催化剂在环境领域应用

催化剂在环境领域的应用

【摘要】环境问题是人类不能回避的现实问题，以环境保护为目的的催化化学在解决环境保护问题中起着核心作用。本文综述了环保催化剂的种类和应用。

【关键词】环保；催化剂；应用

随着环境问题越来越受到人类的重视，环保催化剂的研究和应用也越来越深入，它将在环境治理中发挥核心作用。环保催化剂就是指在保护环境的同时，创造舒适环境所用的催化剂，目前的环保催化剂并不包括本身无毒性的绿色化学工艺的催化剂。催化剂在环境保护中的应用一般可以分为废气处理催化剂、废水处理催化剂及其他催化剂。

1 废气处理催化剂

1.1 在机动车废气排放处理上的应用

目前净化汽车尾气的催化剂是在粒状或蜂窝状载体上涂覆有活性组分的氧化铝而成，活性组分大都由贵金属pt、pd、p,h组合并添加作为贮存氧组分的氧化铈所组成。贵金属做为汽车尾气净化催化剂存在很多的缺点：它操作窗口窄；容易被铅硫磷等化合物毒害；价格昂贵。亟需研制和开发催化性能高、经济耐用的汽车尾气催化剂。迄今为止，为众多研究者所重视、研究得最多、应用较广的是稀土催化剂、钙钛型催化剂、涂层催化剂和分子筛催化剂。

1.2 氮氧化物的处理

对nox的催化还原处理主要是在固体催化剂存在下，利用各种

还原性气体(h2、co、烃类和nh3等)，使碳和nox反应使之转化为n2气。工业排放尾气的脱nox所用催化剂为v205一tio2。

nox通过催化剂直接分解为n2和o2，被认为是最简单最彻底且最经济的去除nox的方法。许多研究者一直在寻找适合该方法的催化剂，但由于排放气体中的氧都能使催化剂中毒。因此，目前还未找到其实用的催化剂。

1.3 so2和co2的处理

so2几乎全部由煤和石油燃烧时产生。近年来，以钙钛矿型稀土复合氧化物作催化剂，将s02直接还原成工业上有用的s的方法取得了较为理想的结果。此外，以焦炭为催化剂，采用炭还原的方法；以nio／mgo为催化剂，以nh3为还原剂的方法；以feo／y—al2o3为催化剂，co为还原剂的方法等，将so2还原为s，都取得很好的效果。

减少co2的方案很多，如氢化、光还原、作为碳资源利用等，但不管利用何种方法，都要借助催化剂。例如，用ni-la2o3－ru

催化剂，cu-zn、pt、pd催化剂，或者是这些催化剂与分子筛组合成的催化剂等，在h2存在下，将co2转化为甲醇，进一步转化为hc等都取得了很好的结果。

1.4 有机废气的处理

有机废气种类繁多，有饱和烃、不饱和烃、卤化物、含硫有机物、含氮有机物等。目前对于烃类废气处理比较完善。用于有机废气净化的催化剂类型大体上可以分为贵金属催化剂和金属氧化物

催化剂两类。贵金属催化剂的活性元素一般为pt、pd，常用催化剂是pt／al2o3，但是这类催化剂不适合处理高浓度有机废气。金属氧化物催化剂一般为稀土与过渡金属氧化物的复合物，对于含氧有机废气，催化效果较好，但对于烃类物质的完全催化氧化效果。在低温区不及贵金属催化剂。

2 废水处理催化剂

有机废水的污染物毒性大，含各种溶于水的氨氮、硝酸盐、氰类及对人类对环境有毒有害的有机物，如：酚、醛等。污染物浓度高，cod一般可达几十万单位，bod／cod一般低于0.1，难以生物降解。无机盐含量高，达数万甚至十多万单位以上。处理此类废水，目前最有效的方法之一是高效湿式催化氧化技术(cwo)，此技术的核心问题是催化剂。例如，日本大阪煤气公司原田吉名等发明的贵金属催化剂已经是工业化的技术，但是由于这类催化剂的贵金属含量较高，使处理废水的成本偏高。我国大连化物所等开发了一种添加稀土的含贵金属的催化剂，贵金属含量大大降低，催化效果没有下降，从而降低了催化剂的制作成本以及操作费用。催化剂降解废水进行了探索，目前发现pt—ru／c催化剂，它最大优点是反应条件温和。目前，固一液异相催化作为环境科学领域中的一项比较新颖的技术，在污废水处理新技术等方面具有很大的发展潜力。

3 其他催化剂

3.1 金属催化剂

金属作为异相催化剂发展最早，它对于有机物的加氢裂解、氧

化等多种氧化还原反应具有很好的催化效果。几乎所有的金属催化剂都是贵金属或重金属。如ru对乙腈、二甲基甲酰胺的氧化也有较强的催化作用。

3.2 半导体材料光催化剂

光敏半导体材料是近年来日益受到重视的异相催化剂，其催化特性是由其自身的光电特性所决定的。在半导体材料中，tio2、zno、cds的光催化活性最好，但zno和cds在光照下不稳定，易发生光阴极腐蚀，因此在环境修复和水处理等实际应用中并不常见，而

tio2抗腐蚀，化学性质稳定，且无毒。较易得到，因而是当前使用最广泛的催化剂。

3.3 一般金属氧化物催化剂

同金属催化剂相似，很多金属氧化物也可以对氧化还原反应产生催化作用。金属氧化物对氧化还原反应的催化活性大多不如贵金属催化剂，然而由于它们在环境中普遍存在且其抗毒化能力大大优于贵金属，因此在环境科学领域的研究及应用更为广泛。金属氧化物还被发现对有机物的水解反应具有催化作用，这种作用一般认为是由金属与有机物分子的表面络合引起的有机物化学键电子云密

度改变而导致的。