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绿色催化剂的应用及发展

发布时间:2022-03-30 09:13:21 审核编辑:本站小编下载该Word文档

绿色催化剂的应用及发展

摘要:在社会发展的同时,绿色化学的研究已经成为化学研究的主要发展趋势,对于人类的身体健康已经起到了一定的重视。本文主要研究了催化剂与绿色催化剂,分析了绿色催化剂的种类,并进行简要的概述。

关键词:绿色催化剂;绿色化学;发展

引言

绿色化工是现代化工行业的必然趋势与前沿技术。生产化工产品的原材料、催化剂、溶液的绿色化,以及生态工程技术等清洁生产方法的研究与运用,对于保障人体健康,维护自然环境,实现化工的可持续发展都有着重要意义。

1催化剂与绿色催化剂

1.1催化剂

催化是一类化工产物的特殊名称,是指在化工反应过程中能影响化工反应速率,而自身的特性和质量在化工反应过程前后都不会影响的化工产物。催化会诱发化学反应有所产生变化,并将基本类型加快或降低甚至在较低的温度环境下发生。催化,在工程上又叫做热触媒。

1.2绿色催化剂

绿色催化剂是指在催化转化反映流程中,不会形成污染,即使是"零排放",从而可以进行清洁工业生产的这样一种反应催化剂。

1.3绿色化学

绿色生态化工产品,又称无害化学、自然环境安全化工产品、洁净化工产品。近年来,绿色生态化工的研发工作大多围绕着化工反应机理、原材料、催化、溶液和其中产品的绿色生态化进行的。绿色生态化工已经代表了二十一世纪化工学科的主要方向,而绿色生态催化技术则是绿色生态化工的主要部分。

绿色化工技术对人类经济社会的发展与进步具有很重要的影响,而绿色催化剂科技在绿色化工发展中的作用尤为巨大。因此,百分之八十以上的传统化学步骤均与催化作用相关。但近年来,由于人们对能源、环保和等问题的广泛重视,绿色催化的功能与地位也得到了全新的。

2绿色催化剂的种类及应用

2.1分子筛催化剂

分子筛催化剂,又简称为沸石分子筛催化剂,系指以沸石分子筛作为催化活性部分或主要活力部分之一的催化。分子筛有强离子交换特性、均一的小分子尺度的昆岛、强酸催化活性,且具备优良的温度稳定性和水热平衡稳定性,能形成对多种化学反应都具备高活度、高选择性的催化技术。

2.2杂多酸催化剂

杂多酸,是指一种由中心分子(俗称杂分子)和配位原子(多分子)按照特定的化学结构、或利用氧分子桥联成的高含氧性复合酸。为硬度均衡的质子酸,且具有氧化还原才能,经过变换组合,可以调整酸性强与氧化还原特性。水分出现时产生的拟液相,也能直接危害其酸性和氧化还原力量。杂多酸主要有固态和液体二种形式。

2.3其他绿色催化剂

2.3.1光催化剂

这是一种利用光的刺激而发生催化分解反应速度的催化物,如ZnO-CuO-H2O2等,在紫外线影响下,能对染色污水发生催化分解脱色,脱色率将近百分之一百。TiO2光催化剂光解二氯乙酸、光的光解制氢、CO2中的光催化分解固碳,都是为未来完成生物能源、人工光合等的重要催化技术反应。

2.3.2电极催化剂

在该类电化学反应中,阴极既是电化学反应的反应物场所又是提供和接受电的物质场所,因而兼有催化和推动电转化的双重功用。利用外部的电路调控电极电位,可对反应条件、化学反应速度等加以控制。

2.3.3酶催化剂

酶催化剂也可以说时一个真正的绿色催化剂,它是指一类能够加速特殊化学反应的生物分子,并且具有近乎专一的催化剂特性。

2.3.4膜催化剂

薄膜催化就是把催化剂做成薄膜反应器,反应物就可以选择性的通过催化薄膜而进行化学反应,产物则能够选择性的通过薄膜而离开反应范围,进而可以合理地调整在反应范围内的反应剂和物质的含量,这也是把膜分离技术与机械催化综合的一个新催化工艺。

3绿色催化剂在绿色化学上的应用

3.1分子筛催化剂

分子筛催化剂的化学稳定性很好,即使在九百K时仍产生高催化活性,所以可以用它生产蜂窝样陶瓷,并作为汽车废气的促进剂转化的载体。此外,沸石分子筛催化裂解也在油田化学工业中已大量应用。催化裂化分子筛催化剂,通常是用稀土金属或以价格较高昂金属单质代替钠元素的Y型分子筛。和一般硅铝催化剂比较,有活性度高,热稳定性较好的优点,能在较平缓条件发生化学反应,并且可以在630~680℃的高温下再生以保持良好地还原活性。另外,由于它抗毒力较强,还可以加工成一些含土中重金属较多的劣质原材料。

3.2杂多酸催化剂

用作酸反应催化剂时,其化学活力中心既出现于"表相",也出现于"体相"。杂多酸有相似于浓液的"拟液相",这些特点使它能够产生很高的催化活性,既能够在表面产生反应催化剂,又可在液象学中产生反应催化剂,同时杂多酸也如前所说既是氧化催化剂,更是光伏发电催化剂。十二钨磷酸,主要是用来促进丙烯水合成异丙醇,转化率一般,但产品选择能力很高,是成功应用的典型。杂多酸产生的可控制酸式,它可以代替HF、硫酸、磷酸等,以固体形式进行多相催化反应,用杂多酸作为催化剂可以增加反应的回收率。

3.3固体超强酸催化剂

固体超强酸在丙醇水化成异丙醇和异丙醚,在高浓度乙醇中与异丙烯制甲基叔丁基醚、醇酸酯化反应、烃的硝化、对氧化溴代烃的还原处理等化学反应中,均表现出优异的催化剂特性。

结语

随着社会的发展和不断进步,绿色化学已经被广泛研究和学习,尽管绿色化工催化剂基础理论发展已逐步获得成熟,但目前大部分催化仍停留于试验阶段,催化特性并不稳定,且生产流程繁琐,性价比较低等都是制约其产业化应用的主要因素,但从长远视角考虑,应用绿色化工催化剂将是实现产品零环境污染的一种新的发展趋势。

参考文献

[1]侯晓婷,张明,张福勇,刘所恩,李辉,左英英,姜一帆,李瑞勤,赵凤起.双基系推进剂用绿色燃烧催化剂研究进展[J].火炸药学报,2021,44(03):271-283.

[2]方清,支云飞,陕绍云,胡天丁,缪应菊,邹冉.绿色催化剂在CO_(2)合成环状碳酸酯的研究应用[J/OL].

[3]李博. 光驱动热催化在空气污染物处理中的研究与应用[D].河北大学,2021.

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