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1、第六章第六章 吸附法净化气态污染物吸附法净化气态污染物o吸附是一种固体表面现象，利用多孔性固体吸附剂吸附是一种固体表面现象，利用多孔性固体吸附剂处理气体混合物，使其中所含的一种或数种气体组处理气体混合物，使其中所含的一种或数种气体组分吸附于固体表面上，以达到气固分离的单元操作分吸附于固体表面上，以达到气固分离的单元操作过程。过程。o吸附的特点：选择性高、分离效果好、净化效率高、吸附的特点：选择性高、分离效果好、净化效率高、设备简单、操作方便、能分离其它过程难以分离的设备简单、操作方便、能分离其它过程难以分离的混合物，可有效分离浓度很低的有害物质，易实现混合物，可有效分离浓度很低的有害物质，易实
2、现自动控制。自动控制。日常生活：日常生活： 木炭吸湿、吸臭；除有害气体；硅胶用作干燥剂木炭吸湿、吸臭；除有害气体；硅胶用作干燥剂 化工领域：化工领域： 产品的分离提纯，如制糖品工业，用活性炭处理糖液，产品的分离提纯，如制糖品工业，用活性炭处理糖液， 吸附吸附其中杂质，得到洁白的产品。其中杂质，得到洁白的产品。 环境领域：环境领域： 对水的脱色脱臭，有害有机物、金属离子、氮、磷的去除；对水的脱色脱臭，有害有机物、金属离子、氮、磷的去除； 对空气的脱湿，脱臭，去除有害气体，对空气的脱湿，脱臭，去除有害气体，p吸附分离操作的应用吸附分离操作的应用第一节第一节 吸附及吸附剂吸附及吸附剂1、吸附的分类、
3、吸附的分类一、物理吸附与化学吸附一、物理吸附与化学吸附物理吸附：靠分子力物理吸附：靠分子力产生的吸附产生的吸附化学吸附：靠化学键化学吸附：靠化学键产生的吸附产生的吸附2、物理吸附与化学吸附的比较（、物理吸附与化学吸附的比较（P165表表6-1）n吸附质被吸附物质吸附质被吸附物质n吸附剂附着吸附质的物质吸附剂附着吸附质的物质物理吸附物理吸附：吸附质分子与吸附剂表面分子间存在的范德吸附质分子与吸附剂表面分子间存在的范德华力所引起的，也称为范德华吸附。华力所引起的，也称为范德华吸附。不发生化学反应；不发生化学反应；相对没有选择性，可吸附多种吸附质；相对没有选择性，可吸附多种吸附质；可形成单分子吸附层
4、或多分子吸附层；可形成单分子吸附层或多分子吸附层；放热过程，低温有利于物理吸附。放热量较小，与相放热过程，低温有利于物理吸附。放热量较小，与相应气体的冷凝热相近；应气体的冷凝热相近；吸附力弱，因而具有较高的可逆性。吸附力弱，因而具有较高的可逆性。化学吸附：化学吸附：又称活性吸附，是由吸附剂和吸附质之间发又称活性吸附，是由吸附剂和吸附质之间发生化学反应而引起的，其强弱取决于两种分子之间化学生化学反应而引起的，其强弱取决于两种分子之间化学键作用力的大小。键作用力的大小。 如石灰吸附如石灰吸附CO2 CaCO3 具有选择性，为单分子层吸附；具有选择性，为单分子层吸附；吸附热大，除特殊情况外，自发的吸
5、附过程为放热过吸附热大，除特殊情况外，自发的吸附过程为放热过程；程；吸附速率随温度升高而增加；吸附速率随温度升高而增加；化学键作用力大时，吸附不可逆。化学键作用力大时，吸附不可逆。同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学吸附化学吸附有时两种吸附也可能同时发生。有时两种吸附也可能同时发生。二、吸附剂的选择原则及工业吸附剂二、吸附剂的选择原则及工业吸附剂（一）吸附剂的选择原则（一）吸附剂的选择原则1、吸附能力强，、吸附能力强，吸附容量吸附容量（指在一定的温度、吸附质浓（指
6、在一定的温度、吸附质浓度下，单位质量或单位体积吸附剂所能吸附的吸附质度下，单位质量或单位体积吸附剂所能吸附的吸附质的最大量）大；的最大量）大；2、具有大的比表面积和孔隙率；、具有大的比表面积和孔隙率；3、具有有良好的选择性、具有有良好的选择性4、机械强度、化学稳定性、热稳定性良好，使用寿命长、机械强度、化学稳定性、热稳定性良好，使用寿命长5、颗粒均匀；、颗粒均匀；6、再生能力好；、再生能力好；7、价格低廉，来源广泛。、价格低廉，来源广泛。1 1、活性氧化铝、活性氧化铝化学式：化学式：AlAl2 2O O3 3 n n H H2 2O O含水氧化铝加热脱水制成的一种含水氧化铝加热脱水制成的一种极
7、性吸附剂极性吸附剂。与硅胶相比，具有良好的机械强度。与硅胶相比，具有良好的机械强度。比表面积约比表面积约200200350350 m m2 2/g/g，对水有极强的吸附能力。对水有极强的吸附能力。主要用于气体的干燥、石油气的浓缩与脱硫；含氟废主要用于气体的干燥、石油气的浓缩与脱硫；含氟废气的净化、磷的吸附等。气的净化、磷的吸附等。（二）工业吸附剂（二）工业吸附剂2 2、活性炭、活性炭 应用最为广泛的一种吸附剂。是由煤或木质原料加应用最为广泛的一种吸附剂。是由煤或木质原料加工得到的产品，通常一切含碳的物料，如煤、木材、果工得到的产品，通常一切含碳的物料，如煤、木材、果核、秸秆等都可以加工成黑炭，
8、经核、秸秆等都可以加工成黑炭，经活化后活化后制成活性炭。制成活性炭。 炭化：炭化：把原料热解成炭渣，温度：把原料热解成炭渣，温度：200200600600活化：活化：形成发达的细孔。两种办法形成发达的细孔。两种办法: :气体法：气体法：通入水蒸气，温度在通入水蒸气，温度在80080010001000；药剂法：药剂法：加入氯化锌、硫酸、磷酸等。加入氯化锌、硫酸、磷酸等。比表面积：比表面积：700700 15001500 m m2 2/g /g 应用：应用：有机溶剂蒸汽的回收；除臭；有机溶剂蒸汽的回收；除臭；SOSO2 2、NONO、H H2 2S S、CSCS2 2、CClCCl4 4等废气的净
9、化。等废气的净化。 3 3、硅胶、硅胶是一种坚硬无定形链状或网状结构的硅酸聚合物颗粒。是一种坚硬无定形链状或网状结构的硅酸聚合物颗粒。硅胶的化学式：硅胶的化学式：SiOSiO2 2 n nH H2 20 0用硫酸处理硅酸钠水溶液，生成凝胶。水洗除去硫酸钠用硫酸处理硅酸钠水溶液，生成凝胶。水洗除去硫酸钠后经干燥，便可得到玻璃状的硅胶。后经干燥，便可得到玻璃状的硅胶。硅胶是硅胶是极性吸附剂，极性吸附剂，难于吸附非极性物质，易于吸附极难于吸附非极性物质，易于吸附极性物质（如水、甲醇等）和饱和烃基化合物，并对芳香性物质（如水、甲醇等）和饱和烃基化合物，并对芳香族的族的键有很强的选择性。键有很强的选择性
10、。用途：高湿度气体的干燥，用途：高湿度气体的干燥，SiOSiO2 2、NOxNOx的净化等的净化等4 4、分子筛、分子筛化学式：化学式：MeMex/nx/n(AlO(AlO2 2) )x x (SiO(SiO2 2) )y y m mH H2 2O O其中其中MeMe为阳离子，为阳离子，n n为原子价数，为原子价数，m m为结晶水分子数为结晶水分子数沸石分子筛由高度规则的笼和孔组成沸石分子筛由高度规则的笼和孔组成每一种分子筛都有相对均一的孔径，其大小随分子筛种类每一种分子筛都有相对均一的孔径，其大小随分子筛种类的不同而异。的不同而异。强强极极性性吸吸附附剂剂，对对极极性性分分子子如如H H2
11、2O O、COCO2 2、H H2 2S S等等有有很很强强的的亲亲和和力力，对对氨氨氮氮的的吸吸附附效效果果好好，而而对对有有机机物的亲和力较弱。物的亲和力较弱。常用吸附剂特性常用吸附剂特性吸附剂类型吸附剂类型活性炭活性炭活性氧化活性氧化铝铝硅胶硅胶沸石分子筛沸石分子筛4A5A13x堆堆 积积 密密 度度 /kg/kgm m-3-32006007501000800800800800热热容容/kJ(kgK)- -1 10.8361.2540.8361.0450.920.7940.794操操作作温温度度上上限限/K423773673873873873平均孔径平均孔径/15251848224513
12、再生温度再生温度 /K373413473523393423473573473573473573比比表表面面积积 / /g-16001600210360600第二节第二节 吸附机理吸附机理一、吸附平衡一、吸附平衡i吸吸附附质质与与吸吸附附剂剂长长期期接接触触后后，气气相相中中吸吸附附质质的的浓浓度度与与吸吸附附剂（固相）中吸附质的浓度终将达到动态平衡。剂（固相）中吸附质的浓度终将达到动态平衡。 吸附速度解吸速度当当吸附速率吸附速率= =解吸速率解吸速率，流体中吸附质，流体中吸附质浓度不再改变（吸附量达到极限值）浓度不再改变（吸附量达到极限值）时时 吸附平衡吸附平衡吸附设备的吸附分离效果取决于两方
13、面因素：吸附设备的吸附分离效果取决于两方面因素：（1）吸附平衡（吸附的多少）；）吸附平衡（吸附的多少）；（2）吸附速率（吸附的快慢）。）吸附速率（吸附的快慢）。1、两个概念、两个概念（1）平衡吸附量（静态吸附量或静活性）：一定温度下，）平衡吸附量（静态吸附量或静活性）：一定温度下，吸附剂所吸附的吸附质与气相中吸附质的初始浓度成吸附剂所吸附的吸附质与气相中吸附质的初始浓度成平衡时的最大吸附量，一般用单位质量吸附剂在吸附平衡时的最大吸附量，一般用单位质量吸附剂在吸附平衡时所能吸附的吸附质质量来表示，反映了固体吸平衡时所能吸附的吸附质质量来表示，反映了固体吸附剂对气体吸附量的极限附剂对气体吸附量的极
14、限，以以m表示。表示。（2）动活性：气体通过吸附层时，随着床层吸附剂的逐）动活性：气体通过吸附层时，随着床层吸附剂的逐渐接近饱和，吸附质最终不能被全部吸附，当流出气渐接近饱和，吸附质最终不能被全部吸附，当流出气体中可能出现吸附质时，即认为吸附剂已失效，此时体中可能出现吸附质时，即认为吸附剂已失效，此时单位吸附剂所吸收吸附质的量称为动活性。单位吸附剂所吸收吸附质的量称为动活性。o显然：动活性静活性显然：动活性静活性（1）吸附等温线：在同一温度下，以某种吸附剂在不）吸附等温线：在同一温度下，以某种吸附剂在不同的压力下对某种吸附质的平衡吸附量对压力作图同的压力下对某种吸附质的平衡吸附量对压力作图可得
15、吸附等温线。可得吸附等温线。2、吸附等温线和吸附等温式、吸附等温线和吸附等温式用公式来表示吸附等温线时即得到吸附等温式。用公式来表示吸附等温线时即得到吸附等温式。吸附等温式有以下几种：吸附等温式有以下几种：朗格缪尔朗格缪尔（Langmuir）式）式;弗伦弗伦得利希得利希（Freundlich）式）式;捷姆金式捷姆金式;BET方程等。方程等。其中最常用的是朗格缪尔等温式其中最常用的是朗格缪尔等温式。（2）吸附等温式：）吸附等温式：（2）朗格缪尔吸附速率方程（单一组分）朗格缪尔吸附速率方程（单一组分） 式式中：中：A 覆盖率覆盖率；ka，kd吸附速率和解吸速吸附速率和解吸速率；率； PA吸附质吸附
16、质A的分压的分压（3）朗格缪尔吸附等温方程（单一组分）朗格缪尔吸附等温方程（单一组分）o3、朗格缪尔吸附等温式、朗格缪尔吸附等温式（1）基本假设：）基本假设： 吸附是单分子层的；吸附是单分子层的； 固体表面上各晶格位置的固体表面上各晶格位置的吸附能力是相同的，吸附热为常数；吸附能力是相同的，吸附热为常数； 被吸附在固体表面的分子之间没有作用力；被吸附在固体表面的分子之间没有作用力；o或或式中式中：V，Vm吸附组分为吸附组分为PA时的吸附量；时的吸附量； Vm吸附组分为吸附组分为PA时的最大吸附量时的最大吸附量 说明：说明：（1）P/V对对P作图，得一直线；作图，得一直线；（2）由斜率）由斜率1
17、/Vm 和截距和截距1/(KVm)，可算出可算出K，Vm。说说明明：朗朗氏氏方方程程式式是是目目前前常常用用的的基基本本等等温温吸吸附附方方程程式式，但但较较大时，吻合性较差。大时，吻合性较差。A单位吸附剂的吸附量；或用单位吸附剂的吸附量；或用XT表示表示P吸附质在气相中的平衡分压吸附质在气相中的平衡分压B,n经验常数经验常数, 实验确定实验确定4、弗罗德里希、弗罗德里希（Freundlich）方程方程nlgA对对lgP作图为直线作图为直线n已知：已知：293K,用活性炭吸附苯蒸汽所得到的平衡用活性炭吸附苯蒸汽所得到的平衡数据如下数据如下n例题例题n试绘制等温吸附线，若该等温吸附线符合朗氏等温
18、试绘制等温吸附线，若该等温吸附线符合朗氏等温吸附方程式，试求吸附方程式，试求K，Vm值。值。解：依数据，绘图如下解：依数据，绘图如下 图：活性炭吸附苯蒸汽等温吸附线图：活性炭吸附苯蒸汽等温吸附线P/103Pa0.2670.40.5331.3332.664.005.332v/ml0.1760.2050.2250.2650.2870.290.3P/vP/v1.5171.5171.951.952.3682.3685.0305.0309.2689.26813.7913.7917.7717.77如图：如图：1/V1/Vm m=3.23=3.23，V Vm m=0.310ml 1/KV=0.310ml 1
19、/KVm m=0.68=0.68，K=4.74kPaK=4.74kPa。 例：下表为二氧化碳在例：下表为二氧化碳在“哥伦比亚哥伦比亚”活性炭上的等温活性炭上的等温吸附线上读出的数据，据此计算吸附线上读出的数据，据此计算323K时弗罗德里希方程时弗罗德里希方程式和朗氏方程式的常数式和朗氏方程式的常数P PX XT T，ml/gml/g1 130302 251513 367674 481815 593936 6104104P PX XT TlgXlgXT TlgPlgP1 130301.4771.4770 02 251511.7081.7080.3010.3013 367671.8261.8260
20、.4770.4774 481811.9091.9090.6020.6025 593931.9691.9690.6990.6996 61041042.0172.0170.7780.778以以lgp对对lgXT作图作图如图可知：如图可知：lgB=1.488，k=30.2；1/n=0.693故故弗罗德里希方程式为弗罗德里希方程式为P PV VP/VP/V1 130300.0330.0332 251510.0390.0393 367670.0450.0454 481810.0490.0495 593930.0540.0546 61041040.0580.058（2）以以P对对P/V作图作图如图：如图：
21、1/V1/Vm m=0.005=0.005，V Vm m=200 =200 1/KV1/KVm m=0.0289=0.0289，K=0.173K=0.173。气气流流主主体体边边界界层层固体固体外表面外表面固体固体内表面内表面吸附吸附解吸解吸微孔微孔吸附质吸附质吸附质吸附质吸附质吸附质吸附质吸附质外外扩散扩散内扩散内扩散总传质速率方程（注意理解！）总传质速率方程（注意理解！） oKy，Kx气相和吸附相总传质系数；气相和吸附相总传质系数；o p吸附剂颗粒的外表面积吸附剂颗粒的外表面积，m2/m3；oYA，XA吸附吸附质质A在气相和固体吸附剂内表面的比质量在气相和固体吸附剂内表面的比质量浓度浓度，
22、（，（kg吸附质）吸附质）/（ kg载气），载气）， （kg吸附吸附质）质）/（ kg吸附剂）；吸附剂）；oYA*，XA*吸附平衡时气相和吸附相中吸附吸附平衡时气相和吸附相中吸附质质A的浓度的浓度，（ kg吸附质）吸附质）/（ kg载气），载气）， （kg吸附质吸附质）/（ kg吸附吸附剂）。剂）。o公式的意义：理解吸附过程的机理和影响因素，为吸附装公式的意义：理解吸附过程的机理和影响因素，为吸附装置及工艺的设计提供理论依据。置及工艺的设计提供理论依据。第三节第三节 吸附装置及工艺吸附装置及工艺一、吸附装置一、吸附装置1、固定床吸附器、固定床吸附器2、移动床吸附器、移动床吸附器 新鲜吸附剂由顶
23、部加新鲜吸附剂由顶部加入并逐渐下移，最后自底入并逐渐下移，最后自底部连续卸出后送到另一容部连续卸出后送到另一容器再生，再生后回到塔顶。器再生，再生后回到塔顶。气体则自下而上通过固体气体则自下而上通过固体床层。由于固体颗粒之间床层。由于固体颗粒之间基本上没有相对运动，但基本上没有相对运动，但却有固体颗粒层的下移运却有固体颗粒层的下移运动，因此，也可将其看成动，因此，也可将其看成是一种移动的固定床反应是一种移动的固定床反应器。器。 3、流化床吸附器、流化床吸附器当流体通过床层的速度提当流体通过床层的速度提高到某一值时，颗粒出现高到某一值时，颗粒出现松动，床层体积出现膨胀。松动，床层体积出现膨胀。如
24、再进一步提高流体速度，如再进一步提高流体速度，床层将不能维持固定状态。床层将不能维持固定状态。此时，颗粒全部悬浮与流此时，颗粒全部悬浮与流体中，显示出不规则的运体中，显示出不规则的运动。随着流速的提高，颗动。随着流速的提高，颗粒的运动愈加剧烈，床层粒的运动愈加剧烈，床层的膨胀也随之增大，但是的膨胀也随之增大，但是颗粒仍逗留在床层内而不颗粒仍逗留在床层内而不被流体带出。被流体带出。 有机气态污染物固定床吸附有机气态污染物固定床吸附工艺流程（一般吸附工艺）工艺流程（一般吸附工艺）变变压吸附工艺流程压吸附工艺流程1、2、净化气；、净化气； 3、蒸汽、蒸汽 4、固、固定床定床 5、废气、废气 6、冷凝
25、器、冷凝器 7、分、分离器离器 8、吸附质、吸附质 9、冷凝水、冷凝水1、固定床、固定床 2、压缩机、压缩机 3、冷、冷却器却器 4、分离器、分离器 5、产品气柜、产品气柜二、二、吸附工艺吸附工艺三、吸附剂再生三、吸附剂再生表表6-4 吸附剂再生方法吸附剂再生方法吸附剂再生方法吸附剂再生方法特特 点点加热再生加热再生使热气流与床层接触直接加热床层，吸附质可解吸释使热气流与床层接触直接加热床层，吸附质可解吸释放，吸附剂可恢复吸附性能放，吸附剂可恢复吸附性能降压再生降压再生再生时压力低于吸附操作时的压力，或对床层抽真空，再生时压力低于吸附操作时的压力，或对床层抽真空，使吸附质解吸出来。使吸附质解吸
26、出来。通气吹扫再生通气吹扫再生向向再生设备中通入基本上无吸附性的吹扫气，降低吸再生设备中通入基本上无吸附性的吹扫气，降低吸附质在气相中的分压，使其解吸出来附质在气相中的分压，使其解吸出来置换脱附再生置换脱附再生采用可吸附的吹扫气，置换床层中已被吸附的物质，采用可吸附的吹扫气，置换床层中已被吸附的物质，适用于对温度敏感的物质适用于对温度敏感的物质化学再生化学再生向床层中通入某种向床层中通入某种物质使吸附质发生化学反应，生成物质使吸附质发生化学反应，生成不易被吸附物质而解吸下来不易被吸附物质而解吸下来第四节第四节 固定床吸附过程的计算固定床吸附过程的计算一、固定床吸附过程的分析一、固定床吸附过程的
27、分析1、吸附负荷曲线、吸附负荷曲线 在流动状态下，流动相中的吸附质沿床层不同在流动状态下，流动相中的吸附质沿床层不同高度的浓度变化曲线，或吸附剂中所吸附的吸附质，高度的浓度变化曲线，或吸附剂中所吸附的吸附质，沿床层不同高度的变化曲线称为负荷曲线沿床层不同高度的变化曲线称为负荷曲线。XeX 0z图图 吸附剂中吸附质浓度的变化吸附剂中吸附质浓度的变化 0 + 补图补图 吸附剂中吸附质浓度的变化吸附剂中吸附质浓度的变化(续）续） b b e （1 1）传质区、吸附波（传质波、传质前沿）传质区、吸附波（传质波、传质前沿）:在吸附床中，在吸附床中，平衡区与未用区之间的吸附质负荷变化形成的平衡区与未用区之
28、间的吸附质负荷变化形成的S形曲线形曲线所占的区域称为传质区，所占的区域称为传质区，S形曲线称为吸附波（或传质形曲线称为吸附波（或传质波、传质前沿）。波、传质前沿）。（2 2）穿透现象：）穿透现象：当吸附波的前沿刚到床层的出口端时称为当吸附波的前沿刚到床层的出口端时称为穿透现象。穿透现象。第五节第五节 吸附法净化气态污染物的应用吸附法净化气态污染物的应用 一、一、 吸附法净化吸附法净化NOx常用的吸附剂是分子筛、硅胶、活性炭、含氨泥煤等。常用的吸附剂是分子筛、硅胶、活性炭、含氨泥煤等。（一）吸附机理（一）吸附机理 活活性性炭炭不不仅仅吸吸附附NO2，还还能能促促进进NO氧氧化化成成NO2 ，特特
29、种种活活性炭还可使性炭还可使NOX还原成还原成N2。2NO+CN2+CO22NO2+2CN2+2CO2活性炭定期用碱液再生处理活性炭定期用碱液再生处理2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O二、吸附法净化有机废气二、吸附法净化有机废气含溶剂的废气含溶剂的废气预处理部分预处理部分再生再生吸附吸附溶剂回收溶剂回收三、吸附法净化含三、吸附法净化含SO2废气废气常用的吸附剂是活性炭（应用最广）、分子筛、硅胶等。常用的吸附剂是活性炭（应用最广）、分子筛、硅胶等。（一）吸附净化机理（一）吸附净化机理 SO2SO2*O2 O2*H2O H2O*2SO2*+ O2* 2SO3*2SO3*+ 2H2O
30、 2H2SO4*H2SO4*+n H2O H2SO4 n H2O *物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附1、吸附、吸附洗涤再生洗涤再生加热再生加热再生微波再生微波再生2、再生、再生图图 活性炭固定床吸附活性炭固定床吸附SO21、文丘里洗涤器；文丘里洗涤器；2、吸附塔；、吸附塔；3、液体槽；、液体槽；4、硫酸浓缩器；、硫酸浓缩器；5、冷却器；、冷却器；6、过滤器、过滤器（二）活性炭法烟气脱硫工艺流程（二）活性炭法烟气脱硫工艺流程图图 移动床吸附移动床吸附SO2 1、吸附塔；吸附塔；2、空气处理槽；、空气处理槽；3、脱附塔；、脱附塔；4、换热器；、换热器；5、7、风机；、风机；6、烟囱；、烟囱；8、锅
31、炉、锅炉其它气态污染物净化技术简介其它气态污染物净化技术简介o催化法催化法o冷凝法冷凝法o燃烧法燃烧法o生物法生物法o膜分离法膜分离法o电子束法电子束法一、催化法一、催化法o催化转化法：催化转化法：利用催化剂的催化作用使废气中的污染利用催化剂的催化作用使废气中的污染物转化成物转化成无害物、有用的副产品无害物、有用的副产品(直接完成对污染物直接完成对污染物的净化的净化)，或者，或者易从气流中分离而被去除的物质易从气流中分离而被去除的物质(附加附加吸收或吸附等，才能实现全部净化过程吸收或吸附等，才能实现全部净化过程)。o例如：例如：处理含高浓度处理含高浓度SO2废气时，以废气时，以V2O5作催化剂
32、使作催化剂使SO2氧化成氧化成SO3，用水吸收制硫酸而使废气净化。，用水吸收制硫酸而使废气净化。（一）催化作用及催化过程（一）催化作用及催化过程1催化作用催化作用o催化作用：催化作用：加入某种物质，使化学反应速度或方向改加入某种物质，使化学反应速度或方向改变，而变，而该物质该物质数量和性质不发生变化。数量和性质不发生变化。o该物质就是该物质就是催化剂催化剂，也叫触媒。，也叫触媒。o例如：无催化剂时：例如：无催化剂时：A + B ABo加入催化剂加入催化剂K后，反应过程发生了变化，即后，反应过程发生了变化，即oA + K AK；oAK + B AB + Ko催化作用的重要特征：催化作用的重要特征
33、：o只能改变化学反应速度只能改变化学反应速度，不改变平衡关系，也不能使，不改变平衡关系，也不能使不成立的化学反应发生。不成立的化学反应发生。o有特殊的选择性有特殊的选择性，同一种污染物，催化剂不同，可能，同一种污染物，催化剂不同，可能会有不同的反应产物。会有不同的反应产物。2催化剂性能催化剂性能1）催化剂组成）催化剂组成o包含活性组分、助催化剂和载体。包含活性组分、助催化剂和载体。o活性物质：活性物质：起改变化学反应速度的作用，可单独作催起改变化学反应速度的作用，可单独作催化剂使用。化剂使用。 如将如将SO2氧化为氧化为SO3时用的时用的V2O5。 净化气态污染物常用的催化剂：净化气态污染物常
34、用的催化剂：钒、铂、钯钒、铂、钯等。等。o载体：载体：用来承载活性物质和助催化剂。提供大的比表用来承载活性物质和助催化剂。提供大的比表面积；增强催化剂的机械强度、热稳定性及导热性，面积；增强催化剂的机械强度、热稳定性及导热性，延长催化剂的寿命。延长催化剂的寿命。o常用载体：常用载体：硅藻土、硅胶、分子筛、氧化铝等。硅藻土、硅胶、分子筛、氧化铝等。o助催化剂：助催化剂： 属于添加剂，单独使用没有催化活性，与活性组分共属于添加剂，单独使用没有催化活性，与活性组分共存时能显著增强催化剂的催化活性，又称存时能显著增强催化剂的催化活性，又称促进剂促进剂。o例如：例如：SO2氧化为氧化为SO3时，在所用的
35、时，在所用的V2O5催化剂中加催化剂中加入入K2SO4，V2O5的催化活性大大提高。的催化活性大大提高。2）催化剂的性能）催化剂的性能o活性：活性：催化剂加速化学反应速率的能力。催化剂加速化学反应速率的能力。o活性活性A=产品质量产品质量m1/（反应时间（反应时间t催化剂质量催化剂质量m2）o选择性：选择性：如果化学反应可能同时向几个平行方向发如果化学反应可能同时向几个平行方向发生，催化剂只对其中的某一个反应起加速作用。生，催化剂只对其中的某一个反应起加速作用。o稳定性：稳定性：保持活性的能力。保持活性的能力。o稳定性包括稳定性包括热稳定性热稳定性、机械稳定性机械稳定性和和抗毒性抗毒性，通常，
36、通常用使用寿命来表示。用使用寿命来表示。o影响催化剂寿命的主要因素影响催化剂寿命的主要因素o催化剂的老化：催化剂的老化：温度温度o中毒：中毒：毒性物质，如毒性物质，如HCN、CO、H2S、Hg、Pb等。等。3、催化法在大气污染治理中的应用、催化法在大气污染治理中的应用o废气中去除废气中去除NOx；o燃料燃烧废气中的脱硫；燃料燃烧废气中的脱硫；o恶臭物质的净化；恶臭物质的净化；o汽车排出尾气的净化。汽车排出尾气的净化。应用举例：汽车尾气的催化净化应用举例：汽车尾气的催化净化1 1）汽车排气中有害成分）汽车排气中有害成分oCOCO、HCHC、NONOx x、SOSOx x、铅化合物、苯并芘等。、铅
37、化合物、苯并芘等。o许多国家汽车排气标准，主要控制许多国家汽车排气标准，主要控制COCO、HCHC、NONOx x。o汽车排气净化主要有三个途径：汽车排气净化主要有三个途径：燃料的改进与代替燃料的改进与代替o改用天然气、用无铅汽油等。改用天然气、用无铅汽油等。 发动机内部控制发动机内部控制o在化油器和发功机方面采取措施。在化油器和发功机方面采取措施。o如电控燃油喷射、氧传感器控制技术等。如电控燃油喷射、氧传感器控制技术等。发动机外部净化发动机外部净化o最有效技术：尾气催化净化。最有效技术：尾气催化净化。o通过安装通过安装尾气净化器尾气净化器进行外部净化。进行外部净化。3 3）汽车尾气净化催化剂
38、基本要求）汽车尾气净化催化剂基本要求能同时净化能同时净化COCO、CHCH和和NONOx x三种有害物质；三种有害物质；必须同时具有高温必须同时具有高温( (80)80)和低温和低温( (0)0)活性。活性。o保证高温下不烧结，低温时也能发挥催化作用。保证高温下不烧结，低温时也能发挥催化作用。o活性物质：活性物质：o普通金属普通金属(Cu(Cu、CrCr、Ni)Ni)：o特点：成本低；特点：成本低；o但活性差、起燃温度高、易中毒。但活性差、起燃温度高、易中毒。o贵金属：贵金属：P Pt t铂、铂、PdPd钯、钯、RhRh铑、铑、Ir Ir铱等铱等o特点：活性高、寿命长、效果好；特点：活性高、寿
39、命长、效果好；o但成本高、易中毒、空燃比要求苛刻；但成本高、易中毒、空燃比要求苛刻；o稀土金属：稀土金属：铈铈(CeO(CeO2 2) )和镧和镧(La(La2 2OO3 3) )o特点：价格低、热稳定性好、活性高寿命长，抗铅毒。特点：价格低、热稳定性好、活性高寿命长，抗铅毒。o载体：载体：o氧化铝小球氧化铝小球：耐热性能较差，孔隙率低，阻力大；：耐热性能较差，孔隙率低，阻力大；o蜂窝陶瓷蜂窝陶瓷：低膨胀、高强度、耐热性能好、吸附性强、：低膨胀、高强度、耐热性能好、吸附性强、耐磨损。耐磨损。o目前多用目前多用堇青石：堇青石：铝硅酸镁作原料；铝硅酸镁作原料；o低膨胀、耐化学腐蚀性及耐热性良好；低
40、膨胀、耐化学腐蚀性及耐热性良好；o气孔率高。气孔率高。二、冷凝法二、冷凝法o冷凝法：冷凝法：物质在不同温度下的饱和蒸汽压不同，物质在不同温度下的饱和蒸汽压不同，降降低温度低温度或或提高压力提高压力，蒸汽状态的污染物就会冷凝从，蒸汽状态的污染物就会冷凝从废气中分离出来。废气中分离出来。o适用范围：适用范围：处理处理高浓度、有回收价值高浓度、有回收价值的的有机溶剂蒸有机溶剂蒸汽汽。三、燃烧法三、燃烧法o燃烧法：燃烧法：利用燃烧过程将废气中可燃性气体、有机蒸气、利用燃烧过程将废气中可燃性气体、有机蒸气、微细尘粒等转变为无害或易去除物质。微细尘粒等转变为无害或易去除物质。o特点：特点：可以处理污染物浓
41、度很低的废气、净化度高，还可可以处理污染物浓度很低的废气、净化度高，还可消烟、除臭。消烟、除臭。四、生物净化法四、生物净化法o生物处理：生物处理：利用微生物的生命活动把废气中的气态污染物利用微生物的生命活动把废气中的气态污染物转化成少害、无害的物质。转化成少害、无害的物质。o应用范围：应用范围：有机废气的净化，如屠宰厂、肉类加工厂的臭有机废气的净化，如屠宰厂、肉类加工厂的臭气处理。气处理。o废气的生物处理原理废气的生物处理原理和废水的生物处理原理相同。和废水的生物处理原理相同。o影响微生物生长的主要因素：影响微生物生长的主要因素：o营养物、溶解氧量、温度、营养物、溶解氧量、温度、 pHpH、有
42、毒物浓度。、有毒物浓度。o注：注：生物处理生物处理不需要再生过程不需要再生过程和和其它高级处理其它高级处理，处理设备，处理设备简单，费用也低，能达到无害化目的。简单，费用也低，能达到无害化目的。五、膜分离法五、膜分离法o选择不同结构的膜来分离不同的气态污染物。选择不同结构的膜来分离不同的气态污染物。基本原理基本原理o混合气体在压力梯度作用下透过特定薄膜时，不同气体具有混合气体在压力梯度作用下透过特定薄膜时，不同气体具有不同的透过速度不同的透过速度，使不同组分达到分离的效果。，使不同组分达到分离的效果。六、电子束照射法六、电子束照射法o电子束流会使电子束流会使SOSO2 2和和NONOx x更有效地转化为气溶胶，易用常更有效地转化为气溶胶，易用常规方法收集。目前主要用于规方法收集。目前主要用于SOSO2 2和和NONOx x的去除。的去除。o机理：机理：SOSO2 2和和NONOx x通过射线的电离作用，生成了氧化能力通过射线的电离作用，生成了氧化能力很强的很强的OHOH、OO、HOHO2 2自由基自由基等活性物质。能瞬即与等活性物质。能瞬即与SOSO2 2和和NONOx x反应生成硫酸和硝酸混合烟雾（雾状粒子）。反应生成硫酸和硝酸混合烟雾（雾状粒子）。
