第六章 环境保护与环境友好催化技术
环境保护环境友好催化技术浅谈1
环境友好技术浅谈一、前言自20世纪70年代提出消除环境污染以来，全世界都做了很多努力，如美国专门设立了总统奖励，鼓励保护环境的创新技术和产品。
自1996年创办以来，美国总统绿色化学挑战奖(The Presidential Green Chemistry Challenge Awards PGCC奖)始终致力于促进环境友好的化学品和化学工艺的创新。
今年是该奖项的第14次颁奖，累计己有72个项日获得该项殊荣[1]。
据统计，1987～1991年，世界的生产水平只提高了10%，而同期对空气、水源和土地的污染排放，整体降低了41%。
尽管如此，还不能达到环境友好的要求。
环境友好加工要求为：极高的转化率；接近100%的选择性；污染物的浓度必须降低至10-6级或零排放。
这对一些应用科学，如工业催化、反应工程学和反应器设计等工程技术，提出了更高的要求[2]。
二、“绿色化学”与“原子经济性”绿色化学与技术是当今国际化学科技的前沿，其核心是利用化学原理从源头上根除化学工业对环境的污染。
绿色化学与技术的理想是采用“原子经济”反应，即原料中的每一原了转化成产品，不产生任何废物和副产品，实现废物的“零排放”，同时也不采用有毒、有害的原料、催化剂和溶剂，并生产环境友好的产品[3]。
绿色化学是20世纪末崛起的一门新兴学科，相对于传统化学它是未来化学化工发展的主要方向之一。
它的英文名字为Green Chemistry，又有人称之为环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry)、环境友好化学(Environmentally Friendly Chemistry)、清洁化学(Clean Chemistry)。
它的定义是，利用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康和生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂产物及副产物等的使用和产生。
发展“绿色化学”技术的思想首先在欧美国家生。
1995年，美国设立“总统绿色化学挑战奖”，并设专门机构推动其发展。
环境保护环境友好催化技术浅谈1
环境保护环境友好催化技术浅谈1环境保护：环境友好催化技术浅谈在当今社会，环境保护已经成为了全球关注的焦点话题。
随着工业化进程的加速和人类活动的不断扩展，环境问题日益严峻，如大气污染、水污染、土壤污染等，给人类的生存和发展带来了巨大的挑战。
为了实现可持续发展，减少环境污染，环境友好催化技术应运而生，并在环境保护领域发挥着越来越重要的作用。
环境友好催化技术是指在化学反应过程中，通过使用高效、选择性好、可重复使用且对环境无害的催化剂，来降低反应条件、提高反应效率、减少副产物的生成，从而实现节能减排和减少环境污染的目的。
与传统的化学工艺相比，环境友好催化技术具有显著的优势，它能够有效地降低能源消耗和原材料的浪费，减少有害物质的排放，提高生产过程的经济性和环境友好性。
在大气污染治理方面，环境友好催化技术有着广泛的应用。
例如，汽车尾气中的氮氧化物（NOx）和一氧化碳（CO）是主要的大气污染物之一。
通过使用催化转化器，可以将这些有害物质转化为无害的氮气（N₂）、二氧化碳（CO₂）和水（H₂O）。
其中，常用的催化剂有铂（Pt）、钯（Pd）和铑（Rh）等贵金属，它们能够在较低的温度下促进反应的进行，有效地降低汽车尾气的污染排放。
此外，在工业废气处理中，催化氧化技术也被广泛应用于去除挥发性有机物（VOCs）。
通过选择合适的催化剂，可以将 VOCs 氧化为二氧化碳和水，从而达到净化废气的目的。
在水污染治理方面，环境友好催化技术同样发挥着重要的作用。
例如，高级氧化技术（AOPs）就是一种基于催化反应的水污染治理方法。
通过使用催化剂，如二氧化钛（TiO₂），在紫外线的照射下产生强氧化性的自由基，能够将水中的有机污染物分解为无害的物质。
此外，催化还原技术也可以用于去除水中的重金属离子，如六价铬（Cr(VI)）。
通过使用还原剂和催化剂，可以将 Cr(VI)还原为毒性较低的三价铬（Cr(III)），从而降低水污染的危害。
在土壤污染治理方面，环境友好催化技术也为解决这一难题提供了新的思路和方法。
催化剂制备的绿色化和新型催化技术_概述及解释说明
催化剂制备的绿色化和新型催化技术概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文旨在探讨催化剂制备的绿色化和新型催化技术对于环境保护和资源可持续利用的意义。
催化剂是各种化学反应中至关重要的组成部分，它能够提高反应速率、改善产物选择性，并减少反应条件和能源消耗。
然而，传统催化剂制备方法常涉及高温、高压和有毒溶剂等不环保因素，严重影响了催化剂制备过程的可持续性。
为此，研究人员积极探索绿色催化剂制备技术，并借助新型催化技术实现更高效、低能耗和环境友好的反应过程。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
引言部分阐述了文章的背景与目的，并概述了催化剂制备的绿色化和新型催化技术这两个主题内容。
第二部分介绍了催化剂制备的绿色化概念以及现有方法对环境造成的影响。
第三部分概述了新型催化技术，包括催化剂设计与优化思路、生物催化技术以及纳米材料在催化中的应用进展。
第四部分则解释说明了新型催化技术对绿色催化剂制备的影响，包括提高催化效率和选择性、减少使用毒性物质和能源消耗，并探讨了其在废弃物利用与资源回收方面的可行性和优势。
最后，第五部分总结了绿色化催化剂制备的发展现状，评价了新型催化技术在实践中的应用前景和意义，并提出未来研究方向和发展趋势。
1.3 目的本文旨在系统地介绍和分析催化剂制备的绿色化概念以及新型催化技术，并阐述它们对环境保护和资源可持续利用所带来的影响与意义。
通过深入理解绿色催化剂制备与新型催化技术的原理、方法及应用，有助于推动绿色合成领域的发展并引起读者对于环境友好策略下的可持续发展问题的深入思考。
2. 催化剂制备的绿色化：2.1 绿色化概念解释催化剂制备的绿色化是指在制备过程中尽量减少对环境和健康造成的负面影响，包括减少有害物质的使用和产生、降低能源消耗以及实现高效率和可持续性制备催化剂。
其核心理念是推动催化剂制备过程向更加环境友好、资源节约、高效能的方向发展。
2.2 现有催化剂制备方法的环境影响分析目前常用的催化剂制备方法通常涉及高温反应、溶剂使用、含有毒性物质或稀有金属等问题。
环境保护环境友好催化技术浅谈1
环境保护环境友好催化技术浅谈1环境保护：环境友好催化技术浅谈在当今社会，环境保护已经成为了全球关注的焦点话题。
随着工业化进程的加速和人类活动的日益频繁，环境问题愈发严峻，给地球的生态平衡和人类的可持续发展带来了巨大的挑战。
在众多应对环境问题的策略中，环境友好催化技术正逐渐崭露头角，成为解决环境污染、实现绿色发展的重要手段之一。
环境友好催化技术，顾名思义，是指那些能够在化学反应中提高反应效率、减少副产物生成、降低能源消耗，并对环境产生最小负面影响的催化方法。
它涵盖了广泛的领域，包括化学工业、能源生产、废气废水处理等，为解决各种环境问题提供了有力的支持。
在化学工业中，传统的生产工艺往往伴随着大量的废弃物和污染物排放。
例如，某些有机合成反应需要高温高压的条件，不仅能耗高，而且容易产生有毒有害的副产物。
而环境友好催化技术的应用，可以改变反应的路径和条件，使得反应在更温和的条件下进行，从而减少能源消耗和污染物的生成。
例如，使用新型的固体酸催化剂可以替代传统的液体酸催化剂，在提高反应选择性的同时，避免了液体酸带来的设备腐蚀和环境污染问题。
能源生产是另一个环境友好催化技术发挥重要作用的领域。
随着全球对清洁能源的需求不断增长，燃料电池、太阳能电池等新能源技术的发展备受关注。
在燃料电池中，催化剂对于提高电池的性能和稳定性至关重要。
目前，研究人员正在致力于开发高效、低成本且环境友好的催化剂，以推动燃料电池的大规模应用。
此外，在太阳能转化为化学能的过程中，催化技术也能够促进光催化反应的进行，提高太阳能的利用效率。
废气废水处理是环境保护中的重要环节，而环境友好催化技术在这方面也有着出色的表现。
对于废气中的有害气体，如氮氧化物、二氧化硫等，可以通过催化氧化或还原反应将其转化为无害物质。
在废水处理中，催化降解技术能够有效地分解有机污染物，使其转化为二氧化碳和水等无害物质。
例如，利用光催化技术处理印染废水，可以在常温常压下将染料分子分解，达到净化水质的目的。
《环境催化》教学大纲
《环境催化》教学大纲课程代码：0703316016课程名称：环境催化英文名称：Environmental Catalysis学分：2.5 总学时：40讲课学时：32 实验学时：8上机学时：0 课外学时：0适用对象：适用于本科环境工程专业先修课程：无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、仪器分析学生自主学习时数建议：16一、课程的性质、教学目的《环境催化》课程，是化学过程与工艺专业的必修课，是根据全国化工工艺类专业教学指导委员会建议而设立的。
课程的学时数40、学分2.5个。
课程目的是：教会学生掌握催化作用的基本规律，了解催化过程的化学本质和熟悉工业催化技术的基本要求和特性，为培养化工工艺类专业工程师提供坚实的理论基础服务。
二、课程基本要求通过本课程的学习，学生应该掌握催化作用的基本规律，了解催化过程的化学本质和熟悉工业催化技术的基本要求和特性。
此外，还应了解工业催化剂制备的一般性原则和常规的制备方法，以及常规的气相色谱法、比表面积测定及其在催化剂表征中的应用。
三、教学内容及要求《环境催化》课程的主要内容，拟组合成五章，分三个部分：即催化作用的基本原理；各类催化剂及其催化作用；催化剂的制备、使用及其活性评价与表征。
第一部分为基础原理，包括第一、第二和第三章。
第一章绪论，概述催化科学及学科的发展。
第二章催化作用与催化剂，论述催化作用的基本原理和特征，对工业催化剂的基本要求。
强调催化作用对化学反应的专一性和热力学平衡原理对催化作用的制约。
第三章吸附作用与多相催化，为多相催化过程的理论分析和研究打下基础。
第二部分包括第四章，详尽地介绍各类催化剂及其催化作用。
包括酸碱催化，分子筛催化，金属催化，络合催化，金属氧化物、硫化物和复合氧化物催化剂及其催化作用原理等。
第三部分主要第五章，介绍环境友好型催化剂的组成、制备方法及其在废气、废液净化中德应用。
介绍一般性的原则和常规的制备方法，以使用为主。
催化剂的使用和实验研究，要通过实践来把握和强化，除了课堂讲授之外，更主要靠实验课和生产实习解决。
环境催化原理
环境催化原理
环境催化是一种通过催化剂在较低温度下促进化学反应的技术，以减少对环境的污染。
环境催化技术可以应用于废气治理、废水处
理等领域，对改善环境质量具有重要意义。
本文将介绍环境催化的
原理及其在环境保护中的应用。
首先，环境催化的原理是基于催化剂对化学反应的促进作用。
催化剂能够降低反应的活化能，加速反应速率，从而在较低的温度
下实现高效的化学转化。
在环境催化中，催化剂可以有效地催化有
害气体的氧化、还原，降解有机废水中的污染物等。
其次，环境催化技术在废气治理中的应用是其中的一个重要领域。
例如，汽车尾气中的一氧化碳、氮氧化物等有害气体可以通过
催化转化为无害的二氧化碳、氮气。
通过在汽车尾气排放系统中加
入催化转化装置，可以有效地减少有害气体的排放，改善空气质量。
此外，环境催化技术在废水处理中也有广泛的应用。
催化剂可
以促进废水中有机物的降解，提高废水处理效率。
同时，环境催化
还可以用于水中重金属离子的去除，减少对水体的污染。
除了在废气治理和废水处理中的应用，环境催化技术还可以用于工业生产过程中的废气处理、有机合成反应等领域。
通过合理设计催化剂的配方和反应条件，可以实现高效、低能耗的化学反应过程，减少对环境的影响。
总的来说，环境催化技术是一种重要的环境保护技术，通过催化剂的作用可以实现高效、低能耗的废气治理、废水处理等过程。
在未来，随着催化剂材料和反应工艺的不断优化，环境催化技术将在环境保护领域发挥更加重要的作用，为改善环境质量做出更大的贡献。
绿色催化技术的发展与应用
绿色催化技术的发展与应用近年来，绿色化学一直备受关注，其中绿色催化技术是一个备受关注的领域。
随着反应速率、选择性以及催化剂生命周期等需求的日益增大，绿色催化技术的发展与应用越来越受到人们的关注。
一、绿色催化技术的基本概念绿色催化技术是指在催化化学反应中，利用高效催化剂，通过减少催化剂的使用量、改进反应条件、降低催化剂的污染物排放以及促使反应中废物的转化为可再利用的产品等，来实现反应增效、环保、高效等目标的催化技术。
绿色催化技术具有如下特点：1. 环保性高：在反应中，采用的催化剂较为环保，并且废物的排放量明显降低，减少了对环境的污染。
2. 价格低廉：绿色催化技术中的催化剂使用量少，且反应不需要大量的催化剂，因此其成本较低。
3. 选择性高：绿色催化技术中，催化剂通过晶面和结构的特殊性质来影响反应过程，从而提高反应的选择性。
4. 应用广泛：在石油化工、生物医药工业、精细化学品和环境治理等诸多领域均有着广泛的应用。
二、绿色催化技术的发展现状绿色催化技术的发展历程较为漫长。
早期催化技术中，大部分是利用金属进行催化反应，这种催化反应具有成本低、反应条件温和等特点，但却容易受到污染物影响，在反应过程中会产生一些污染废物。
随着对绿色化学社会责任感的增强，绿色催化技术也得到了大力推广，许多绿色催化剂随之涌现。
如：纳米材料、金属有机骨架催化剂、离子液体催化剂和天然产物催化剂等。
这些催化剂使得反应选择性增加、反应废物减少、催化剂使用量减少，同时提高反应的效率。
三、绿色催化技术的应用案例1. 离子液体催化剂在合成化学品中的应用离子液体催化剂具有无机盐和有机分子所没有的高度活性，因而在合成化学品中得到了广泛的应用。
例如，在绿色催化技术中，利用离子液体催化剂，可以将丙烯酰胺及一元醇进行合成，反应时不需要高温高压，反应条件温和，而且反应物与产物的分离也较为容易。
2. 生物催化技术在酶催化反应中的应用生物催化技术可用微生物或酶等生物体在不同条件下催化化学反应，能够提高反应选择性、降低形成的催化废物。
第九章环境保护催化与环境友好催化技术
环境友好催化技术案例分析
（1）分子筛催化技术
分子筛催化剂替代老催化剂
（2）洁净氧化技术
用清洁的、对环境友好的氧化剂O2、H2O2代替传统的氧 化剂K2Cr2O7、KMnO4、 ROOH（烷基过氧化物） （3）水相催化技术
用水代替多种有机溶剂
（4）溶剂催化技术
超临界流体介质（CO2、丙烷、H2O等）
T>300℃， NH3与O2反应显著 T<210 ℃，易生成亚硝铵和硝铵
2NH3+2NO2+2H2O——NH4NO2+ NH4NO3 易堵塞管道引起爆炸
脱NOx效率： 大于99%
电厂广泛采用此法脱NOx
催 化 剂： Pt——应用最早，最易中SO2的毒 热电厂——V2O5/SIO2、MoO3/Al2O3、WO3/Al2O3 燃气轮机——分子筛催化剂最好
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静态源净化处理催化技术
静态污染源： 发电、工业、民用排放气体等
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COx、NOx、SOx、NH3、粉尘、二悪英、烃
温 室 气 体： N2O，NO2、CO2，CH4、氯氟烃
——气候变暖、土壤沙漠化、光化学烟雾等
NO催化分解：高温下NO不稳定但分解速度很低，需催化分解
Pt/Al2O3及部分非负载型过渡金属氧化物也可催化
蜂窝状催化剂应用广泛
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5.3 工业废液的催化净化技术（CWAO） 废水污染：量极大、污染物复杂( 见图5-3） 催化处理：坚持4R原则
(reduction、reuse、recycling、recovery） WAO法：（Wet Air Oxidation——湿空气氧化法） 优 点： 作为清洁氧化剂，适用于COD10-100g/L体系
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2019/2/17
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静态ห้องสมุดไป่ตู้的净化处理催化技术
静态源污染：发电厂的烟囱排放气、各类工业生 产过程的排放气、垃圾废弃物焚烧的排放气、民 用燃烧排放气等。
N2O、CO2、CH4属温室气体，引发全球变暖、冰川融 化、海平面上升、气候恶化、土壤沙漠化等一系列环境问 题。 NOx与烃类相互作用导致光化学烟雾，严重危害人身 体健康。 SOx 、 NOx 会产生酸雨，破坏生态环境，危害生物的 生存发展。
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机动车尾气净化催化技术
尾气来源
汽油中的烃类与空气中的氧气反应生成 CO2 和 H2O 。 不完全燃烧产生的烃类、醇、醛和 CO 等氧化中间 物。 火焰的热裂解形成不同于原组成的小烃分子和H2。 化石燃料中的硫和氮燃烧后形成SOx和NOx。 燃烧温度超过 1700K 时，空气中的 N2和O2反应生成 NO和NOx。
2019/2/17
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机动车尾气净化催化技术
美国于 20 世纪 70 年代规定汽车必须安装车用催化 转化器。 我国于 1983 年开始颁布汽车尾气排放国家标准， 现在北京、上海、广州等大城市均已实施对汽车 尾气进行强制性检测。 中国汽车尾气排放的标准基本上参照欧洲，分为 四个等级，但要求和实施的等级和年限稍有滞后。
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三效催化剂—载体
陶瓷材料为多孔堇青石，化学组成为 2MgO· 2Al2O3· 5SiO2 ， 还 有 少 量 Na2O 、 Fe2O3 、 CaO。整体为蜂窝状，通道截面多为三角形和方形。 其突出优点为抗热冲击性能优越，具有很低的热膨 胀系数。 合金载体有不锈钢、Ni-Cr、Fe-Cr-Al等材料。 外观为蜂窝状，内部由平板和波纹状金属片构成。 其特点是机械强度大、传热快、抗震性好、压降低、 寿命长等。
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NO的催化分解
在高温下NO不稳定，但其分解速率很低，必须使 用催化剂加速分解。
Pt/Al2O3 及一些非负载过渡金属氧化物，如 Co3O4 、 NiO、Fe2O3等。 氧的存在会强烈抑制分解反应，因O2易与NO在催化剂 表面上发生竞争性化学吸附。 Co、Cu交换的分子筛在623-673k是活泼的分解催化剂， Rh、Ru负载在ZSM-5上在523-573k是活泼的催化剂。
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三效催化剂
在操作条件下可同时净化处理CO、HC和NOx。 包括载体涂层和活性组分，置于汽车尾气催化转化 器中。
目前广泛使用的为块状式载体，材质有陶瓷（多孔堇青石） 和合金两大类。 载体表面复合的一层高比表面的无机氧化物涂层，也称第二 载体。 贵金属活性组分（Pt、Rh、Pd）。
第二章 环境保护与环境友好催化技术
空气污染治理的催化技术 工业废液的催化净化技术 大气层保护与催化技术 环境友好催化技术 光催化技术
2019/2/17
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空气污染治理的催化技术
动态源的净化处理和三效催化剂
机动车尾气排放的污染物
静态源的净化处理催化技术
发电厂、水泥厂、工业锅炉等烟囱排放的污染 物
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2019/2/17
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CWAO
为了维护水中生物的生存，氨氮浓度必须控制 在1mg/L以下，NH3很难进一步氧化，故对水环境 污染特别有害。采用Ru/Al2O3催化剂在180℃，3.0 MPa条件下可使NH3完全分解脱除。 Ru 是分解脱除 NH3 最有效的催化剂，也是合 成氨最有效的催化剂。
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NOx的催化还原脱除
NOx 的选择性还原一般选 NH3 做还原剂，在催 化作用下还原为N2和H2O。 催化剂为过渡金属氧化物负载在载体上 ，如 TiO2/SiO2 、 V2O5/SiO2 、 MoO3/Al2O3 、 WO3/Al2O3 。 此催化反应效率相当高， NOx的脱除率可达 99 ％，发电厂广泛采用选择性催化还原技术（SCR） 处理排放气中的NOx。
有较高的热稳定性 增强涂层中某重要组分的热稳定性 协助或改善某些催化组分的功能
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三效催化剂－贵金属活性组分
早期多使用Fe、Co、Ni等过渡金属，目前普遍 采用 Pt、Rh、Pd贵金属做活性组分。
Pt能有效的促进 CO和 HC的催化氧化，也能促进水煤气 变换反应。对NOx还原能力不如Rh。 Rh是催化 NOx还原的主要组分，在氧化气氛下还原产 物为N2，在低温、无氧条件下主要产物为NH3，高温时主要 产物为N2。氧浓度超过一定限度则不能有效还原。对CO的 氧化和HC的水蒸气重整也有催化作用，但其热稳定性和抗 毒能力不如Pt。 Pd 的起燃活性好，热稳定性高，但对汽油中的铅硫含 量要求更高。主要催化 CO 和 HC 的转化。高温易与 Pt 、 Rh 形成合金，Pd处在外层，对Rh的活性产生负面影响。
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三效催化剂－涂层
载 体 无 论 是 陶 瓷 还 是 合 金 ， 比 表 面 积 只 有 24m2/g，对于负载型催化剂来说太小，不利于活性 组分的有效负载量，也不利于活性组分的高度分散， 对吸附消除尾气中的有害杂质也不利。 涂层可选择 Al2O3 、 SiO2 、 MgO 、 CeO2 、 ZrO2 等，也可以是复合氧化物，应满足以下要求：
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工业废液的催化净化技术
废水的主要组成 油、硫、酚、氰化物、 COD 、多种有机化学产 品（多环芳烃、芳香胺类、杂环化合物等） 催化处理的4R原则—目的是达到“零排放” Reduction Reuse Recycle Recovery
2019/2/17
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WAO和CWAO
湿空气氧化（WAO）是处理废水，尤其是含有毒物和高 有机物废水的重要技术。 WAO 涉及有机或无机可氧化组分 在高温（125-320℃）加压（0.5-20MPa）条件下的液相氧化。 经 WAO 有机废弃物氧化成 CO2 和 H2O ，氮转化为 NH3 、 NO2和N2，卤素和硫转化为无机卤化物和硫酸盐。 WAO的主要问题：低分子量羧酸阻止进一步氧化；氮原 子都变成 NH3 ，进一步氧化很困难。要使 NH3分解，操作条 件为270℃，7.00MPa，能耗太高，且反应釜腐蚀严重。因此 开发催化湿空气氧化（CWAO），Cu、Mn、Fe是最常用的 CWAO催化剂。