催化剂正在糊口中的运用

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所属分类:催化剂
催化剂在生活中的应用 参加者:李洋 班级:高一(2)班 现将此次实践活动的有关情况报告如下: 地点:合肥市 时间:暑假 催化剂会诱导化学反应发生改变,而使化学反应变快或减慢
催化剂正在糊口中的运用

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  催化剂在生活中的应用 参加者:李洋 班级:高一(2)班 现将此次实践活动的有关情况报告如下: 地点:合肥市 时间:暑假 催化剂会诱导化学反应发生改变,而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进反应。 催化剂在工业上也称为触媒。化学催化剂的应用历史很长, 特别在石油化工、精细化工、有机化工和生 物化工中,可以说,催化技术已成为化学工业最关键的核心技术之一。据统计,到目前为止,人类所掌握 的化学反应 80%以上必须在催化剂存在下才能实现。在化学工业生产中,最常用的催化剂是无机酸和无机 碱。催化剂对化学反应速率的影响非常大,有的催化剂可以使化学反应速率加快到几百万倍以上。催化剂 一般具有选择性,它仅能使某一反应或某一类型的反应加速进行。例如,加热甲酸发生分解反应,一半进 行脱水,一半进行脱氢。催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位。现在几乎有半数以上的化工产品, 在生产过程里都采用催化剂。例如,合成氨生产采用铁催化剂,硫酸生产采用钒催化剂,乙烯的聚合以及 用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中,都采用不同的催化剂。 由氯酸钾分解制取氧气,除了用二氧化锰作催化剂以外,还可用氧化铁、粗食盐、氧化铜、氧化镁、氧化 铬、褐色细砂、粘土等作催化剂。但它们的催化作用,依次减弱。 燃煤催化剂一般选择最廉价的原料——废弃 物。 试验证明, 许多废弃物具有明显的催化燃烧作用, 且具 有环境保护的 效能。常用燃煤催化剂的废气物有: 第一,煤灰。煤灰是煤中灰分在燃烧过 程形成的剩余物。 煤中的灰分是内在的催化剂。灰分过多不利于燃烧, 过 少也很难着火。第二, 造纸黑液。造纸厂排放的碱 性黑液含有大量 K2CO3, Na2CO3, KOH, NaOH 和 Ca( OH) 2 等, 它是效果较好的燃煤催化剂。 将干燥 的 造纸黑液适量加入煤中, 可使煤的着火温度降低 30 ℃~50 ℃, 促使煤 完全燃尽。 另外, 它还有脱硫作用, 脱硫率可达到 35%~58% , 这对环境保 护是有利的。第三, 碱厂废液。碱厂废液中含有大量 CaCO3 和少 量 CaCl2, 适当加入这种废液有利于煤着火燃烧, 同时也具有脱硫作用, 脱硫率可 达到 44%以上。第四, 铁矿石粉, 铁矿开采过程中产生的铁矿石粉, 其中 富含 Fe2O3, 是较好的燃煤催化剂原料。有的铁矿石山 不具备开采价值, 经多年的风化, 山坡多积存大量的铁矿石粉末, 可以收集使用。第五, 草 木灰。草木灰中 含有 KOH , 冲水过滤后可以得到溶液, 晒干后便可从溶 液中提取用作燃煤催化剂的粗品 KOH。第六, 石 灰。生石灰和熟石灰均 可作为燃煤催化剂原料, 其中要特别强调的是 Ca2+明显具有脱硫的作 用。除上述 几种之外, 其他可用作燃煤催化剂的废弃物还有很多, 例如废 弃的白泥、炼铁炉炉渣、电石废渣以及某些 化工厂的废液等等。 总的来说, 燃煤催化剂提高了煤的挥发分析出速率, 降低了煤的着 火温度, 缩短了点火延迟时间, 加 快了焦炭燃尽速率, 并具有脱硫脱氮的 明显作用( 提高了固硫率和固氮率) 。 其次, 加入催化剂后, 锅炉燃 烧趋于 完全, 在锅炉蒸发量略有增大的情况下, 煤耗量有所降低, 汽煤比相对提 高 6.02%。尽管变化幅度 不大, 却说明催化剂能够改善锅炉燃烧工况, 提 高了锅炉热效率。 ( 1) 在煤中添加某些碱金属或碱土金属化合物可不同程度地起到促 进燃烧作用。燃煤催化剂在煤炭燃 烧中能有效地降低煤炭着火温度, 同 时起到促进燃烧和减少污染排放的作用。催化剂为原料煤在燃烧过程 中 提供了燃烧初期必需的氧气, 提高了煤炭颗粒的燃烧速度, 即使煤质不 好, 通过添加催化剂, 也可以保 证锅炉的燃烧情况和出力负荷, 充分利用 了煤炭资源。 ( 2) 含催化剂 C 的矿粉是效率较好的催化剂, 价廉、来源广、有很好 的工业应用前景; 煤脱硫助燃材 料, 适用于各种工业锅炉、电站锅炉燃煤 过程中 SO2 的脱除。 ( 3) 在煤燃烧以及煤中 S 与 N 向 SO2 及 NO 转化的过程中, FeCl3 既 起到催化剂的作用, 同时又 起吸收剂的作用。FeCl3 催化作用表现在降低 了 SO2 和 NO 生成反应的表观活化能。 ( 4) 煤脱硫助燃材料”内含有钙、 镁和催化剂, 煤炭燃烧时, 产生的 二氧化硫、 三氧化硫与钙化合成亚硫 碳 酸钙、 硫酸钙, 固定在灰渣中“。 煤脱 硫助燃材料”内的活性金属氧化物, 可以起到助燃和催化燃烧的作用, 改 变了原来燃烧不充分的状况。脱硫粉内还有相当数量的单质金属高能燃 料, 燃烧时和强氧化剂发生反 应释放出大量的热能, 使燃烧温度提高, 促 使劣质煤中原来不能燃烧的成分, 如煤矸石, 也能充分燃烧, 使燃烧后的 炉渣含碳量下降。 ( 5) 在煤中添加某些碱金属或碱土金属化合物可不同程度地起到促 进燃烧作用。燃煤催化剂在煤炭燃 烧中能有效地降低煤炭着火温度, 同 时起到促进燃烧和减少污染排放的作用。催化剂为原料煤在燃烧过程 中 提供了燃烧初期必需的氧气, 提高了煤炭颗粒的燃烧速度, 即使煤质不 好, 通过添加催化剂, 也可以保 证锅炉的燃烧情况和出力负荷, 充分利用 了煤炭资源。 我国是世界上染料生产和消费的第一大国,染料及印染废水污染量大面广。 染料及印染废水属于治理难 度较大的工业废水之一,它具有水量大、色度高、化学成分复杂、难生化降解等特点。这类废水中的主要污 染物有BOD、COD、有机有毒物质和色度等。染料及印染废水常采用过滤、沉淀、混凝为主的物化法, 光催化氧化法降解染料废水是最近的一个研究热点,研究表明以TiO2、ZnS、CdS等作为光催化剂 可以有效降解废水中的染料等有机物。综述了不同光催化剂的研究状况及其对染料和印染废水处理的作用 机制。 ZnS对染料的光催化效果 除TiO2 以外,作为半导体光催化剂的还有ZnS、CdS、CuO等。王文保等人对ZnS光催化 降解可溶性染料进行了研究,发现在紫外光照射下,随着光照时间增加,脱色率提高。 对于芳甲烷结构的碱性 绿降解效果最好,可达 94 .4%,蒽醌类活性蓝XBR效果最差,为 58. 8%,偶氮类结构的活性黄X6G等居中。 ZnS 自制ZnO、试剂ZnO和CdS光催化降解效果的比较 王伯勇等人使用Zn(NO3)2 和NaOH制成的ZnO、试剂ZnO、CdS和TiO2 对在高压汞灯 照射下的甲基橙进行了脱色反应,通过对其降解速率常数的比较,可以看出,其脱色降解能力分别为:Cd S自制ZnO试剂ZnOTiO2。国外也有人对ZnO和TiO2 光催化氧化活性红的效果进行了比 较,发现前者的脱色效果要高于后者,但ZnO和TiO2 作为一个共同体系来进行光催化降解时,效果会更 佳。 Bi2O3 的光催化性能 Bi2O3 也是一种具有能带结构的半导体材料,在光照下也会产生具有强氧化还原性的电子—空穴,从 而可以降解吸附在催化剂表面的有机物。 但是电子和空穴也存在复合的可能性,因此必须用适当的俘获剂先 吸附在催化剂表面,才能有效防止电子—空穴的复合。王俊珍对Bi2O3 光催化碱性绿、活性黄X—6G、 酸性红 3B、 活性紫红X—2R和弱酸性 2BR等进行了研究,发现在同样的条件下碱性绿的光催化脱色率最 高,可达 96. 6%,而活性黄X—6G的效果最差,仅为 24. 4%,这是由于催化剂对不同染料的吸附或者俘获作 用不同所引起的 Bi2O3 钙钛矿型负荷氧化物对某些染料的光催化降解研究 采用柠檬酸法合成的钙钛矿型复合氧化物LaFeO3 和SrFeO3-λ 对不同水溶性染料具有光 催化降解作用。桑丽霞等采用水溶性酸性红 3B、活性翠兰KGL、弱酸性蓝 2BR和活性紫红 4 种染料溶 液进行LaFeO3 和SrFeO3-λ 光催化下的降解反应,并对脱色后的溶液进行过滤和分析。 结果表明 SrFeO对这 4 种染料的降解脱色率可以达到 95%以上,而LaFeO3 的光催化活性不如SrFeO 3-λ,这与其分子组成结构有很大的关系 其它光催化剂对染料废水光降解的研究 朱展才等人采用化学沉淀法合成Fe0. 6Cr0 .4/Bi7MnO12. 5 复合纳米材料,并以其作为光 催化剂,对蓝色染料的降解效果进行了研究。 实验表明,经过Na2CO3 与K2CO3 浸渍处理后的复合纳米 晶对维多利亚蓝B、夜蓝、硫酸耐晒蓝等染料有显著的光降解作用,降解效率可达 99%以上。越来越多的材 料可以用作光催化剂来处理染料及印染废水。有人研究La CoO3 的光催化性能、各种复合材料如添加 Fe的TiO2 材料等对染料废水的降解,为使用光催化降解废水提供了新的途径。 光催化氧化法处理染料和印染废水是最近几年的研究热点,随着催化剂等新材料的不断发现和能源 意识的逐渐增强,越来越感觉到基于光催化的废水处理技术的良好前景。对于高效光催化剂的研究和开发, 最佳催化条件的探索以及如何将该技术从实验室推广到大规模的工业化应用,还有许多研究工作要做。 发展 光催化氧化技术需要解决的问题主要包括: (1)几乎所有的催化需要解决的第一个问题就是高效催化剂的研制,光催化氧化也不例外。 具体来说,目前这 方面要做的工作是开发高效的、合乎实际使用需要的催化剂。 (2)利用先进手段,识别和鉴定催化氧化中间产物和活性组分,揭示催化机理,指导催化剂制备。 (3)在催化机理和实际废水催化氧化动力学研究的基础上,对光催化反应器进行最优化设计,并对催化过程 实行优化操作。 (4)利用多项单元技术的优化组合,在加深对光催化氧化技术认识的基础上,与其它技术配合,将会开拓更广 阔的应用前景。 以上即我的活动报告, 通过此次活动, 我明白了化学催化剂在生活中的重要性, 我们与催化剂息息相关。

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