环境催化技术对大气污染治理

环境催化技术对大气污染治理

的贡献调研

作者姓名：刘立勋

学院：化学与材料科学学院

专业：物理化学

班级： 2013级

学号：2013110910

二〇一三年十月二十日

摘要：本文简述了当代大气污染的主要来源，以机动车和火电厂的

废气处理为例，简述环境催化技术在汽车尾气和工业废气方面在大

气污染防治和治理中的应用。

关键词：环境催化大气污染尾气净化

0前言

自从1836年由瑞典化学家Berzelius提出催化（catalysis）概念

以来，催化科学和技术取得了长足进步，成为现代工业文明得以实

现的重要基石之一。事实上，催化技术是化学工业和石油化学工业

的最核心技术。催化技术对于改善人类生存环境质量发挥了巨大作用,它为污染物的治理提供了独特的经济解决办法。使用催化的方法去除大气污染物越来越显示出强大的作用。污染物的催化研究，包

括基础理论研究和应用研究两个方面。人们正在努力探讨催化技术

在净化大气污染物中存在的各种问题，并寻找适当的催化剂来消除

或者把污染物降到最小程度。按照处理气体来源的不同，催化剂一

般可以分为汽车排气处理催化剂和工业废气处理催化剂。催化技术

对于改善我们的环境质量发挥着巨大作用，为污染物的治理提供了

独特的经济解决办法。如汽车尾气催化净化器，通过它可脱除汽车

尾气中的氮氧化物(N0,).碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)。通过几

年的大规模应用，发达国家主要大城市的空气质量得到了明显的改善。选择催化还原(SCR)已成为工业废气消除氮氧化物的首选方法。大气环境中的主要污染物有:COx. C0. CH.、非甲烷VOCs,NO }, SO:及N x O。本文试图给出这些主要污染物的来源及数量，分析主要问题所在，并由此而阐述环境催化技术在防止产生及治理这些污染物

中的应用现状和研究进展作一简要介绍。

1大气主要污染物的来源

目前，大气污染的主要污染物有一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、悬浮颗粒、挥发性有机化合物(VOCs)、金属及其化合物等。

一氧化碳的主要来源有以下两个方面:一、是人们熟知的来自于含碳燃料的不充分燃烧；二、是来自一些动植物、微生物的生命活动。大气层中的一氧化碳总量约为2.78×106t,其中约一半(1.438×106t)是自然产生的,而另一半(1.350×106t)则是通过人为排放产生的。

氮与氧反应会生成5种氧化物的形式,下面的表格中列出了这几种氧化物。

表1 五种氮氧化物

氮氧化物最常见的来源是高温燃烧的过程,例如汽车发动机中和工业生产中的高温燃烧过程,还有燃气炉和家用火炉等居民生活用火燃烧过程等等。其中又以汽车尾气排放的NOx为最多。

二氧化硫产生主要有自然的和人为的两种来源。人为来源主要是各种工业与制造业的生产以及汽车尾气排放等,生产过程中煤和石油的燃烧都会排放出二氧化硫。

悬浮颗粒来源于很多自然与人为排放源,如扬沙、森林火灾的烟雾以及像细菌、真菌孢子、和花粉这样的生物物体;化石燃料的不充分燃烧是悬浮颗粒的最主要人为来源之一,这一过程向空气排放出未燃烧的碳颗粒、硫氧化物和氮氧化物以及大量的有机化合物。

挥发性有机化合物(VOCs)是指以气体形式存在或非常容易蒸发的有机化合物。像苯、甲醛、甲苯、二甲苯、乙苯、乙烷以及多环芳香烃等都属于挥发性有机化合物。VOCs中绝大多数都属于烃类。挥发性有机化合物是在一些工业和制造业生产过程中被排放出来的,还有一些来自于汽车尾气排放及溶剂的使用和挥发。

一些金属及其化合物也可能对人体和其他动植物健康造成危害,当它们出现在空气中时,这些金属就被称为污染物质。锑、砷、铍、镉、铬、铅、锰、汞、镍和硒被列为“危险的空气污染物”。其中尤以铅最为人们所关注。大气中的铅主要来源于冶炼厂和其他一些

金属加工所排放的废气以及一些燃料的燃烧。城市中的汽车尾气也是铅污染的主要来源之一。

2 环境催化技术

催化剂的一般含义是指一种通过基元步骤的连续和重复循环,将反应物转化成产物的物质,而在循环重复的最后一步,催化剂又恢复到原来的形式.以控制和预防大气污染为目的的催化剂和催化过程的研究称为大气环境催化研究.

由于工业生产发展而日趋严重的环境污染以及催化科学和技术的发展,环境催化(environmental catalysis)的科学和技术己有很大的发展.和能源密切相关的多相催化工业技术在过去半个多世纪中呈现了三个量子化发展阶段:第一阶段为40年代末至50年代初,为石油炼制技术的大发展(如催化裂化、加氢裂解、催化重整和异构化等);第二阶段为70年代至80年代石油化工的大发展(如新型择形ZSM-5分子筛催化剂用于异构化、歧化和芳烃烷基化过程等);而90年代为第三阶段,是环境催化大发展的时期,例如成功地将催化剂用于汽车排气净化,还有催化消除氧化氮类(NO x)、氧化硫类(SO x),可挥发性有机组分(VOC s)的催化氧化、催化燃烧等.催化是炼油、化工和环保等方面创造巨大经济效益和社会效益的关键技术.在世界催化剂销售市场,炼油、化工和环保三大领域中,环保催化剂销售额比例日趋上升.1989年美国的环保催化剂销售额已超过炼油用的催化剂.1993年日本的环保催化剂已占总额的55%一60%,西欧也已占60%以上.近年来,以环境污染控制和预防为背景的催化学术会议频繁召开,专门书籍陆续出版,欧洲ELSEVIER出版的Applied catalysis期刊自1992年开始分两辑出版,A辑为一般性论文(General),B辑为环境催化(Envirorunental)论文.这些动向均表明当今催化学术界在此领域的研究异常活跃.

3环境催化技术的应用

尽管大气环境问题不可能都通过催化技术而得到解决,但是适当地应用环境催化技术,可在相当程度上防止和减少对大气的污染。目前已有下列领域应用环境催化新技术:(1)50二脱除;(2)NO二脱除;(3)汽车尾气净化;(4)废物减量化;(5)增加能量利用效率的催化剂;(6)制氢而不副产CO:技术。其他污染物如CO、VOC S、NZO、CH、和臭氧等已有较为成熟和简便的处理办法。

3.1 硫氧化物催化脱除