第六章 环境保护与环境友好催化技术 39页.pptVIP

第二章 环境保护与环境友好催化技术 空气污染治理的催化技术 工业废液的催化净化技术 大气层保护与催化技术 环境友好催化技术 光催化技术 空气污染治理的催化技术 动态源的净化处理和三效催化剂 机动车尾气排放的污染物 静态源的净化处理催化技术 发电厂、水泥厂、工业锅炉等烟囱排放的污染物 机动车尾气净化催化技术 尾气来源 汽油中的烃类与空气中的氧气反应生成CO2和H2O。 不完全燃烧产生的烃类、醇、醛和CO等氧化中间物。 火焰的热裂解形成不同于原组成的小烃分子和H2。 化石燃料中的硫和氮燃烧后形成SOx和NOx。 燃烧温度超过1700K时，空气中的N2和O2反应生成NO和NOx。 机动车尾气净化催化技术 美国于20世纪70年代规定汽车必须安装车用催化转化器。 我国于1983年开始颁布汽车尾气排放国家标准，现在北京、上海、广州等大城市均已实施对汽车尾气进行强制性检测。 中国汽车尾气排放的标准基本上参照欧洲，分为四个等级，但要求和实施的等级和年限稍有滞后。 三效催化剂 在操作条件下可同时净化处理CO、HC和NOx。 包括载体涂层和活性组分，置于汽车尾气催化转化器中。 目前广泛使用的为块状式载体，材质有陶瓷（多孔堇青石）和合金两大类。 载体表面复合的一层高比表面的无机氧化物涂层，也称第二载体。 贵金属活性组分（Pt、Rh、Pd）。 三效催化剂—载体 陶瓷材料为多孔堇青石，化学组成为2MgO·2Al2O3·5SiO2，还有少量Na2O、Fe2O3、CaO。整体为蜂窝状，通道截面多为三角形和方形。其突出优点为抗热冲击性能优越，具有很低的热膨胀系数。 合金载体有不锈钢、Ni-Cr、Fe-Cr-Al等材料。外观为蜂窝状，内部由平板和波纹状金属片构成。其特点是机械强度大、传热快、抗震性好、压降低、寿命长等。 三效催化剂－涂层 载体无论是陶瓷还是合金，比表面积只有2-4m2/g，对于负载型催化剂来说太小，不利于活性组分的有效负载量，也不利于活性组分的高度分散，对吸附消除尾气中的有害杂质也不利。 涂层可选择Al2O3、SiO2、MgO、CeO2、ZrO2等，也可以是复合氧化物，应满足以下要求： 有较高的热稳定性 增强涂层中某重要组分的热稳定性 协助或改善某些催化组分的功能 三效催化剂－贵金属活性组分 早期多使用Fe、Co、Ni等过渡金属，目前普遍采用 Pt、Rh、Pd贵金属做活性组分。 Pt能有效的促进CO和HC的催化氧化，也能促进水煤气变换反应。对NOx还原能力不如Rh。 Rh是催化NOx还原的主要组分，在氧化气氛下还原产物为N2，在低温、无氧条件下主要产物为NH3，高温时主要产物为N2。氧浓度超过一定限度则不能有效还原。对CO的氧化和HC的水蒸气重整也有催化作用，但其热稳定性和抗毒能力不如Pt。 Pd的起燃活性好，热稳定性高，但对汽油中的铅硫含量要求更高。主要催化CO和HC的转化。高温易与Pt、Rh形成合金，Pd处在外层，对Rh的活性产生负面影响。 静态源的净化处理催化技术 静态源污染：发电厂的烟囱排放气、各类工业生产过程的排放气、垃圾废弃物焚烧的排放气、民用燃烧排放气等。 N2O、CO2、CH4属温室气体，引发全球变暖、冰川融化、海平面上升、气候恶化、土壤沙漠化等一系列环境问题。 NOx与烃类相互作用导致光化学烟雾，严重危害人身体健康。 SOx、NOx会产生酸雨，破坏生态环境，危害生物的生存发展。 NO的催化分解 在高温下NO不稳定，但其分解速率很低，必须使用催化剂加速分解。 Pt/Al2O3及一些非负载过渡金属氧化物，如Co3O4、NiO、Fe2O3等。 氧的存在会强烈抑制分解反应，因O2易与NO在催化剂表面上发生竞争性化学吸附。 Co、Cu交换的分子筛在623-673k是活泼的分解催化剂，Rh、Ru负载在ZSM-5上在523-573k是活泼的催化剂。 NOx的催化还原脱除 NOx的选择性还原一般选NH3做还原剂，在催化作用下还原为N2和H2O。 催化剂为过渡金属氧化物负载在载体上，如TiO2/SiO2、V2O5/SiO2、MoO3/Al2O3、WO3/Al2O3。 此催化反应效率相当高，