環(huán)境催化

前言

催化科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展在給我們帶來極大的物質(zhì)生活利益的同時(shí)，也使得人類活動(dòng)對(duì)自然界的干預(yù)和改造能力大大加強(qiáng)。以用于合成氨的鐵催化劑、合成聚合物的Ziegler-Natta催化劑以及石油化工催化劑為例，不難看出催化技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用對(duì)環(huán)境造成的巨大影響。如果說催化科學(xué)和技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)文明發(fā)展至今的基石之一，相信它也必將成為解決人類面臨的可持續(xù)發(fā)展問題的關(guān)鍵技術(shù)，因此環(huán)境催化應(yīng)運(yùn)而生。環(huán)境催化的使命是用催化的手段解決人類面臨的化學(xué)污染問題，這成為催化科學(xué)和技術(shù)發(fā)展所面臨的新挑戰(zhàn)。環(huán)境催化作為一個(gè)環(huán)境科學(xué)和催化科學(xué)的交叉學(xué)科，已經(jīng)在過去30年的發(fā)展中取得了以汽車尾氣三效催化劑( three-way catalyst)為代表的眾多研究成果，并正在形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的研究體系，越來越受到催化科學(xué)和環(huán)境科學(xué)兩方面研究人員的重視。在這樣的背景下，作者接受《環(huán)境科學(xué)前沿及新技術(shù)叢書》主編郝吉明院士的邀請(qǐng)，將環(huán)境催化相對(duì)分散的研究成果和相關(guān)理論整理成《環(huán)境催化——原理及應(yīng)用》一書，從環(huán)境與催化的關(guān)系出發(fā)，以環(huán)境催化的主要研究對(duì)象為體系，力求系統(tǒng)、全面地論述環(huán)境催化的特點(diǎn)、研究方法、催化原理及其在環(huán)境污染控制方面的重要應(yīng)用成果和最新研究進(jìn)展，并在最后一章介紹自然界自發(fā)存在的環(huán)境催化的概念和相應(yīng)的研究前沿。如果通過本書的閱讀，讀者能夠?qū)Νh(huán)境催化有了更清楚的認(rèn)識(shí)和了解，進(jìn)而對(duì)環(huán)境催化的研究產(chǎn)生興趣或有所啟發(fā)，作者將感到無比的欣慰。

內(nèi)容概要

本書從環(huán)境與催化的關(guān)系出發(fā)，以環(huán)境催化的主要研究對(duì)象為體系，力求系統(tǒng)、全面地論述環(huán)境催化的特點(diǎn)、研究方法、催化原理及其在環(huán)境污染控制方面的重要應(yīng)用成果和最新研究進(jìn)展，此外還介紹了自然界自發(fā)存在的環(huán)境催化的概念和相應(yīng)的研究前沿。    本書具有較強(qiáng)的理論性、系統(tǒng)性和新穎性，特別適合高等院校相關(guān)專業(yè)教學(xué)使用。對(duì)于從事催化化學(xué)、環(huán)境科學(xué)與工程的研究人員以及從事環(huán)境污染控制技術(shù)研究開發(fā)的專業(yè)技術(shù)人員則是一本極具學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值的參考書。

書籍目錄

前言第1章  催化與環(huán)境  1.1 催化和環(huán)境的關(guān)系  1.2 環(huán)境催化的定義、研究對(duì)象和任務(wù)    1.2.1 環(huán)境催化的定義    1.2.2 環(huán)境催化的研究對(duì)象和任務(wù)    參考文獻(xiàn)第2章  環(huán)境催化基礎(chǔ)及其研究方法  2.1 概述  2.2 催化作用和環(huán)境催化    2.2.1 催化和環(huán)境催化的基本概念    2.2.2 催化劑的組成    2.2.3 催化劑常用制備方法  2.3 催化劑的表征和研究方法    2.3.1 基于吸附理論的催化劑常用表征方法    2.3.2 基于光譜和能譜的催化劑常用表征方法    2.3.3 催化劑的活性評(píng)價(jià)和催化反應(yīng)器  2.4 環(huán)境催化的特殊性及其研究方法    2.4.1 環(huán)境催化的特殊性    2.4.2 滿足環(huán)境催化特殊性的研究方法  2.5 結(jié)語  參考文獻(xiàn)第3章  移動(dòng)源燃燒排放的多相催化凈化  3.1 概述  3.2 汽油車尾氣催化凈化    3.2.1 汽油車尾氣排放特點(diǎn)    3.2.2 汽油車排放污染物催化凈化反應(yīng)原理    3.2.3 催化轉(zhuǎn)化器    3.2.4 汽油車排放污染控制三效催化劑的研究現(xiàn)狀和發(fā)展    3.2.5 新的超低排放催化凈化技術(shù)和三效催化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)  3.3 柴油機(jī)和稀燃汽油機(jī)尾氣催化凈化    3.3.1 柴油機(jī)和稀燃汽油機(jī)尾氣后處理的必要性    3.3.2 催化分解氮氧化物    3.3.3 儲(chǔ)存一還原氮氧化物    3.3.4 選擇性催化還原氮氧化物技術(shù)    3.3.5 氧化催化劑和柴油機(jī)顆粒物削減技術(shù)    3.3.6 柴油機(jī)氮氧化物和顆粒物組合凈化四效催化劑  3.4 清潔燃料車尾氣催化凈化    3.4.1 CNG汽車尾氣催化凈化方法    3.4.2 含氧燃料汽車尾氣催化凈化方法  參考文獻(xiàn)第4章  固定源燃燒排放的催化凈化  4.1 概述  4.2 煙氣選擇性催化還原脫硝原理和技術(shù)    4.2.1 選擇性催化還原的工作原理    4.2.2 選擇性催化還原催化劑    4.2.3 選擇性催化還原催化反應(yīng)機(jī)理    4.2.4 選擇性催化還原反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)    4.2.5 選擇性催化還原系統(tǒng)及應(yīng)用  4.3 煙氣催化脫硫    4.3.1 二氧化硫的催化氧化    4.3.2 二氧化硫的催化還原  4.4 同時(shí)催化脫硫脫硝技術(shù)    4.4.1 催化氧化二氧化硫同時(shí)還原氮氧化物    4.4.2 同時(shí)催化氧化氮氧化物和二氧化硫    4.4.3 同時(shí)催化還原氮氧化物和二氧化硫  參考文獻(xiàn)第5章  揮發(fā)性有機(jī)化合物和天然氣的催化燃燒  5.1 揮發(fā)性有機(jī)化合物催化燃燒    5.1.1 概述    5.1.2 VOCs催化燃燒    5.1.3 VOCs催化燃燒工藝技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展    5.1.4 VOcs排放控制技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)  5.2 天然氣催化燃燒及其工業(yè)應(yīng)用技術(shù)    5.2.1 天然氣催化燃燒催化劑研究現(xiàn)狀和進(jìn)展    5.2.2 貴金屬催化燃燒催化劑    5.2.3 非責(zé)金屬催化劑    5.2.4 天然氣催化燃燒工業(yè)應(yīng)用技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)  5.3 結(jié)語  參考文獻(xiàn)第6章  室內(nèi)空氣催化凈化  6.1 概述  6.2 室內(nèi)空氣光催化凈化    6.2.1 光催化原理    6.2.2 光催化劑    6.2.3 光催化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)    6.2.4 光催化活性的影響因素    6.2.5 光催化凈化室內(nèi)污染物    6.2.6 光催化室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的未來  6.3 室內(nèi)空氣常溫催化凈化    6.3.1 常溫催化凈化室內(nèi)一氧化碳    6.3.2 常溫催化凈化室內(nèi)甲醛和VOcs      6.3.3 低溫等離子體協(xié)同催化技術(shù)    6.3.4 常溫催化凈化室內(nèi)微生物    參考文獻(xiàn)第7章  水處理過程中的多相催化  7.1 概述  7.2 光催化水處理技術(shù)    7.2.1 二氧化鈦光催化技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用    7.2.2 多相光催化與生物氧化工藝組合處理有機(jī)物廢水    7.2.3 多相光催化消除水中病原微生物的研究    7.2.4 二氧化鈦光催化劑的固定化    7.2.5 多相光催化技術(shù)的未來發(fā)展方向  7.3 綠色催化新工藝——芬頓技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用    7.3.1 均相芬頓反應(yīng)的發(fā)展    7.3.2 多相芬頓催化氧化技術(shù)的發(fā)展  7.4 臭氧催化氧化水處理技術(shù)    7.4.1 臭氧在水處理中的應(yīng)用    7.4.2 多相催化臭氧化催化劑的研究進(jìn)展    7.4.3 多相催化臭氧化機(jī)理    7.4.4 結(jié)論和展望  7.5 濕式催化氧化技術(shù)    7.5.1 濕式催化氧化技術(shù)的發(fā)展    7.5.2 催化劑的研究現(xiàn)狀    7.5.3 在實(shí)際工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用    7.5.4 前景與展望  7.6 雙金屬催化劑催化去除水中硝酸鹽    7.6.1 雙金屬催化還原硝酸根的原理    7.6.2 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及反應(yīng)機(jī)理    7.6.3 雙金屬催化還原硝酸根的影響因素    7.6.4 雙金屬催化還原技術(shù)的應(yīng)用展望    參考文獻(xiàn)第8章  溫室氣體和臭氧層消耗物質(zhì)的催化轉(zhuǎn)化  8.1 甲烷二氧化碳催化重整    8.1.1 甲烷二氧化碳重整反應(yīng)的熱力學(xué)    8.1.2 催化劑體系    8.1.3 甲烷二氧化碳重整反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)    8.1.4 反應(yīng)機(jī)理    8.1.5 催化劑的失活和對(duì)策    8.1.6 甲烷和二氧化碳的活化  8.2 氧化亞氮的催化消除    8.2.1 氧化亞氮的來源、危害和消除對(duì)策    8.2.2 氧化亞氮直接催化分解反應(yīng)及反應(yīng)機(jī)理    8.2.3 氧化亞氮的催化分解催化劑    8.2.4 氧化亞氮的催化分解工業(yè)應(yīng)用展望  8.3 氯氟烴的無害化    8.3.1 氯氟烴的來源、危害和消除對(duì)策    8.3.2 氯氟烴的熱催化分解    8.3.3 氯氟烴的光催化分解    8.3.4 氯氟烴的催化氫化脫氯無害化  8.4 羰基硫的催化水解和氧化    8.4.1 羰基硫的環(huán)境效應(yīng)    8.4.2 羰基硫的催化水解和氧化  參考文獻(xiàn)第9章  大氣層中的環(huán)境催化過程  9.1 概述    9.1.1 大氣層作為光和熱反應(yīng)器的特點(diǎn)    9.1.2 非均相大氣化學(xué)    9.1.3 大氣顆粒物  9.2 非均相大氣化學(xué)研究方法    9.2.1 外場(chǎng)觀測(cè)方法    9.2.2 實(shí)驗(yàn)室研究方法    9.2.3 模式研究方法  9.3 大氣層中的非均相光催化    9.3.1 土壤表面的非均相光催化    9.3.2 大氣顆粒物表面的非均相光催化  9.4 大氣層中的熱催化    9.4.1 大氣顆粒物表面與臭氧耗損相關(guān)的催化反應(yīng)    9.4.2 氮氧化物在大氣顆粒物表面的非均相反應(yīng)    9.4.3 硫化物在大氣顆粒物表面的非均相反應(yīng)    9.4.4 常見有機(jī)化合物在大氣顆粒物表面的非均相反應(yīng)  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

1.1 催化和環(huán)境的關(guān)系自從1836年由瑞典化學(xué)家Berzelius提出催化(catalysis)概念以來，催化科學(xué)和技術(shù)取得了長足進(jìn)步，成為現(xiàn)代工業(yè)文明得以實(shí)現(xiàn)的重要基石之一。事實(shí)上，催化技術(shù)是化學(xué)工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)的最核心技術(shù)。例如，80%以上的化學(xué)工業(yè)涉及催化技術(shù)，催化劑的世界銷售額超過100億美元／年，催化技術(shù)所帶來的產(chǎn)值達(dá)到其本身產(chǎn)值的百倍以上。發(fā)達(dá)國家GDP的20%-30%來源于催化技術(shù)直接和間接的貢獻(xiàn)。但是，掌握了催化科學(xué)和技術(shù)的人類在創(chuàng)造工業(yè)文明并給我們的物質(zhì)生活帶.來利益的同時(shí)，也使得人類對(duì)自然界的干預(yù)和改造能力大大加強(qiáng)，造成人類活動(dòng)所產(chǎn)生的結(jié)果超出了環(huán)境所能承受的范圍。以下幾個(gè)例子清楚說明，催化是人類征服自然、改造自然的一把利劍，但是運(yùn)用不當(dāng)也能成為危及人類可持續(xù)發(fā)展的雙刃劍。20世紀(jì)初，Harber等開發(fā)出用于合成氨的鐵催化劑，實(shí)現(xiàn)了氮?dú)夂蜌錃庵?接合成氨，從而造就了現(xiàn)代化肥工業(yè)，大大提高了農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，才能在地球上養(yǎng)活了超過60多億人，這項(xiàng)研究獲得了1918年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。然而，正是由于現(xiàn)代.農(nóng)業(yè)大量施用氮肥才造成了目前普遍的水體富營養(yǎng)化，同時(shí)人口劇增也挑戰(zhàn)了地球生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)荷極限。

編輯推薦

環(huán)境問題是人類進(jìn)入21世紀(jì)所面臨的重大問題，許多技術(shù)被應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)當(dāng)中，環(huán)境催化技術(shù)就是這樣一種將環(huán)境工程與催化技術(shù)相結(jié)合的新技術(shù)。《環(huán)境催化:原理及應(yīng)用》系統(tǒng)、全面地反映了環(huán)境催化技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)、應(yīng)用現(xiàn)狀和趨勢(shì)。針對(duì)環(huán)境催化的特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了催化劑的制備、表征以及催化反應(yīng)原理、過程?？偨Y(jié)了催化技術(shù)在不同環(huán)境治理過程中的應(yīng)用與最新研究成果，探討了環(huán)境催化技術(shù)的發(fā)展方向。

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