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题目：催化技术在环境保护的研究与应用综述

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催化技术在环境保护的研究与应用综述

【摘要】：主要讲述了催化技术在环境保护中的应用，归纳了催化技术在空气污染治理、水污染治理、固体废物治理领域的应用现况和实例，最后对催化技术在环境治理领域中的进一步应用进行了展望。

【关键词】：催化技术

空气污染治理

水污染治理

固体废物治理

催化剂又叫触媒，是一种改变反应速率但不改变反应总标准吉布斯自由能的物质。对化学反应有催化作用。在新世纪，催化剂作用在降低及阻止环境污染等方面正扮演非常重要的角色。在全球气候变化、环境污染和能源危机等问题引起广泛关注的背景下,催化剂对化学反应的优越性越来越明显，因此，国内外都开展了广泛的催化技术研究，并取得了很多进展。目前许多新型催化剂和催化技术已经应用到了工业生产和环境保护。

一、空气污染治理的应用

（一）室内污染物的去除

室内有害气体, 主要有装饰材料等放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢、氨气以及各类臭气等。作为空气净化材料TiO2光催化剂与一些气体吸附剂(沸石、活性炭、SiOx等)相结合在弱紫外光激发条件下就可有效地将吸附于其表面的这些物质分解、氧化, 从而使这些物质降低或去除。

古政荣等[1]以具有直通孔的成形支承体胶枯活性炭(A C)为复合载体, 采用浸涂法在复合载体上形成纳米二氧化钦光催化剂薄壳层, 制备出可用于室内空气净化的活性炭一纳米二氧化铁光催化净化网。实验结果表明, 以功率为6W、波长为254 n m 的紫外杀菌灯照射3h , 其甲苯净化率为98.8 % , 三氯乙烯(T C E)净化率为99.5 % , 硫化氢净化率为99.6 % , 氨气净化率为96.5 % , 甲醛净化率为98.5 % , 一氧化碳净化率为60.1 %。通过对比实验还表明, 所研制的复合型空气净化网具有单纯活性炭、单纯光催化剂Ti 0 2、活性炭与二氧化钦简单混合等净化网所不具备的综合优势, 通过复合提高了光催化效率, 同时达到活性炭原位再生的目的。

（二）在汽车尾气装置上的应用[2]

由于汽车尾气对环境的污染，推进了催化材料的发展。在20 世纪末，许多具有全新结构的材料得以广泛应用：例如作为催化剂载体的陶瓷或整体金属材料，比表面积大，压降低，热稳定性好，在高气流量下具有优良的转化效率。这些载体材料，主要由氧化物稳定剂(如La、Ba、Si 等)修饰并活化的高比表积Al2O3。在温度高达1100℃、含有大量水蒸气的尾气中仍能维持高的比表面积。为了防止烧结，在催化剂中添加稀土金属催化剂得以稳定化。

日本最近开发出一种纳米压电陶瓷一PZT(钦锆酸铅),其断裂强度可达1 5 0 MPa。, 断裂韧性为1.5MPa·m 0.5, 比传统PZT 提高了3.4 倍[3]。在交流电压下, 经反复加载疲劳测试, 结果表明该材料明显能抵抗裂纹扩展, 有极好的机械和电性能, 可用于制作汽车发动机缸体, 其所能承爱的温度和压强比普通金属缸体要高得多, 这样可大大提高燃烧温度及嫩烧效率, 减少汽车尾气排放量及燃油使用量。另外, 如在建筑物的外墙板上、隧道内照明灯和离速路两旁路灯灯罩玻璃上涂以纳米TiO2涂层, 也可以净化由于各种汽车、摩托车排出的N Ox、油、积炭及扬起的尘埃, 并能够杀菌防污[4]。

二、水污染治理的应用

采用半导体光催化氧化技术降解水中污染物是近年来环境治理工作中的一个研究热点, 已有大量研究证明众多难降解有机物在光催化氧化的作用下可有效得以去除或降解。

王怡中等[5]利用悬浮式反应器研究了活性艳红、活性黄、阳离子桃红等初始浓度为20 mg/L 的八种染料光降解, 在TiO2 投量为1 g/ L, 光照4 h 后, 各种染料降解率均达90% 以上。周祖飞[ 6] 等人研究了奈乙酸的光降解, 在TiO2 投量为100 mg/ L、253 nm 紫外光照及曝气的条件下, 初始浓度为50 mg/L 的奈乙酸经3 h 反应降至6 mg/ L以下。潭小萍等人[7] 采用悬浮式光催化反应器降解垃圾渗滤液, 在TiO2 投量为10 g/L, 光照2 h 后, 溶液COD 值降低40% 以上。John C 等人[ 8] 采用活性炭固定TiO2 处理硝基苯类废水获得较好的效果。Dionysios D[9] 等人将TiO2 颗粒固定于不锈钢薄板上(7.6 cm *7.6 cm *0.5 cm), 制成转盘式光反应器, 以365 nm 光源照射氯酚及杀虫剂废水, 停留时间20 h 的降解率可达80% 以上。Kumara 等人[10] 利用TiO2 — 玻璃薄膜制成固定式光反应器(膜表面积与反应器体积成一定比例), 废水在反应器中以100 mL/ h 的流速连续流动, 在太阳光照的条件下, 水中酚类有机物最终全部矿化。

三、在固体废物处理中的应用

固体废弃物处理与处置过程中, 微波诱导催化技术可用于土壤净化、矿渣解毒和固体废弃物微波辐照资源化利用等方面。常压下利用微波辐射含有有机污染物的土壤, 可降解有机物污染物, 消除污染。

A.Rudo lph 等[ 11] 人研究了土壤中有机污染物的微波降解。研究发现, 在一些催化剂(如Cu2O、Zn、Al、NaOH 等)存在下, 微波辐射含污染物的土壤, 大部分污染物可被降解掉, 被氧化分解为二氧化碳、水及无机盐类。梁波等[ 12] 将微波技术应用到工业废料铬渣的解毒研究中, 经测定, 铬渣中六价铬的转化率高达99%以上, 实现了铬废渣的无害化。微波技术在废旧轮胎回收利用方面的应用也已经有许多研究[ 13-15 ]。目前利用微波处理废旧轮胎的工厂已有不少, 利用该法能够回收36% 的碳, 33% 的产品为高性能的活性炭和其他碳化产品, 残余的氢气、甲烷混合气可用于系统的热源。此法采用密封处理, 避免副产物二恶英等造成的二次污染。

四、结语

催化技术在大气污染控制、水污染控制及固体废弃物处理与处置等污染治理领域表现出良好的应用前景。但是必须认识到仍有许多催化反应机制的研究还不够深入, 一些研究结论仍存在争议，而且某些实验室研究成果并不能很好地应用于生产实践。不过相信随着科学的发展及研究的深入, 更多的催化剂科研成果将被应用到环境保护领域, 人们将能控制和消除废物对人类和环境造成的污染和危害,使绿色化学成为现实，让我们环境变得更加美好。

参考文献：

[1]古政荣, 陈爱平, 戴智铭.活性炭一纳米二氧化钦复合光催化空气净化网的研制.华东理工大学学报，2 0 0 0 , 2 6(4): 3 6 7 ~ 3 7 2 [2]张敬.环境友好催化技术发展趋势.中国环境保护优秀论文集,2005,2226~2230 [3]张立德, 牟季美.纳米材料.北京: 化学工业出版社,20 0 0 [4]胡圣飞, 龙万堂, 黄光斗.纳米粒子及其改性涂料.精细与专用化妆品, 2 0 0 0 ,(8)2 : 1 3 ~ 1 4 [5] 王怡中.不同类型染料化合物太阳光光降解研究[ J].太阳能学报, 1998, 19(2): 117-127.[6] 周祖飞.水溶液中奈乙酸的光降解研究[ J].环境科学,1997, 18(1): 35-40.[ 7] 潭小萍.光催化法深度处理垃圾渗滤液[ J].中国给水排水, 1999, 15(5): 52-55.[ 8] John C, et al.Decontamination of Water Using Adsorption of Photocatalysis[ J].J Water Res, 1997, 31(1): 411-418.[9] Dionysios D, et al.Continuous-mode photocatalytic degradation of chlorinated phenols and pesticides in water using a bench-scale TiO2 rotating disk reactor[ J].Applied Catalysis, 2000, B(24): 139-155.[ 10] Kumara G R R A, Sultanbawa F M.Continuous flow photochemical reactor for solardecontamination of water using immobilized TiO2 [ J].Solar Energy Materials & Solar Cells, 1999(58): 167-171.[11] Rudolph A, Abmm ovith, H uang B ang Zhou, et al Decomposition of PCBS and other polyehlorinated arom at ics in soil using microwave Energy[ J].C hemosphere, 1998, 37(8): 1 42798.[ 13] Sharma VK, Minearini M, Fortuna F, eta1.Disposal of waste tyres for energy recovery and safe environment review [ J].Energy Conversion Management, 1998, 39(5 /6): 511-528.[ 14 ] Kenneth Michael Holland.Microwave treatment of rubber scrap[ P].UK Paten t 2196637, 1988.[ 15] Adhlkari B, De D, Ma it is.Reclaimation and recycling of waste rubber[J].Progre in Polymer Science, 2000,(25): 909-948.