第6章--环境治理材料与技术

催化剂涂层： 铂和铑
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.3 催化转化法
② 固定源烟气脱硫催化材料
化学原理：烟气中的SO2实质上是酸性的，可以通过与适当的碱性物质 反应从烟气中脱除SO2。烟道气脱硫最常用的碱性物质是石灰石、生石 灰和熟石灰。有时也用碳酸钠、碳酸镁和氨等其它碱性物质。
大气污染吸收 化学吸收
催化转化法
移动源尾气净化 固定源烟气脱硫 室内空气净化
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.1 吸附法
吸附原理与分类 气体混合物与适当的多孔性固体接触，利用固体表面存在的未平
衡的分子引力或化学键力，把化合物中某一组分或某些组分吸留在固体 表面上，这种分离气体混合物的过程称为气体吸附。
6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.3 催化转化法
① 移动源尾气净化催化材料 在过去，汽油车的排气管之所以会被染黑，是因为混合气浓度过高导致 未燃尽的碳氢化合物附着在排气管内。而如今的发动机则利用三效催化 剂来净化从各种其他排放控制系统散逸出来的未燃尽的碳氢化合物，从 而减少会把排气管染黑的废气。 三效催化剂的研发主要集中在研发主要集中在全球几大汽车公司（日本、 韩国、美国、法国、得过、英国、丹麦）。 趋势（研究重点）：催化剂寿命提高和降低贵金属用量。
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6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.3 催化转化法
③ 室内空气催化净化材料 传统吸附过滤： 物理吸附：活性炭、沸石、陶瓷 化学吸附：化学反应物质负载于活性炭、沸石等
SO2与碱性物质间的反应或在碱溶液中发生（湿法烟道气脱硫技术）， 或在固体碱性物质的湿润表面发生（干法或半干法烟道气脱硫技术）。
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.3 催化转化法
③ 室内空气催化净化材料 室内污染分类： 挥发性有机化合物：VOCs，350种以上 甲醛 无机化合物：CO及CO2，NOx、SOx、O3 颗粒物 生物性污染
➢ 6.1.1.2 吸收法
物理吸收 物理吸收是被吸收的气体组分与吸收液之间不产生明显
的化学反应的吸收过程，仅仅是被吸收的气体组分溶解于液体 的过程。吸收法中选择合适的吸收液至关重要。
例如以水吸收CO2、SO2及甲醛蒸汽，用重油吸收烃类蒸 汽，均属于物理吸收。
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.1 吸附法
2） 硅胶 细孔硅胶的生产工艺过程：
溶液配制
成胶
酸泡
水洗
成品包装
筛选
烘干活化
氨水浸泡
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.1 吸附法
2） 硅胶 粗孔硅胶的生产工艺过程：
溶液配制
成胶
酸泡
水洗
成品包装
筛选
活化
烘干
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.1 吸附法
吸附法的应用 1） 二氧化硫的脱除。 2） 氮氧化物的脱除。 3） 除臭。 4） 有机蒸汽的回收。
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.1 吸附法
吸附剂 1） 用于大气污染净化的吸附剂主要有活性炭、硅胶、分子筛。 2） 纳米材料型吸附剂二氧化钛的应用也很广泛。
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6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.1 吸附法
1） 活性炭Active carbon 活性炭（AC: activated carbon） 是由含碳材料制成的外观呈黑色， 内部孔隙结构发达、表面积大， 吸附能力强的一类微晶质碳素材 料。
吸附性能：孔隙结构+表面化学性质
➢ 6.1.1.2 吸收法
总结 ① 水用于吸收易溶的有害气体 ② 碱性吸收液用于吸收那些能够和碱起化学反应的有害酸性气体，如
SO2、NOx、H2S等。常用的碱吸收液有氢氧化钠、氢氧化钙、氨水 等。 ③ 酸性吸收液，NO和NO2能够在稀硝酸中溶解，而且溶解度比在水中 高得多。 ④ 有机吸收液用于有机废气的吸收，如洗油、聚乙醇醚、冷甲醇、二 乙醇胺都可以作为吸收液并能够去除酸性气体。
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.3 催化转化法
三效催化剂通常是以贵金属Pt、Rh、和Pd为活性组分，堇青石第一载体， γ-Al2O3为第二载体（活性涂层），将γ-Al2O3 涂附在熔点达1350℃的堇 青石上，并向γ-Al2O3 中加入Ce、La、Ba、Zr等作为改性助剂，它们能 增强氧化铝的热稳定性，减少比表面积的损失，并能提高贵金属的分散 度，防止金属聚集，还能促进水煤气转化。
环境材料学 —第六章 环境治理
材料与技术
主讲教师：
6.1 环境净化材料 6.2 环境修复材料与技术 6.3 环境替代材料
6.1 环境净化材料
➢ 6.1.1 大气污染治理材料与技术 ➢ 6.1.2 水体污染治理材料与技术 ➢ 6.1.3 其他污染控制材料与技术
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
序号（No.） 1 2 3
常用气体吸收剂 气体名称 吸附剂名称
CO2, SO2, H2S, PH3
氢氧化钾 （KOH）
Cl2
碘化钾(KI)
HCl
硝酸银 (AgNO3)
吸附剂浓度
颗粒状固体 或30%~35%
水溶液
1 mol/L KI溶 液
1 mol/L AgNO3溶液
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.1 吸附法
2） 硅胶
硅胶早在1640年就已经被科学家发现，在1919年由美国约翰·霍普金斯大 学的化学教授Walter A. Patrick申请生产专利。第一次世界大战时曾被 用作防毒面具中的吸收剂。 硅胶的特点：吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械 强度等。 硅胶根据其孔径大小分为：粗孔硅胶、细孔硅胶及介于两者之间的中孔 硅胶。
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➢ 6.1.1.2 吸收法
吸收原理 吸收是利用气体混合物中各组分在液体中溶解度不同这一现象，
以分离和净化气体混合物的一种技术。这种技术也可应用于气态污染物 的处理。
吸收可分为化学吸收和物理吸收两大类。
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
思考题：除了活性炭，还有哪些典型的碳材料？
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.1 吸附法
2） 硅胶 硅胶是一种粒状多孔的二氧化硅水合物，由硅 酸钠加酸后洗涤干燥制得，主要用作干燥剂以 及管柱层析和薄层层析中的吸附剂。虽名称为 “胶”，它实际上是一种固体，外表呈透明或 乳白色。硅胶的化学组成SiO2·xH2O，属于无 定形结构，其中的基本结构质点为Si-O四面体 相互堆积形成硅胶的骨架。
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6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.1 吸附法
2） 硅胶 细孔硅胶：平均粒径在1.5~2.0 nm（平均孔径在0.8 nm以下称为 特细孔硅胶） 粗孔硅胶：平均粒径在4.0~5.0 nm （平均孔径在10.0 nm以上称 为特大孔硅胶）
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.3 催化转化法
催化技术对于改善人类生存环境质量发挥了巨大作用，它为污染 物的治理提供了独特的经济解决办法。
目前主要的研究方向 ① 移动源尾气净化催化材料 ② 固定源烟气脱硫催化材料 ③ 室内空气催化净化材料
6.1 环境净化材料
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术 化学活化法的活化剂种类
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
化学药品活化的基本原理
氯化锌活化法生产活性炭的基本原理
润胀作用：氯化锌的电离作用使原料中的纤维素和半纤维素 发生润胀，直至转变成胶体状态 催化水解作用：催化半纤维素和纤维素的水解 催化脱水和催化炭化：氯化锌是路易斯酸，具有很强的催化 脱水作用，一方面，改变炭化反应历程，显著降低炭化温度 ；另一方面，促进了植物纤维原料热解过程中水的产生，减 少了焦油形成，提高了炭得率 骨架造孔作用：为新生的碳提供可以依附的骨架
吸附法主要分为物理吸附和化学吸附。
6.1 环境净化材料
6.1.1 大气污染治理材料与技术
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6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.1 吸附法
吸附步骤 1） 使气体和固体吸附剂进行接触。 2） 将未吸收的气体与吸附剂分开。 3） 进行吸附剂的再生，或更新吸附剂。
6.1 环境净化材料
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6.1.1 大气污染治理材料与技术
➢ 6.1.1.1 吸附法
4） 纳米二氧化钛 纳米二氧化钛是指粒径尺寸在100 nm以内的粒子，由于其粒子尺寸小、 比表面积大，表面能表面张力随粒径的下降急剧增大。 纳米二氧化钛表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和度，易于其他 原子结合而稳定下来，对许多金属离子具有很强的吸附能力，是痕量金 属离子分析的理想分离富集材料。
➢ 6.1.1.2 吸收法
吸收原理 吸收是利用气体混合物中各组分在液体中溶解度不同这一现象，