结构催化剂与环境治理
作者：陈诵英，郑经堂，王琴 编
出版时间： 2016年版
内容简介
全书共分为11章，内容主要包括绪论，结构基体、结构催化剂和结构反应器，结构催化剂和反应器中的传递现象，结构催化剂的制备，汽车尾气污染物的消除，柴油机尾气的净化，固定源 VOCs污染物的催化氧化分解，固定源氮氧化物的脱除，低 NOx排放的催化燃料燃烧，催化结构过滤器净化炉气，结构催化剂和反应器的其他应用。本书可以作为高等学校化学、化工、环境等相关专业本科高年级学生、研究生的教材，也是环境催化相关工业和设备制造领域的技术人员、管理人员的重要参考书。
目录
第1章 绪论 1.1 我国的废物排放现实 001 1.1.1 1999—2003年我国污染物排放的数字统计摘录 002 1.1.2 2005年、2008年或 2010年我国三废污染物统计数据 003 1.1.3 2011年我国各个部门排放三废及其比例 004 1.2 污染物的催化治理——环境催化 009 1.2.1 引言 009 1.2.2 污染物治理的催化技术——环境催化 010 1.2.3 环境催化的非标准应用 012 1.2.4 环境催化的特征 013 1.2.5 环境催化作为新发明的推动力 014 1.2.6 环境催化促进可持续工业化学的发展 015 1.2.7 固体废物转化领域中的环境催化 016 1.2.8 室内空气质量改进中的环境催化 017 1.2.9 减少温室气体排放 017 1.2.10 用于水补救的环境催化技术 018 1.2.11 环境有害催化剂的替代 018 1.3 催化剂和反应器的结构化 019 1.3.1 催化反应工程的要求 019 1.3.2 环境催化反应特点和要求 020 1.3.3 结构催化剂和结构反应器的发展 021 1.3.4 结构催化剂和结构反应器的基本类型 024 1.3.5 独居石催化剂 025 1.3.6有序排列催化剂 028 1.3.7膜反应器 029 1.3.8结构催化剂的未来 031 1.4 本书的写作思路和特色 032 第2章 结构基体、结构催化剂和结构反应器 2.1 引言 034 2.2 结构填料 034 2.2.1 多相催化反应器的结构内构件 034 2.2.2 分离过程用结构填料 035 2.2.3 催化反应用结构填料 036 2.3 独居石结构（催化剂或反应器） 037 2.3.1 基本定义和分类 037 2.3.2 独居石的构型和基本性质 039 2.3.3 独居石结构催化剂的优缺点 041 2.4 金属结构填料 045 2.4.1 波纹填料——开放错流结构 045 2.4.2 波纹填料——封闭错流结构（CCFS） 047 2.4.3 反应蒸馏用结构填料 047 2.4.4 编织线结构填料 049 2.4.5 发泡体 049 2.5 纤维结构催化剂和反应器 049 2.5.1 引言 049 2.5.2 金属纤维 052 2.5.3 玻璃纤维 053 2.5.4 碳纤维 054 2.5.5 纤维结构的几何性质 055 2.5.6 纤维和布催化剂的应用 056 2.6 有序排列催化剂反应器 057 2.6.1 前言 057 2.6.2 平行通道和横向流动反应器的原理和特征 057 2.7 膜反应器 059 第3章 结构催化剂和反应器中的传递现象 3.1 气固独居石反应器中的热量和质量传递 063 3.1.1 影响热量传递的因素 063 3.1.2 蜂窝独居石中的热导率 064 3.1.3 独居石通道中的对流传热关联 066 3.1.4 独居石催化剂的有效因子 067 3.1.5 独居石反应器最佳几何体选择 069 3.1.6 独居石反应器中的气固传质 071 3.1.7 管道中气体流动的压力降 073 3.2 平行通道反应器（PPR）中的流动和传递现象 074 3.2.1 压力降 074 3.2.2 PPR中的传质阻力 075 3.2.3 颗粒内传质 075 3.2.4 有效床层内扩散率 076 3.2.5 横向流动对传质的贡献 077 3.2.6 催化剂床层的利用率 078 3.2.7 对 PPR的讨论 079 3.3 横向流动反应器（LFR）中的流动和传递现象 080 3.3.1 压力降 080 3.3.2 停留时间分布 080 3.3.3 PPR结构反应器床层中的结垢行为 082 3.3.4 横向流动反应器（LFR）中的结垢 083 3.4 多相独居石反应器的水力学特征 084 3.4.1 流区 084 3.4.2 压力降 089 3.4.3 液体滞留 091 3.4.4 停留时间分布（RTD） 092 3.4.5 轴向和径向离散 093 3.5 多相独居石反应器中的传质和传热 094 3.5.1 液固传质 094 3.5.2 气液传质 096 3.5.3 气固传质 099 3.6 从传递角度讨论独居石反应器性能 099 3.6.1 引言 099 3.6.2 独居石反应器模型 099 3.6.3 蜂窝独居石反应器和常用反应器的比较 100 3.7 其他多相结构填料中的传递现象介绍 102 3.7.1 流区 102 3.7.2 压力降和液体滞留 103 3.7.3 气 -液传质和界面面积 103 3.7.4 液 -固传质速率 103 3.7.5 停留时间分布（RTD） 104 3.7.6 热传输 104 3.7.7 不同结构填料间的比较 104 3.8 其他结构填料的水力学和传递 106 3.8.1 波纹填料：开放错流结构（OCFS） 106 3.8.2 封闭错流结构波纹填料（CCFS）及其流体力学特性 109 3.8.3 编织线结构填料及其流体力学特性 110 3.8.4 金属、陶瓷和石墨发泡体 111 3.8.5 纤维材料上的传质和流体力学 113 第4章 结构催化剂的制备 4.1 陶瓷蜂窝独居石基体的制造 115 4.1.1 引言 115 4.1.2 挤压技术生产陶瓷蜂窝独居石 117 4.1.3 低表面积独居石基体的制造 118 4.1.4 高表面积独居石基体的制造 120 4.1.5 整体独居石催化剂 122 4.2 金属独居石基体的制造 122 4.2.1 金属基质 123 4.2.2 金属独居石设计和制造 125 4.3 陶瓷蜂窝独居石基体上载体和催化活性组分的沉积 126 4.3.1 陶瓷独居石结构上载体层的沉积 126 4.3.2 浆液浸泡（洗涤涂层）陶瓷独居石 127 4.3.3 陶瓷独居石载体上催化活性组分的沉积 129 4.4 金属结构填料基体上的载体涂层 131 4.4.1 金属表面处理和载体涂层 131 4.4.2 金属基体上涂层的黏结性 132 4.4.3 阳极氧化制备技术 132 4.5 金属结构填料载体表面催化活性组分涂渍 133 4.5.1 催化活性组分的悬浮涂渍 133 4.5.2 溶胶 -凝胶沉积 134 4.5.3 电泳沉积（EPD） 135 4.5.4 电化学沉积和化学镀 135 4.5.5 浸渍 136 4.5.6 催化活性组分沉积的组合技术 136 4.6 碳蜂窝独居石的制造 139 4.6.1 集成或整体碳蜂窝独居石的制备 139 4.6.2 碳涂层蜂窝独居石 141 4.6.3 在金属表面沉积碳层 144 4.7 多孔膜制备技术 144 4.7.1 无机微孔薄膜 144 4.7.2 溶胶 -凝胶制备技术 145 4.7.3 沸石膜的制备 147 4.7.4 其他微孔无机膜 153 4.7.5 沸石膜和溶胶 -凝胶膜的比较 154 4.8 平行流动和横向流动结构反应器的制造 154 第5章 汽车尾气污染物的消除 5.1 背景 156 5.1.1 汽油机引擎的排放 156 5.1.2 影响汽车尾气的因素和可能采取的策略 157 5.1.3 法规要求 159 5.2 汽车尾气转化催化剂 162 5.2.1 引言 162 5.2.2 TWCs中的活性组分 162 5.2.3 TWCs中的氧化铝载体 163 5.2.4 TWCs中的 CeO 2-ZrO2混合氧化物 165 5.2.5 TWCs的失活 167 5.2.6 催化剂涂层涂渍工艺 168 5.3 汽车转化催化剂的基体 169 5.3.1 引言 169 5.3.2 汽车催化剂基体的要求 169 5.3.3 汽车催化剂蜂窝独居石载体的设计 170 5.3.4 催化剂基体的大小 170 5.3.5 汽车催化剂载体物理性质 171 5.4 汽车催化剂基体进展 177 5.4.1 陶瓷蜂窝独居石 177 5.4.2 基体小结 181 5.5 汽车尾气催化转换器包装 182 5.5.1 包装设计 182 5.5.2 机械耐用性 185 5.5.3 热耐用性 186 5.6 催化转换器操作和不同类型催化剂 188 5.6.1 操作对催化转换器效率和排放的影响 188 5.6.2 毒物效应 190 5.6.3 汽车引擎的启动排放 190 5.6.4 电加热催化剂 191 5.6.5 耐高温 TWC催化剂的发展 192 5.6.6 低温度点火催化剂 192 5.6.7 天然气引擎尾气净化催化剂 193 5.6.8 摩托车辆尾气净化催化剂 193 5.7 车载诊断和贫燃脱 NO x催化剂 194 5.7.1 车载诊断 194 5.7.2 贫燃操作脱 NO x催化剂 195 5.7.3 NO x存储和释放 198 5.7.4 NSR催化剂 199 5.7.5 使用尿素的选择性催化 NO x的还原催化剂 200 5.7.6 其他贫燃 DeNO x催化剂 202 5.7.7 双功能贫燃 DeNO x催化剂 202 5.8 汽车尾气催化转换器的数学模型 204 5.8.1 独居石反应器模型层次的选择 204 5.8.2 单一通道层次数学模型 205 5.8.3 1D，2D和 3D模型 207 5.8.4 动态/瞬态行为模拟 210 5.8.5 催化转换器的点火和累积排放 210 第6章 柴油机尾气的净化 6.1 引言 212 6.1.1 柴油烟雾生成 212 6.1.2 柴油机颗粒排放物的环境和健康效应 213 6.1.3 控制柴油机排放物的策略 215 6.2 干柴油机烟雾氧化催化剂 217 6.2.1 除烟雾的非催化方法 217 6.2.2 柴油尾气氧化催化剂 218 6.2.3 直接接触柴油机烟雾氧化催化剂 220 6.2.4 燃料 -承载催化剂 221 6.3 柴油烟雾氧化的间接接触催化剂 222 6.3.1 引言 222 6.3.2 连续再生阱（continuous regeneration trap， CRT）技术 223 6.3.3 在柴油引擎中 NO x的控制 224 6.4 柴油尾气颗粒过滤器的设计/大小 226 6.4.1 引言 226 6.4.2 性能要求 226 6.4.3 过滤器组成和微结构 227 6.4.4 池构型和阻塞方式 227 6.4.5 过滤器大小和外廓 229 6.4.6 压力降 229 6.5 物理性质和耐用性 232 6.5.1 物理性质 232 6.5.2 热耐用性 233 6.5.3 机械耐用性 234 6.6 柴油机过滤器进展 234 6.6.1 改进堇青石“RC 200/19”过滤器 234 6.6.2 SiC过滤器 235 6.6.3 新过滤器设计 236 6.7 应用 237 6.7.1 催化诱导再生阱 237 6.7.2 连续再生阱 237 6.7.3 组合连续再生阱和催化再生阱 238 6.8 总结 239 第7章 固定源VOCs污染物的催化氧化分解 7.1 引言 240 7.1.1 挥发性有机碳 VOCs对环境和健康的危害 240 7.1.2 VOCs排放物的潜在源头 240 7.2 VOCs净化技术 241 7.2.1 热焚烧 242 7.2.2 化学淋洗（吸收） 242 7.2.3 吸附 242 7.2.4 挥发性有机化合物的气相催化氧化 242 7.2.5 挥发性有机化合物的凝聚 243 7.2.6 挥发性有机化合物的光氧化 243 7.2.7 对各种净化技术的思考比较 243 7.3 挥发性有机化合物氧化催化剂和载体 243 7.3.1 引言 243 7.3.2 挥发性有机化合物的催化氧化 243 7.3.3 VOCs氧化催化剂的活性组分 245 7.3.4 VOCs氧化催化剂的载体及其结构 245 7.3.5 催化剂的失活 246 7.4 VOCs气相催化氧化工艺 246 7.4.1 引言 246 7.4.2 带预热交换器的单一床层 247 7.4.3 带再生热交换的多床层循环操作 248 7.4.4 反应器模型 248 7.4.5 正常操作期间 249 7.4.6 启动期间 249 7.4.7 温度均匀性和热剪应力 249 7.4.8 保护床层 250 7.5 VOCs催化氧化单元操作中的一些事情 250 7.5.1 环境和安全 250 7.5.2 在爆炸低限（LEL）以下操作 250 7.5.3 燃烧器的安全系统 250 7.5.4 操作压力 250 7.5.5 气流卷流和床层堆束出口速度 251 7.5.6 催化剂分散处理 251 7.5.7 催化氧化器的残留排放 251 7.5.8 中间工厂试验 252 7.6 挥发性有机化合物排放物的吸附：催化氧化前的浓缩步骤 252 7.6.1 固定床吸附器 252 7.6.2 旋转吸附器和其他移动床构型 252 7.6.3 吸附和焚烧组合于单一个固定床中 253 7.6.4 VOCs氧化的吸附 -催化流向转换工艺 253 7.7 VOCs催化氧化技术的实例研究 254 7.7.1 含氯挥发性有机物的催化氧化分解 254 7.7.2 纤维催化剂应用 254 7.7.3 在憎水锰钾矿型八面分子筛上的苯氧化 256 7.7.4 邻二甲苯在铂 -和钯 -沸石催化剂上的氧化 256 7.7.5 使用钙钛矿作为 VOCs的氧化催化剂 256 7.7.6 高温短接触时间 VOCs催化焚烧器 257 7.7.7 VOCs脱结构的整体催化/吸附过程 257 7.7.8 在金/铈氧化物催化剂上的 VOCs氧化 257 7.7.9 贵金属/天然丝光沸石上的 VOCs氧化 258 第8章 固定源氮氧化物的脱除 8.1 引言 262 8.2 SCR过程 263 8.2.1 SCR化学 -氮氧化物的选择性催化还原 263 8.2.2 SCR催化剂活性组分 264 8.2.3发电厂烟道气净化 SCR反应器的构型 265 8.2.4气体透平应用的 SCR过程 (GTNOx ) 266 8.3 商业独居石型 SCR催化剂 268 8.3.1 本体和涂层蜂窝型催化剂 268 8.3.2 板型催化剂 269 8.3.3 其他催化剂 270 8.3.4 SCR催化剂的失活 270 8.4 独居石催化剂的催化行为和 SCR反应的动力学 271 8.4.1 操作变量的影响 271 8.4.2 SCR反应的机理 272 8.4.3 SCR反应的稳态动力学 273 8.4.4 脱 NO 2反应的非稳态动力学 274 8.4.5 独居石催化剂中 SCR反应的内外传质限制 275 8.5 SCR独居石反应器的模型 276 8.5.1 SCR独居石反应器的稳定态模型 277 8.5.2 脱 NO x反应和 SO2氧化间的相互作用 279 8.6 SCR催化剂和反应器设计 279 8.6.1 催化剂形貌的影响 279 8.6.2 独居石通道几何形状的影响 280 8.6.3 氨入口浓度不均匀性的影响 281 8.7 SCR催化剂的非稳定态操作 281 8.7.1 非稳定态条件下的 SCR独居石反应器模型 282 8.7.2 逆流 SCR 284 8.7.3 使用 Ljungstroem空气加热器的 SCR 285 8.8 SCONO x工艺 285 第9章 低 NO x排放的催化燃料燃烧 9.1 引言 289 9.1.1 燃烧产生排放 289 9.1.2 排放物消除策略 290 9.1.3 气体透平 291 9.1.4 低 NO x燃烧器 292 9.2 催化燃烧 292 9.2.1 机理和动力学 293 9.2.2 独居石催化燃烧器模型 294 9.2.3 燃料效应 295 9.2.4 催化燃烧的其他应用 296 9.3 催化燃烧器 297 9.3.1 催化燃烧室 297 9.3.2 要求 297 9.3.3 系统构型 298 9.4 催化材料 300 9.4.1 引言 300 9.4.2 独居石基体 301 9.4.3 涂层材料 302 9.4.4 活性组分 303 9.5 商业状态和未来趋势 303 9.5.1 商业状态 303 9.5.2 未来趋势 304 第10章 催化结构过滤器净化炉气 10.1 引言 305 10.1.1 多功能反应器 305 10.1.2 催化过滤器：基本概念 305 10.2 高温无机过滤器市场 306 10.3 催化过滤器的制备 308 10.4 催化过滤器的应用机遇 310 10.4.1 耦合 NO x还原和飞灰过滤 310 10.4.2 同时滤去飞灰、移去二 英和其他 VOCs 313 10.4.3 合成气净化 315 10.4.4 柴油尾气处理和其他潜在应用 316 10.5 工程和模型 318 第11章 结构催化剂和反应器的其他应用 11.1 平行流反应器（PPR）和横流反应器（LFR）的工业应用 320 11.1.1 Shell炉气脱硫过程（SFGD） 320 11.1.2 硫和氮氧化物同时移去 321 11.1.3 低温 NO x还原过程 321 11.2 结构催化剂应用于改进室内空气质量 322 11.2.1 室内空气的污染源 322 11.2.2 室温分解臭氧的散热器催化剂 322 11.2.3 独居石光催化剂 323 11.3 结构催化剂应用于催化传感器 328 11.4 质子交换膜燃料电池中的结构催化剂 329 11.5 催化湿式氧化（CWAO）降解水污染物 329 11.5.1 引言 329 11.5.2 催化剂 331 11.5.3 CWAO工艺过程 333 11.5.4 独居石催化剂和反应器在 CWAO过程中的应用 334 11.5.5 水补救技术 336 11.6 光催化降解水中污染物 339 11.6.1 半导体光催化基础 339 11.6.2 光催化降解催化剂 341 11.6.3 光化学反应器 342 11.7 结构催化剂的合成应用 344 11.7.1 引言 344 11.7.2 独居石催化剂在短接触时间反应器中的应用 344 11.7.3 独居石催化剂在需求低压力降反应中的应用 345 11.7.4 独居石催化剂在粒内传质控制反应中的应用 347 11.7.5 有良好热传导的独居石催化剂 348 11.7.6 独居石催化剂在三相催化过程中的应用 350 11.7.7 独居石反应器在生物技术中的应用 352 11.8 无机膜的应用 354 11.8.1 离子传输膜的应用 354 11.8.2 致密 Pd膜和合金膜的应用 358 11.8.3 沸石膜的应用 359 参考文献 360
