催化法净化气态污染物
第四章 净化气态污染物的方法
第四章 净化气态污染物的方法我们都知道，大气污染物分类为气态污染物和颗粒状污染物，本章是针对于气态污染物的处理方法进行学习。
工程上净化气态污染物的方法主要有以下几种：利用溶液的溶解作用所组成的气体吸收净化；利用固体表面吸附作用的吸附净化；利用某些催化剂的催化转化；有机物的高温焚烧等方法。
§1 吸收法净化气态污染物吸收法净化气态污染物是利用气体混合物中各种成分在吸收剂中的溶解度不同，或者与吸收剂中的组分发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的操作过程。
吸收分为物理吸收和化学吸收两大类。
吸收过程无明显的化学反应时为物理吸收，如用水吸收氯化氢。
用水吸收二氧化碳的感。
吸收过程中伴有明显化学反应时为化学吸收，如用碱液吸收难以达到排放标准，因此大多数采用化学吸收。
吸收法不但能消除气态污染物对大气的污染，而且开可以使其还可以使其转化为有用的产品。
并且还有捕集效率高、设备简单、一次性投资低等优点，因此，广泛用于气态污染物的处理。
如处理含有SO 2、H 2S 、HF 和NO x 等废气的污染物。
一、吸收平衡理论物理吸收时，常用亨利定律来描述气液两相间的平衡，即i i i x E p =* 式中*i p ——i 组分在气相中的平衡分压，Pa ；i x ——i 组分在液相中的浓度，mol%；i E ——i 组分的亨利系数，Pa 。
若溶液中的吸收质（被吸收组分）的含量i c 以千摩尔/米3表示，亨利定律可表示为： i i i H c p =*或i i i p H c =i H ——i 气体在溶液中的溶解度，kmol/m 3·Pa 。
亨利定律适用于常压或低压下的溶液中，且溶质在气相及液相中的分子状态相同。
如被溶解的气体在溶液中发生某种变化（化学反应、离解、聚合等），此定律只适用于溶液中未发生化学变化的那部分溶质的分子浓度，而该项浓度决定于液相化学反应条件。
二、双膜理论吸收是气相组分向液向转移的过程，由于涉及气液两相间的传质，因此这种转移过程十分复杂，现已提出了一些简化模型及理论描述，其中最常用的是双膜理论，它不仅用于物理吸收，也适用于气液相反应。
净 化 气 态 污 染 物 方 法
5.1 净化气态污染物方法控制SO2 、NO x 碳氢化合物、氟化物等气态污染物的排放，主要的途径是净化工艺尾气。
目前常用的方法有吸收法、吸附法、催化法、燃烧法、冷凝法等。
5.1.1吸收法5.1.1.1吸收法的基本原理（1）吸收的概念利用吸收剂将混合气体中的一种或多种组分有选择地吸收分离过程称作吸收（absorption）。
具有吸收作用的物质称为吸收剂（absorbent），被吸收的组分称为吸收质（absorbate）。
吸收操作得到的液体称为吸收液或溶液，剩余的气体称为吸收尾气根据吸收过程中发生化学反应与否，将吸收分为物理吸收和化学吸收。
物理吸收（physical absorption）是指在吸收过程中不发生明显的化学反应，单纯是被吸收组分溶于液体的过程，如用水吸收HCl气体。
化学吸收（chemical adsorption）是指吸收过程中发生明显化学反应，如用氢氧化钠溶液吸收SO2，用酸性溶液吸收NH3等气体。
吸收法净化气态污染物就是利用混合气体中各成分在吸收剂中的溶解度不同，或与吸收剂中的组分发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来。
由于化学反应增大了吸收的传质系数和吸收推动力，加大了吸收速率，因此对于废气流量大、成分比较复杂、吸收组分浓度低的废气，大多采用化学吸收。
吸收法是分离、净化气体混合物最重要的方法之一，被广泛用于净化含SO2、NO x、HF、HCL等废气。
（2）吸收平衡假定某一个容器中盛有液体（图5-1），在液体上面有一定的气体空间，液体中溶解某种气体，达到平衡状态时，同一时间里溶解于液体中的气体分子数等于从液体中解脱出来的气体分子数。
气体组分能溶于吸收剂中是吸收操作的必要条件。
溶解于吸收剂中的气体量不仅与气体、液体本身性质有关，而且还与液体温度及气体的分压有关。
在一定温度下，气体的分压越大，溶解于吸收剂中的气体量就越多。
亨利定律表明了气体中某种组分的分压与液体中含有该组分的浓度之间的平衡关系，用公式表示为PA=HXA式中 PA 物质A在气相中的平衡分压，H 亨利常数；XA 物质A在液相中的摩尔分数。
实验室废气的处理方法
实验室废气的处理方法
实验室废气处理方法可以根据废气特性和排放标准的要求来选择。
以下是一些常见的实验室废气处理方法：
1. 燃烧法：将废气进行燃烧，使其转化为无害物质。
可以利用燃烧炉、焚烧炉、催化燃烧等设备进行处理。
2. 吸附法：利用吸附材料吸附废气中的有害物质。
常用的吸附材料包括活性炭、分子筛等。
吸附材料饱和后需要进行再生或更换。
3. 吸收法：利用吸收剂溶解废气中的有害物质。
常用的吸收剂有洗涤液、碱液、酸液等。
吸收液需要定期更换。
4. 氧化法：利用化学氧化剂氧化废气中的有害物质。
常用的氧化剂有臭氧、过氧化氢等。
5. 催化法：利用催化剂催化废气中的有害物质进行化学反应，转化为无害物质。
常见的催化剂有铂、钯、铑等。
6. 膜分离法：利用特殊膜材料进行分离，将有害物质从废气中分离出来。
常见的膜分离方法有逆渗透、超滤等。
以上方法可以单独使用，也可以组合使用，根据废气特性和排放标准的要求选择合适的处理方法。
同时，废气处理过程中应注意设备操作安全和排放标准的合规性。
了解化学技术对大气污染物的处理原理
了解化学技术对大气污染物的处理原理大气污染是当前全球面临的重要环境问题之一，它直接影响人们的健康和生活质量。
为了解决大气污染问题，化学技术被广泛应用于大气污染物的处理和净化过程中。
本文将介绍几种常见的化学技术，并探讨它们在处理大气污染物中的原理与应用。
一、催化剂氧化技术催化剂氧化技术是一种常用的化学技术，主要通过催化剂的作用加速大气污染物的氧化反应。
在大气中，许多有害物质如二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）和挥发性有机物（VOCs）都具有较强的还原性，它们会对环境和人体产生严重危害。
催化剂氧化技术通过选择合适的催化剂，将这些有害物质氧化为无害的物质，从而实现大气污染物的治理。
例如，选用铂类催化剂可以将CO氧化为二氧化碳，二氧化硫可以通过钒、钼等催化剂的氧化反应转化为硫酸。
催化剂氧化技术具有高效、高选择性和经济性的优点，可以广泛应用于大气污染治理中。
二、沉降技术沉降技术是一种通过净化设备捕捉大气污染物并让其沉降的化学技术。
在大气污染物中，许多细小的颗粒物质如PM2.5和PM10对人体健康影响巨大。
沉降技术通过采用合适的设备，使颗粒物质在大气中发生沉降，以减少其对人体的危害。
常见的沉降技术有静电沉降技术和湿式沉降技术。
在静电沉降技术中，通过静电作用将带电的颗粒物质收集到收集器上，再通过电场调整带电状态，最终达到沉降的目的。
湿式沉降技术则是利用湿度和颗粒物质之间的化学反应，将颗粒物质转化为沉降物，通过处理设备将其去除。
沉降技术对于大气污染物的治理具有显著的效果，可以有效减少颗粒物质对大气和人体的污染。
三、活性炭吸附技术活性炭是一种高效的吸附材料，其结构具有大量的孔隙和表面活性位点，能够吸附大气中的气体污染物。
活性炭吸附技术通过选用合适的活性炭材料，将大气污染物吸附在其表面，从而实现对大气污染物的治理。
活性炭吸附技术的原理是利用活性炭的高比表面积和丰富的孔隙结构，将污染物通过物理吸附、表面化学吸附或化学反应吸附固定在活性炭上，同时也可以将吸附在活性炭上的污染物进行再利用或处理。
大气污染控制工程试题及答案88014
大气污染控制工程试题一、名词解释1、大气稳定度：在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。
2、理论烟气体积：在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气量。
3、双模理论：①气液两项接触时形成一个相界面②相界面两侧存在呈层流流动的气膜和液膜③溶质以分子扩散从气流主体通过这两个膜层进入液相主体④相界面出气液两项存在动态平衡⑤膜层以外无浓度梯度、浓度梯度全部集中在两层膜内4、催化转化法：借助催化剂的催化作用，使气态污染物在催化剂表面上发生化学反应，转化为无害或易于处理与回收利用物质的净化方法。
5、冷凝法：利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压的这一性质，采用降低温度、提高系统的压力或既降低温度又提高压力的方法，使处于蒸汽状态的污染物（如VOCs）冷凝并与废气分离。
二、填空题1.大气污染物的污染源可分为自然污染源和人为污染源.2.常用的除尘器可分为机械除尘器、电除尘器、湿式除尘器、袋式除尘器。
3.根据逆温生成的过程，可将逆温分为辐射逆温、下沉逆温、平流逆温、湍流逆温、锋面逆温五种。
4.按照湍流形成原因，可将湍流分为两种湍流：热力湍流、机械湍流。
5.当吸附剂饱和后需要再生，再生的方法有加热吸附再生、降压或真空解吸再生、置换再生、溶剂萃取再生等。
三、简答题1、燃料完全燃烧所需要具备的条件是什么？答：1)空气条件：燃料燃烧时必须保证供应与燃烧相适应的空气量。
如果空气供应不足，燃烧就不完全。
相反空气量过大，也会降低炉温，增加锅炉的排烟热损失。
2)温度条件：燃料只有达到着火温度，才能与氧作用而燃烧。
3)时间条件：燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间。
4)燃料与空气的混合条件：混合程度取决于空气的湍流度，若混合不充分，将导致不完全燃烧产物的产生。
2、简述烟流形状与大气稳定度的关系。
答：1)波浪型：烟流呈波浪状，污染物扩散良好，发生在全层不稳定大气中。
2)锥型：烟流呈圆锥形，发生在中性条件下。
催化法净化气态污染物
催化法净化气态污染物概述催化法是一种常用的净化气态污染物的方法，通过催化剂的作用，将污染物转化为无害的物质。
该方法在环保和工业领域得到广泛应用，具有高效、低成本和环保等优点。
催化法的原理催化法净化气态污染物的原理是利用催化剂对污染物进行氧化还原反应，将有害气态污染物转化为无害的气体或固体物质。
催化剂的选择和设计对反应效率和选择性有重要影响。
催化剂的分类•金属氧化物催化剂：如氧化铜、氧化锌等，常用于氧化反应。
•金属负载催化剂：将活性金属负载在载体上，如氧化铝、硅胶等。
•生物催化剂：利用微生物或酶类对污染物进行生物降解。
催化法的应用•汽车尾气处理：利用三元催化器将尾气中的一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物转化为二氧化碳、氮气和水。
•工业废气处理：对含硫化氢、苯、甲醛等有机污染物的废气进行处理。
•燃煤废气净化：将燃煤产生的氮氧化物、二氧化硫等转化为无害气体。
催化法的优势•高效：催化反应速度快，能够高效转化污染物。
•环保：采用催化法净化气态污染物，可降低排放的有害物质，保护环境。
•经济：与其他净化方法相比，催化法成本较低，易于操作和维护。
催化法的挑战•催化剂失活：催化剂在长期使用中可能受到中毒、烧结等影响而失活，需要定期更换或再生。
•反应选择性：催化剂的选择和设计会影响反应的选择性，需要在优化设计中克服这一挑战。
•温度和压力控制：部分催化反应需要特定的温度和压力条件才能高效进行。
结论催化法净化气态污染物是一种高效、环保且经济的方法，广泛应用于汽车尾气处理、工业废气净化等领域。
在未来的研究中，应重点关注催化剂的设计和再生技术，以提高反应效率和选择性，实现更清洁的生产和排放。
催化转化法去除大气污染物
催化转化法去除大气污染物
催化转化法是一种常用的去除大气污染物的方法。
它通过使用催化剂来促进化学反应，使有害气体在反应过程中转化为无害或更安全的物质。
这种方法通常用于去除有毒或有害的气体，如氮氧化物、一氧化碳和二氧化硫。
催化转化法的原理是，当有害气体在催化剂的表面上发生反应时，催化剂会将气体中的有毒成分转化为无毒或更安全的成分。
这种方法的优点在于，它可以有效地去除大气污染物，同时还可以降低能量消耗。
催化转化法在大气污染治理中广泛应用，如在工业排放口、汽车尾气排放口、垃圾焚烧厂和电厂等场所都可以使用这种方法。
然而，催化转化法也有一些缺点，如催化剂的使用寿命有限、需要定期更换催化剂等。
总的来说，催化转化法是一种有效的去除大气污染物的方法，但为了更有效地控制大气污染，应当结合其他措施来使用。
气态的净化方法
气态的净化方法
气态的净化方法主要包括以下几种：
1. 空气过滤：使用空气过滤器可以有效去除气体中的悬浮颗粒、粉尘和细菌等微小污染物，改善室内空气质量。
2. 吸附剂：通过使用吸附剂如活性炭、分子筛等材料，可以吸附空气中的有害气体，如二氧化硫、一氧化碳、甲醛等有机挥发物。
3. 光催化氧化：利用光催化剂如二氧化钛等材料，在紫外光照射下，可以将空气中的有机物质氧化为无害物质。
4. 冷凝法：通过冷凝技术将气体冷凝成液体或固体，实现气态污染物的分离和去除。
5. 电离和化学反应：通过电离装置产生负离子，吸附空气中的微粒污染物，或通过化学反应将有害气体转化为无害物质。
6. 生物净化：利用植物、菌类等生物来吸收或分解空气中的污染物，例如通过室内常见的绿植来吸收二氧化碳和甲醛。
7. 隔离与排放：对于无法直接净化的气体污染物，采取隔离措施，使用通风设备将有害气体排放到室外，减少室内的污染。
需要根据具体情况选择合适的净化方法，并结合多种方法进行综合净化，以达到较好的净化效果。
气态污染物典型净化工艺流程
气态污染物典型净化工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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一、吸附法。
1. 物理吸附，活性炭吸附、沸石吸附。
催化法净化气态污染物ppt详解.
第5页，共50页。
能单独对化学反应起催
2. 催化剂
其承载活性组分的作用 ，是催化剂具有合适形
化作用凡物单，能质独可使—加作用—速为。称化催化学为高剂本反活催身性应无化组，活分剂性而活，本性但的身具作的有用提化。 学组成在反状 积 约应与 、 活前粒增性度大组后从催分保而化用持增活量加性，不表、并变面节有的
1）暂时性中毒，亲和力较弱，通过水蒸气就可 以将毒物驱离催化剂表面，使其恢复活性
2）永久性中毒，亲和力强，无法将毒物驱离
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催化剂再生
再生是指催化剂在使用一段时间之后由于催化 剂的暂时性中毒或者老化，使催化剂失去了活 性或者活性降低了，我们需要经过一系列的工 艺处理来恢复活性，这就是再生，比如烧焦、 水蒸汽及溶剂冲洗等。
2）冶金或电力行业中SO2浓度较低，不能直接制酸，采用湿
式活性炭吸附尾气中二氧化硫，吸附增加浓度的同时，当 有水蒸气和氧气存在的情况下，催化氧化为硫酸
SO2
1 2
O2
H 2O
H 2SO4
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2.催化还原法
催化剂的作用下，利用还原剂（CH4/NH3/H2）将气体中的
有害物质还原为无害或更容易排放物质
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2.表面化学反应速率方程
1）反应速度表达式
反应速度可用单位反应体积中（或单位重量催化 剂上、单位反应表面积上）某一反应物或产物的摩 尔流量的改变来表示，即
ri
dN i dVR
ri
dN i dW
ri
dN i dS R
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催化反应动力学方程
宏观动力学方程 ➢ 外扩散的传质速率
使用寿命
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催化燃烧治理VOCs和恶臭废气工艺和设备知识简介
催化燃烧治理VOCs和恶臭废气工艺和设备知识简介一、工艺概述催化燃烧是典型的气—固相催化反应，它借助催化剂降低了反应的活化能，使其在较低的起燃温度200～300℃下进行无焰燃烧，有机物质氧化发生在固体催化剂表面，同时产生CO2和H2O，并放出大量的热量。
因其氧化反应温度低，所以大大地抑制了空气中的N2形成高温NOx。
而且由于催化剂有选择性催化作用，有可能限制燃料中含氮化合物（RNH）的氧化过程，使其多数形成分子氮(N2)。
二、技术原理催化燃烧是使有机废气通过催化剂床层，经历催化反应，转化为无害物质的方法。
在贵金属催化剂的作用下，有机废气在较低的温度下进行无焰催化燃烧，将有机成分转化为无毒、无害的CO2和H2O，同时释放出大量的热量。
由于催化剂可加速氧化分解的历程，大多数碳氢化合物在300~450℃的温度时，通过催化剂就可以氧化完全。
三、工艺处理特点起燃温度低，能耗少，燃烧易达稳定，甚至到起燃温度后无需外界传热就能完成氧化反应；净化效率高，污染物（如NOx及不完全燃烧产物等）的排放水平较低；适应氧浓度范围大，噪音小，无二次污染，且燃烧缓和，运转费用低，操作管理也很方便；催化剂易中毒和不耐高温。
易使催化剂中毒的物质有焦油、油烟、粉尘、铅化合物和硫、磷、卤族元素的化合物等。
为了保持催化剂的活性，一般都采用前处理的办法，预先除掉有毒物质。
四、适用范围催化燃烧技术作为一个低温燃烧废气治理工艺，适用于中低浓度废气，被广泛应用于石油化工、油漆、电镀、印刷、涂料、轮胎制造等工业废气的治理，可处理的有机物质种类包括苯类、酮类、酯类、酚类、醛类、醇类、醚类和烃类等等。
对于大风量低浓度的有机废气，可以采取吸附浓缩+脱附催化燃烧的组合工艺。
五、催化燃烧设备简介根据对废气加热方式的不同，催化燃烧工艺可分为常规催化燃烧工艺（简称CO）和蓄热式催化燃烧工艺（简称RCO）如图1和2。
这两种技术的工作原理基本相同，工艺流程大致类似，所以相关的单元设备也基本相同。
气态污染物控制技术基础
四、化学吸收 为了增大对气态污染物的吸收率和吸收速
度，多采用化学吸收。 化学吸收是伴有显著化学反应的吸收过程，
被溶解的气体与吸收剂或原先溶于吸收剂中 的其他物质进行化学反应，也可以是两种同 时溶解进去的气体发生化学反应。
化学吸收机理远比物理吸收复杂，而且因 反应系统的情况不同而各有差异。
一、吸附剂 1、吸附剂的性质
硅胶和活性炭的内表面分别高达500和 1000m2/g
适合工业要求的吸附剂，必须具备以下条件：
（1）要具有巨大的内表面，
（2）对不同气体具有选择性的吸附作用。
一般地说，吸附剂对各种吸附组分的吸附能力，随吸附组 分沸点的升高而加大，在与吸附剂相接触的气体混合物中，首 先被吸附的是高沸点的组分。在多数情况下，被吸附组分的沸 点与不被吸附组分（即惰性组分）的沸点相差很大，因而惰性 组分的存在，基本上不影响吸附的进行。
U—喷淋密度，即单位时间内喷淋在单位 塔截面积上的液相体积。【重要概念】
3、界面浓度
气液界面上气相浓度和液相浓度难以用 取样分析法测定，常用作图法和解析法求算。
（1）作图法：稳定传质过程，气液界面两侧 气相传质速率和液相传质速率相等。（见 P19，图7-12）
（2）解析法：稀溶液服从亨利定律，可用解 析法求算。
气体吸收
吸收机理 气液平衡 物理吸收 化学吸收
第七章 气态污染物控制技术基础
第一节 吸收法净化气态污染物 第二节 吸附法净化气态污染物 第三节 催化法净化气态污染物
第一节 吸收法净化气态污染物
一、吸收机理
气体吸收是溶质从气相传 递到液相的相际间传质过程， 对于吸收机理以双膜理论模型 的应用最广。
催化转化法
10 催化转化法净化气态污染物
(2)催化剂载体 氧化铝小球: 耐热性能较差、孔隙率低、阻力大，易对 发动机的性能造成不良影响而逐渐被蜂窝陶瓷所取代。 蜂窝陶瓷载体: 具有低膨胀、高强度、耐热性能好、吸 附性强、耐磨损等优点。 蜂窝陶瓷载体多用堇青石作原料，堇青石（铝硅酸镁） 不但有低的膨胀系数、良好的耐化学腐蚀性及良好的耐 热性（安全使用温度1400℃），而且本身的气孔率较高。
改变汽车的动力(最根本的途径) 改善现有的汽车动力装置和燃油质量。 机外净化技术
10 催化
机外净化在催化剂存在的条件下，利用排气自身的温度 和组成将有害物质（CO、NOx、HC）转化为无害的 H2O、CO2、和N2。 根据化学反应类型: 催化氧化法 催化氧化还原法 根据反应中除去的有害物质多少: 二元净化 三元净化
大气污染控制工程
李广超
10 催化转化法净化气态污染物
教学内容 §10.1 催化反应 §10.2 催化剂 §10.3 催化反应器 §10.4 催化还原法净化废气中的氮氧化物 §10.5 汽车尾气的催化净化 §10.6 催化燃烧法
10 催化转化法净化气态污染物
1.教学要求 理解净化气态污染物方法的基本原理。 了解各净化方法的常用设备和特点。 了解各净化方法所用的试剂。
10 催化转化法净化气态污染物
选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction,SCR) 通常用NH3作为还原剂，在Pt或非重金属催化剂的作用 下，在较低温度条件下，NH3有选择地将废气中的NOx 还原为N2，而基本上不与氧发生反应。 不仅使用的催化剂易得，选择余地大，而且还原剂的起 燃温度低，床温低，有利于延长催化剂寿命和降低反应 器对材料的要求。 选择性催化还原法主要用于硝酸生产、硝化过程、金属 表面的硝酸处理、催化剂制造等非燃烧过程产生的NOx 废气，国外也有用于净化燃烧烟气中的NOx。
气态污染物的净化
第五组全体组员：
肖翔、谢世冬、熊伟、胥芳芳
热诚欢迎你的指点！！！
4、常用的燃烧设备
催化燃烧炉
5、优缺点：
⑴直接燃烧：安全简单、成本低；造成二次污染、 不能回收热能造成辐射。 ⑵热力燃烧：使用范围较广、设备结构简单，占用 空间小、维修费用低；操作费用高、易发生回火、 燃烧不完全时产生恶臭。 ⑶催化燃烧：安全性好、燃烧温度低、辅助燃料消 耗少、对可燃性组分的浓度和热值限制小；催化 剂的费用高。
4、常用的催化反应器
固定床催化反应器示意图 流化床催化反应器示意图
5、优缺点：
⑴反应速率较快 ⑵催化剂用量较少 ⑶操作方便 ⑷催化剂不易磨损； ⑸传热性能差。
四、燃烧法
1、原理：对含有可燃性有害组分的混合气体进行氧 化燃烧或高温分解，使有害组分转化为无害物。 2、使用范围：用于净化CO、恶臭、沥青烟、HC、 有机有害气体。 3、分类：直接燃烧法、热力燃烧法、催化燃烧法。
5、常用的吸附设备
有机废气吸附装置 吸附再生炉
固定床吸附器流程示意图
6、优缺点：
⑴净化效率高 ⑵能回收有用组分 ⑶设备简单、流程短、易于实现自动控 制 ⑷无腐蚀，不会造成二次、原理：利用催化剂的催化作用，使其发生氧化还原 反应，将废气中的有害物质转变为无害物质或易于 去除的物质。 2、适用范围：用于净化SO2、NOx、CO、汽车尾气。 3、常见的催化剂：V2O5、Pt、Pd、CuCrO2、 Rh、CuO、Cr2O3、Mn2O3、稀土金属氧化物、 碱土、稀土和过渡金属氧化物。
SO2 HCl
H 2S
含Hg废 气
NH3、Na2CO3、二乙醇 胺、环丁砜
含Pb废 气
CH3COOH、NaOH
KMnO4、NaClO、浓H2SO4、KI-I2
光催化氧化处理废气原理
光催化氧化处理废气原理光催化氧化处理废气是一种利用光催化材料对废气中的有机污染物进行氧化降解的技术。
它基于光催化材料的特殊性质，结合光照和催化剂，能够有效地降解废气中的有机污染物，净化空气。
光催化材料通常采用二氧化钛（TiO2）作为催化剂，它具有较高的光催化活性和化学稳定性。
当废气通过光催化反应器时，催化剂表面的二氧化钛吸收光能，产生电子-空穴对。
电子和空穴具有较高的化学活性，可以与废气中的有机污染物发生氧化反应。
废气中的有机污染物在光催化反应器中与电子和空穴发生反应，产生活性氧物种，如氢氧自由基（·OH）、超氧自由基（O2·-）和过氧化氢（H2O2）等。
这些活性氧物种具有较强的氧化能力，能够将有机污染物分解为无害的无机物或低毒的有机物。
光催化氧化处理废气的工作原理可以总结为以下几个步骤：1. 吸附：废气中的有机污染物首先通过物理吸附作用被催化剂表面的二氧化钛吸附。
这一步骤有助于提高有机污染物与催化剂之间的接触面积，增加后续氧化反应的效率。
2. 光激发：当废气中的有机污染物被吸附在催化剂表面后，光照作用下，催化剂表面的二氧化钛会吸收光能，激发出电子-空穴对。
光照强度和光照时间的选择对反应效果有重要影响。
3. 活性氧物种生成：激发的电子和空穴会在催化剂表面发生氧化还原反应，产生活性氧物种，如氢氧自由基、超氧自由基和过氧化氢等。
这些活性氧物种能够与有机污染物发生氧化反应。
4. 氧化降解：活性氧物种与吸附在催化剂表面的有机污染物发生氧化反应，将其分解为无害的无机物或低毒的有机物。
这一过程通过一系列氧化还原反应进行，将有机污染物逐步降解。
5. 产物释放：经过氧化降解后，废气中的有机污染物被分解为无害物质。
这些无害物质可以通过气体排放系统排出，完成废气的净化处理。
光催化氧化处理废气具有高效、环保、无二次污染等优点。
然而，其应用仍面临一些挑战，如光照强度的稳定性、光催化材料的制备和光催化反应器的设计等。
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择性大大降低，外来物质称为催化剂毒物 暂时性中毒---用水蒸气吹洗再生
中毒 永久性中毒---活性中心被破坏，无法修
老化的本质---活性组分
• 1）含尘气流的冲刷作用，使得催化剂表面 磨损，活性组分流失
• 2）局部温度过热，使得催化剂多孔结构被 熔毁烧结；低熔点的活性组分流失
• 3）内部杂质向表面迁移，阻碍活性组分与 反应物的接触
• 4）在冷热交替的作用下机械粉碎 • 5） 积炭
中毒的本质？
• 引起催化剂中毒的化学本质是由于活性组 分对毒物有更强的亲和力
1）暂时性中毒，亲和力较弱，通过水蒸气就 可以将毒物驱离催化剂表面，使其恢复活 性
2）永久性中毒，亲和力强，无法将毒物驱离
催化转化可分为催化氧化和催化还原两类。 催化氧化法，是使废气中的污染物在催化剂
的作用下被氧化。 催化还原法，是使废气中的污染物在催化剂
的作用下，与还原性气体发生反应的净化 过程。
四、催化净化工艺与反应器设计
来自冶炼厂或硫 含 有 约 为 初
磺燃烧的富含 SO2的尾气
始 度3进%气的S尾O气2浓
水
含有约为初
• 催化剂的作用下，利用还原剂（CH4/NH3/H2）将气体 中的有害物质还原为无害或更容易排放物质
• 例如： 1）氮氧化物在催化剂和的CH4作用下，催化还原为氮气
CH 4 2NO2 N2 CO2 H2O CH 4 2O2 CO2 2H2O
2)氮氧化物在催化剂CH和4 的4NNOH3作2用N2下 ，CO催2 化2H还2O原为氮气
NH3 6NO2 7N2 12H2O NH3 6NO 5N2 6H2O
二、气固相催化反应过程及速率方 程
废气中污染物含量通常较低，用催化净化 法处理时，往往有下述特点：
（1）由于废气污染物含量低，过程热效应小， 反应器结构简单，多采用固定床催化反应器。
（2）要处理的废气量往往很大，要求催化剂能 承受流体冲刷和压力降的影响。
A m tmR
m－产品质量 mR－催化剂质量 t－反应时间
催化剂使用一段时间后，由于各种物质及热的作用，催化剂
的组成及结构渐起变化，导致活性下降及催化性能劣化，这种 现象称为催化剂的失活。发生失活的原因主要有沾污、熔结、 热失活与中毒。
催化剂的性能
• ② 催化剂的选择性
• 催化剂的选择性是指当化学反应在热力学上有几个反 应方向时，一种催化剂在一定条件下只对其中的一个反 应起加速作用的特性。它用B表示，即
在多孔催化剂上进行的催化反应过程，受 到气固相之间的传质、传热过程以及催化反 应本身的影响。
整个气固相催化反应过程的总速率不仅取 决于催化剂表面上进行的化学反应，还受到 反应气体的流动状况，传热及传质等物理过 程的影响。
研究包括这些物理过程的化学反应动力学， 称作宏观动力学，而不考虑其影响的化学动 力学称作本征动力学。
第七章 催化法净化气态污染物
• 气体催化净化
– 催化作用和催化剂 – 气固催化反应动力学 – 气－固相催化反应器的设
计
气体催化净化
• 催化转化：是指含有污染物的气体通过
催化床该层法发与其生他催净化化法的反区应别在，于使， 其中的污染
化学反应发生在气流与催化剂
物转化为接触无过害程中或，反易应于物和处产理物无与回收利用的 需与主气流分离，因此避免了
3）要求处理气体或液体量大，催化剂要能 承受流体冲刷和压力降
4）催化设备结构简单，催化剂可再生性能 强
二 催化反应类型
• 根据 利用催化反应将有害物氧化或是还原的不同，催 化转化法可分为催化氧化法和催化还原法
• 1.催化氧化法
在催化剂的作用下，利用氧化剂将废气中的有害物质氧 化为无害物质或是更容易去除的物质
2.载体增强催化剂的机械强度
3.使催化在使用过程中，不会出现体积收 缩
4.避免催化剂活性组分在高温下的烧结，
载体的选择原则？ 1）考虑载体组分可能具有催化活性 2）考虑载体组分的多孔性和表面积大小 3）考虑载体的导热性能---局部过热，产率下降 4）考虑载体的机械强度---固定床，流化床 5）载体在反应条件下的稳定性---不分解，不变形，不反
始 浓
进度气0S.3O%2
的尾气
水
预除尘 和水分
– 表现因数：以浓度差为推动力的外扩散吸附系 数KG
– 消除方法
• 提高气速，以增强湍流程度，减小边界层厚度
内外扩散的影响
• 内扩散控制
– 降低催化剂内反应物浓度，从而降低反应速度 – 表现因数：η – 消除方法
• 尽量减小催化剂颗粒大小 • 粒径减小到一定程度，转化率趋于定值，内扩散影
响消除
催化净化工艺
应 可以做载体的都有哪些物质？ 通常采用具有巨大表面积的惰性材料作为载体，如氧
化铝、陶土、活性炭、硅藻土等
环境领域 对催化剂的要求：
• 在环境领域对催化剂的性能都有哪些要 求？
1）要求处理后有害物质含量降到ppm或 ppb级，催化剂具有较高的去处效率
2）被处理气体或液体中，含有粉尘、重金 属。硫化物等，催化剂应具有较高的抗 毒性，高化学稳定性
催化反应动力学方程
• 宏观动力学方程
– 内扩散反应速率
rvAA KKssSSi fi c(CAASs) c*A
Ks－反应速率常数
η －催化剂有效系数
Si－单位体积催化剂的内表面积,m2/m3 f－与浓度分布有关的函数
内外扩散的影响
• 外扩散控制
– 降低催化剂表面反应物浓度，从而降低反应速 度
催化剂的选择性
• 选择性---对于某一化学反应在理论上有几个
方向时，催化剂只对其中一个方向其加速
作用，称为催化剂的Cu 选择性
• 例如：
200 250C
C2H5OH 2CH3CHO（乙醛） H2
Al2O3
350 360 C
C2 H 5OH
1 2
C2 H 5
2
O（乙醚）
1 2
H
2O
H 3PO4 140 C
• 例如：
1）一氧化氮不容易被水吸收，在活性炭催化剂的作用下， 氧化为二氧化氮，通入吸收塔吸收处理
2）冶金或电力行业中SO2浓度较低，不能直接制酸，采 用湿式活性炭吸附尾气中二氧化硫，吸附增加浓度的 同时，当有水蒸气和氧气存在的情况下，催化氧化为 硫酸
SO2
1 2
O2
H 2O
H
2 SO4
2.催化还原法
催化剂再生
• 再生是指催化剂在使用一段时间之后由于 催化剂的暂时性中毒或者老化，使催化剂 失去了活性或者活性降低了，我们需要经 过一系列的工艺处理来恢复活性，这就是 再生，比如烧焦、水蒸汽及溶剂冲洗等。
催化剂寿命
• 寿命---催化剂投入运行后，到中毒和老化失 去活性需要更换的时间
理论上，寿命是无限的 实际上，由于受外界条件的影响，其表面和
催化反应动力学方程
• 宏观动力学方程 – 外扩散的传质速率
vA KGSea (CAG CAS )
KG－扩散系数，m/h Se－单位体积催化剂的外表面积，m2/m3
φa －催化剂的有效表面系数；球形φa ＝1
CAG－主气流中反应物A的浓度，mol/m3 CAS－催化剂外表面上A的浓度，mol/m3
反应所得目的产物摩尔 数
• 活B性与通选过择催性化是剂催床化层剂后反 本应身最了基的反 本应的物性摩能尔指数标，10是0%选择 和控制反应参数的基本依据。二者均可度量催化剂加速 化学反应速度的效果，但反映问题的角度不同，活性指 催化剂对提高产品产量的作用，而选择性则表示催化剂 对提高原料利用率的作用。
内部结构发生变化，从而失去活性
催化剂的制备
• 1.基本原料的选择
• 2.杂质的去处
• 3.提纯后的物质通过反应转变为化合物，化合物为颗 粒或者薄膜状，沉积在多孔性载体上
①化学浸渍法将活性组分制成溶液，浸渍已成型的载体， 再经干燥和灼烧制成的催化剂；制备催化剂的最简便 方法， 活性组分多数情况下仅仅分布在载体表面上， 利用率高、用量少、成本低
催•化化凡 持作剂用单能不，独加变可使速的作用为。化物提作催本学质高用身反—活 。无性应—活组，称性分，而为活但性本催具的身化有 的剂化学组合 增 化成适 加 活在形表性反状面、与积节应粒、约前度增活后从大性而催组保
• 特点：能降低该反应的活化能，使反分应用进量行，并得有比传均热、想 时更快，但它并不影响化学反应的平稀 作衡释 用。和。增强机械强度
• （1）催化剂的组成
活性组分（主体）+助催化剂+载体
表 净化气态污染物所用的几种催化剂的组成
（2）催化剂的性能
• 衡量催化剂催化性能的指标主要有活性、 选择性和稳定性。
① 催化剂的活性和失活 在工业上，催化剂的活性
常用单位体积(或质量)催化剂在一定条件(温度、压力、 空速和反应物浓度)下，单位时间内所得的产品量来表示。
②混捏法：将活性组分和载体采用物理的方法混捏在一 起，处理成型后制的催化剂，活性组分利用率低
2.催化剂载体
什么是载体？
催化剂仅在厚度为20-30nm处起作用，因此 常把催化剂负载在具有较大表面积的惰 性物质上---称为载体
为什么要使用载体？
1.使用载体可以节约催化剂，提高活性组 分的分散度和有效表面积，提高其活性
C2H5OH C2H（4 乙烯） H2O
催化剂的性能
• ③ 稳定性
– 包含：热稳定性、机械稳定性和化学稳定性 – 表示方法：寿命 – 影响使用寿命的因素：老化、中毒 – 老化
• 活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等
– 中毒
• 对大多数催化剂，毒物：HCN、CO、H2S、S、 As、Pb