái)的形式。以控制和預(yù)防環(huán)境污染為目的的催化劑和催化過(guò)程的研究稱為環(huán)境催化

2、研究。由于工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展而日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染以及催化科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境催化的科學(xué)和技術(shù)己有很大的發(fā)展。和能源密切相關(guān)的多相催化工業(yè)技術(shù)在過(guò)去半個(gè)多世紀(jì)中呈現(xiàn)了三個(gè)量子化發(fā)展階段[1]:第一階段為40年代末至50年代初，為石油煉制技術(shù)的大發(fā)展（如催化裂化、加氫裂解、催化重整和異構(gòu)化等）；第二階段為70年代至80年代石油化工的大發(fā)展（如新型ZSM—5分子篩催化劑用于異構(gòu)化、歧化和芳烴烷基化過(guò)程等）；而90年代為第三階段是環(huán)境催化大發(fā)展的時(shí)期,例如成功地將催化劑用于汽車排氣凈化，還有催化消除氧化氮類、氧化硫類，可揮發(fā)性有機(jī)組分的催化氧化、催化燃燒等。催化是煉油、化工和環(huán)保等方面

3、創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的關(guān)鍵技術(shù).在世界催化劑銷售市場(chǎng)，煉油、化工和環(huán)保三大領(lǐng)域中，環(huán)保催化劑銷售額比例日趨上升[2,3]。1989年美國(guó)的環(huán)保催化劑銷售額已超過(guò)煉油用的催化劑。1993年日本的環(huán)保催化劑已占總額的55%～60%，西歐也已占60%以上。近年來(lái)，以環(huán)境污染控制和預(yù)防為背景的催化學(xué)術(shù)會(huì)議頻繁召開，專門書籍陸續(xù)出版.這些動(dòng)向均表明當(dāng)今催化學(xué)術(shù)界在此領(lǐng)域的研究異常活躍。正文：1、催化劑在污染水處理中的應(yīng)用1.1納米光催化材料在水處理中的應(yīng)用納米光催化材料大多是金屬氧化物或硫化物等半導(dǎo)體材料，它們具有特殊的電子結(jié)構(gòu)，它們?cè)诠饧ぐl(fā)下所產(chǎn)生的電子和空穴，將反應(yīng)物還原或

4、氧化，從而使污染物得到降解，并最終完全礦化為CO2、H2O和毒性小的有機(jī)物和無(wú)機(jī)離子等，因此在能源、綠色化學(xué)方面顯示出其獨(dú)特的功效[4]。納米光催化材料有以下的特點(diǎn)[5]:降解沒有選擇性，能使有害物質(zhì)完全分解，不會(huì)產(chǎn)生二次污染可以在常壓下操作，反應(yīng)條件溫和，降低操作難度，不需要大量消耗除光以外的其他物質(zhì)，可以降低能量、原材料的消耗而達(dá)到除毒、脫色、去臭的目的。光催化劑具有廉價(jià)、無(wú)毒、穩(wěn)定以及可以重復(fù)利用等特點(diǎn)。因此很多專家預(yù)測(cè)納米光催化材料將是未來(lái)水處理技中的主力軍，常見的納米光催化材料有:TiO2、ZnO、BiVO4、Al2O3等。其中納米TiO2活性高，熱穩(wěn)定性好，成本

5、低，安全無(wú)毒，是現(xiàn)在研究最廣，最被看好的材料。在紫外光照射下，納米TiO2表面會(huì)產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的羥基自由基，使水中的有機(jī)污染物氧化降解為無(wú)害的CO2和水。目前納米TiO2主要的應(yīng)用領(lǐng)域有化工廢水、染料廢水、農(nóng)藥廢水、含油廢水、造紙廢水等有機(jī)廢水的處理。例如:趙文寬等以煤灰中的漂珠為載體、鈦酸丁酯為原料，制備了一種載有納米TiO2粉體的漂浮型光催化劑，在紫外光或太陽(yáng)光直接照射下，能有效降解水面石油污染物。同濟(jì)大學(xué)李田等將納米TiO2固定于玻璃纖維網(wǎng)上形成催化膜，用于深度凈化飲用水。經(jīng)處理的自來(lái)水中有機(jī)物總量去除率達(dá)60%以上，19種優(yōu)先污染物中有5種被完全去除，其他有機(jī)物的

6、濃度也基本降至檢測(cè)限以下，同時(shí)細(xì)菌總量明顯減少，處理水質(zhì)達(dá)到了安全飲用的要求。另外，在無(wú)機(jī)物的處理方面，納米TiO2可以吸附高氧化態(tài)汞、銀、鉑等貴重金屬離子，而無(wú)機(jī)離子在納米粒子表面具有光化學(xué)活性，從而在光催化下被還原為細(xì)小的金屬晶體，被催化劑吸附，毒性因此被大大降低。1.2微波誘導(dǎo)催化技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用1.2.1微波誘導(dǎo)催化技術(shù)的基本原理微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)的基本原理可簡(jiǎn)述如下：將高強(qiáng)度短脈沖微波輻照聚集到含有某種“敏化劑”（如鐵磁金屬）的固體催化劑床表面上，由于表面金屬點(diǎn)位與微波能強(qiáng)烈的相互作用，微波能將被轉(zhuǎn)變成熱能，從而使某些表面點(diǎn)位選擇性地被迅速加熱到很高的溫度（

7、例如很容易超過(guò)1400℃）。在此反應(yīng)過(guò)程中，催化劑的作用不僅僅在于把熱能聚焦，而且還可借它與反應(yīng)物和產(chǎn)物相互作用的選擇性而影響反應(yīng)的進(jìn)程[6]。微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)中，微波主要是與催化劑或其載體相作用，被激活的催化劑再催化相應(yīng)反應(yīng)的進(jìn)行。由此可見，微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)中催化劑及載體的作用是非常重要的，必須要與所加微波能發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用。很顯然，最適宜作催化劑的是微波高損耗物質(zhì)，而載體則宜選用微波低損耗物質(zhì)。物質(zhì)吸收微波的能力與很多因素有關(guān)，所以在實(shí)際工作中微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)所用催化劑的選擇往往還需要通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)來(lái)加以篩選[