《工业催化原理》讲义(07)26

第六章环保催化和生物酶催化过程主要内容：机动车尾气净化、催化脱硫、催化脱氮等过程；生物酶催化过程.

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1第一节环保催化过程一、环保催化的特点：1、被处理的气体或液体的浓度很低；2、被处理的物质往往是催化剂的毒物，如硫、砷、卤化物、重金属等；3、处理的量一般都较大；4、要求催化剂具有好的抗毒性。

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2第一节环保催化过程二、机动车尾气净化(1)光化学烟雾的形成

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3第一节环保催化过程二、机动车尾气净化(2)1、主要有害成分：（1）CO→燃料不完全燃烧的产物，浓度最高的一种成分；（2）HC→缸壁淬冷及燃料不完全燃烧，500-1000ppm；（3）NOx→燃烧室高温、高压下氮氧化合而成，100-3000ppm；（4）SO2→燃料中的含硫化合物。

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4第一节环保催化过程二、机动车尾气净化(3)2、汽车尾气净化：-------三效催化剂：（1）三效催化剂的作用机理：A氧化反应：CO+O2

→CO2

HC+O2

→CO2+H2OB还原反应：CO+NO→CO2+N2HC+NO→CO2+N2+H2OC分解反应：NO→N2+O2NO2

→N2+O2D水蒸气重整反应：HC+H2O→CO+H2E水煤气变换反应：CO+H2O→CO2+H2

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5第一节环保催化过程二、机动车尾气净化(4)（2）催化剂：活性组分，

Pt、Rh等（主组分）；稀土元素（助催化剂）；

载体：活性氧化铝、沸石分子筛、堇青石蜂窝陶瓷、整体式金属载体。

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6第一节环保催化过程三、烟气脱硫(1)大气中SOx、NOx的变化

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7第一节环保催化过程三、烟气脱硫(2)1、污染源：燃煤电厂、冶炼厂、化工厂、焦化厂等的废气中的SO2、H2S等。2、催化脱硫方式：（1）催化还原法：（Claus法，H2S还原SO2回收S）SO2+2H2S

→3S+2H2O；（通常是H2S部分燃烧生成SO2并提供热量，同时未反应的H2S与SO2反应生成S）催化剂：铝钒土类催化剂；反应温度一般为220-350℃。

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8第一节环保催化过程三、烟气脱硫(3)：（2）催化氧化法：WSA（湿气体制酸）工艺：SO2+1/2O2→SO3+99kJ/mol催化剂：钒基催化剂SO3+H2O

→H2SO4(丹麦Topsφe公司专利WSA冷却器中冷却)

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9第一节环保催化过程三、烟气脱硫(4)：（3）催化吸收法：利用吸收剂（如分子筛等）将SO2、H2S先吸收下来，再采用催化氧化或催化还原法处理。

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10第一节环保催化过程四、烟气脱氮（N2O(笑气),NO,NO2,N2O3,N2O4,N2O5

总称NOx）1、污染源：除机动车尾气外，主要是燃煤电厂、化工过程，工业炉窑等的废气。造成酸雨和光化学烟雾。2、脱氮方式：（1）催化分解法，如：2NO→N2+O2

催化剂：Pt、Rh、Cu-ZSM-5分子筛催化剂等有好的活性。

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11第一节环保催化过程（2）催化还原法，利用不同的还原剂，如NH3,H2,CO,烃类，在催化剂作用下消除NOx。如：2NO+2H2

→N2+2H2O4NO+CH4

→CO2+2N2+2H2O（3）催化氧化法（SCO法），当烟气中同时含有SOx、NOx和未消耗的O2时，在催化剂作用下同时消除NOx和SO2。如：N2O3+SO2+6NH3+3H2O→3(NH4)2SO4+N2催化剂：分子筛、活性炭、金属氧化物或贵金属催化剂等。

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12第一节环保催化过程五、有机废气的处理（主要是挥发性有机物VOCs）1、污染源：化工、轻工、涂料、印刷等行业的废气。包括烃类（烷、芳烃类）、含氧有机物（醛类）、含氮有机物（胺、腈类）、卤族有机物（卤代烃类），有机硫化物（硫醇、硫醚类）等。

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13第一节环保催化过程

2、处理方式：（1）催化燃烧法：利用催化剂使有机物在较低的温度下与氧化合，生成H2O和CO2，到达净化的目的。（2）吸附法等：使有机废气通过活性炭等吸附剂吸附废气中的有机物，吸附饱和后，解析再生，解析的有机物可回收或作为燃料。

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14第一节环保催化过程六、水中污染物催化治理[1]1、污染源：（1）工业生产废水，排放量大，污染物种类多；（2）生活废水；（3）农业生产废水等。

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15第一节环保催化过程六、水中污染物催化治理[2]2、污染物种类（1）酚类（如苯酚、甲酚等）（2）芳烃及衍生物（如苯、二甲苯等）（3）氰及腈化物（如乙腈、氰醇等）（4）有机氧化物（如甲醛等）（5）有机氯化物（如多氯联苯等）（6）农药（如有机氯、磷、汞、砷等）

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16第一节环保催化过程六、水中污染物催化治理[3]3、几种处理技术（1）光催化臭氧化（O3/UV）技术：可有效消除氰化物、醇、醛、酚等，污染物可完全降解为CO2和H2O；（2）多相光催化氧化技术：以n型半导体，如TiO2、ZnO、CdS等为催化剂，在

UV作用下，降解有机污染物，如TiO2/UV可有效消除多氯联苯；

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17第一节环保催化过程六、水中污染物催化治理[4]3、几种处理技术（3）超临界催化氧化净化技术：超临界水可与氧气或有机物以任意比例互溶，在催化剂的作用下，有机污染物可快速被降解。有均相催化和多相催化。如Pt、Pd/Al2O3催化剂等。（4）湿式催化氧化技术：始于20世界70年代，在传统的湿式氧化技术的基础上发展起来，由于催化剂的作用，反应温度和压力较低，时间较短。

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18第一节环保催化过程七、固体废弃物催化治理[1]1、来源：（1）城市废物；（2）产业废物；（3）矿业废物；（4）农业废物等。

2、污染：（1）土壤；（2）水体；（3）大气。

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19第一节环保催化过程七、固体废弃物催化治理[2]3、固体废弃物的资源化和综合利用（1）回收能源；（2）生产化肥；

（3）生产建筑材料；（4）提取化工原料。4、几种回收技术

（1）塑料废弃物回收：回收再利用；催化裂解制取化学品和燃料等。（2）废旧橡胶回收：回收制取再生橡胶；催化裂解制取燃料和炭黑。（3）废旧电池回收：回收金属等。

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20第二节生物酶催化过程一、酶的类型和特性[1]1、类型：（1）氧化还原酶：氧化还原；（2）转移酶：基团转移；（3）水解酶：水解；（4）裂解酶：基团消除并形成双键；（5）异构酶：异构；（6）连接酶：分子之间连接。

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21第二节生物酶催化过程一、酶的类型和特性[2]2、酶的催化特性（1）催化效率高；（2）选择性高；（3）反应条件温和；（4）可自动调节活性；（5）同时具有均相和多相的特征。

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22第二节生物酶催化过程二、酶的催化作用机理1、酸碱催化：质子化或非质子化为特征；2、共价催化：亲电、亲核催化；3、氧化还原机理。

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23第二节生物酶催化过程三、生物酶在石油化工中的应用[1]1、丙烯腈水解生产丙烯酰胺：

日本日东公司，1985年建成4000吨/年装置；催化剂：腈水解酶N-774；反应温度：0-5℃；pH值：7.5-8.5；丙烯腈单程转化率：99.9%。

2、生物聚合物：

英国ICI公司，300吨/年聚羟基