梁立坤等

:

环保催化剂的研究进展

・

19

・

车用催化剂

,

在贫燃条件下催化还原

NO

x

已引起研究

人员的兴趣 。一旦此种催化剂研究成功

,

将在柴油发

动机和贫油型汽油发动机的车辆上得到广泛应用 。

2

1

2

　选择性催化还原

SO

2

为元素硫的研究

烟气脱硫过程大多数是以碱金属和碱土金属的碱

性化合物作为吸收剂 。这些碱性化合物与烟气中的

SO

2

反应生成硫酸盐

,

如

CaSO

4

。实际上烟气中的硫并没有

得到真正的回收利用

,

而是变成了固体废渣

CaSO

4

。直

接催化氧化

SO

2

为

SO

3

再吸收制取稀硫酸的方法

,

最

终产物是液体产品

,

造成操作运输的不方便 。对于以

再生为基础的脱附工艺则要求设计一整套的过程来处

理脱附时释放出的

SO

2

,

一是工艺冗长

,

二是脱附吸收

的硫也是液体产品 。最好的方法就是将

SO

2

选择性的

催化还原为元素硫

,

则可克服上述种种方法的缺点 。

此法 既 能 消 除 烟 气 中

SO

2

的 污 染 源

,

又 回 收 了 产 品

—

—

—固态元素硫

,

该产品不仅运输方便还可重复再利

用 。目前选择性催化还原

SO

2

到元素硫的方法大都处

于研究阶段 。存在的问题是烟气中过量氧对还原过程

的干扰问题和催化剂的中毒问题 。

2

1

3

　高浓度难降解有机废水的催化氧化处理

随着医药 、化工 、染料等行业的发展

,

高浓度难

降解废水越来越多

,

它们的处理已成为废水处理的一

大难点 。这类废水的特点是污染物毒性大

,

主要含有

芳烃 化 合 物

,

如 苯 胺 、硝 基 苯 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

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 。处理此类废水最有效的方法之一是化学氧化

法 。目前高效湿式催 化 氧 化 技 术

〔

4

〕

是 热 门 研 究 课 题 。

此法可直接氧化水中的有机污染物或将水中大分子有

机污染物氧化成小分子有机污染物

,

以提高废水的可

生化性 。配合生化法处理后能较好地除去水中的有机

污染物 。此法常用氧化剂来增加催化氧化有机污染物

的能力

,

可以用的氧化剂种类有

:

空气 、双氧水 、臭

氧 、次氯酸钠和二氧化氯等 。此法的关键是高效非均

相氧化催化剂的开发 。

除了 上 述 几 个 重 要 课 题 外

,

还 有 烟 道 气

SO

x

和

NO

x

的一体化处理

;

以

CO

2

为碳源的催化转化过程的

研究

;

取代氟里昂等氯氟烃的氢氟碳化物的催化过程

的研究

;

光催化净化空气和污水过程等热点问题 。

3

　新型环保催化材料

(1)

沸石分子筛催化材料 。由于它的多孔结构和

择形吸附的特点

,

既可用于毒物的吸附分离

,

又可以

用于载体和膜催化材料

,

还可以用于酸催化以替代腐

蚀性强的液体酸催化剂等 。

(2)

廉价的硅酸盐材料 —

—

—蒙脱土等天然粘土具有

类分子筛的结构

,

像海泡石稍稍进行改性后

,

既可做

催化剂载体

,

又是一种处理污水中重金属离子的良好

吸附剂 。整体块状载体材料的传质 、传热 、压降等行

为与传统的颗粒状催化剂所构成的散式床层迥然不同 。

它被广泛地作为汽车尾气净化 、烟道气脱硫 、脱硝及

有机废气催化燃烧等环保催化剂的载体 。

(3) TiO

2

是一种

N

型半导体

,

具有良好的光敏导

电性

,

常做催化剂载体 。现在

TiO

2

被广泛用于光催化

材料和电极催化材料

,

一 些 涂 有 活 性

TiO

2

的 自 洁 玻

璃 、瓷砖 、家具 、窗帘布

,

在太阳光和灯光的照射下

自动催化和净化着室内的空气 。

(4)

生物催化工艺通常是以无毒无害的生物材料为

原料

,

往往在常温 、常压下就可反应

,

相应工艺也简

单 。生物催 化 剂 的 转 化 率 高

,

专 一 性 强

,

副 产 物 少 。

还可反复使用

,

因此是一种理想的绿色催化剂 。

(5)

氮化物 、碳化物材料的结构独具特色

,

在加氢

反应中显示了极高的活性

,

几乎可与贵金属相媲美

,

还能够大量节约氢耗 。因此

,

有望取代地球上储量不

丰 、价格昂贵的贵金属在加氢反应中的地位 。此类新

型催化材料的加氢脱硫和加氢脱氮能力比传统的催化

剂加氢脱硫和加氢脱氮的活性高 。

(6)

室温离子液体既可作为酸催化剂

,

又是一种绿

色溶剂 。因其制作方便

,

本身毒性低

,

价格便宜又不

可燃烧

,

还具有性能可调等方面的优点

,

因此被预言

是有可能引起一场化学工业革命和工业应用前景较好

的环境友好催化材料 。

4

　环保催化技术展望

近一二十年来

,

光催化 、电催化 、声催化 、生物

催化等一系列新颖的催化技术和新材料相继问世

,

多

种催化方式的组合应用技术应运而生

,

有些组合催化

系统已经在实际环保中发挥着巨大的作用

,

但绝大多

数的技术还在研究开发之中 。

4

1

1

　光催化作用及应用

〔

5

〕

光催化反应是光化学反应与催化反应的融合

,

它

是在光和催化剂同时存在时才进行的反应 。由于反应

吸收光子能量

,

其反应速度比单纯的催化反应更快 。

近来

,

多相光催化在环保领域内广泛应用 。例如

,

光

催化治理重金属离子污水

;

光催化氧化纺织染料污水

;

TiO

2

催化降解有机化合物 。

CO

2

的光催化固定是较吸引人的课题 。这是对自

然界绿色植物光合作用的人工模拟过程 。

CO

2

的光催

化固定可解决地球由

CO

2

引起的温室效应 。可作为此

催化剂的物质有半导体如

TiO

2

,

及一些配合物催化剂

和光电催化剂等

,

但目前固定效果还不理想 。

4

1

2

　电催化作用及应用

电催化是使电极 、电解质界面上的电荷转移加速

反 应的一种催化作用 。

电极催化剂的范围仅限于金属