化剂 。
以上是针对工业排放的尾气 。对于城市大气污
染的另一来源 ,即机动车尾气排放 。机动车排放尾
气中 的 HC、CO
2
及 NO
X
的 除 去 用 的 催 化 剂 , 在
1975 年就达到了实际应用的目的 。现在减少汽车
排放尾气中的有害气体的有效方法都是采用将烃
类 、
CO 及 NO
X
同时进行氧化和还原的所谓三元催
化法 ,催化剂为铂 ( Pt) 、
钯 ( Pd) 、
铑 ( Rh) 等贵金属或
Pt/ Rh 、
Pd/ Rh 等的组合 。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 Pt 、Pd 、Rh 组合并添加
作为贮存氧组分的氧化铈所组成 。由于贵金属尾气
净化器可能对环境造成二次污染 ,如产生 N
2
O 气
体 ,而 N
2
O 是主要的温室气体之一 ,一种能替代贵
金属物质的稀土金属受到重视 ,但因稀土催化剂性
能不及贵金属催化剂 ,如活性 、
稳定性等 ,要解决很
多技术关键问题
[ 24 ]
。
对于已排放到大气中的 ,尤其是大城市中峡谷
式的街道和隧道等大气扩散条件较差的地带 ,为了
降低 NO
X
浓度 ,有人提出了利用 TiO
2
光催化所具
有的高氧化能力和还原能力 ,将 TiO
2
混在建筑材料
中 ,涂在建筑物的外壁 ,在有 O
2
和 H
2
O 共存条件
下 ,将氮氧化物变为 NO
-
3
,因为这种具有高活性的
四配位结构的 TiO
2
分子筛催化剂 ,经过注入金属离
子后 , TiO
2
催化剂能够有效地利用可见光和太阳
光
[ 25 ]
。
随着深度脱硫催化剂研究的进行 ,寻找消费少
量 H
2
、
具有选择性 、
引起脱氮反应的高活性催化剂 ,
即在超深度脱硫的同时 ,能达到超深度脱氮反应用
的催化剂 。因为氮化合物中的氮 ,很多情况下都存
在环状化合物中 ,因此 ,必须把环状化合物中的 C
2N
键打开 ,然后才能以 N H
3
的形式进行氢化脱氮 。目
前这种超深度脱氮反应用的催化剂主要集中在过渡
金属氮化物和炭化物上 。例如 ,用 MoO
3
和 P
2
O
5
与
磷酸钼调制的钼氮化物催化剂 , H
2
的消费量少 ,具
有较高的脱氮活性 ; 用无负载及 H
2ZSM 负载钼氧
化氮化物 ( MoO
X
N
X
) 调制的催化剂 ,也有较高的脱
氮活性 ;Mo
2
N 及 Mo
2
C/ Al
2
O
3
对氮杂萘 、
氮杂苯及
煤液化油的氢化脱氮反应有较高的活性 。另外 ,对
传统的氢化脱硫脱氮催化剂 ,如 CoMo 和 NiMo 的
硫化物催化剂中添加磷进行改良 ,结果表明 , Mo P
和 AlP 都有较高的脱氮活性
[ 26 ]
。
2. 1. 3 除去 CO
2
用的环保催化剂
由于 CO
2
问题和能源问题等价 ,所以 ,在除去
CO
2
的过程中 ,若能实现 CO
2
的人工再循环 、
再资
源化 ,不仅能解决地球的温室效应问题 ,还能更有效
地利用和节约能源 。从催化化学的观点 , 对减少
CO
2
的方案有多种多样 ,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
2La
2
O
3
2Ru 催化剂 , Cu2Zn、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 H
2
存在下 ,将 CO
2
转化为甲醇 (CH
3
O H) ,进一步
转化为 HC
[ 27 ]
;通过有机金属配合物催化剂的作用 ,
可将 CO
2
合成为尿素 、
芳烃羟酸等 。目前 , CO
2
的
光催化固定是最吸引人的课题 ,这是对自然界绿色
植物光合作用的人工模拟过程 ,所用的催化剂主要
有 TiO
2
、
ZnO 等金属氧化物和 CdS、
ZnS 等金属硫化
物半导体 ,还有 CdS
2TiO
2
、
CdS
2ZnS 等复合半导体 ,
金属络 合 物 , 如 [ Rh ( bpy)
2
]
2 +
、[ Ni ( cyclam)
2
]
2 +
等
[ 28 ]
,以及光电催化剂等 。对于引起温室 效应的
CH
4
和 N
2
O 气体 ,有人提出用铁离子交换分子筛催
化剂 ,如用 Fe
2MFI ,Co2MFI
[ 29 ]
, Pd 与 NO
X
一起同
时除掉 ,但 N
2
O 与其他氮氧化物不同 ,要除去低浓
度的 N
2
O 并不容易 。
2. 1. 4 臭氧问题
臭氧问题包含对流层中臭氧的积累和同温层中
臭氧层的破坏两个问题 。破坏高空臭氧层以及牵涉
到 温 室 效 应 的 主 要 污 染 物 是 氯 氟 烃 类 化 合 物
(CFCS、
HFCS)
[ 30 ]
,其最彻底的解决办法是 ,开发新
的可以取代它们的化合物 ,制备这些化合物大都通
过催化的途径 。目前使用的催化剂包括 Pd/ C、
金属
卤化物 、
氧化铬及 AlF
3
等 ,在高温下和 HF 进行氟
化反应 ,可以产生 CFCS 取代的替代产物 : HCF
2123
(CF
3
CHCl
2
) 、HFC
2134a ( CF
3
CFH
2
) 。不 生 产 氟 利
昂 ,但若对废弃的含氟利昂制品的处理不当 ,也可产
生温室效应问题 ,用 AlPO
4
作催化剂 ,可以有效分
解这些氟利昂
[ 31 ]
。
3
结束语
催化剂在发展工业 、
农业及提高人民生活等方
面都起过巨大作用 ,有人预料 ,在本世纪中 ,催化剂
在解决地球环境问题中也将起到同等重要的作用 。
日本催化工作者表示 ,催化研究将从“石油化工催
化”
进入以消灭有害物质为目的的新的“环保催化”
0
3
环 境 污 染 治 理 技 术 与 设 备
3
卷