文档介绍：绿色催化剂
课程名称:工业催化
随着近年来世界各国对可持续发展战略的日益重视,绿色化学和化工将给化学工业和环境工程带来革命性变化,要实现环境友好的绿色化工,研究开发新的催化剂及催化方法成为当前关注的重要课题。绿色化工催化剂主要包括固体酸催化剂、固体碱催化剂、金属催化剂等,这些催化剂不仅具有较高活性和选择性,而且催化剂和反应体系易于分离,新型绿色化工催化已成为实现化学工业从低污染向阻止污染方向转变的关键。
一、水俣( yǔ )病——汞催化剂污染带给人们的沉重教训
1953年,日本九州岛熊本县的一个叫水俣镇的地方,突然发生家猫暴躁不安集体投海的怪事,同时海面上时有死鱼浮起,空中飞鸟无故坠地。正当人们对此大惑不解之际,许多人出现口齿不清、面部发呆、手脚发抖、神经失常等症状,这些病人经久治不愈,就会全身弯曲,悲惨死去。
首先让我们来看看一些由催化剂使用不当对我们生活所产生的影响
原来,当地有一个化工厂以乙炔为原料生产乙醛,催化剂为氧化汞和硫酸。含有汞盐的废水排入海中后通过食物链被鱼富集并转化为甲基汞,人食用了这种鱼,就会引起中毒。
水俣病产生的原因
据测定水俣湾里的海产品含有汞的量已超过可食用量的50倍,居民长期食用此种含汞的海产品,自然就成为甲基汞的受害者。
一旦甲基汞进入人体就会迅速溶解在人的脂肪里,并且大部分聚集在人的脑部,粘着在神经细胞上,使细胞中的核糖酸减少,引起细胞分裂死亡。
而以鱼为主食的家猫和海鸟首当其难。
二、污染腐蚀严重的无机液体酸
很多类的有机化学反应需要在酸催化剂的催化下进行。如烷基化、酯化、水合、酰化、烃类异构化反应等。
目前使用的酸催化剂主要有氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸催化剂。
这些液体催化剂共同缺点是,在工艺上难以实现连续生产,催化剂不易与原料和产物相分离。对设备的腐蚀严重、对人身危害和产生废渣、污染环境。
反应测试罐底部催化腐蚀外观
绿色化学要求化学品的生产最大限度地合理利用资源,最低限度地产生环境污染和最大限度地维护生态平衡。它对化学反应的要求是:采用无毒、无害的原料;在无毒无害及温和的条件下进行;反应必须具有高效的选择性;产品应是环境友好的。这四点要求之中有两点涉及到催化剂,人们将这类催化反应成为绿色催化反应,其使用的催化剂也就称为绿色催化剂
1)固体酸催化剂
2)固体碱催化剂
3)生物催化剂
4)光催化剂
5)电极催化剂
6)膜催化剂
1、固体酸的定义:一般而言,固体酸可理解为凡能使碱性指示剂改变颜色的固体,或是凡能化学吸附碱性物质的固体;按BrÖnsted 和Lewis的酸碱定义,则固体酸是具有给出质子或接受电子对能力的固体。
固体酸催化剂的定义:将液体酸附载于固体载体上,催化功能来源于固体表面上存在的具有催化活性的酸性部位(即酸中心)。
天然粘土矿物:高岭土,膨润土,蒙脱土,天然及人工沸石等;
负载型(液体酸负载在相应载体上):如H2SO4、H3PO4负载在氧化硅、硅藻土上;
阳离子交换树脂;
活性炭:焦炭经573K热处理;
金属氧化物和硫化物:ZnO、CeO2、PbO、V2O5、WO3、CdS、ZnS……
金属盐:AlCl3、TiCl3、CaF2 ……
复合氧化物:SiO2-(Al2O3, TiO2 ……)、MoO3-CoO- Al2O3、杂多酸;
固体超强酸: TiO2-SO42-、ZnO2- SO42-、Fe2O3- SO42- ……
目前研究较多的固体酸有如下几种:
沸石分子筛
杂多酸催化剂
超强酸
离子交换树脂