化学在空气污染治理中的应用

化学与环境的关系

化学作为一门自然科学，研究物质的组成、性质、变化以及其与能量之间的关系。同时，我们也知道，环境是人类生存与发展的基础，因此化学与环境之间存在着紧密的联系。本文将探讨化学与环境之间的关系，并介绍一些化学在环境保护中的应用。

1. 化学对环境的影响

化学活动对环境产生了积极的和消极的影响。首先，许多生活中常见的化学反应，如燃烧、腐蚀、溶解等，会释放出有害物质，如二氧化碳、硫化物、酸性物质等，对大气、土壤和水质造成污染。这种化学污染会导致空气质量下降、土地退化和水资源污染，对生物多样性和人类健康造成威胁。

另一方面，化学也在环境保护中起到了重要的作用。例如，化学反应可以用于处理废水和废气，将有害物质转化为无害物质，以减少对环境的污染。化学还可以研发环保技术和产品，如环保材料、环保能源等，促进可持续发展。

2. 化学在环境保护中的应用

2.1 大气污染治理

大气污染是当前环境面临的严重问题之一。化学在大气污染治理中起到了至关重要的作用。例如，化学反应可以将尾气中的有害气体（如二氧化硫、氮氧化物）转化为无害物质，以减少大气污染源。此外，化学还可以研发和应用新型的净化材料和技术，如活性炭、催化剂等，从根本上减少大气污染物的排放。

2.2 水环境治理

水是人类赖以生存的重要资源，然而，如今水环境面临严重的污染和短缺问题。化学在水环境治理中发挥着关键作用。例如，化学反应可以将废水中的有害物质转化为无害物质，并通过各种净化技术去除水中的悬浮物、重金属离子等污染物。此外，化学还可以研发和应用新型的水处理剂，如高效絮凝剂、除氨剂等，提高水处理过程的效率和效果。

2.3 土壤修复

随着人类活动的不断扩大，土壤污染问题日益突出。化学在土壤修复中扮演着重要角色。化学的吸附、解吸、螯合等过程可以帮助去除土壤中的有害物质，还可以通过改良土壤性质、调整土壤pH等方法来提高土壤的肥力和生态功能。

3. 未来发展方向

张彭义

用化学与材料学解决室内空气污染

张彭义教授，华大学环境科学I程东环境化学究所所长，清华学环境质量检测m常务副主任。要从事环境化学环境功能材特学研究，具体包括污染控制化学与料、室内空气污化学及净化技、新兴污染物的化与降秤技术。后承担7包括国自然科学基金．家865课题、国謇5课题，以厦和日三洋电机合作等个项目。2004年选北京市科技新计划。随着人们生活水平的不断提高．对于居住环境的要求也越来越高．尤其是对室内环境污染日益重视。防治室内空气污染．改善室内空气质量．已逐渐成为我国环保科技研发的热门领域。张彭义教授带领他的团队在室内空气污染净化的研究上一干就是10年．在10年的摸索创新中．他们的研究思路日渐清晰．实现了将化学和材料学应用于环境保护的梦想。记者：最初您为什幺会选择这样的研究方向?张彭义：最初我所研究的是光催化．光催化具有两个功能一是环境净化．即利用光生电子或空穴分解污染物．净化环境．二是应用在能源领域即利用光生电子分解水产生氢．这在太阳能转化为氢能和电能上具有广阔应用前景．光催化研究发展了近40年在技术应用上还存在很多瓶颈问题．学者们所从事的也都是些基础性研究。基于这样一个研究基础10年前我开始思考将光催化这种方式应用于净化室内空气上。记者：在光催化应用于净化室内空气上，您和您的团队都开展了哪些研究?张彭义：最初，我们通过实验室小试利用光催化去除甲醛甲苯效果十分好．去除率可达到95％或更高。但是实验室小试与实际室内环境空气净化条件差别很大．小试中空气处理的时间长达几分钟．而在实际的空气处理中．空气在反应器的停留时间不到1秒或更低．为此．我们提出了真空紫外光催化方法．研究表明．真空紫外光与二氧化钛光催化剂结台可以将空气中污染物的分解效率大大提高．其实际可行性较强．记者：这种技术会不会产生什幺副作用呢?张彭义：我们发现在有机物降解的同

42时还会产生一种副产物——臭氧．而且其他类似的空气净化技术也存在这样的问题。针对这一瓶颈．我们设计了两套解决思路。一是希望能在常温常压下零点几秒的时间内分解副产物臭氧．将贵金属如金．铂．钯等以纳米的形式负载在活性碳上来分解臭氧．我们需要解决的棘手问题是负载在活性碳上贵金属的粒子要求控制在5m1以下．才能起到良好效果．二是希望能在臭氧产生的源头将其抑制．我们采取在真空紫外光催化的过程中对二氧化钛做表面修饰．最近我{c1已尝试在氧化钛表面负载金钯铂及二氧化锰．通过多次实验得到的稳定数据表明，采用经修饰的催化剂所产生的臭氧比原来降低了50％．今后我们将对如何增加催化剂寿命．提高效率进行深入研究。可以讲．将真空紫外光催化和催化臭氧分解组合在一起+对于去除室内空气污染是一种非常有前景韵技术。记者：能不能简单介绍一下您与日本三洋开展合作的内容，井取得7哪些成果?张彭义：刚开始．我们对三详电机生产的室内空气净化器做净化性能测试工作。我们提出了。动态测试法“，与以往的测试方法不同，即在测试舱内连续不断地输入污染物．在净化器的作用下使污染物浓度稳定降低．这样有效地避免了以往检测中只要应用吸附剂就能通过测试豹问题．我们也一直在呼吁这一测试方法能够得到推广．同时．我们在三洋空气净化器采用的水洗技术的基础上．利用光催化手段在水中加人氧化剂．使得溶于水中的甲醛得以分解提高了污染物的去除效果．今年．我们继续与三洋电机合作．以解决非溶水性有机物的去除问题．为此．我们提出将真空紫外光催化催化臭氧分解与水洗技术结合．几种技术互补将大大提高室内空气净化器的降解效果以及安全性。■

化学对环境的污染与治理

21世纪以来，科学技术的进步促进了生产的高速发展，使人们的生活更加丰富多彩，但同时也带来了某些负面效应，环境污染是个突出的问题，尤其是化学品污染更为严重，有害化学品的安全与控制已成为当前世界各国普遍关注的国际性环境问题之一。

现在全球已合成各种化学物质1000万种，每年新登记注册投放市场的约1000种。我国能合成的化学品3.7万种。这些化学品在推动社会进步、提高生产力、消灭虫害、减少疾病、方便人民生活方面发挥了巨大作用，但在生产、运输、使用、废弃过程中不免进入环境而引起污染。

我国是化工生产量较大的国家，化工产业已形成一个比较完善的体系。目前化学工业的特点是，产品品种繁多，工艺复杂，技术落后，操作水平低，加上生产管理不完善，致使产品产量低，副产物多，"三废"排放量大。工业化的发展为人类提供了许多新物料，它们在不断改善人类物质生活的同时，也带来大量生活废物，使人类的生活环境迅速恶化。其中大气的化学性污染对环境污染最为严重，对人体健康的危害也相对较大，这种危害可以分为慢性中毒、急性中毒和致癌作用三种。 河流、湖泊等水体被污染后，对人体健康也会造成严重的危害，主要表现在以下三个方面。第一，饮用污染的水和食用污水中的生物，能使人中毒，甚至死亡。第二，被人畜粪便和生活垃圾污染了的水体，能够引起病毒性肝炎、细菌性痢疾等传染病，以及血吸虫病等寄生虫疾病。第三，一些具有致癌作用的化学物质。

面对如此严重的问题，我们不能坐以待毙，必须采取一定的措施，将化学对环境的危害降低到最小程度，为此，我们在工业、农业、日常生活等方面应该采用无毒、无害并可循环使用的物料，化学反应的绿色化，是从“本”治理环境污染的重要途径。用化学及其它技术和方法去减少或消除那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂、产物、副产物等的使用和产生，让化学更好的发挥它有力的作用。我们还应通过宣传教育提高从事化学危险品生产、贮存、经营、运输和使用的单位和个人的遵法守法意识，加强对有害化学品的安全和环境管理。

大气工程中电化学催化技术在废气治理中的应用

近年来，随着工业化进程的加快和环保意识的增强，大气污染问题已经成为全球范围内亟待解决的严重环境问题之一。在大气污染治理领域，电化学催化技术作为一种新兴的废气治理技术，正逐渐受到关注和应用。

废气中的有害物质包括硫化物、氮氧化物和有机物等。传统的废气处理方法包括物理吸附、化学吸收、燃烧等，但这些方法存在着能耗高、废气处理效果差等问题。而电化学催化技术具有高效、低能耗、无二次污染等优点，因此成为了一种理想的废气治理技术。

电化学催化技术主要通过电化学反应，利用电极表面产生的电电荷与废气中的污染物质发生氧化还原反应，将废气中的有害物质转化为无害物质。举个例子，催化电极上的阳极表面常用的金属氧化物，如TiO2、SnO2等，通过向催化电极施加特定的电位，使催化电极上产生的电电荷与废气中的硫化物、氮氧化物等发生氧化反应，最终将有害物质转化为无害物质。

在电化学催化技术中，催化剂起着至关重要的作用。催化剂的选择和制备直接关系到电化学催化技术的废气处理效果。一种常用的制备催化剂的方法是溶胶-凝胶法。通过该方法，可以通过溶胶与凝胶的相互作用，控制催化剂的粒径和形貌，提高催化剂的活性和稳定性。

除了催化剂的选择和制备，电极的设计也是电化学催化技术中的一项关键技术。电极材料的选择和电极结构的设计，直接影响到电极表面的活性和稳定性。通常，电化学催化技术中常用的电极材料包括碳材料、金属材料和氧化物材料等。电极的结构也值得关注，如纳米结构的电极能够增加活性位点的暴露，提高电化学催化反应的效率。 除了对单一污染物的处理，电化学催化技术还可以同时处理多种污染物。例如，一种常用的方法是通过将多个催化电极连接在一起，构建多级废气处理系统。每个催化电极具有不同的催化功能，能够同时处理多种污染物。这种多级废气处理系统不仅能够高效处理废气，还有利于废气中有害物质的彻底转化，以达到更严格的环境排放标准。