環(huán)境材料學(xué)第8章環(huán)境治理材料課件

環(huán)境治理材料與技術(shù)環(huán)境材料應(yīng)用研究的主要內(nèi)容環(huán)境工程材料環(huán)境凈化材料、環(huán)境修復(fù)材料、環(huán)境替代材料環(huán)境友好材料天然材料、仿生物材料、綠色包裝材料、環(huán)境降解材料、生態(tài)建材環(huán)境功能材料自清潔材料、調(diào)溫調(diào)濕調(diào)光材料、環(huán)境功能玻璃環(huán)境材料關(guān)鍵技術(shù)無鉛化進(jìn)程中元素替代技術(shù)、固廢資源化利用一、大氣污染治理材料二、水污染治理材料三、其它1.大氣污染治理材料與技術(shù)主要的大氣污染物：總懸浮顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、光化學(xué)氧化劑。大氣中的污染物，一般不能集中統(tǒng)一處理。主要是利用大氣的自凈作用和植物凈化。大氣污染控制：對(duì)污染物采取預(yù)防控制，將污染物控制在進(jìn)入大氣之前。過濾法吸附法吸收法催化法大氣污染治理材料多孔型纖維型復(fù)合型金屬基陶瓷基塑料基活性炭硅膠分子篩物理吸收化學(xué)吸收稀貴金屬納米材料1.1.過濾法袋式除塵器也稱為過濾式除塵器,是一種干式高效除塵器,它利用有機(jī)纖維或無機(jī)纖維編織物制作的袋式過濾元件將含塵氣體中固體顆粒物濾出的除塵設(shè)備,用于捕集非粘結(jié)性、非纖維性的工業(yè)粉塵。按過濾原理按材質(zhì)多孔型過濾材料纖維型過濾材料復(fù)合型過濾材料金屬基過濾材料陶瓷基過濾材料塑料基過濾材料袋式除塵器的作用機(jī)理

(1)重力沉降效應(yīng):

含塵氣體進(jìn)入布袋收塵器時(shí),顆粒較大、比重較大的粉塵,在重力作用下沉降下來,這和沉降室的作用完全相同。(2)篩濾效應(yīng):

當(dāng)粉塵的顆粒直徑較濾料的纖維間的空隙或?yàn)V料上粉塵間的間隙大時(shí),粉塵在氣流通過時(shí)即被阻留下來。(3)慣性碰撞效應(yīng):

氣流通過濾布時(shí)可繞纖維而過,而較大的粉塵顆粒在慣性力的作用下,仍按原方向運(yùn)動(dòng),遂與濾料相撞而被捕獲。(4)擴(kuò)散效應(yīng):

質(zhì)輕體小的粉塵隨氣流運(yùn)動(dòng),非常接近于氣流之線,能繞過纖維。但它們?cè)谑軣釙r(shí)作熱運(yùn)動(dòng)(即布朗運(yùn)動(dòng))的氣體分子的碰撞之后,便改變?cè)瓉淼倪\(yùn)動(dòng)方向。這就增加了粉塵與纖維的接觸機(jī)會(huì),使粉塵能夠被捕獲。應(yīng)用鋼鐵冶金：從礦石破碎、篩分、皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼、鐵合金冶煉、焦化、石灰、耐火材料等有色冶金：氟化物+粉塵燃煤電廠：粉塵水泥生產(chǎn)：干法回轉(zhuǎn)窯窯尾粉塵、煙塵垃圾焚燒

吸附原理與分類氣體混合物與適當(dāng)?shù)亩嗫仔怨腆w接觸，利用固體表面存在的為平衡的分子引力或化學(xué)鍵力，把化合物中某一組分或某些組分吸留在固體表面上，這種分離氣體混合物的過程稱為氣體吸附。吸附法主要分為物理吸附和化學(xué)吸附1.2

吸附法吸附步驟1使氣體和固體吸附劑進(jìn)行接觸2進(jìn)行吸附劑的再生，或更新吸附劑。吸附法的應(yīng)用1．二氧化硫的脫除2．氮氧化物的脫除3．除臭4．有機(jī)蒸汽的回收用于大氣污染凈化的吸附劑主要有活性炭、硅膠、沸石分子篩、活性氧化鋁。納米材料型吸附劑二氧化鈦的應(yīng)用也很廣泛。吸附劑活性炭

活性炭具有不規(guī)則的石墨結(jié)構(gòu)，比表面積非常大，所以活性炭是一種優(yōu)良的吸附劑。活性炭吸附是去除水中可溶性有機(jī)物的一種標(biāo)準(zhǔn)方法，制備活性炭的原料很多，諸如木材、紙漿和褐煤等?；钚蕴康闹饕瘜W(xué)成分是碳元素，含有少量的氫、氮、氧及灰分。物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸堿，耐高溫及高壓，不溶于水和有機(jī)溶劑，使用失效后可以再生，可循環(huán)使用?？椎澜Y(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍十分廣泛用作集體防護(hù)和個(gè)人防護(hù)器材的關(guān)鍵防毒材料；污水處理及有害氣體的治理；食品的精制、脫色；醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的緩釋劑、解毒劑及用于血液凈化、血液灌流中的主要吸附材料等。硅膠硅膠是多聚硅酸經(jīng)分子間脫水而形成的一種多孔性物質(zhì)。硅膠的化學(xué)組成為SiO2.xH2O，屬于無定形結(jié)構(gòu)，其中的基本結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)為Si-O四面體相互堆積形成硅膠的骨架。分子篩分子篩又稱沸石是一種水合硅酸鹽類能把形狀直徑大小不同的分子，極性程度不同的分子，沸點(diǎn)不同的分子，飽和程度不同的分子分離開來，即具有“篩分”分子的作用，故稱為分子篩。沸石最早是由瑞典礦物學(xué)家Freige

于1756年發(fā)現(xiàn)的。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的天然沸石礦物有近50種，它們主要產(chǎn)生于巖漿活動(dòng)晚期的低溫?zé)嵋弘A段，大部分在基性火山巖和火山碎屑巖及凝灰?guī)r中出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人工合成的也有100余種，硅藻土具有多孔性、密度小、比表面積大、吸附性好、耐酸、耐堿、絕緣等特性,并且中國(guó)硅藻土礦儲(chǔ)量豐富,所以硅藻土作為一種新型的吸附材料近年來已被廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)部門。納米二氧化鈦納米二氧化鈦是指粒徑尺寸在100nm以內(nèi)的粒子,由于其粒子尺寸小、比表面積大,表面能表面張力隨粒徑的下降急劇增大納米二氧化鈦表面原子周圍缺少相鄰的原子,具有不飽和度,易于其他原子結(jié)合而穩(wěn)定下來,對(duì)許多金屬離子具有很強(qiáng)的吸附能力,是痕量金屬離子分析的理想分離富集材料1.3吸收法吸收是利用氣體混合物中各組分在液體中溶解度不同這一現(xiàn)象，以分離和凈化氣體混合物的一種技術(shù)。這種技術(shù)也用于氣態(tài)污染物的處理。吸收可分為化學(xué)吸收和物理吸收兩大類?；瘜W(xué)吸收化學(xué)吸收是被吸收的氣體組分和吸收液之間產(chǎn)生明顯的化學(xué)反應(yīng)的吸收過程。從廢氣中去除氣態(tài)污染物多用化學(xué)吸收法物理吸收物理吸收是被吸收的氣體組分與吸收液之間不產(chǎn)生明顯的化學(xué)反應(yīng)的吸收過程，僅僅是被吸收的氣體組分溶解于液體的過程。吸收法中選擇合適的吸收液至關(guān)重要。用重油吸收烴類蒸汽，均屬物理吸收。固定源煙氣脫硫干法煙氣中的SO2實(shí)質(zhì)上是酸性的，可以通過與適當(dāng)?shù)膲A性物質(zhì)反應(yīng)從煙氣中脫除SO2。煙道氣脫最常用的堿性物質(zhì)是石灰石(碳酸鈣)、生石灰(氧化鈣，CaO)和熟石灰(氫氧化鈣)。濕法在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中，堿溶液或堿的漿液與煙道氣在噴霧塔中相遇。煙道氣中SO2溶解在水中，形成一種稀酸溶液，然后與溶解在水中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)。反應(yīng)生成的亞硫酸鹽和硫酸鹽從水溶液中析出。固定源煙氣脫硝技術(shù)催化法處理氮氧化物催化劑：貴金屬、過渡金屬、稀土金屬，載體為多孔氧化鋁。氮氧化物 氮?dú)?.4催化材料移動(dòng)源尾氣凈化催化材料固定源煙氣脫硫硝催化材料室內(nèi)空氣催化凈化材料1.4.1移動(dòng)源尾氣凈化催化材料三效催化凈化技術(shù)趨于完善研發(fā)主要集中在全球幾大汽車公司（日本、韓國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、得過、英國(guó)、丹麥）趨勢(shì)（研究重點(diǎn)）：催化劑壽命提高和降低貴金屬用量三效催化劑

一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化合物（NOX）是造成環(huán)境污染的三種主要?dú)鈶B(tài)污染物。其基本原理是通過催化劑的作用，把CO、HC、NOX分別氧化、還原為對(duì)人體健康無害的二氧化碳（CO2）、氮?dú)猓∟2）和水蒸氣（H2O）在轉(zhuǎn)化過程中，如果催化劑能同時(shí)對(duì)CO、HC、NOx三種有害物起催化凈化作用，這種催化劑就稱為三效催化劑（TWC），而把只能轉(zhuǎn)化CO、HC的催化劑稱為二效催化劑（或稱氧化型催化劑）。工作原理：氧化還原反應(yīng)1.4.3室內(nèi)空氣凈化催化材料室內(nèi)污染分類揮發(fā)性有機(jī)化合物：VOCs,350種以上甲醛CO及CO2，NOx、SOx、O3顆粒物氮及其衰變子體。來源室內(nèi)空氣凈化技術(shù)傳統(tǒng)吸附過濾物理吸附：活性炭、沸石、陶瓷化學(xué)吸附：化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)負(fù)載于活性炭、沸石等光催化氧化技術(shù)以TiO2為催化劑，利用光催化方法氧化降解空氣中的VOCs不需要其他反應(yīng)助劑，反應(yīng)條件溫和，無二次污染產(chǎn)物負(fù)離子凈化負(fù)離子極易與空氣中微小污染顆粒相吸附,成為帶電的大離子,沉落在地面等的表面,從而使空氣得到凈化。負(fù)離子能使細(xì)菌蛋白質(zhì)表層的電性兩級(jí)顛倒,促使細(xì)菌死亡,達(dá)到消毒與滅菌的目的。負(fù)離子的除菌效果超過濃度為3%過氧乙酸發(fā)生技術(shù)：電暈放電、水發(fā)生、放射發(fā)生2.水污染治理材料水污染及其處理技術(shù)氧化還原性水污染治理材料沉淀分離型水污染治理處理材料稀釋中和型水污染治理材料膜材料2.1水污染及其處理技術(shù)廢水排放引起的水體污染分類需氧型污染：廢水中的有機(jī)物被微生物吸收利用時(shí)，消耗水中的溶解氧，影響水生生物正常循環(huán)，降低水的質(zhì)量。毒物型污染：有毒物質(zhì)排入導(dǎo)致水生生物中毒，并通過食物鏈危害人體健康。富營(yíng)養(yǎng)型污染：N、P排入水體，促使藻類及其它水生生物過渡生長(zhǎng)，使水中需氧量增加，惡化水質(zhì)。常用的廢水處理技術(shù)分離處理：通過物理方法分離污染物，不改變其化學(xué)性質(zhì)轉(zhuǎn)化處理：通過化學(xué)或生化反應(yīng)，改變污染物化學(xué)性質(zhì)，轉(zhuǎn)化為無害無毒稀釋處理：降低濃度現(xiàn)代廢水處理工藝過程（三級(jí)處理）一級(jí)處理（篩濾、沉淀）：去除水中的懸浮固體和漂浮物質(zhì)二級(jí)處理（微生物降解）：微生物新陳代謝，去除水中膠體和溶解態(tài)的有機(jī)污染物三級(jí)處理（混凝、過濾、離子交換、反滲透、超濾、消毒）：處理難以降解的有機(jī)物，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。2.2氧化還原型水污染治理材料氧化劑：活潑非金屬材料：如臭氧、氯氣等含氧酸鹽：高氯酸鹽、高錳酸鹽等還原劑：活潑金屬原子或離子催化劑：活性炭、粘土、金屬氧化物及高能射線過氧化氫與紫外光合并使用，分解氧化鹵代脂肪烴、有機(jī)酸等氧化、偶合、聚合，形成分子量適中的中間產(chǎn)物，改善其生物可降解性、溶解性及混凝沉淀性節(jié)約氧化劑用量，降低成本氯系氧化劑氯氣、二氧化氯、次氯酸鈉、漂白粉、漂白精等在溶解中電離，生成次氯酸根離子，然后水解、歧化，產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的活性基團(tuán)，從而殺菌、分解有機(jī)物氧化性與pH關(guān)系密切，酸性條件氧化性增強(qiáng)可通過光輻射或其它輻射增強(qiáng)其氧化性用于氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油類等有機(jī)污染物去除，也用于給水或廢水消毒、脫色、除臭等。高錳酸鹽氧化劑高錳酸鉀，強(qiáng)氧化劑，酸性條件下氧化性最強(qiáng)主要用于去除酚、氰及硫化物等給水中，用于去除菌類、除臭、除味、除二價(jià)鐵、二價(jià)錳等2.3沉淀分離型治理處理材料去除物質(zhì)：砂粒、化學(xué)沉淀物，混凝處理形成的絮凝體，生物處理的污泥混凝劑混凝機(jī)理：通過形成壓縮雙電層、電性中和、卷帶網(wǎng)捕以及吸附橋連等四方面作用完成分為兩類無機(jī)多價(jià)金屬鹽類：鋁鹽和鐵鹽有機(jī)高分子聚合物：聚丙烯酰胺及其變性物無機(jī)多價(jià)金屬鹽類鋁鹽：硫酸鋁、明礬、聚合氯化鋁鐵鹽：硫酸亞鐵、三氯化鐵、聚合硫酸鐵等有機(jī)高分子聚合物類相對(duì)分子質(zhì)量數(shù)萬至數(shù)百萬，分子中含有許多能與膠體和細(xì)微懸浮物表面上某些點(diǎn)位起凝聚作用的活性基團(tuán)代表性材料非離子型：聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯等陰離子型：聚丙烯酸（PPA），水解聚丙烯酰胺（HPAM），聚磺基苯乙烯、聚甲基丙烯酸鈉等；陽離子型：丁基溴聚乙烯吡啶、聚二丙烯二甲基胺（PDADMA）等2.4膜材料膜分離法：用天然或人工合成的膜材料，以外界能量或化學(xué)位差作動(dòng)力，對(duì)雙組份或多組分溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集的方法。三、其它污染控制材料噪聲控制材料電磁波防護(hù)材料3.1噪聲控制材料控制方法：降低噪聲源強(qiáng)度；阻礙噪聲傳遞途徑消聲、吸聲、隔聲材料吸聲材料分為多孔吸聲材料和共振吸聲材料玻璃棉、礦渣棉、泡沫塑料、毛氈、棉絮等多孔吸聲材料吸聲機(jī)理當(dāng)聲波入射到材料表面時(shí)，一部分在材料表面反射掉，另一部分則透入到材料內(nèi)部向前傳播。在傳播過程中，引起孔隙的空氣運(yùn)動(dòng)，與形成孔壁的固體筋絡(luò)發(fā)生摩擦，由于粘滯性和熱傳導(dǎo)效應(yīng)，將聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳⒌簟Ｂ暡ㄔ趧傂员诿娣瓷浜?，?jīng)過材料回到其表面時(shí)，一部分聲波透射到空氣中，一部分又反射回材料內(nèi)部，聲波通過這種反復(fù)傳播，使能量不斷轉(zhuǎn)換耗散，如此反復(fù)，直到平衡，由此使材料“吸收”了部分聲能。吸聲材料的種類及特點(diǎn)無機(jī)纖維材料主要有玻璃絲、玻璃棉、巖棉和礦渣棉及制品玻璃棉分為短棉，超細(xì)棉以及中級(jí)纖維棉三種。其中超細(xì)玻璃棉是最常用的吸聲材料，它具有不燃、密度小、防蛀、耐蝕、耐熱、抗凍、隔熱等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過硅油處理的超細(xì)玻璃棉，還具有防火、防水和防潮的特點(diǎn)。礦渣棉具有導(dǎo)熱系數(shù)小、防火、耐蝕、價(jià)廉等特點(diǎn)，巖棉能隔熱，耐高溫(700℃)且易于成型。缺點(diǎn)是在施工安裝的過程中因纖維性脆，容易折斷形成粉塵散逸而污染環(huán)境、影響呼