环境催化7

环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess环境催化EnvironmentalCatalysis环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcessTopic7大自然的环境催化大自然的污染源组成（室内空气、温室气体及大气层）室内空气催化净化温室气体的催化转化大气层中环境催化环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess（1）室内空气污染特征1.累积性2.多样性3.长期性4.污染物浓度低、危害大5.受气候和社会条件的影响大大自然的污染源组成环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess空气污染物的种类•化学污染—有害气体–CO2–氨–挥发性有机化合物VOC–甲醛•物理污染–氡–悬浮颗粒物•微生物（病毒、细菌、尘螨）•其它（油烟、烟草烟雾、臭氧等）环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcessCO2•室内来源主要为人体代谢过程；有机物燃烧过程：炊事、抽烟•在室外空气中的浓度–CO2为300－400ppm，O2为209460ppm•作用–一般浓度下，无毒，无臭。–超过700ppm，敏感者能觉察到人体的其它代谢污染；–超过1000ppm，较多人感到不舒服；–超过10,000ppm，呼吸深度显著增加；•目前居住建筑的控制标准–高级客房：700ppm–普通居住空间：1000ppm–过渡空间：2000ppm环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess氨•特性：无色，有强烈刺激性气味。碱性物质，可感觉最低浓度为5.3ppm。•来源：–冬季施工过程中在混凝土中添加氨水作为防冻剂，释放期较长，危害大。–装饰材料中的添加剂和增白剂，释放期较短，危害较小。•危害–浓度超过0.5～1.0mg/m3时，对人的口、鼻粘膜及上呼吸道有很强的刺激作用，造成流泪、咳嗽、呼吸困难–严重可发生呼吸窘迫综合症；–通过肺泡进入血液，破坏运氧功能。•防止污染措施–禁止使用氨作防冻剂环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcessVOC(VolatileOrganicCompounds)•定义:–除了CO2、碳酸、金属碳化物、碳酸盐以及碳酸铵等一些参与大气中光化学反应之外的含碳化合物。–根据沸点不同可分50---100℃VVOC(VeryVOC)；100---260℃VOC260---400℃SVOC(Semi-VOC)；400℃以上POM(Particulateorganicmatter)•特点–多种微量VOC的共同作用不可忽视。–长期低剂量释放对人体危害大，引起头痛、恶心等症状。•来源：–室内建材：各种漆、涂料、胶粘剂、阻燃剂、防水剂、防腐剂、防虫剂•WHO在1987年给出了一个室内总VOC(TVOC)的含量不能超过0.3mg/m3的上限值；我国民用建筑工程室内环境指标TVOC指标为0.5mg/m3。环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess甲醛(HCOH)•特点–无色，有强烈刺激性气味；水溶液为福尔马林–大气中平均浓度0.005-0.01mg/m3，低于0.03mg/m3，–新装修宾馆可达0.85mg/m3，控制标准为0.12mg/m3•来源–工业废气、汽车尾气、光化学烟雾–建筑材料：地毯、人造板、泡沫树脂保温板***–装修材料：胶粘剂、涂料***–日化产品：清洁剂、消毒剂、液化石油气•危害–浓度0.1mg/m3有异味影响–释放特性–释放期长，3－15年。–高温、高湿条件下甲醛散发力度加大。环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess氡(Rn)：Radon•氡是一种无色、无味、自然界唯一的天然放射性惰性气体，由铀238蜕变产生。在放射疗法中可用作辐射源，能溶于水和脂肪，在体温条件下，极易进入人体组织。•来源–地基土壤中有镭；花岗岩、水泥、石膏、部分天然石材中含有镭。–天然气中含有氡。•危害–易扩散，溶于水和脂肪。极易进入呼吸系统造成放射性损伤。–肺癌的第二大诱因，潜伏期15年以上。•防护–天然石材的放射性控制标准：A类可居室内使用，C类只能在外表面使用–表面涂层可阻挡氡的逸出，加大通风换气次数，降低室内氡气浓度。环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess•包括烟气、大气尘埃、纤维性粒子及花粉–直径为10～100m的微粒称作总悬浮颗粒物（TotalSuspendParticle,简称TSP）–直径小于10m(PM10)的微粒称为可吸入颗粒物，可吸入并沉积在呼吸道中，造成矽肺和肺癌–直径小于2.5m(PM2.5)的微粒称为细微粒，会进入肺泡•粒径分布（按质量计）–大气尘中PM10占72%–工业过程产尘，PM10占30%–室内可吸入颗粒物以细微粒为主，几乎都是PM10•粒径7.0μm的粒子占95％以上•粒径3.3μm的粒子占80％～90％以上•粒径1.1μm的粒子占50％～70％，悬浮颗粒物环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess•来源–室外来源•花粉、交通•生产过程•大气污染–室内来源•人员活动、抽烟•石棉建材•SVOC颗粒•危害–成为病毒、细菌的传播附着物–VOC附着物•一、二次扬尘和室内湿度过低是其产生的主要原因。避免扬尘、增强过滤、控制湿度等方式以及控制产生源等手段来避免污染。悬浮颗粒物环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess微生物•病毒和细菌–附于悬浮颗粒物上传播，是传染病的来源•霉菌：滋生于潮湿阴暗的土壤、水体、空调设备中•军团菌–军团菌是一种普遍存在的嗜水性需氧细菌，可通过风道、给水系统进入室内空气。–军团病：一种大叶性肺炎，1976年在美国费城的宾西法尼亚美军军团会议的参加者中发生的军团病是典型的例子。死亡率高达15-20%。军团菌霉菌细菌SARS冠状病毒环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess烟草烟雾：最常见的室内空气污染•危害：刺激和臭味•香烟烟气的典型组成成分(mg/支)：成分主流烟气二次烟气燃过的烟草350400全部颗粒2045尼古丁11.7一氧化碳2080二氧化碳6080氧化氮0.010.08丙稀醛0.08-----产生烟气时间20s550s环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess臭氧•臭氧(O3)：一种刺激性气体，主要来自室外的光化学烟雾。室内的电视机、复印机、激光印刷机、负离子发生器等在使用过程中也都能产生臭氧。•性质：可氧化空化合物而还原，可杀菌；可被橡胶、塑料等吸附。•臭氧对眼睛、粘膜和肺组织都具有刺激作用，能破坏肺的表面活性物质，并能引起肺水肿、哮喘等。•标准0.16mg/m3环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess(2)温室气体与大气层温室气体包括两类：一类在对流层混合均匀，如CO2、CH4、N2O和CFCs。另一类在对流层混合不均匀，如O3、nMHCs。造成混合不同的原因是因为这些温室气体在大气中的寿命（平均存留时间）不同，化合物寿命长，则容易混合均匀，其温室效应具有全球特征。寿命短则不利于混合均匀，其温室效应只具有区域性特征。过去的1000年内，自工业革命以来全球大气对流层中CO2、CH4、N2O和CFCs、O3、nMHCs等都出现了浓度增高的趋势，特别是1870年以来，这些温室气体几乎呈几何级数形式在增长.环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess大气中温室气体：CO2、N2O、CH4、CO、CH3CHCl2、O3、CFC-11、CFC-12、CCl4。CO2：自1750年以来，大气中CO2的浓度增加了31%，目前大气中CO2的浓度是过去42万年内最高的。人为排放的CO2占3/4是化石燃料的燃烧，其余1/4来自土地利用变化造成毁林开荒（绿色植物对CO2吸收的减少）。过去的20年里，CO2的增长幅度为1.55ppm/a。CH4：增长很快，1975年以来增长了1060ppbv，目前大气中CH4浓度是42万年以来最高的。目前约有一半多是人为排放，例如燃烧化石燃料、家畜饲养、水稻种植、垃圾填埋等。N2O：1750年以来增加了46ppb，还在增长，目前浓度液是过去1000年中最高的。大约增加的1/3来自人为排放。农业土壤、家畜饲养、化学工业。CFC：来自人为排放。从1995年开始全球大气中CFC开始缓慢下降。然而一些替代物（如哈龙类物质）的浓度却开始上升。哈龙类物质比CFC稳定一些，但是也能够光解，并破坏臭氧。环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess室内污染物的催化净化•污染源控制—堵源•采用空气净化装置—采用各种物理或化学方法如过滤、吸附、吸收、氧化还原等将空气中的有害物清除或分解掉。•加强通风换气—稀释空气过滤：过滤器吸附方法：活性炭纳米材料光催化臭氧消毒灭菌利用植物净化空气空气净化方法和原理：环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcesshvEgEg=3.2eV-e+h380nm2TiO22CO,HO,etc导带价带-e2OHOTiO2是一种N型半导体，有很强的氧化性和还原性。在光化学反应中，以TiO2作催化剂，在太阳光尤其是紫外线的照射下，使得TiO2固体表面生成空穴(h＋)和电子(e－)，空穴使H2O氧化，电子使空气中的O2还原，在此过程中，生成OH基团。OH基团的氧化能力很强，可使有机物（VOC）被氧化、分解，最终分解为CO2和H2O。光催化降解VOCsOH2O2OH2OVOCs环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess光催化纳米材料TiO2•甲醛光降解反应中的主要氧化还原反应：•氧化反应：•还原反应：•原理总结：HCHO+H2O+4h++O2+4e-HCO