催化剂在生活中的应用

现将此次实践活动的有关情况报告如下:

催化剂会诱导化学反应发生改变,而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进反应。催

化剂在工业上也称为触媒。化学催化剂的应用历史很长, 特别在石油化工、精细化工、有机化工与生物化

工中,可以说,催化技术已成为化学工业最关键的核心技术之一。据统计,到目前为止,人类所掌握的化学反应

80%以上必须在催化剂存在下才能实现。在化学工业生产中,最常用的催化剂就是无机酸与无机碱。催化剂

对化学反应速率的影响非常大,有的催化剂可以使化学反应速率加快到几百万倍以上。催化剂一般具有选择

性,它仅能使某一反应或某一类型的反应加速进行。例如,加热甲酸发生分解反应,一半进行脱水,一半进行脱

氢。催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位。现在几乎有半数以上的化工产品,在生产过程里都采用

催化剂。例如,合成氨生产采用铁催化剂,硫酸生产采用钒催化剂,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合

成材料的生产中,都采用不同的催化剂。

由氯酸钾分解制取氧气,除了用二氧化锰作催化剂以外,还可用氧化铁、粗食盐、氧化铜、氧化镁、氧化铬、

褐色细砂、粘土等作催化剂。但它们的催化作用,依次减弱。

燃煤催化剂一般选择最廉价的原料——废弃物。试验证明, 许多废弃物具有明显的催化燃烧作用, 且具

有环境保护的效能。常用燃煤催化剂的废气物有: 第一,煤灰。煤灰就是煤中灰分在燃烧过程形成的剩余

物。煤中的灰分就是内在的催化剂。灰分过多不利于燃烧, 过少也很难着火。第二, 造纸黑液。造纸厂排

放的碱性黑液含有大量K2CO3, Na2CO3, KOH, NaOH 与Ca( OH) 2 等, 它就是效果较好的燃煤催化剂。

将干燥的造纸黑液适量加入煤中, 可使煤的着火温度降低30 ℃～50 ℃, 促使煤完全燃尽。另外, 它还

有脱硫作用, 脱硫率可达到35%～58% , 这对环境保护就是有利的。第三, 碱厂废液。碱厂废液中含有大

量CaCO3 与少量CaCl2, 适当加入这种废液有利于煤着火燃烧, 同时也具有脱硫作用, 脱硫率可达到

44%以上。第四, 铁矿石粉, 铁矿开采过程中产生的铁矿石粉, 其中富含Fe2O3, 就是较好的燃煤催化剂原

料。有的铁矿石山不具备开采价值, 经多年的风化, 山坡多积存大量的铁矿石粉末, 可以收集使用。第五, 草

木灰。草木灰中含有KOH , 冲水过滤后可以得到溶液, 晒干后便可从溶液中提取用作燃煤催化剂的粗品

KOH。第六, 石灰。生石灰与熟石灰均可作为燃煤催化剂原料, 其中要特别强调的就是Ca2+明显具有脱

硫的作用。除上述几种之外, 其她可用作燃煤催化剂的废弃物还有很多, 例如废弃的白泥、炼铁炉炉渣、

电石废渣以及某些化工厂的废液等等。

总的来说, 燃煤催化剂提高了煤的挥发分析出速率, 降低了煤的着火温度, 缩短了点火延迟时间, 加

快了焦炭燃尽速率, 并具有脱硫脱氮的明显作用( 提高了固硫率与固氮率) 。其次, 加入催化剂后, 锅炉燃

烧趋于完全, 在锅炉蒸发量略有增大的情况下, 煤耗量有所降低, 汽煤比相对提高6、02%。尽管变化幅

度不大, 却说明催化剂能够改善锅炉燃烧工况, 提高了锅炉热效率。

( 1) 在煤中添加某些碱金属或碱土金属化合物可不同程度地起到促进燃烧作用。燃煤催化剂在煤炭燃

烧中能有效地降低煤炭着火温度, 同时起到促进燃烧与减少污染排放的作用。催化剂为原料煤在燃烧过程

中提供了燃烧初期必需的氧气, 提高了煤炭颗粒的燃烧速度, 即使煤质不好, 通过添加催化剂, 也可以保

证锅炉的燃烧情况与出力负荷, 充分利用了煤炭资源。

( 2) 含催化剂C 的矿粉就是效率较好的催化剂, 价廉、来源广、有很好的工业应用前景; 煤脱硫助燃

材料, 适用于各种工业锅炉、电站锅炉燃煤过程中SO2 的脱除。

( 3) 在煤燃烧以及煤中S 与N 向SO2 及NO 转化的过程中, FeCl3 既起到催化剂的作用, 同时又

起吸收剂的作用。FeCl3 催化作用表现在降低了SO2 与NO 生成反应的表观活化能。

( 4) 煤脱硫助燃材料”内含有钙、镁与催化剂, 煤炭燃烧时, 产生的二氧化硫、三氧化硫与钙化合成亚硫

酸钙、硫酸钙, 固定在灰渣中“。煤脱硫助燃材料”内的活性金属氧化物, 可以起到助燃与催化燃烧的作用,

碳

改 变了原来燃烧不充分的状况。脱硫粉内还有相当数量的单质金属高能燃 料, 燃烧时与强氧化剂发生反应释放出大量的热能, 使燃烧温度提高, 促 使劣质煤中原来不能燃烧的成分, 如煤矸石, 也能充分燃烧, 使燃烧后的 炉渣含碳量下降。

( 5) 在煤中添加某些碱金属或碱土金属化合物可不同程度地起到促 进燃烧作用。燃煤催化剂在煤炭燃烧中能有效地降低煤炭着火温度, 同 时起到促进燃烧与减少污染排放的作用。催化剂为原料煤在燃烧过程中 提供了燃烧初期必需的氧气, 提高了煤炭颗粒的燃烧速度, 即使煤质不 好, 通过添加催化剂, 也可以保证锅炉的燃烧情况与出力负荷, 充分利用 了煤炭资源。

我国就是世界上染料生产与消费的第一大国,染料及印染废水污染量大面广。染料及印染废水属于治理难度较大的工业废水之一,它具有水量大、色度高、化学成分复杂、难生化降解等特点。这类废水中的主要污染物有ＢＯＤ、ＣＯＤ、有机有毒物质与色度等。染料及印染废水常采用过滤、沉淀、混凝为主的物化法,光催化氧化法降解染料废水就是最近的一个研究热点,研究表明以ＴｉＯ2、ＺｎＳ、ＣｄＳ等作为光催化剂可以有效降解废水中的染料等有机物。综述了不同光催化剂的研究状况及其对染料与印染废水处理的作用机制。

ＺｎＳ对染料的光催化效果

除ＴｉＯ2以外,作为半导体光催化剂的还有ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＣｕＯ等。王文保等人对ＺｎＳ光催化降解可溶性染料进行了研究,发现在紫外光照射下,随着光照时间增加,脱色率提高。对于芳甲烷结构的碱性绿降解效果最好,可达94 、4%,蒽醌类活性蓝ＸＢＲ效果最差,为58、 8%,偶氮类结构的活性黄Ｘ6Ｇ等居中。

自制ＺｎＯ、试剂ＺｎＯ与ＣｄＳ光催化降解效果的比较

王伯勇等人使用Ｚｎ(ＮＯ3)2与ＮａＯＨ制成的ＺｎＯ、试剂ＺｎＯ、ＣｄＳ与ＴｉＯ2对在高压汞灯照射下的甲基橙进行了脱色反应,通过对其降解速率常数的比较,可以瞧出,其脱色降解能力分别为:ＣｄＳ>自制ＺｎＯ>试剂ＺｎＯ>ＴｉＯ2。国外也有人对ＺｎＯ与ＴｉＯ2光催化氧化活性红的效果进行了比较,发现前者的脱色效果要高于后者,但ＺｎＯ与ＴｉＯ2作为一个共同体系来进行光催化降解时,效果会更佳。

Ｂｉ2Ｏ3的光催化性能

Ｂｉ2Ｏ3也就是一种具有能带结构的半导体材料,在光照下也会产生具有强氧化还原性的电子—空穴,从而可以降解吸附在催化剂表面的有机物。但就是电子与空穴也存在复合的可能性,因此必须用适当的俘获剂先吸附在催化剂表面,才能有效防止电子—空穴的复合。王俊珍对Ｂｉ2Ｏ3光催化碱性绿、活性黄Ｘ—6Ｇ、酸性红3Ｂ、活性紫红Ｘ—2Ｒ与弱酸性2ＢＲ等进行了研究,发现在同样的条件下碱性绿的光催化脱色率最高,可达96、 6%,而活性黄Ｘ—6Ｇ的效果最差,仅为24、 4%,这就是由于催化剂对不同染料的吸附或者俘获作用不同所引起的

钙钛矿型负荷氧化物对某些染料的光催化降解研究

采用柠檬酸法合成的钙钛矿型复合氧化物ＬａＦｅＯ3与ＳｒＦｅＯ3-λ对不同水溶性染料具有光催化降解作用。桑丽霞等采用水溶性酸性红3Ｂ、活性翠兰ＫＧＬ、弱酸性蓝2ＢＲ与活性紫红4种染料溶液进行ＬａＦｅＯ3与ＳｒＦｅＯ3-λ光催化下的降解反应,并对脱色后的溶液进行过滤与分析。结果表明ＳｒＦｅＯ对这4种染料的降解脱色率可以达到95%以上,而ＬａＦｅＯ3的光催化活性不如ＳｒＦｅＯ3-λ,这与其分子组成结构有很大的关系

其它光催化剂对染料废水光降解的研究

朱展才等人采用化学沉淀法合成Ｆｅ0、 6Ｃｒ0 、4/Ｂｉ7ＭｎＯ12、 5复合纳米材料,并以其作为光催化剂,对蓝色染料的降解效果进行了研究。实验表明,经过Ｎａ2ＣＯ3与Ｋ2ＣＯ3浸渍处理后的复合纳米晶对维多利亚蓝Ｂ、夜蓝、硫酸耐晒蓝等染料有显著的光降解作用,降解效率可达99%以上。越来越多的材料可以用作光催化剂来处理染料及印染废水。有人研究Ｌａ ＣｏＯ3的光催化性能、各种复合材料如添加Ｆｅ的ＴｉＯ2材料等对染料废水的降解,为使用光催化降解废水提供了新的途径。

ZnS Bi2O3