环境催化资料讲解.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,环境催化与分离过程研究组,Research Group,of,Environmental Catalysis,&,Separation Process,环 境 催 化,Environmental Catalysis,2012,年,9,月,6,日,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,课程简介：,本课程从环境与催化的关系出发，以环境催化的主要研究对象为体系，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,。,教材和参考书：,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,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,环境催化概述,环境催化研究的必要性、意义与国内外现状,1,、地球环境走向恶化,大气,：,CO,2,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）,1.1,环境与可持续发展,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,污染的成因,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：,SO,2,占大气中,80,90%,NO,x,占大气中,40,50%,CO,2,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,CO,2,温室气体世界第二,SO,2,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,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。,可持续发展：,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,年份,1989,1996,2001,产值（亿美元）,36,86,107,1.2,工业催化与环境催化,催化应用十大领域,军工,生物化工,制药化工,环保,天然气,化工,精细化工,石油化工,石油炼制,无机化工,煤化工,催化应用,人体健康手性催化氧化,可再生能源,1918,年哈伯合成NH3,硫酸,硝酸,合成氨,聚烯烃芳烃,1973,年金属有机催化,TNT,肼分解燃料电池硝基胍,源头事后（尾气）,H2,、甲醇、二甲醚、,FT,合成,催化裂化重整加氢裂化加氢精制,催化科学发展,(,诺贝尔奖得主）,年份,获得者,贡 献,1909,Ostwald,催化，化学平衡和反应速率,1912,Sabatier,有机分子催化脱氢反应,1918,Haber,工业合成,NH,3,方法,1932,Langmuir,表面化学和吸附,1961,Calvin,光合作用中的化学过程,1963,Natta-Ziegler,乙烯丙烯催化聚合反应,1973,Fischer,，,Wilkinson,金属有机化合物,1992,Marcus,分子间电子传递过程,2001,Knowles,，,Noyori,，,Sharpless,手性催化氧化反应,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。,污染预防方面的催化技术应用,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。,汽车尾气净化催化剂,工业环保催化剂,汽车尾气净化催化剂,工业环保催化剂,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,工业催化与环境催化的关系,化学工业,新产品（市场）,改进生产技术,减少对环境的影响,环境催化,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；,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。,环境催化技术的发展历程,催化燃烧的发展过程,2.,汽车尾气净化 的发展过程,以贵金属为主要活性成分,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,17,1.4.1,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,1.4,环境催化研究的必要性、意义及国内外现状,全球,NO,2,污染分布图,中国的环境污染现状,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,华北地区,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。,有机污染物的来源,废物燃烧、特殊化学品生产和废油精炼等,工业生产,POPs,有机废水,内分泌干扰素、二恶英等,气,水,土壤,VOCs,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。,Environmental catalysis:trends and outlook,-by,G.Centi,Italy,2002,New areas include:,catalytic technologies for,liquid or solid waste,reduction or purification,;,use of catalysts in,energy-efficient catalytic technologies,and processes;,reduction of,the environmental impact in the use or disposal of catalysts;,new,eco-compatible,refinery,chemical or non-chemical catalytic processes;,catalysis,for greenhouse gas control;,use of catalysts for user-friendly technologies and reduction of,indoor pollution;,catalytic processes for,sustainable chemistry,1.4.2,国内外研究现状,Institute for Environmental Catalysis,-,Northwestern University,USA,IEC,Searching for the solutions for the Earths pollution,The core group:,Molecular Science of Catalytic Oxidation(MSCO),.,Three process-oriented Collaborative Research GroupsCRGs):,Chemical Processing,Emissions Treatment,Natural Environment,.,MSCO try to address the most fundamental scientific issues about catalytic oxidation.,Their mission,is to,develop,the experimental and theoretical tools needed to,understand,the complex,real-world systems of pollution,treatment,clean-up,and other processes studied by the process research groups.,2.The process-oriented CRGs study specific catalytic chemistry,relevant to industrial and natural environments,such as methods of reducing energy use and emissions through fuel cells.,The process-oriented research groups work closely with one another,and with the MSCO group.,Continued.,Participating departments include,Chemistry,Materials Science&Engineering,Chemical Engineering,Environmental(Civil),Engineering,and,Physics and Astronomy,.,第六届全国环境催化和环境材料学术会议,-2009.8,成都,主题：环境催化和环境材料面临的机遇及挑战,1,.,气态污染物的催化消除；,2.,水中有机污染物的催化降解与催化转化；,3清洁能源中的催化脱硫、脱氮、脱氯等技术；,4.,资源转化中的催化科学与技术；,5.,绿色有机合成；,6.,绿色反应介质与绿色过程工程研究；,7.,生物催化及其在环境保护、资源节约中的作用；,8.,光、电、磁、微波等条件下的催化技术与环境保护；,9.,环境催化材料的合成与表征。,与环境催化相关的国内主要学术合作与研究机构,中国科学院,：,2003,年，环境催化和材料中日双边学术讨论会由中国科学院生态环境研究中心、日本北海道大学、日本琦玉工业大学等单位联合发起，每年在中日之间轮流举行；,生态中心,：环境纳米材料研究室，以及环境催化与绿色化学研究组,华东理工大学,：环境催化研究室,大连理工大学,环境催化与环境材料研究室,北京工业大学,：环境催化研究室,福州大学,：国家环境光催化工程技术研究中心,举例：,移动污染源的尾气净化,固定污染源控制,水中污染源的催化治理,温室气体,CH,4,、,CO,2,的催化转化技术,固体废弃物的催化治理,1.5,环境催化概述,移动污染源的尾气净化,改进发动机内燃烧过程的内净化技术,排气系统中有害排放物的后处理技术,曲轴箱和供油系统的有害排放物的非排气污染控制技术,机外净化技术,2.,固定污染源控制,SO,x,的催化治理（催化还原、氧化）,NOx,的催化治理（催化分解、还原、氧化）,工业有机废气的催化治理技术（催化燃烧、超临界、等离子体等技术）,室内空气净化与催化（多相催化氧化）,3.,水中污染源的催化治理,湿式催化氧化,光催化氧化,仿生催化,均相催化氧化,多相催化氧化,催化氧化,有机物,浓度,4.,温室气体,CH,4,、,CO,2,的催化转化技术,CH,4,的催化治理技术,部分氧化制合成气、甲烷氧化偶联制乙烯和汽油、甲烷无氧芳构化,CO,2,的催化治理技术,与,H,2,反应之烃、醇、醚核算等化学品、与,CH,4,反应生成合成气、脱氧生成炭,CO,2,治理,CO,2,大气浓度,年份,ppm,50,年增加值,增速,1000,1850,280,285,0.27/50,1,1850,1900,287,2/50,7.4,1900,1950,310,13/50,48,1950,2000,360,50/50,185,5.,固体废弃物的催化处理,废塑料,废旧轮胎,电子废物,热裂解法,催化裂解法,金属回收,？,Topic,3,环境催化的表征,粒度表征,形貌表征,强度表征,酸度表征,反应过程（热力学、动力学）表征,Topic,2,环境催化基础,催化过程的描述（概念、特征）,催化剂（环境催化剂）的组成、结构及性能指标,环境催化剂的设计原则,“,软化学”制备环境催化剂,环境催化剂的种类,