环境催化

环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess环境催化EnvironmentalCatalysis2012年9月6日环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess1.吴忠标，蒋新，赵伟荣著.环境催化原理及应用.北京：化学工业出版社，20062.贺泓等著，环境催化-原理及应用.北京：科学出版社，20083.阎子峰著.纳米催化技术.北京：化学工业出版社，20034.施周，张文辉，环境纳米技术，化学工业出版社，2003课程简介：本课程从环境与催化的关系出发，以环境催化的主要研究对象为体系，论述环境催化的特点、研究方法、催化原理。介绍环境催化技术在环境污染控制方面的应用技术。课程在介绍较成熟内容的基础上，密切反映国内外环境催化技术的研究成果和进展，集理论性、前沿性和实践性于一体。教材和参考书：催化与环境的关系环境催化基础环境催化剂的制备与表征移动污染源尾气净化固定污染源的催化技术室内空气污染的催化治理技术水污染催化处理环境催化技术展望环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcessTopic1环境与催化的关系环境与可持续发展工业催化与环境催化环境催化的历史与现状环境催化概述环境催化研究的必要性、意义与国内外现状环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess1、地球环境走向恶化大气：CO2快速增长,臭氧层出现空洞,酸雨面积日渐扩大水：江河湖海化学品污染、氨、氮、有机物富营养化——赤潮、蓝藻土壤：重金属污染难降解化学品污染（农药、化肥、内分泌干扰物）1.1环境与可持续发展环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess生态：1、物种多样性急速下降，物种灭绝加快2、全球变暖，气候异常3、污染物全球迁移4、食品安全受到严重威胁癌症、传染病高发环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess污染的成因生产发展人类化石能源环境污染新化学品片面无知环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess2、化石能源转化利用中环境问题化石能源：煤、石油、天然气、油页岩含有：S、N、F、As、P、重金属燃烧：SO2占大气中80～90%NOx占大气中40～50%CO2温室气体危害性：集中，成为酸雨主要成分引起我国环境问题CO2温室气体世界第二SO2酸性气体世界第二1/4农田受到酸雨影响2/3城市达不到二级空气标准1/5耕地受重金属污染环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess是指既满足现代人的需求以不损害后代人满足需求的能力。即：指经济、社会、资源和环境保护协调发展，它们是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目的，又要保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土地和森林等自然资源和环境，使子孙后代能够永续发展和安居乐业。可持续发展与环境保护既有联系，又不等同。环境保护是可持续发展的重要方面。可持续发展的核心是发展，但要求在严格控制人口、提高人口素质和保护环境、资源永续利用的前提下进行经济和社会的发展。可持续发展：环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess工业界催化无处不在化学工业90%的过程与催化有关—催化是现代化学工业的基础一点不过分美国GDP中和催化有关占20%，1998年用催化剂13亿美元，而产品价值达万亿美元，对国民经济贡献巨大。全球催化剂市场增长年份198919962001产值（亿美元）36861071.2工业催化与环境催化环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess催化应用十大领域军工生物化工制药化工环保天然气化工精细化工石油化工石油炼制无机化工煤化工催化应用人体健康手性催化氧化可再生能源1918年哈伯合成NH3硫酸硝酸合成氨聚烯烃芳烃1973年金属有机催化TNT肼分解燃料电池硝基胍源头事后（尾气）H2、甲醇、二甲醚、FT合成催化裂化重整加氢裂化加氢精制环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess催化科学发展(诺贝尔奖得主）年份获得者贡献1909Ostwald催化，化学平衡和反应速率1912Sabatier有机分子催化脱氢反应1918Haber工业合成NH3方法1932Langmuir表面化学和吸附1961Calvin光合作用中的化学过程1963Natta-Ziegler乙烯丙烯催化聚合反应1973Fischer，Wilkinson金属有机化合物1992Marcus分子间电子传递过程2001Knowles，Noyori，Sharpless手性催化氧化反应环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess环境催化（EnvironmentalCatalysis）利用催化剂来控制造成环境污染化合物的排放的化学过程，包括应用催化剂生产少污染的产物及能减少废物排放何不副产污染物的新的化学过程。1.污染预防方面的催化技术应用2.污染末端治理方面的催化技术环境催化剂：用直接或间接的方式方法处理有毒、有害物质（通常是含有毒、有害的气体或液体），使之无害化或减量化，以保护和改善周围环境所用的催化剂。1.汽车尾气净化催化剂2.工业环保催化剂环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess汽车尾气净化催化剂工业环保催化剂柴油机车尾气净化催化剂其它车用尾气净化催化剂工厂烟道气脱硫硝酸尾气处理催化剂挥发性有机物燃烧催化剂废水湿式氧化处理催化剂环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess工业催化与环境催化的关系化学工业新产品（市场）改进生产技术减少对环境的影响环境催化环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess1.3环境催化的历史与现状•政策制定对环境催化的发展第一时期：起步与完善时期，从控制排放碳氢化合物开始；第二时期：1970年美国《清洁空气法》修正案正式实施；第三时期：基地排放期，1990年美国对《清洁空气法》再次修正，进一步强调改善空气质量，特别针对那些臭氧和CO浓度高的大城市。环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess环境催化技术的发展历程1.催化燃烧的发展过程2.汽车尾气净化的发展过程以贵金属为主要活性成分1970s,美国1980s,日本1990s,欧洲CO、HC催化净化的氧化型催化剂，活性成分以贵金属铂或钯为主环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess171.4.1环境催化的意义环境保护在社会与经济可持续发展战略中占有重要的地位，是我国的基本国策。环境催化是环境保护和绿色化学最重要的科学与技术基础，也是催化领域发展最为迅速，成就最为显著的学科方向之一。国家“十一五”规划建议中提出的“建设资源节约型，环境友好型社会”的奋斗目标，为从事环境催化与环境材料研究的广大科技工作者提供了广阔的发展空间和创新机遇。----摘自《第六届全国环境催化与环境材料学术会议》1.4环境催化研究的必要性、意义及国内外现状环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess全球NO2污染分布图中国的环境污染现状所有七大水系中均存在化学污染，其中70%来自于有机污染物每年因为环境污染而遭受的损失达15-20%GDP华北地区环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess通常，工业活动是有机污染物在水、气及土壤中传播的主要因素之一，如，工业生产、储存、运输、应用以及回收处理等。有机污染物的来源废物燃烧、特殊化学品生产和废油精炼等工业生产POPs有机废水内分泌干扰素、二恶英等气–水–土壤VOCs环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess科研需求1、应用基础研究从微观的原子、分子水平上，研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径，重点研究污染物在环境中的化学转化和效应，深入开展管端控制的过程化学和材料化学研究以寻找更加高效的控制方法和材料；2、污染控制与治理新技术围绕国民经济发展的核心，以目标为导向，将应用基础研究成果转化为实用技术，服务于工业生产。环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcessEnvironmentalcatalysis:trendsandoutlook----byG.Centi,Italy,2002Newareasinclude:(i)catalytictechnologiesforliquidorsolidwastereductionorpurification;(ii)useofcatalystsinenergy-efficientcatalytictechnologiesandprocesses;(iii)reductionoftheenvironmentalimpactintheuseordisposalofcatalysts;(iv)neweco-compatiblerefinery,chemicalornon-chemicalcatalyticprocesses;(v)catalysisforgreenhousegascontrol;(vi)useofcatalystsforuser-friendlytechnologiesandreductionofindoorpollution;(vii)catalyticprocessesforsustainablechemistry1.4.2国内外研究现状环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcessInstituteforEnvironmentalCatalysis----NorthwesternUniversity,USAIEC,……SearchingforthesolutionsfortheEarth’spollutionThecoregroup:MolecularScienceofCatalyticOxidation(MSCO).Threeprocess-orientedCollaborativeResearchGroups(CRGs):ChemicalProcessingEmissionsTreatmentNaturalEnvironment.环境催化与分离过程研究组Researc