催化.doc

1 评估催化剂实际价值（性能）活性、选择性、寿命、价格、环保性能。 2 工业上可能造成催化剂失活的原因有中毒 、 积炭 、 烧结、挥发与剥落。 3 提高反应速率的途径：T或 CA，CB，但升幅有限! 其它有效途径：使用催化剂，活 化能E4 催化剂的制备方法，沉淀法，溶胶-凝胶法，浸渍法5 沉淀法：以沉淀操作为关键步骤，是制备固体催化剂最常用的方法之一，广泛用于制备含量较高的非贵金属、金属氧化物、金属盐催化剂或催化剂载体。操作方法：在搅拌的情况下，把沉淀剂，如碱类物质（NaOH或Na2CO3）加入两种或两种以上金属盐类的水溶液中，再将生成的沉淀物洗涤、过滤、干燥、焙烧、研磨、成型、活化，制造出所需的催化剂。在大规模生产过程中，金属盐一般制成水溶液，在某些特殊情况下，也可以用非水溶液，如酸、碱或有机溶剂的溶液。 溶胶凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在11000nm之间。 凝胶：一种体积庞大、疏松、含水较多的无定型沉淀，是一些胶体粒子相互凝结、固化而形成的网状结构，经脱水后即可得到多孔、大比表面积的固体。 凝胶的胶凝：一种特殊沉淀，需要经过由分子或离子凝聚生成溶胶，以及溶液中胶体粒子凝结成凝胶这两个过程。 胶凝作用：溶胶转变成凝胶的过程 胶溶作用：沉淀物或凝胶重新分散成胶体颗粒，再转变成溶胶的过程 浸渍法 (1)浸渍法原理浸渍：固体的孔隙与液体接触时，由于表面张力作用而产生毛细管压力，使液体渗透到毛细管内部，当浸渍达到平衡后，除去剩余的浸渍液，再进行干燥、焙烧、活化等后续处理，制得所需催化剂。操作步骤：载体预处理（抽真空或干燥）、配制浸渍液、浸渍、除去过量液体、干燥、焙烧、活化。提高浸渍量的途径：预先抽空载体内的空气、提高浸渍液浓度、浸渍温度、延长浸渍时间、增加搅拌或使用其它方法。6 催化剂：一种能够改变化学反应速度，而它本身又不形成最终产物的物质。催化作用：是利用催化剂来加速化学反应速度的一种化学作用。催化科学：研究催化剂与催化过程的科学，涉及到物理、化学、材料等多类学科，是一门综合科学。7 三效催化转化器的寿命 三效催化剂在实际使用中催化活性会随着行驶里程增加而出现下降，活性下降的主要原因是由于高温热老化和毒物中毒所致。催化剂的劣化直接与催化剂的使用寿命和周期密切相关，故各国法规对此都有一定的限制。美国一般要求催化剂的使用寿命为8万km，新的法规要求新车催化剂的寿命达到16万km；我国要求在用车催化剂的寿命为5万km，新车催化剂的寿命为8万km。 总体来讲，导致三效催化剂失活的主要原因是导致活性中心数目下降的贵金属的烧结，其次是催化剂中毒。后者与汽车的行驶里程、燃油和润滑油的质量紧密相关。此外还有一些其他的原因造成三效催化剂失活。如储氧材料的烧结导致失去储氧能力；贵金属活性组分被载体等包裹,-A12O3载体材料的烧结；Rh3等贵金属离子扩散到-A12O3载体的晶格中。因为三效催化剂工作条件的复杂性和多变性，深人理解三效催化剂失活原因是比较困难的。 二氧化硫一般能抑制三效贵金属催化剂的活性，在Pt、Pd和Rh等贵金属催化剂中，Rh能更好地抵抗二氧化硫对NO还原的影响，而Rh受二氧化硫影响最大。二氧化硫的抑制效应受温度和气氛的影响较大。在三效催化剂中的添加剂CeO2和ZrO2容易吸收SOx物种。 除了热失活、化学中毒和其他化学原因外，引起催化剂失活或失效的物理原因有：催化剂载体因机械振动或热冲击而破碎，催化剂涂层因机械振动或热冲击而脱落；催化剂因发动机冷启动失火过多而产生结焦，堵塞蜂窝通道；发动机排气因燃油系统和配气系统过滤失效，导致排气中灰尘过量而弓起蜂窝通道堵塞；效催化转化器散热性能不好，导致三效催化剂在长期在高温条件下工作。8 制 氨 系 统 在 选 择 性 催 化 还 原 系 统 中 ， 靠 氨 与 N0x反 应 达 到脱硝的目的 。稳 定 、 可 靠 的氨 系 统 在 整 个 选 择 性 催 化 还 原 系 统 中 是 不 可 或 缺 的 。 制 氨 一 般 有 尿 素 、 纯 氨 、 氨水 等 种 方 法 。 1） 尿 素 法 。 典 型 的 用 尿 素 制 氨 的 方 法 为 即 需 制 氨 法 （ AOD ）。 运 输 卡 车 把尿 素 卸 到 卸 料 仓 ， 于 尿 素 被 直 接 从 卸 料 仓 送 入 混 合 罐 。 尿 素 在 混 合 罐 中 被 搅 拌 器搅 拌 ， 以 确 保 尿 素 的 完 全 溶 解 ， 然 后 用 循 环 泵 将 溶 液 抽 出 来 。 此 过 程 不 断 重 复 ，以 维 持 尿 素 溶 液 存 储 罐 的 液 位 。 从 储 罐 里 出 来 的 溶 液 在 进 入 水 解 槽 之 前 要 过 滤 ，并 要 送 入热 交 换 器 吸 收 热 量 。（2） 纯 氨 法 。 液 氮 由 槽 车 运 送 到 液 氨 储 槽 ， 液 氨 储 槽 输 出 的 液 氨 在 氨 气 蒸发 器 内 经 40 左 右 的 温 水 蒸 发 为 氨 气 ， 并 将 氨 气 加 热 至 常 温 后 ， 送 到 氨 气 缓 冲糟 备 用 。 缓 冲 槽 的 氨 气 经 调 压 阀 减 压 后 ， 送 入各 机 组 的 氨 气 空 气 混 合 器 中 ， 与来 自 送 风 机 的 空 气 充 分 混 合 后 ， 通 过 喷 氨 格 栅 （ AIG） 之 喷 嘴 喷 入烟 气 中 ， 与 烟气 混 合 后 进入选 择 性 催 化 还 原 催 化 反 应 器 。3） 氨 水 制 氮 法 。 通 常 将 25 的 氨 水 溶 液 （20 30 ） 置 于 存 储 罐 中 ，然 后 通 过 加 热 装 置 使 其 蒸 发 ， 形 成 氨 气 和 水 蒸 气 。 可 以 采 用 接 触 式 蒸 发 器 和 喷淋 式 蒸 发 器 。 氨 水 法 较 纯 氨 法 更 为 安 全 ， 但 其 运 输 体 积 大 ， 运 输 成 本 较 纯 氨法 高 。 SO2氧 化 用 的 催 化 剂 大 都 是 以 钒 的 氧 化 物V2O5为 催 化 剂 的 活 性 组 分 ， 以 碱金 属 硫 酸 盐 如 K2SO4 ， Na2SO4或 焦 硫 酸 盐 为 助 催 化 剂 ， 以 硅 藻 土 （ 或 加 少 量 的铝 、 钙 、 镁 等 ） 为 载 体 ， 通 常 称 为 钒-钾-（钠）- 硅 体 系 催 化 剂 。9 于水体中难降解有机污染物，难以通过高温高压催化氧化工艺达到净化目的。为了实现常温常压催化氧化高效去除水中难降解有机污染物，分别以光、电、H2O2、O3等物理、化学氧化剂为媒介，协助多相催化氧化，产生 羟基自由基、超氧自由基等强氧化活性物种，氧化分解结构稳定的有机物，获得无机矿化，或者提高有机物的可生化性，与生物氧化处理工艺结合，对高浓度有机废水达到净化目的。10 水中难降解有机污染物和硝酸盐的去除，有光催化、芬顿催化氧化、臭氧催化氧化、湿式催化氧化以及双金属催化还原等水处理技术原理与应用，重点阐述不同催化剂的制备方法与催化活性，催化机制以及污染物在催化剂固液微界面转移转化过程，进一步提出了每种技术存在的优势与不足和未来发展的方向。11 二氧化钛光催化技术在水处理方面的应用 TiO2的禁带宽度为3.2 eV，当它吸收了波长小于或等于387.5 nm的光子后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子ecb-，同时在价带上产生带正电的空穴hvb+，在电场的作用下，电子与空穴发生分离，迁移到粒子表面的不同位置。 热力学理论表明，分布在表面的hvb+可以将吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成.OH自由基。 .OH自由基能氧化大多数的有机污染物及部分无机污染物，将其最终降解为CO2、H2O等无害物质。而且.OH自由基对反应物几乎无选择性。因而在光催化氧化中起着决定性的作用。禁带宽度是指一个能带宽度，单位是电子伏特(ev)。固体中电子的能量是不可以连续取值的，而是一些不连续的能带。要导电就要有自由电子存在。自由电子存在的能带称为导带（能导电）。被束缚的电子要成为自由电子，就必须获得足够能量从而跃迁到导带，这个能量的最小值就是禁带宽度。硅的禁带宽度为0.8ev。禁带非常窄就成为金属了，反之则成为绝缘体。 TiO2在波长小于387.5 nm有光照下，能吸收能量高于其禁带宽度的短波光辐射，产生电子跃迁，价带电子被激发到导带，形成空穴电子对，并将能量传递到周围介质，诱发光化学反应，具有光催化能力。TiO2+hv(TiO2)h+(TiO2)e 12 绿色催化新工艺 芬顿技术的发展及应用 1894年法国化学家芬顿（Fenton）首次发现Fe2与H2O2的混合溶液具有强氧化性，能够促进有机化合物的氧化，因而将Fe2/H2O2命名为芬顿试剂，使用这种试剂的反应称为芬顿反应。 芬顿氧化符合目前国际社会所倡导的绿色化学理念，能够在环境友好的氧化剂过氧化氢存在条件下，将有毒或难降解的有机污染物矿化为对环境无污染的二氧化碳和水，是一种环境友好的绿色催化新工艺。芬顿氧化法因为具有操作简单、费用低廉、无须复杂设备且对环境友好的优点，无论是在处理实验室模拟废水，还是在处理来自化工厂、炼油厂以及机械加工业的含有毒有害难生物降解有机废水中都具有很好的应用前景（表7-3）。13 VOCs催化燃烧工艺技术现状和发展 随着VOCs催化燃烧在环保方面的广泛应用和人们经济效益意识的增强，在开发高活性、高稳定性的VOCs 催化燃烧催化剂的同时，VOCs催化燃烧工艺技术也得到了长足的发展。几种典型催化燃烧工艺：1.通用型催化燃烧工艺 这类催化燃烧工艺多用于较高浓度的VOCs废气的处理。如图5-4所示，含VOCs的废气流与装置排出气进行换热后，