环境催化

工业催化与环境催化的关系
化学工业
改进生 产技术
环境催化
减少对 环境的 影响
新产品（市场）
环境催化与分离过程研究组
Research Group of Environmental Catalysis & Separation Process
1.3 环境催化的历史与现状
• 政策制定对环境催化的发展 第一时期：起步与完善时期，从控制排放碳氢化 合物开始；
废物燃烧、特殊化学品 生产和废油精炼等
内分泌干扰素、 二恶英等
POPs
气 – 水 – 土壤
工业生产
有机废水
VOCs
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科研需求
1、应用基础研究 从微观的原子、分子水平上，研究宏观的环境现象与变 化的化学机制及其防治途径，重点研究污染物在环境中的化 学转化和效应，深入开展管端控制的过程化学和材料化学研 究以寻找更加高效的控制方法和材料；
2. 污染末端治理方面的催化技术
环境催化剂：
用直接或间接的方式方法处理有毒、有害物质（通常是含有 毒、有害的气体或液体），使之无害化或减量化，以保护和改善周 围环境所用的催化剂。
1. 汽车尾气净化催化剂
2. 工业环保催化剂
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2.
3. 4.
催化与环境的关系 环境催化基础 环境催化剂的制备与表征 移动污染源尾气净化 固定污染源的催化技术 室内空气污染的催化治理技术 水污染催化处理 环境催化技术展望
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课程简介： 究对象为体系，论述环境催化的特点、研究方法、催化原理。
介绍环境催化技术在环境污染控制方面的应用技术。课程在介 绍较成熟内容的基础上，密切反映国内外环境催化技术的研究 成果和进展，集理论性、前沿性和实践性于一体。
本课程从环境与催化的关系出发，以环境催化的主要研
教材和参考书：
1. 吴忠标，蒋新，赵伟荣著. 环境催化原理及应用. 北京： 化学工业出版社，2006 贺泓等著，环境催化-原理及 应用.北京：科学出版社， 2008 阎子峰著. 纳米催化技术. 北 京：化学工业出版社，2003 施周，张文辉，环境纳米技 术，化学工业出版社，2003
2、污染控制与治理新技术
围绕国民经济发展的核心，以目标为导向，将应用基础研 究成果转化为实用技术，服务于工业生产。
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1.4.2 国内外研究现状 Environmental catalysis: trends and outlook ----by G. Centi, Italy, 2002
生态：
1、物种多样性急速下降，物种灭绝加快 2、全球变暖，气候异常 3、污染物全球迁移 4、食品安全受到严重威胁 癌症、传染病高发
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污染的成因
新化学品
片面 无知
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1.2 工业催化与环境催化
工业界催化无处不在
化学工业90%的过程与催化有关 —催化是现代化学工业的基础一点不过分 美国GDP中和催化有关占20%，1998年用催化剂13亿美元， 而产品价值达万亿美元，对国民经济贡献巨大。 全球催化剂市场增长
全球 NO2 污染分布图
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有机污染物的来源
通常，工业活动是有机污染物在水、气及土壤中传 播的主要因素之一，如，工业生产、储存、运输、应用 以及回收处理等。
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环境催化 Environmental Catalysis
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2012 年 9 月 6 日
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1.4 环境催化研究的必要性、意义及国内外现状
1.4.1环境催化的意义
环境保护在社会与经济可持续发展战略中占有重要的地位， 是我国的基本国策。 环境催化是环境保护和绿色化学最重要的科学与技术基础， 也是催化领域发展最为迅速，成就最为显著的学科方向之一。 国家“十一五”规划建议中提出的“建设资源节约型，环境 友好型社会”的奋斗目标，为从事环境催化与环境材料研究的 广大科技工作者提供了广阔的发展空间和创新机遇。 ----摘自《第六届全国环境催化与环境材料学术会议》 17
汽车 尾气 净化 催化 剂
柴油机车尾气净化催化剂 其它车用尾气净化催化剂
工业 环保 催化 剂
工厂烟道气脱硫 硝酸尾气处理催化剂
挥发性有机物燃烧催化剂
废水湿式氧化处理催化剂
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可持续发展： 是指既满足现代人的需求以不损害后代人满足需求 的能力。
即：指经济、社会、资源和环境保护协调发展，它们 是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目的，又 要保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土地和森 林等自然资源和环境，使子孙后代能够永续发展和安居 乐业。 可持续发展与环境保护既有联系，又不等同。环境保 护是可持续发展的重要方面。可持续发展的核心是发展 ，但要求在严格控制人口、提高人口素质和保护环境、 资源永续利用的前提下进行经济和社会的发展。
无机化工
煤化工
军工
可再生能源
生物化工 催化应用
石油炼制
催化裂化 重整 加氢裂化 加氢精制
人体健康 手性催化氧化
制药化工
石油化工
聚烯烃 芳烃
环保
源头 事后（尾气）
天然气 化工
精细化工
1973年 金属有机 催化
H2、 甲醇、二甲醚、 FT合成
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生产发展
人类
环境污染
化石能源
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2、化石能源转化利用中环境问题
化石能源：煤、石油、天然气、油页岩 含有：S、N、F、As、P、重金属 燃烧：SO2占大气中80～90% NOx占大气中40～50% CO2温室气体 危害性：集中，成为酸雨主要成分 引起我国环境问题 CO2温室气体世界第二 SO2酸性气体世界第二 1/4农田受到酸雨影响 2/3城市达不到二级空气标准 1/5耕地受重金属污染
催化科学发展(诺贝尔奖得主）
年份 1909 1912 1918 1932 1961 1963 1973 获得者 Ostwald Sabatier Haber Langmuir Calvin Natta-Ziegler Fischer，Wilkinson Marcus Knowles，Noyori， Sharpless 贡献 催化，化学平衡和反应速率 有机分子催化脱氢反应 工业合成NH3方法 表面化学和吸附 光合作用中的化学过程 乙烯丙烯催化聚合反应 金属有机化合物
1、地球环境走向恶化
大气：CO2快速增长,臭氧层出现空洞,酸雨面积日 渐扩大
水：江河湖海 化学品污染、氨、氮、有机物 富营养化——赤潮、蓝藻
土壤：重金属污染
难降解化学品污染 （农药、化肥、内分泌干扰物）
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年份
产值（亿美元）
1989
36
1996
86
2001
107
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催化应用十大领域
TNT 肼分解 燃料电池 硝基胍 1918年哈伯合成NH3 硫酸 硝酸 合成氨
第二时期：1970年美国《清洁空气法》修正案正 式实施；
第三时期：基地排放期，1990年美国对《清洁空 气法》再次修正，进一步强调改善空气质量，特 别针对那些臭氧和CO 浓度高的大城市。
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Topic 1 环境与催化的关系
环境与可持续发展 工业催化与环境催化
环境催化的历史与现状 环境催化研究的必要性、意义与国内外现状 环境催化概述
环境催化与分离过程研究组
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1.1 环境与可持续发展
1992
2001
分子间电子传递过程
手性催化氧化反应
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环境催化（Environmental Catalysis）
利用催化剂来控制造成环境污染化合物的排放的化学过 程，包括应用催化剂生产少污染的产物及能减少废物排放 何不副产污染物的新的化学过程。 1. 污染预防方面的催化技术应用
环境催化技术的发展历程 1. 催化燃烧的发展过程 以贵金属为主要活性成分 2. 汽车尾气净化 的发展过程 1970s, 美国 1980s, 日本
1990s, 欧洲
CO、HC 催化净化的氧 化型催化剂，活性成分 以贵金属铂或钯为主
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中国的环境污染现状
华北地区
所有七大水系中均存在化学污 染，其中 70% 来自于有机污 染物 每年因为环境污染而遭受的损 失达15-20% GDP
New areas include: (i) catalytic technologies for liquid or solid waste reduction or purification; (ii) use of catalysts in energy-efficient catalytic technologies and processes; (iii) reduction of the environmental impact in the use or disposal of catalysts; (iv) new eco-compatible refinery, chemical or non-chemical catalytic processes; (v) catalysis for greenhouse gas control; (vi) use of catalysts for user-friendly technologies and reduction of indoor pollution; (vii)catalytic processes for sustainable chemistry