《工業(yè)催化原理》講義(07)26

第六章環(huán)保催化和生物酶催化過程主要內(nèi)容：機(jī)動(dòng)車尾氣凈化、催化脫硫、催化脫氮等過程；生物酶催化過程.

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1第一節(jié)環(huán)保催化過程一、環(huán)保催化的特點(diǎn)：1、被處理的氣體或液體的濃度很低；2、被處理的物質(zhì)往往是催化劑的毒物，如硫、砷、鹵化物、重金屬等；3、處理的量一般都較大；4、要求催化劑具有好的抗毒性。

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2第一節(jié)環(huán)保催化過程二、機(jī)動(dòng)車尾氣凈化(1)光化學(xué)煙霧的形成

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3第一節(jié)環(huán)保催化過程二、機(jī)動(dòng)車尾氣凈化(2)1、主要有害成分：（1）CO→燃料不完全燃燒的產(chǎn)物，濃度最高的一種成分；（2）HC→缸壁淬冷及燃料不完全燃燒，500-1000ppm；（3）NOx→燃燒室高溫、高壓下氮氧化合而成，100-3000ppm；（4）SO2→燃料中的含硫化合物。

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4第一節(jié)環(huán)保催化過程二、機(jī)動(dòng)車尾氣凈化(3)2、汽車尾氣凈化：-------三效催化劑：（1）三效催化劑的作用機(jī)理：A氧化反應(yīng)：CO+O2

→CO2

HC+O2

→CO2+H2OB還原反應(yīng)：CO+NO→CO2+N2HC+NO→CO2+N2+H2OC分解反應(yīng)：NO→N2+O2NO2

→N2+O2D水蒸氣重整反應(yīng)：HC+H2O→CO+H2E水煤氣變換反應(yīng)：CO+H2O→CO2+H2

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5第一節(jié)環(huán)保催化過程二、機(jī)動(dòng)車尾氣凈化(4)（2）催化劑：活性組分，

Pt、Rh等（主組分）；稀土元素（助催化劑）；

載體：活性氧化鋁、沸石分子篩、堇青石蜂窩陶瓷、整體式金屬載體。

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6第一節(jié)環(huán)保催化過程三、煙氣脫硫(1)大氣中SOx、NOx的變化

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7第一節(jié)環(huán)保催化過程三、煙氣脫硫(2)1、污染源：燃煤電廠、冶煉廠、化工廠、焦化廠等的廢氣中的SO2、H2S等。2、催化脫硫方式：（1）催化還原法：（Claus法，H2S還原SO2回收S）SO2+2H2S

→3S+2H2O；（通常是H2S部分燃燒生成SO2并提供熱量，同時(shí)未反應(yīng)的H2S與SO2反應(yīng)生成S）催化劑：鋁釩土類催化劑；反應(yīng)溫度一般為220-350℃。

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8第一節(jié)環(huán)保催化過程三、煙氣脫硫(3)：（2）催化氧化法：WSA（濕氣體制酸）工藝：SO2+1/2O2→SO3+99kJ/mol催化劑：釩基催化劑SO3+H2O

→H2SO4(丹麥Topsφe公司專利WSA冷卻器中冷卻)

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9第一節(jié)環(huán)保催化過程三、煙氣脫硫(4)：（3）催化吸收法：利用吸收劑（如分子篩等）將SO2、H2S先吸收下來，再采用催化氧化或催化還原法處理。

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10第一節(jié)環(huán)保催化過程四、煙氣脫氮（N2O(笑氣),NO,NO2,N2O3,N2O4,N2O5

總稱NOx）1、污染源：除機(jī)動(dòng)車尾氣外，主要是燃煤電廠、化工過程，工業(yè)爐窯等的廢氣。造成酸雨和光化學(xué)煙霧。2、脫氮方式：（1）催化分解法，如：2NO→N2+O2

催化劑：Pt、Rh、Cu-ZSM-5分子篩催化劑等有好的活性。

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11第一節(jié)環(huán)保催化過程（2）催化還原法，利用不同的還原劑，如NH3,H2,CO,烴類，在催化劑作用下消除NOx。如：2NO+2H2

→N2+2H2O4NO+CH4

→CO2+2N2+2H2O（3）催化氧化法（SCO法），當(dāng)煙氣中同時(shí)含有SOx、NOx和未消耗的O2時(shí)，在催化劑作用下同時(shí)消除NOx和SO2。如：N2O3+SO2+6NH3+3H2O→3(NH4)2SO4+N2催化劑：分子篩、活性炭、金屬氧化物或貴金屬催化劑等。

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12第一節(jié)環(huán)保催化過程五、有機(jī)廢氣的處理（主要是揮發(fā)性有機(jī)物VOCs）1、污染源：化工、輕工、涂料、印刷等行業(yè)的廢氣。包括烴類（烷、芳烴類）、含氧有機(jī)物（醛類）、含氮有機(jī)物（胺、腈類）、鹵族有機(jī)物（鹵代烴類），有機(jī)硫化物（硫醇、硫醚類）等。

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13第一節(jié)環(huán)保催化過程

2、處理方式：（1）催化燃燒法：利用催化劑使有機(jī)物在較低的溫度下與氧化合，生成H2O和CO2，到達(dá)凈化的目的。（2）吸附法等：使有機(jī)廢氣通過活性炭等吸附劑吸附廢氣中的有機(jī)物，吸附飽和后，解析再生，解析的有機(jī)物可回收或作為燃料。

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14第一節(jié)環(huán)保催化過程六、水中污染物催化治理[1]1、污染源：（1）工業(yè)生產(chǎn)廢水，排放量大，污染物種類多；（2）生活廢水；（3）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢水等。

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15第一節(jié)環(huán)保催化過程六、水中污染物催化治理[2]2、污染物種類（1）酚類（如苯酚、甲酚等）（2）芳烴及衍生物（如苯、二甲苯等）（3）氰及腈化物（如乙腈、氰醇等）（4）有機(jī)氧化物（如甲醛等）（5）有機(jī)氯化物（如多氯聯(lián)苯等）（6）農(nóng)藥（如有機(jī)氯、磷、汞、砷等）

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16第一節(jié)環(huán)保催化過程六、水中污染物催化治理[3]3、幾種處理技術(shù)（1）光催化臭氧化（O3/UV）技術(shù)：可有效消除氰化物、醇、醛、酚等，污染物可完全降解為CO2和H2O；（2）多相光催化氧化技術(shù)：以n型半導(dǎo)體，如TiO2、ZnO、CdS等為催化劑，在

UV作用下，降解有機(jī)污染物，如TiO2/UV可有效消除多氯聯(lián)苯；

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17第一節(jié)環(huán)保催化過程六、水中污染物催化治理[4]3、幾種處理技術(shù)（3）超臨界催化氧化凈化技術(shù)：超臨界水可與氧氣或有機(jī)物以任意比例互溶，在催化劑的作用下，有機(jī)污染物可快速被降解。有均相催化和多相催化。如Pt、Pd/Al2O3催化劑等。（4）濕式催化氧化技術(shù)：始于20世界70年代，在傳統(tǒng)的濕式氧化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，由于催化劑的作用，反應(yīng)溫度和壓力較低，時(shí)間較短。

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18第一節(jié)環(huán)保催化過程七、固體廢棄物催化治理[1]1、來源：（1）城市廢物；（2）產(chǎn)業(yè)廢物；（3）礦業(yè)廢物；（4）農(nóng)業(yè)廢物等。

2、污染：（1）土壤；（2）水體；（3）大氣。

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19第一節(jié)環(huán)保催化過程七、固體廢棄物催化治理[2]3、固體廢棄物的資源化和綜合利用（1）回收能源；（2）生產(chǎn)化肥；

（3）生產(chǎn)建筑材料；（4）提取化工原料。4、幾種回收技術(shù)

（1）塑料廢棄物回收：回收再利用；催化裂解制取化學(xué)品和燃料等。（2）廢舊橡膠回收：回收制取再生橡膠；催化裂解制取燃料和炭黑。（3）廢舊電池回收：回收金屬等。

工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室20化工資源有效利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

20第二節(jié)生物酶催化過程一、酶的類型和特性[1]1、類型：（1）氧化還原酶：氧化還原；（2）轉(zhuǎn)移酶：基團(tuán)轉(zhuǎn)移；（3）水解酶：水解；（4）裂解酶：基團(tuán)消除并形成雙鍵；（5）異構(gòu)酶：異構(gòu)；（6）連接酶：分子之間連接。

工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室21化工資源有效利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

21第二節(jié)生物酶催化過程一、酶的類型和特性[2]2、酶的催化特性（1）催化效率高；（2）選擇性高；（3）反應(yīng)條件溫和；（4）可自動(dòng)調(diào)節(jié)活性；（5）同時(shí)具有均相和多相的特征。

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22第二節(jié)生物酶催化過程二、酶的催化作用機(jī)理1、酸堿催化：質(zhì)子化或非質(zhì)子化為特征；2、共價(jià)催化：親電、親核催化；3、氧化還原機(jī)理。

工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室23化工資源有效利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

23第二節(jié)生物酶催化過程三、生物酶在石油化工中的應(yīng)用[1]1、丙烯腈水解生產(chǎn)丙烯酰胺：

日本日東公司，1985年建成4000噸/年裝置；催化劑：腈水解酶N-774；反應(yīng)溫度：0-5℃；pH值：7.5-8.5；丙烯腈單程轉(zhuǎn)化率：99.9%。

2、生物聚合物：

英國ICI公司，300噸/年聚羥基