化学前沿综述报告
摘要：催化剂的概念以及在新能源和环境治理中的应用，如：煤燃烧、废水处理。
关键字：催化剂煤燃烧废水处理
化学前沿综述课不是一门只是教授书本知识的课程。
在这里我学到了很多新鲜、实际的知识，大大拓宽了知识面。
从中了解了当前化学各学科大致的发展方向以及如何在实际中将所学到的化学专业知识应用起来。
在“化学反应动力学前沿简介”报告中我了解到了固体表面特征、固体表面孔的类型、固体表面力与吸附的关系、以及吸附原理、吸附平衡及其表征方法。
在“自组装与光子晶体”报告中我了解了光子晶体是将两种或两种以上介质材料排列成具有光波长量级的一维、二维或三维周期结构的人工晶体。
由于光子晶体具有光子带隙,光子局域等特性, 所以它具有巨大的应用前景。
在“过渡金属催化的碳氢键活化”报告中我了解了碳氢键活化反应都需要对底物进行卤化或金属化等预活化步骤,因此过渡金属催化的通过碳氢键活化直接构筑碳-碳键的方法就成为构筑碳-碳键的绿色经济的途径。
在这门课中也是我对催化剂有了新的了解和认识，催化剂在实际应用是广泛的，如在新能源和环境治理中。
当前新能源问题和环境治理是社会关注的热点，而催化剂在这两个领域将是很有作为的。
新能源领域：我国是能源消耗大国，而在我国能源消耗结构中，煤占有重要地位。
所以合理有效开发利用煤是一个具有现实意义的课题。
环境治理方面：我国和全球都面临着严重的环境问题，其中水污染尤为严重，治理也就尤为迫切。
所以利用催化剂在治理水污染具有长远意义。
下面就简述一下催化剂的概念和在工业实际中的应用。
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行反应。
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——工业废弃物。
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、有机有毒物质和色素等。
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。
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,与其他技术配合,将会开拓更广阔的应用前景。