第五章(2)-环境友好催化技术举例
绿色化学——精选推荐
绿⾊化学
绿⾊化学的定义及其特点
绿⾊化学⼜称环境⽆害化学、环境友好化学、洁净化学。
利⽤现代科学技术的原理和⽅法，从根源上根除污染；研究环境友好的新原料、新反应、新过程、新产品，实现环境化⼯与⽣态协调发展；减少甚⾄消灭对⼈类健康、社区安全、⽣态环境的有害原料、催化剂、溶剂、助剂、产物、副产物的使⽤和⽣产。
特点:
绿⾊化学是从源头上消除污染，促进⾃然⽣态系统的良性循环；
绿⾊化学是要求合理利⽤资源和能源、降低⽣产成本、实现资源使⽤的“减量化、在再使⽤、再循环”，是发展循环经济的关键途径。
绿⾊化学的基本特点是：在获取新物质的转化过程中，充分利⽤每个原⼦，实现零排放。1、绿⾊化学反应的主要任务
寻找⽆害化学合成；
尽量减少化学合成中得有毒原料和有毒产物；
设计安全化学品；
使化学品在被期望功能得以实现的同时，将其毒性降到最低；
使⽤安全溶剂和助剂，尽可能不使⽤助剂
采⽤⽆毒⽆害的溶剂代替挥发性有毒有机物作溶剂
反应原⼦转化率⾼2、举例说明绿⾊化学的主要研究领域。
设计安全有效的⽬标分⼦：构效关系。
设计安全有效化学品主要包括如下两个⽅⾯的内容：①新的安全有效化学品的设计；②对已有的有效但不安全的分⼦进⾏重新设计。
寻找安全有效的反应原料，如：
（1）⽤⼆氧化碳代替有毒有害的光⽓⽣产聚氨酯:RNH2 + CO2-> RNHCOOR1
（2）亚氨基⼆⼄酸⼆钠的⽣产采⽤新⼯艺消除有毒氢氰酸的使⽤:HOCH2CH2NHCH2CH2OH + 2NaOH (铜催剂)=NaOOCH2CH2NHCH2CH2OONa + 4H2寻找安全有效的合成路线：要符合原⼦经济性原理。要考虑到产品的性能优良，价格低廉，⼜要使产⽣的废物和副产物少，对环境⽆害，可利⽤计算机来进⾏辅助设计。
寻找新的转化⽅法：①催化等离⼦体⽅法；②电化学⽅法；③光化学及其他辐射⽅法；
寻找安全有效的反应条件：（1）寻找安全有效地催化剂①活性组分的负载化②⽤固体酸代替液体酸；
（2）寻找安全有效的反应介质①采⽤超临界流体作为反应介质②⽔作溶剂的两相催化法。4、什么是原⼦利⽤率，计算⽤氯醇法和过氧化氢直接氧化法制备环氧丙烷的原⼦利⽤率。
超临界水氧化技术详解
1 超临界水氧化(SCWO)法，作为一项环境友好型技术，是20世纪80年代中期由美国学者Modell提出的一种具有适应性强，节省能耗，高效等特点的水处理技术，特别是对于有机污染物浓度高，种类多，危害大，难生化的工业废水、城市污水，超临界水氧化技术能够完全氧化污水中的污染物，处理产生的二次污染小，且设备与运行费用相对较低，受到国内研究者的广泛关注,被视为是最有前途的废物处理技术。
1. 超临界水氧化技术
（1） 超临界水的性质
超临界水，是一种非协同，非极性溶剂[1]。超临界水在温度高于374 ℃，压力高于22.1 MPa的条件下制得，此条件下的超临界水具有液态水和气态水双重性质,汽液两相之间的界面消失，成为一个均相体系，流体传送随之增强，有利于反应的快速进行，它对有机物、气体具有较好的溶解能力，可以和氧气等气体完全互溶，而无机盐则溶解度很小，同时，水的介电常数、密度和粘度也随着温度和压力的升高而降低。
总之，超临界水因为其溶解能力特殊、密度易变、粘度较低、表面张力较低，扩散性强，所以比非超临界水的活性更强，反应更迅速。
（2）技术原理
在高温、高压下，利用分子氧作为氧化剂，以超临界水作为溶剂，把有机物氧化分解为CO2 和H2O的高级氧化技术，称为超临界水氧化(SCWO)法。
超临界水氧化反应，可以用自由基反应理论来解释，产生自由基的过程为[2]：
RH + O2
R· + HO2·
RH + HO2· R· + H2O2
PhOH + O2 PhO· + HO2·
PhOH + HO2· PhO· + H2O2
式中：Ph —— 芳香族化合物。
在具有液体和气体的性质的超临界水中加入分子氧，活性氧与键能最弱的C—H作用产生自由基HO2·，它与有机物中的H生成H2O2，H2O2进一步分解产生羟基自由基：
H2O2 2HO·
羟基自由基HO·具有高活性，它与有机物反应产生有机自由基R，而有机自由基又与O2反应得到有机过氧自由基，有机过氧自由基进一步与有机物反应产生有机过氧氢化物和有机自由基，由于过氧氢化物不稳定，其键发生断裂而生成较小分子量的化合物乙酸或甲醇，最后转化为CO2 、H2O等物质。氧化过程中，有机物中的S、Cl、P 等元素同时被氧化生成硫酸盐、食盐、磷酸盐等盐类，而金属转化为氧化物。
化工导论题
第二章 无 机 化 工
简答题
1、无机化工包括哪些类产品？
无机化学工业的原料来源很广，大致可分五大类：空气、水、化学矿物、化石燃料（煤、石油、天然气等）及工业农业副产品。
2、无机非金属材料中的硅酸盐材料包括哪几种？
硅酸盐材料主要有陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料四种。
3、烧碱是用什么方法生产的？
电解食盐的水溶液
4、三酸两碱都包括那些酸和碱？
（1）硫酸 (H2SO4)、硝酸 (HNO3)、盐酸 (HCl)；
（2）烧碱 (氢氧化钠，NaOH)、纯碱 (碳酸钠，Na2CO3)；
5、最重要的氮肥是什么？其氮含量大约是多少？
尿素 氮含量大约是46.6%
论述题
1、简述硫酸生产的主要步骤和每个步骤的目的，写出主要反应方程式。
接触法生产硫酸工艺
（1）二氧化硫的制备
（2）含二氧化硫原料气的净化
（3）二氧化硫氧化为三氧化硫
（4）三氧化硫的吸收
2、简述合成氨生产的主要步骤和每个步骤的目的，写出主要反应方程式。
1、原料气的制备
造气过程以水蒸气作为气化剂，将原料煤或焦炭气化得到混合气（即水煤气）；
2、脱硫
脱除对合成氨催化剂有害的硫化氢、二 硫化碳、硫醇、硫醚、噻吩等。
3、CO变换
通过变换工序使得原料气中的一氧化碳与水蒸气作用变为氢和二氧化碳；
4、脱CO2
采用物理吸收和化学吸收方法，脱除原料气中的二氧化碳；
5、氨的合成
在高温（400℃）、高压（30MPa）和催化剂（Fe等）作用下，进行合成反应。 第三章 石油炼制与石油化工
简答题：
1、石油炼制和石油化工的主要产品有哪些？各列举5种。
石油炼制主要产品：汽油、溶剂油、航空煤油、煤油、柴油、轮滑油、石蜡
石油化工主要产品：
2、石油炼制的一次加工主要采用什么方法，得到的燃料油主要包括哪几种？
环境工程中的化学反应技术及其应用
环境工程中的化学反应技术及其应用
摘要：本文旨在探讨环境工程中的化学反应技术及其应用。通过对环境工程领域中常见的化学反应技术进行研究和分析，本文将探讨这些技术在环境治理和保护中的应用，包括污水处理、废气净化、固体废物处理等方面，旨在提供环境工程领域中化学反应技术的应用参考。
关键词：环境工程；化学反应技术；应用
引言
随着环境问题的日益严重，环境工程领域的研究和应用变得越来越重要。化学反应技术作为环境工程中的重要手段，对于污染物的去除和环境保护具有重要作用。本文将探讨环境工程中的化学反应技术及其应用，旨在提供有关环境工程专业人员和相关从业者的参考和借鉴。
一、环境工程中常见的化学反应技术
（一）化学氧化技术
1.光催化氧化技术的原理和应用
光催化氧化技术是利用光催化剂在光照下促进氧化反应进行的一种环境治理技术。其原理主要基于光催化剂吸收光能产生活性中间体，进而与待处理废水中的有机污染物发生氧化反应。常用的光催化剂包括二氧化钛（TiO2）等。在光的照射下，光催化剂表面会产生电子-空穴对，这些电子和空穴能够与水或氧分子发生反应，生成活性的氧化物和还原物，从而氧化有机污染物，将其降解成无害的物质，如水和二氧化碳。该技术具有无二次污染、处理效率高、操作简便等优点，被广泛应用于水处理、大气净化等领域。
2.化学氧化剂的应用及其反应机制 化学氧化剂是一类能够提供活性氧原子或氧自由基的化合物，通过与有机物发生氧化反应来去除废水中的有机污染物。常见的化学氧化剂包括过氧化氢（H2O2）、高锰酸钾（KMnO4）、臭氧（O3）等。这些氧化剂在一定条件下能够与有机物中的双键、三键等键合发生反应，将其氧化成较为简单的物质。例如，过氧化氢在催化剂存在下能够与有机物发生羟基自由基反应，将其分解成水和氧气。臭氧则能够与有机物直接发生氧化反应，将其分解成较为稳定的无机产物。化学氧化剂的应用通常需要控制好反应条件，如温度、pH值等，以提高处理效率和降低成本。
双酚A催化剂技术的最新工艺研究和未来发展方向
双酚A催化剂技术的最新工艺研究和未来发展方向
摘要
双酚A，其学名为2,2-二对羟苯基丙烷，简称为BPA，作为一种关键化工原材料，在化工生产中运用非常广泛，其通常是甲酸和二甲苯的衍生物，该合成反应中所使用的金属催化剂为酸碱性。伴随着科技的飞速发展与创新，催化反应加工工艺也逐步由盐酸到氯化氢气体，然后就是离子交换柱。
关键词：双酚A;催化技术;离子交换树脂
1双酚A催化剂技术的最新工艺
目前世界上最新的主流制备双酚A的工艺有德国科思创的Bayer工艺，美国的DOW公司、GE公司的工艺，法国德希尼布旗下的Badger公司工艺，日本的三菱化学工艺，美国Lummus公司与波兰基本有机合成研究院合作开发的ICSO技术，目前我国近几年新建的双酚A装置也均选用了这几家专利商。其中这几家 催化剂技术主要是离子交换树脂催化剂，该催化剂不仅使用寿命较长、对环境友好，同时反应活性高、选择性高，是目前世界上使用最普遍的制备双酚A的催化剂。
2影响双酚A合成的基本因素及不同类型的催化剂
2.1影响因素
丙酮和苯酚缩合生成双酚A是放热反应。两者在反应过程中温度不断升高。随着反应程度不断加深，缩合反应会因温度升高向逆反应方向进行，使得双酚A收率有所下降。因此，若一味追求反应速度，会增加杂质的生成。除此外，丙酮和苯酚摩尔比也对双酚A的合成有一定的影响。苯酚不仅扮演原料的“角色”，还兼任着反应溶剂的“职位”用以降低双酚A自身较高的凝固点。同时，苯酚作为溶剂还会维持反应温度的平衡。通常，丙酮和苯酚的摩尔比需保持在1：（8~10）左右，过高会造成能耗增加，而过低会在反应过程中增加杂质的产生。因此，在双酚A的生产过程中既要严格控制反应速率又要严格把控原料配比，而催化剂的作用便得以凸显。不同催化剂对双酚A合成反应的影响也不尽相同，后续的精制方法也不同。
2.2不同类型的双酚A催化剂
（1）硫酸催化剂
双酚A合成技术的工业化初期，72.5-73.0%浓度的硫酸催化该合成反应是当时的主流方向。合成工艺简单，初始生产成本低，但原料消耗大，大大提高了操作成本。由硫酸合成的双酚A选择性低，含有40多种杂质，如多酚、球体等。不仅杂志难以分离，产品质量降低，同时还形成了过量的废酸和含酚、酸废水，对环境造成了极大的污染。此外，硫酸较强的腐蚀性能也加剧了该催化剂被淘汰的速度[3]。
酶工程在环境保护中的应用
酶工程在环境保护中的应用
摘要：酶作为生物催化剂,具有高催化效率,专一性强,反应条件温和及酶活性可以调控，针对化境中的空气污染和水污染有高度专一性，可在最短的时间内有效除去污染物，而且无二次污染，为解决环境污染问题提供了有效措施。
关键词：生物酶；污水处理；甲醛污染；
环境污染问题直接关系到人的生命与健康，是城镇公共安全体系中最重要的核心安全问题。近几年来，全国多个城市发生了突发性环境污染事故，尤其是水污染和居民住宅甲醛超标，对城市环境及人民生命安全造成威胁，社会影响极为严重。但目前国内现有的常规处理工艺无法应对突发性环境污染造成的超标污染物，深度处理工艺也仅能对部分超标污染物。突发环境污染时如何保障城市环境及人民生命安全，如何采用有效的应急处置技术，在最短时间有效去除污染物，已成为当前所面临的新课题。
环境工程技术与生物技术的结合，为污染治理提供了新的技术手段，环境生物技术已成为解决环境污染的发展方向。利用生物酶催化技术进行环境污染应急处置，即通过有效的生物降解功能来对目前一些污染治理技术所不能达到的污染源进行处理，可在最短的时间内有效去除污染物，保障环境及人民生命安全。
1 生物酶催化处理污水技术
1.1生物酶催化处理污水技术的机理
将生物酶催化技术应用于环境中污染物的去除，不同于普通微生物的系列生物酶技术，是将多种生物酶进行复合，通过生物酶打开污染物中更复杂的化学链，酶分子可以使反应物分子中化学键拉长、扭曲和变形，使他们更容易被水解，因而加速有机物的分解，将其迅速降解为小分子，从高分子有机物降解为低分子有机物或CO2、H2O等无机物，降低 CODCr值，从而达到去除污染物的目的，并可大大降低污水处理费用。与其他微生物处理相比，生物酶催化处理法具有催
化效能高、反应条件温和、对废水质量及设备情况要求较低，反应速度快，对温度、浓度和有毒物质适应范围广，可以重复使用等优点。
1.2 生物酶催化处理污水技术的优点
光催化降解材料
光催化降解材料
1 引言
光催化降解技术是一种利用光触媒进行催化降解反应的应用技术。通常所
说的光触媒是一类以二氧化钛（TiO2）为代表的具有光催化功能的光半导体材料
的总称。日本科学家Fujishima和Honda于1972年首次发现在近紫外光（380nm波
长的光）的作用下,红石型TiO2单晶电极能使水在常温常压下分解为氢气和氧气，开启了光催化氧化技术的大门。近年来,内外对以TiO2为代表性催化剂的多相光
催化进行了很多研究。随着科学的发展，光催化纳米材料被称为21世纪最有前途
的材料。
2 原理
半导体能作为光还原的氧化还原反应过程的激活物，是由于它的满价带和空
导带的电子结构。TiO2 禁带宽度为3.2eV，当用波长小于或等于387．5nm的光照
射时，价带上的电子被激发，越过禁带进入导带，同时在价带上产生相应的空穴，
电子和空穴分离并迁移到粒子表面的不同位置．从而加速氧化还原反应，还原和
氧化吸附在表面的物质。 图1给出的是半导体在吸附能量等于或大于其禁带能量的辐射时电子由价带至导带的激发过程 ，由图1可见激发后分离的电于和空穴各
有几个可进一步反应的途径，(A，B，C，D)包括他们脱激的(A，B)途径。显然，
电子和空穴的再结合对半导体光催化剂的效率是十分不利的，为在光催化剂表面
上有效地转移电荷，必须减缓或者消除光激发电子空穴对的再结合，现已有多种
_+
+
+
+__BDCA_
体内再结合表面再结合hv
AA
DD_
+hv
图 1
方法可以明显地抑制重组和将已分离的电子和空穴的寿命提高到纳米级以上的
程度。这些方法有通过半导体中的缺培结构俘获载流子、减小半导体粒度、在半
导体中掭加金属、掺杂或复合其它半导体等等。
光催化降解机理如下： M hv M(e- + h+)
M(e- + h+) + H2OM (e-) + OH + H+
M(e-) + O2 M + O2-
O2- + H+ HO2 2HO2 O2 + H2O2 H2O22OH
_绿色催化_浅述
“绿色催化”浅述杨双春 王 东 张洪林(辽宁石油化工大学石化学院 抚顺 113001)摘 要 催化是化学工业的基石。许多国家尤其是发达国家,非常重视催化技术的发展和催化剂的创制,均将催化技术作为新世纪优先发展的领域。催化过程,包括各种形式的化学催化和生物催化,是实现高原子经济反应的重要途径。为克服传统化学反应带来的环境危害,目前,学术界和化工界正致力于发展环境友好的催化过程。关键词:绿色化学 原子经济 可持续性发展 酶催化 纳米催化Abstract:Thecatalysisisthefoundationofchemicalindustry.Manycountries,particularlytheadvancedcountries,attachimportancetothedevelopmentofthecatalysizingtechnologyandfomulatingcatalyst.Thecatalysingtechnologyispreferentiallyconsideredasaresearchfieldinthiscentury.Catalysisprocess,includingallthechemistrycatalysisandthebiologycatalysis,istheimportantwaytorealizethehighatomreaction.Toavoicingtheharmsofthetraditionalchemicalreaction,atpresent,theacademeandthechemicalindustrygrouparebeingdevotedtodeveloptheenvironmentalandfriendlycatalysisprocess.keyword:greenchemistryatomeconomythesustaineddevelopmentenzymecatalysisnanometercatalysis1 前言绿色化学是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GreenChemistry,又有人称之为环境无害化学(EnvironmentallyBenignChem2istry)、环境友好化学(EnvironmentallyFriendlyChemistry)、清洁化学(CleanChemistry)。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产生。1995年,美国设立“总统绿色化学挑战奖〔1〕”,并设专门机构推动其发展。与此同时,欧洲也提出“可持续发展化学工业”的概念。日本紧随其后,于1998年设立了“化学技术战略推进机构”,主张确立新的化学技术体系,并于2000年提出“绿色可持续发展化学(GSC)”的概念,即通过包括产品设计、原料选择、制造方法、使用方法及循环利用等技术的革命,保证“人与环境的健康与安全”和“能源和资源的节省”。1998年在Anastas和Warner的绿色化学“十二条原则〔2〕〔3〕”中第二条(合成方法应具有“原子经济性”)和第九条(使用高选择性的催化剂)都提到了绿色化学中新的催化方法是关键。可以说,化学工业的重大变革、技术进步大多都是随着新的催化材料或新的催化技术而产生的,要发展环境友好的绿色化学,就要大力发展绿色催化技术。2 催化是实现高原子经济反应的重要途径1991年Trost首先提出了原子经济的概念,即原料分子中有百分之几的原子转化成了产物,可用来估算不同工艺路线的原子利用程度。理想的原子经济反应应该是原料分子中的原子百分之百地转化成产物,不产生副产物和废物,实现废物的零排放(Zero—Waste)。在反应式中:A+B C+DA、B为反应物,C为产物,D为副产物。从原子经济方面说,D应减至最小,最佳为零。Witting反应是一个在精细合成中很有用的反应,据此而荣获诺贝尔化学奖,但在Witting反应中, C=0R1R2C=CH2R1R2Ph3P+MeBr+ 碱
环境保护环境友好催化技术浅谈1
现代工业催化技术 09级化学工艺专业 付美玲 09010603006
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。与此同时，欧洲也提出“可持续发展化学工业”的概念。日本紧随其后，于1998年设立了“化学技术战略推进机构”，主张确立新的化学技术体系，并于2000年提出“绿色可持续发展化学(GSC)"的概念，即通过包括产品设计、原料选择、制造方法、使用方法及循环利用等技术的革命，保证“人与环境的健康与安全”和“能源和资源的节省”。1998年在Anastas和Warner的绿色化学“十二条原则”中第一条(合成方法应具有“原子经济性”)和第九条(使用高选择性的催化剂)都提现代工业催化技术 09级化学工艺专业 付美玲 09010603006
环境保护环境友好催化技术浅谈1 2
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。