环境光催化:原理及应用

2022-09-04 20:10:08 0 双良环境
环境光催化:原理及应用

  催化科学和技术的发展在给我们带来极大的物质生活利益的同时,也使得人类活动对自然界的干预和改造能力大大加强。

  如果说催化科学和技术是现代工业文明发展至今的基石之一,相信它也必将成为解决人类面临的可持续发展问题的关键技术,因此环境催化应运而生。

  环境催化的使命是用催化的手段解决人类面临的化学污染问题,这成为催化科学和技术发展所面临的新挑战。

  环境催化的定义

  从催化化学的本质上看,所有人为的催化过程和自然的催化过程都会对环境产生直接的或间接的影响。显然,人为对催化过程所做出的改进,例如增加催化剂的活性、提高选择性和增加催化剂寿命等,都可以起到减少有害副产物、减少能源和原材料消耗、减轻环境负荷的作用,这些都可以为改善环境做出贡献。反过来,掌握了催化技术的人类对自然界的干预和改造能力大大加强,这又增加了人类活动影响超出环境所能承受范围的风险。从主观上讲,环境催化的概念是顾及人类可持续发展的环境友好的催化科学和技术。但是从学科划分来看,上述定义在目前看来显然是过于宽泛,并不适应现有的知识体系和学科结构。不仅如此,这种依据主观愿望所下的定义显然不包括自然界自发的环境催化过程,然而这种不以人的意志为转移的催化过程都会对环境产生不同程度的作用。

  在《环境催化:原理及应用》中,环境催化包括人为的环境催化和自然界中自发的环境催化。人为的环境催化内容在本书中仅限于在以下的过程中所研究和使用的催化科学和技术:①消除已经产生的污染物(环境催化的狭义定义);②减少能源转化过程中有害物质的产生(例如天然气催化燃烧、柴油催化脱硫等);③将废物转化为有用之物(例如甲烷和二氧化碳的资源化)。自发的环境催化可以将整个地球大气层看成一个光和热的反应器,仅限于研究和地球表面以及大气颗粒物有关的非均相大气化学中的界面催化过程,不涉及水中、土壤中和生物体系中的酶催化过程。从广义上讲,凡是涉及可以减少污染物排放的绿色催化过程都可以属于环境催化的范畴,如化学计量催化技术(催化分子氧烯烃环氧化)、手性催化技术、替代有毒有害化学品的催化技术(氟氯烃替代)、产生清洁能源技术(光催化分解水、燃料电池)、可再生来源化学品生产(木质素残留物转化、电催化还原CO2、光催化选择性合成苯甲醛)的催化技术等。限于本书的篇幅,暂不涉及这些内容,留待今后本书再版时适当添加。

  环境催化的研究对象和任务

  根据以上对环境催化的定义,本书中环境催化的研究对象和任务是,通过催化科学和技术的研究与应用,消除已经产生的污染物;减少能源转化过程中有害物质的产生;将废物转化为有用之物;阐明非均相大气化学中的自发的界面催化过程,从而揭示污染物在环境微界面过程中的迁移转化规律。现阶段本书的主要内容限于催化消除已经产生的污染物以及非均相大气化学中的催化过程的研究和应用。另外,为了保持本书的自明性和系统完整性,结合环境催化的特点,还简要介绍了催化科学和技术的基础知识和研究方法。

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