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催化反應的基本原理范文1
論文關鍵詞：UV-TiO2,印染廢水,光催化氧化,影響因素
印染廢水的成分與加工不同纖維所用染料助劑、機器設備及操作方法的不同，而有所差異。各類不同纖維(纖維素纖維、蛋白質纖維、合成纖維 )所用染料及助劑造成污染的成分如下：直接染料所用助劑為：Na2CO3、 NaCl、 Na2SO4、表面活性劑；活性染料所用助劑為NaOH、Na2CO3、Na2SO4、NaCl、表面活性劑；還原染料所用助劑為：NaOH、 Na2SO4、 Na2Cr2O2、H2O2、NaBO3、CH3COOH、表面活性劑；硫化染料所用助劑為：Na2S、 Na2CO3、NaCl、H2O2，冰染料所用助劑為：NaOH、NaNO2、HC1、皂洗劑等表面活性劑；顏料所用助劑為：漿料、粘合劑、樹脂等。酸性染料所用助劑為：CH3COOH、CH3COONa、Na2SO4、CH3COONH4、(NH4)3PO4、(NH4 )2SO4、表面活性劑；陽離子染料染腈綸所用助劑為：有機酸、表面活性劑。分散染料所用助劑為導染劑、CH3CH2OH、 CH3COONa、表面活性劑；酸性染料染尼龍所用助劑為：Na2SO4、有機酸、單寧酸、酒石酸、表面活性劑；陽離子染料染腈綸所用助劑為：有機酸、表面活性劑。除此以外還包括印花上的大量廢棄物。由此可見印染廢水的成分的確是非常復雜且難以處理的[1]。
2、光催化氧化原理[2-4]
光化學氧化法是近多年來發展迅速的一種高級氧化技術，它的反應條件溫和“氧化能力強”適用范圍廣，利用該法處理難降解毒性有機污染已成為國內外研究的熱點。目前，人們已對半導體多相光催化進行了廣泛的應用研究，包括高效催化劑的制備和新型反應裝置的設計、光催化在環境保護、衛生保健、金屬催化劑制備和貴金屬回收、物質合成制備等幾個主要方面的應用情況，并取得了豐碩成果。半導體多相光催化反應的基本原理是半導體粒子具有能帶結構，一般由填滿電子的低能價帶(valence band,VB)和空的高能導帶(conduction band,CB)構成，價帶與導帶之間稱為禁帶。當用能量等于或大于禁帶寬度(也稱為帶隙，Eg)的光照射半導體時，低能價帶上的電子被激發躍遷至導帶，在價帶上產生相應的空穴(h+)，它們在電場作用下分離。光生電子(e-)被遷移到粒子的表面，能還原半導體顆粒表面吸附的具有氧化性的金屬離子，形成金屬單質。光生空穴(h+)有很強的得電子能力，具有強氧化性，可以奪取半導體顆粒表面吸附的具有還原性的物質中的電子，使這些物質被氧化。通過這種作用，半導體本身因為得到電子而被還原，可以繼續被光激發。從理論上講，只要半導體吸收的光能不小于半導體的帶隙能Eg，就足以被激發產生電子和空穴，該半導體就有可能用作光催化劑。反應如下：
TiO2+hv→hvb++evb-
O2+TiO2(e-)→TiO2+·O2-
·O2+2H2O+TiO2(e-)→TiO2+H2O2+2OH-
H2O2+TiO2(e-)→TiO2+·OH+OH-
今后的工作中，還要努力尋求高活性和高選擇性的催化劑，加強采用自然光源和連續處理的研究，摸索最佳操作條件(包括體系溫度、酸堿度、添加劑用量與配比、光照強度等)，逐步向生產和生活實際靠攏，為半導體多相光催化在生產和生活中的實際應用奠定可靠基礎。
3、UV-TiO2降解難降解有機物的影響因素
3.1光強
光催化氧化于光照下n型半導體中電子的激發躍遷，就像光電效應一樣，只有當入射光子的能量大于或等于所用光催化劑的禁帶寬度才能激發光催化反應。TiO2的禁帶寬度約為3.2 eV，要激發TiO2價帶電子躍遷所需入射光的最大波長為387 nm，研究中所用波長一般為紫外光波段300～400 nm，所用光源包括高壓汞燈、中壓汞燈、低壓汞燈、黑光燈、紫外線殺菌燈等。應用太陽光作為光源的研究也取得了一定的進展，試驗發現有相當多的有機物可以通過太陽光實現降解。
3.2 溫度的影響
一般來說，液相中光催化反應對溫度的微小變化不十分敏感。當反應溫度增幅為20～60℃時，而反應速率一般只稍微增加。光催化反應是自由基反應，自由基的活化能很小，受溫度影響的其他步驟如吸附、解吸、表面遷移和重排都不是決定光反應速率的關鍵步驟。因此，溫度對光反應速率影響很小。
3.3pH的影響
溶液pH值的變化不僅可以影響到半導體光催化劑的光催化活性，而且還能影響半導體表面電荷的屬性。光催化氧化反應的較高速率，在低pH和高pH值時都可能出現，pH值的變化對不同反應物降解的影響不同。pH值可影響半導體的能帶位置，表面性質。當pH值較低時，半導體表面為正電荷，反之則為負電荷。表面電荷影響吸附性能，從而影響光催化反應的速率。但pH值變化很大時，光催化降解速率變化不大，光催化反應普遍特征是反應速率受pH值影響很小。
3.4·OH自由基清除劑的影響
·OH自由基清除劑如CO32-、HCO3-等的存在必然會消弱被降解物的去除效果。
參考文獻
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催化反應的基本原理范文2
關鍵詞：煤化工；硫回收；堵塞
Abstract： This paper describes the technological conditions for recovery of sulfur from acid gas.Introduces the clogging problems of methanol plant sulfur recovery system during operation.
Keywords： Coal chemical industry ，sulfur recovery ，blocking
一、前言
河南能化集團中原大化公司年產50萬噸甲醇裝置，硫回收系統采用燃燒法回收低溫甲醇洗酸性氣體中的硫化氫。在硫回收系統運行過程中，裝置堵塞問題一直成為影響硫回收正常運行的主要因素，針對硫回收系統出現的堵塞問題進行了技術改造，運行效果良好。
二、工藝原理
克勞斯硫磺回收基本原理方程式如式1、2、3：
熱反應 H2S +3/2 O2 SO2+H2O （1）
催化反應 2H2S +SO23/2S2+2H2O （2）
2H2S +SO23/XSx+2H2O （3）
其中反應（1）和少量的反應（2）是在高溫燃燒爐中進行的，進入裝置的總硫60%～75%在高溫燃燒爐內轉化。另一部分未發生燃燒反應的 H2S和燃燒生成的SO2在催化劑的作用下低溫反應生成單質硫，其反應式為（2）和（3）。
克勞斯工藝除了燃燒爐和催化反應爐外，其他設備主要是冷換設備。因此具 有規模較小、投資省和控制系統簡單的優點。
三、堵塞問題
（一）腐蝕物堵塞，由于硫回收裝置生產過程中酸性介質貫穿整個管道系統，造成管壁腐蝕形成FeS、FeS03、FeS04 等腐蝕物。腐蝕物混入液硫中形成灰黃色的凝結物，凝結物質地堅硬在管道中聚集造成管道堵塞，管道堵塞后很難疏通。
（二）液態硫固化堵塞，來自于各級硫冷凝器的液態硫磺在流向液硫池的途中，由于管道伴熱溫度不足引起液硫固化，從而導致管線堵塞。
（三）伴熱蒸汽、冷凝水溫度不夠造成堵塞，如果裝置管線中的冷凝液沒有及時排凈或蒸汽伴熱不足，溫度不夠，造成管線堵塞。
四、堵塞部位及處理
（一）工藝氣管線上的各個排氣口和排液口，用于裝置的開停車、檢修或間歇式排放的常閉管口，由于不經常使用，容易發生凝液冷凍、腐蝕物聚集、硫蒸氣凝結等引起堵塞現象。
處理：采取有效的伴熱保溫措施，定期進行排放疏通。
（二）各換熱器管程，在開車過程中，因管道內固態硫未完全融化，或腐蝕物脫落結塊，被帶入換熱器的管程中，導致管程堵塞。
處理：準備開車前要充分升溫，同時密切關注系統壓力，保證壓力在可控范圍內。也可突然加大風量吹掃，用高壓將堵塞物疏通，然后恢復正常值。
（三）液硫管線，從各個液硫儲槽出來的液體硫磺通過液硫管線流向液硫池，液體硫磺的粘度在溫度過高或過低時都會影響其流動性。發生堵塞現象，不能正常排硫。
處理：為保證液硫具有較好的流動性，防止管線中發生硫磺積聚堵塞。所有液硫管線采用蒸汽夾套管，用150℃左右的飽和低壓蒸汽伴熱，從液硫儲槽到液硫池的液硫管線要有10度左右的斜度，確保液體硫磺能夠自流到液硫池，夾套管線不宜太長，每6m 左右需用分段法蘭連接，管線分段法蘭之間的夾套蒸汽跨接要遵循高進低出的原則，也就是蒸汽從高點進入，從低點排出，以防凝液積存，影響管線溫度。
（四）尾氣管線，硫回收單元產生的尾氣送至鍋爐燃燒處理，整個管線長600米，尾氣中含有水蒸氣、硫化氫和二氧化硫。在輸送過程中水蒸氣冷凝，與硫化氫和二氧化硫形成酸液，使碳鋼管道和閥門腐蝕，產生碎屑。尾氣中攜帶的少量單質硫液滴，輸送過程中若尾氣溫度低于120℃，液硫混合碎屑結晶，造成尾氣管線堵塞，尾氣管線壓降增加，影響硫回收裝置正常運行。
處理：在硫回收裝置后增加一套氨法脫硫裝置，將尾氣中的硫化氫和二氧化硫進行吸收，防止腐蝕。同時整個尾氣管線采用伴熱夾套，開車前提前將尾氣管線伴熱投用，保證足夠的溫度，停車時，尾氣管線伴熱不能立刻停掉，要繼續投用48h以上，同時尾氣管線要及時吹掃，防止冷凝堵塞。
五、總結
堵塞是硫回收裝置中普遍存在的問題，發生頻率較高，成為了影響硫回收裝置正常運行的一個突出問題。為使硫回收裝置長期穩定運行，預防堵塞至關重要。了解堵塞問題的根源，做好設備管線的伴熱保溫 ，對容易發生堵塞的部位采取有效的預防措施，進而避免堵塞現象的發生，大大減少了開停車次數，保證了裝置的長期穩定運行。
參考文獻：
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催化反應的基本原理范文3
關鍵詞：應用化學 化學工藝學 理論教學
應用科學是研究和說明特定的設備運用于特定的生產和生活領域的具體方法和具體程序的科學。應用科學是理論科學和技術科學在生產和生活中的具體化和實際應用[1]。
化學工藝學是一門綜合性、實踐性很強的課程，是應用化學專業在學習了化學基礎理論后所開設的一門應用性課程。該專業培養具備化學基本理論、基本知識和較強實驗技能，能在科研機構、高等學校及企事業單位從事科學研究、教學工作及管理工作的專門人才。根據本專業的特點，在開設化學工藝學課程時應能充分將化學基礎理論、基本技能與實踐有機的結合起來，實現理論科學、技術科學對應用科學的指導。通過對本課程的學習使學生對化學工藝學所研究的內容有較為系統的認識。能將基礎化學所學的知識與化學工藝學較好的銜接和運用起來，實現理論與實踐的結合。對化工生產的基本原料、工藝過程、設備、環保要求有全面的了解。
一、根據專業特點安排教學內容
1.教學內容與基礎化學密切相聯系
應用化學專業與化學專業相比，增強了應用背景，是化學與化工的銜接，是化學學科在應用方面的拓展，培養的是理工結合的應用型人才[2]。本專業學生受到基礎研究和應用基礎研究方面的科學思維和科學實驗訓練，具有較好的科學素養，具備運用所學知識和實驗技能進行應用研究、技術開發的基本技能。因此，化學工藝學課程教學內容的選擇應滿足專業的特點。在教學內容安排時，選擇典型工藝進行較詳細的介紹。無機化工工藝部分以合成氨為教學重點。合成氨在化學工業發展中具有里程碑式的意義，它在幾大化學領域都有突出的發展。是化學理論與實踐結合的成功典范。“正是由于對氮、氫、氨體系化學平衡的研究，把熱力學理論推進到了真實氣體高壓化學平衡的研究領域，在研究氨合成催化反應速率方面，推動了反應動力學的發展。這些理論的形成直接指導了氨的合成。”[3]同時，合成氨在催化技術的應用方面也為現代催化理論奠定了基礎，許多重要的催化理論概念如催化劑的活性中心、催化劑表面的非均一性、毒物作用及催化機理等都是在研究合成氨的反應過程中確立下來的。有機化工工藝部分以烴類裂解為重點。以“三烯”（乙烯、丙烯、丁二烯）和“三苯”（苯、甲苯、二甲苯）總量計，約65%來自乙烯裝置，因此，常常將乙烯生產作為衡量一個國家石油化工生產水平的標志。[4]烴類裂解工藝在反應設備、分離系統、能量利用等方面都代表著最先進的世界化工發展水平，這對于培養學生工程理念，了解世界化學工業發展方向是非常重要的。
2.注重基礎理論與應用相結合
將基礎理論與實踐應用相結合不僅僅是基礎理論知識的簡單應用，對學生來講首先帶來的是思維模式的改變。基礎理論是由概念、定律等建立起來的具有嚴密邏輯結構的知識體系。學生更擅長從概念到概念，從公式到公式的思考模式。但實踐中有更為復雜的因素對工藝過程的選擇、工藝條件的確立、產品的分離等產生影響。在化工生產中對反應的化學熱力學和化學動力學的研究是決定工藝條件的最重要的化學基礎理論。反應的溫度、壓力、濃度、催化劑或其他物料的性質以及反應設備的技術水平等各種因素對產品的數量和質量有重要影響[5]。在課堂教學中應充分把化學熱力學、化學動力學知識與實踐中的應用結合起來。例如在合成氨的生產中平衡氨含量是一個非常重要的參數，從平衡常數KP=PNH3/P0.5N2P1.5H2開始分析，到最終確立平衡氨含量XNH3/（1-XNH3-Xi）2=KPpr1.5/（1+r）2，分析此式不難看出總壓強P，平衡常數KP氫氮比r以及惰氣的含量都對平衡氨X的含量有影響。如不考慮組成對平衡常數的影響，當氫氮比r=3時平衡氨含量具有最大值。考慮到組分對平衡常數KP的影響，具有最大XNH3的氫氮比略小于3，隨壓力而異，約在2.68～2.90之間[6]。因此惰性氣體對平衡氨含量的影響必須考慮進去。這是實施合成氨工業生產的一個重要理論依據，理論上的定性討論與實驗上取得的定量數據完全吻合，滿足了定性與定量的統一，理論與實踐的統一[7]。在對化學反應的速率分析中，基礎化學理論中對動力學方程式的描述學生很熟悉，但在實踐的工業生產中，反應動力學方程式與反應控制步驟的研究、反應溫度、催化劑等因素有密切的聯系，反應所用的催化劑不同，反應條件不同，則動力學方程式也不相同，這使實際的動力學方程式與基礎化學中所學習到的相差甚遠。因此，通過課堂教學讓學生了解化工過程的復雜性。在實踐中，實現一個化工過程對基礎化學理論不是一個簡單的應用。這也是工藝課程本身所具有的特點。
二、以化工生產過程及工藝流程為教學重點
應用化學專業的學生已學習了化工原理，對主要化工單元操作的基本原理、過程、計算方法等有了系統的掌握。但對實際生產過程相對比較陌生，通過對具體工藝單元的介紹結合所學的化工原理知識，學生能歸納出工藝單元的共性，對工藝過程的結構有一個概括的了解，并能對工藝流程有一定深度的認識。
1.掌握通用反應單元工藝的特點
化學反應單元是根據化學反應類型來分類的。反應單元僅是生產中的一個環節。在教學中根據學科需要有選擇的介紹一些典型反應單元。由于同一反應單元有不少共性，通過對具體反應單元工藝的學習使學生自覺的找出規律性的東西，這樣便于學生掌握所學的知識，也能很好的指導今后的科研、生產，做到觸類旁通。例如在學習了二氧化硫催化氧化制硫酸、乙烯環氧化制環氧乙烷等后學生很快發現氧化反應是強放熱反應，生成的副產物較多，對于烴類氧化還要防止造成深度氧化等特性。在找出反應的共同點后，針對反應單元的特點，對實際生產中設備的要求、流程的選擇就有清晰的認識。如氧化反應器的設計必須從安全的角度出發，對易深度氧化的反應應選擇有良好性能的催化劑以防止深度氧化的發生，等等。通過對反應單元的學習比較使學生能更加靈活的運用反應單元工藝。
2.以化學反應為核心，探索工藝流程的內在聯系
工藝流程指工業品生產中，從原料到制成成品各項工序安排的程序。對于不同的化工產品其生產工藝流程也各不相同。但各流程都是圍繞著化學反應這一核心問題展開的。如烴類裂解流程。根據裂解反應吸熱、體積增大、裂解產物組成復雜、二次反應的影響等特點，裂解反應在高溫、短停留時間條件下有較高的產品收率。這一反應特點，也決定了在對核心設備管式裂解爐設計時應滿足傳熱面積大、裂解管變徑，裂解管程數減少等的要求。從流程上來看，由于裂解產物組成復雜因此后續分離系統非常的龐大。從能量的利益來看，乙烯裝置的節能技術關鍵是使用最少的裂解原料和燃料得到最大收率的目標產品，最大限度地回收裂解余熱，并將回收熱量合理分配到壓縮、深冷、精制各工段。優化裝置蒸汽系統，合理利用蒸汽等級，節約能量，并可向界區外輸送能量[8]。因此，從化學反應性質入手充分發現流程中各單元的內在聯系，把握好問題的主線，這樣才能真正的對工藝過程有一個清晰的認識。在實際生產中還要充分考慮如何以最少的消耗、最低的成本得到最高的生產效率制。在教學中要讓學生明確一個具體工藝流程安排不僅僅是生產實際對理論的檢驗，更多的還要從社會的、經濟的角度去作全面的考慮。雖然一般工藝過程的組成大致相同，但每種產品的生產還有特殊性。在講課時，抓住主要矛盾以展開，并著重于基本原理、基本知識和基本規律的講解，力求達到清晰、嚴格和準確。
三、結束語
應用化學專業是介于化學與化學工程之間的一個應用理科專業，其任務是培養理工結合型的“用”化學的人才[9]。理論課的教學僅僅是學好這門功課的一個環節。要真正的掌握好這門課程還需要加強實踐環節的學習。通過采用將多媒體、化工仿真實驗、生產實踐教學與化學工藝學課程教學相結合的教學方式，強化學生的化學工程意識，提高分析和解決化工生產實際問題的能力。同時，結合本地區化學工業發展的特點，對應用化學人才的需要不斷調整教學內容。在科技發展迅猛的今天，應讓學生了解更多化學的理論前沿、應用前景、最新發展動態，以及化學相關產業發展狀。
參考文獻
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催化反應的基本原理范文4
【關鍵詞】酶催化技術；廢水處理；高濃度有機廢水
中圖分類號：C35 文獻標識碼： A
一、前言
生物酶技術在廢水處理中起到重要的作用，能高效迅速降解污染物濃度，提高廢水可生化性和改善環境污染的狀況，所以面對日益嚴峻的全球化環境污染問題，探求高效、低耗的酶催化技術在印染廢水處理新技術已日顯重要。
二、印染廢水的污染特性
1、印染廢水的污染特性
紡織印染工業作為中國具有優勢的傳統支柱行業之一，自20世紀90年代以來獲得迅猛發展，其用水量和排水量也大幅度增長。印染廢水是加工棉、麻、化學纖維及其混紡產品為主的印染廠排出的廢水。印染廢水水量較大，每印染加工1噸紡織品耗水100～200噸，其中80～90%成為廢水[1]。印染廢水來自生產加工的各個工序， 污染物的成分也不盡相同。纖維材料上的雜質除化學纖維含雜質較少外， 其他纖維都含有大量雜質。這些雜質是通過退漿、煮練、洗劑等工序進入廢水的。對于不同用途的纖維織物所使用的漿料和化學藥劑不同，所造成的污染物也就不同；并且隨著科技迅速地發展，印染行業使用的材料品種日益增多，化學原料逐漸代替了原有的天然原料，使處理印染廢水的難度大幅度增加。印染廢水的水質變化復雜而劇烈，含有大量的有機污染物，并且其色度深、pH值變化大、可生化性能差。目前印染行業一般染料的上染率超過70%，所以印染廢水主要污染源不是染料，而是助劑和整理工藝；廢水中除含有大量的漿料和助劑外，還含有各種有毒污染物，如苯環、胺基、偶氮等基團的苯胺、硝基苯、鄰苯二甲酸類等。這些物質難以生物降解，而且多為致癌物質，造成嚴重的環境危害，危及人的身體健康。
2、印染廢水處理的主要工藝方法和原理
印染廢水處理技術主要有物理化學法和生物法。
物理化學方法中，常用的有吸附法，這種方法是將活性碳、粘土、高嶺土等多孔物質的粉未或顆粒與廢水混合，或讓廢水通過由其顆粒狀物組成的濾床，使廢水中的污染物質被吸附在多孔物質表面上或被過濾除去。目前，國外主要采用活性碳吸附法（多半用于三級處理），該法對去除水中溶解性有機物非常有效，但它不能去除水中的膠體和疏水性染料，并且它只對陽離子染料、直接染料、酸性染料、活性染料等水溶性染料具有較好的吸附性能?；炷恋矸山档陀∪緩U水的色度，去除呈膠體狀態的染料?；炷ǖ幕驹硎窃趶U水中投入混凝劑，在廢水里形成膠團，與廢水中的膠體物質發生電中和，形成絮凝團。混凝法不但可以去除廢水中的粒徑為10-3～10-6mm的細小懸浮顆粒，而且還能夠去除色度、油分、微生物、BOD、COD等有機質。但混凝法泥渣產生量大，且進一步處理難度大。電解法以往多用于處理含氰、含鉻電鍍廢水，近年來開始用于處理印染廢水，該法的脫色效果顯著，產泥量少，處理時間短，但對顏色深、COD高的廢水處理效果差，并且電耗和電極材料消耗較大，宜用于小水量廢水處理；氧化脫色法可用于經生物法、混凝法處理后仍有較深顏色的出水的進一步脫色處理，主要有氯氧化法、臭氧化法和光氧化法。氧化脫色法對多數染料能獲得良好的脫色效果，但對硫化、還原、涂料等不溶于水的染料脫色效果較差。
生物處理法中，好氧生物處理對于去除BOD有明顯效果，一般可達80%左右，但色度和COD去除效率不高，尤其PVA等化學漿料、表面活性劑、溶劑及匹布堿減量技術的廣泛應用，不但使印染廢水的COD高達2000mg/l～3000mg/l，而且BOD/COD的比值也較以前大幅下降，單純的好氧生物處理難度越來越大，出水難以達標。厭氧生物處理的的主要處理構筑物是厭氧罐，染料中的偶氮基團、三苯甲烷以及單氮基因聚合物，都能通過厭氧分解，通常在中溫條件下進行，水力停留時間8h，主要含甲基紅染料的污水顏色能完全去除。缺點是設備的啟動時間長，出水水質無法達標，需進一步處理。
三、酶催化技術的概念
1、酶催化技術的概念
酶技術由于其工作條件溫和，反應效率高，成本低廉，操作范圍寬，能合成或處理難降解有機物，在廢物治理、臭氣處理、土壤修復、河道治理、醫藥工業等領域得到廣泛的應用。由于傳統的生物方法對印染廢水中污染物的去除往往不夠理想，這就引發了全球生物技術的革命，出現了酶催化工程技術，簡稱酶催化技術；酶催化技術和傳統生化處理的區別是對分子結構的變化，酶催化處理并不是傳統的生化處理。
2、酶催化技術處理污染物的機理
酶的催化反應，遵循一般催化劑共同性質。催化熱力學上能進行的反應，但不能產生新反應；可加速達到平衡點，但不能改變一個反應的平衡點。酶催化降解污染物通過以下兩種效應完成：
（1）接近定向效應―酶催化反應與酶的濃度成正比，酶具有使反應物集中的作用，即酶可以將反應物集中到分子周圍，產生有效碰撞機會增多；
（2）形變效應―酶分子可以使反應物分子中化學鍵拉長、扭曲和變形，使他們更容易被水解。
四、酶催化技術的應用和酶催化技術優勢
1、酶催化技術的應用
酶催化技術采用的酶主要為生物酶。生物酶是從生物體中產生的，是具有催化功能的蛋白質，具有特殊的催化功能。生物酶催化處理污染物是將各具功能的生物酶進行優選、復配，并針對天然水體、市政污水、工業污水、生活垃圾和養殖場等不同用途、環境組合最優酶種，采用全譜的生物酶組合，可以在好氧和厭氧狀態，甚至在多種污染源存在時發揮作用，生物活性高。
生物酶和污水中的污染物質進行結合、凝聚、縮重合，有機物質將可去除。生物酶具有專一性，又有誘導性，可靈活地改變其代謝和調控途徑，同時產生不同類型的酶，以適應不同的環境，將轉運進入體內的污染物降解轉化。生物轉化分為兩個連續的作用過程，在第一個過程中，污染物在有關酶的的催化下經由氧化、還原或水解反應改變化學結構，形成某些活性基團（如-OH、 -SH、-COOH、-NH2 等）或進一步讓這些活性基團暴露。在第二個過程中，一級代謝物在另外一些酶系統的催化下通過上述活性基團與微生物體內的某些化合物結合，轉化為對環境無害的簡單化合物。
生物酶可促使系統中的微生物合成一種胞外酶，可以將大分子有機物水解，變成小分子有機物以利于轉運，這就是生物酶與微生物的共代謝作用。在自然環境下，可以為其它種類的微生物所進行的共代謝對某種物質的降解鋪平道路，其代謝產物可以繼續降解。在合適的底物和環境條件時，污染物就可通過生物酶與微生物共代謝作用而降解。一種酶或微生物的共代謝產物，也可以成為另一種酶或微生物的共代謝底物。共代謝作用對于難降解污染物的徹底分解起著重要的作用。
印染廢水中主要的難降解物質是表面活性劑以及活性染料、陽離子染料等，采用針對性生物酶和微生物可直接分解上述污染物。應用酶催化技術處理印染廢水，可以高效迅速的降解廢水中的污染物濃度，包括COD、BOD、染料中的苯系、萘系、蒽醌系以及苯胺、硝基苯、酚類污染物以及廢水中的各種助劑污染物，并可提高廢水的可生化性，出水可達到相應標準，并且在運行過程中，降低運行成本和工作強度，減少對環境的污染。
2、酶催化技術優勢
（1）催化效率高
生物酶一般能加速反應速度109～1010倍。而化學催化劑僅能加快反應速度104～105倍[2]。所以相對含量很低的生物酶在短時間內能催化含量很高的底物，可以成千萬倍地加速生物化學反應的速度。生物酶催化僅能加快化學反應速度并不會改變化學反應的平衡點，且在反應前后其本身不發生變化。在印染廢水處理系統的生化反應池內加入一定濃度的生物酶，利用其催化效率高的特點，可以減少停留時間，即可以減少池容，較少基建費用和前期投資。
（3）適用范圍廣
生物酶種類繁多，幾乎所有的有機物都能被某一種生物酶降解。在一個反應器里，多種生物酶可在相同的條件下同時凈化處理含有多種污染成分的廢水。印染廢水中的不同污染物，都可以在生物酶的作用下降解或分解成無毒無害物質。
（4）長久高效性
酶作為催化劑，不會成為它所催化的生化反應的終產物的一部分。某一生化反應完成后，產物離開酶，酶就可以對另一分子進行相同的作用了。只要有合適的條件，酶可以一直工作下去。印染廢水處理系統中，只需要維持一定濃度的生物酶，就可以發生快速高效的作用。
（5）環保性
生物酶是環境友好型制劑，可以被完全生物降解。而大量使用化學制劑會對環境產生二次污染，生物酶對環境沒有危害，因此生物酶可以更經濟地完成同樣的工作，卻對環境無害。環保用酶沒有任何有害廢物產生，使用生物酶制劑是無害化處理的過程，這使其成為解決工業水污染問題的最佳方案。
3、酶催化技術的展望
國內外許多學者致力于將環境工程技術與生物技術結合發展，產生了生物強化技術，近年來利用基因工程技術、蛋白質工程技術改善原有生物催化劑的各種性能，如提高酶的產率，增加酶的穩定性；運用基因工程技術將原來有害的未經批準的微生物產生的酶的基因，或由生長緩慢的、動植物產生的酶的基因，克隆到安全的、生長迅速的、產量較高的微生物內，改由微生物來生產。隨著這些技術的發展與完善，未來必將會有更多的生物催化技術被應用于印染廢水處理中。
五、結束語
綜上所述，酶催化技術可以高效迅速的去除印染廢水中雜質，大大提高廢水的可生化性，具有一定的降解作用，并縮短了污水處理時間，減少了建設投資及處理費用，具有廣闊的市場前景，必定能產生具大的經濟效益和社會效益。
參考文獻
催化反應的基本原理范文5
【關鍵詞】汽車；空氣污染；控制對策
【中圖分類號】U461.99【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）02-0303-01
目前，我國大城市機動車污染已經達到比較嚴重的程度，汽車造成的污染有交通揚塵、尾氣排放，尾氣中細小的顆粒物能引起呼吸系統疾病，損壞肺部；當顆粒有毒時，可能導致癌癥，刺激皮膚和眼睛，造成皮炎、眼結膜炎?？梢?，汽車排放的有害廢氣，嚴重地危害著人類的健康。及時研究造成機動車排放污染的原因，并進行有效的控制已經迫在眉睫。
一、汽車排氣污染
1.汽車排放污染物的來源。汽油車排放物中，氮氣約占71%、二氧化碳14%、水和水蒸氣13%，一氧化碳、氮氧化合物，碳氫化合物、二氧化硫占1%～2%。其污染的來源有三個：一是從排氣管直接排出的廢氣，主要的有害物質是CO、HC、NOX；二是曲軸箱竄氣，即從活塞和氣缸壁之間的間隙中漏出，再經過曲軸箱通氣孔排出的可燃混合氣體，其主要有害物質是HC；三是燃油箱蓋、燃油箱通氣孔、油管等連接部位蒸發出的汽油蒸汽，其主要成分是HC。另外，汽車排放出大量的CO，產生溫室效應。
2.汽車排放污染物的主要成分及其危害。汽油車排氣中的污染物主要有一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化合物（NOX）等。一氧化碳（CO）是汽油機不完全燃燒時產生的一種無色、無味的氣體，吸入人體后，和血液中的血紅蛋白結合成為一氧化碳血紅蛋白，阻止氧的輸送，使人體缺氧，引起頭痛、頭暈、嘔吐等中毒癥狀，嚴重時造成死亡；碳氫化合物（Hc）是發動機排氣中的未然盡的燃料分解的氣體，以及供油系中燃料的蒸發和滴漏。碳氫化合物（Hc）只有在高濃度的情況下才會對人體產生影響，它是光化學煙霧的重要組成成分。光化學煙霧是排氣中的HC和NOX排入大氣后在紫外線照射下進行光化學反應產生的黃色煙霧。光化學煙霧具有明顯的刺激性，能刺激眼結膜，引起流淚并導致紅眼病，另外還具有損害植物、降低大氣能見度、損壞橡膠制品等危害；氮氧化合物（NOX）是在高溫條件下產生的有臭味的廢氣，對肺組織產生劇烈的刺激作用。
汽車排出CO，是沒有毒的，但是它是產生“溫室效應”的主要物質?！皽厥倚笔沟厍虮砻娴臏囟壬仙?，對全球氣候變化會產生巨大的影響，因此CO，已經被列為重點排放控制的對象。
二、汽車上采用的新技術
1.缸內汽油直接噴射技術。缸內汽油直接噴射實現分層燃燒，不但可大幅降低CO、HC及NOx排放，而且還能提高燃油經濟性。因此，三菱公司將其汽油直接噴射發動機定為全球環保發動機。
2.可變氣門正時技術?？勺儦忾T正時系統，氣門的開閉時間隨發動機轉速與負荷而連續變化，可達到省油、怠速穩定、提高轉矩、增大動力輸出及減少排氣污染的目的。
3.電腦控制的點火技術。電腦控制的點火系統提高了發動機的動力性和燃油經濟性，并使排氣中的CO、HC含量大為降低。
三、汽車排放控制技術
為了徹底解決排放向低排放、超低排放發展的問題，目前現代汽車主要采取了以下控制技術：
1.燃油蒸發排放控制系統（EVAP）。在汽車排出的HC中來自汽油蒸發的約占20%以上。在外界溫度升高時，燃油箱的汽油會加速蒸發，從燃油箱蓋和油箱通氣孔排入大氣。為此，有些發動機采用吸附法將汽油蒸汽吸附。待到發動機工作時，再將吸附的汽油蒸汽在負壓條件下解附，送入發動機燃燒室燃燒，這樣防止了汽油直接排放到大氣污染環境?；镜墓ぷ鬟^程是：從燃油箱來的汽油蒸氣先通過活性炭濾毒器（又稱活性炭罐）吸附收集起來，當發動機工作時，再從活性炭器中進入進氣歧管到燃燒室燃燒。
常用的有兩種形式：一種是不帶雙金屬真空轉換閥的EVAP系統，當發動機停車、怠速或低速時，從燃油箱來的HC在活性炭濾毒器被吸附，當發動機在中速和高速時，又從活性炭濾毒器帶到進氣歧管。另一種是帶雙金屬真空轉換閥的EVAP系統，它的工作與冷卻液溫度有關，水溫低于35℃，HC在活性炭濾毒器被吸附；水溫高于65℃，又從活性炭濾毒器帶到進氣歧管。
2.廢氣再循環系統（EGR）。發動機燃燒反應生成的NOX的量，完全是由于參加燃燒的空氣中的N0和氧反應的結果。廢氣中NOX的含量與燃燒反應的溫度、時間和過量空氣系數有關，而且主要是由反應溫度決定。降低燃燒反應的溫度，廢氣中的NOX含量呈指數關系下降。
實驗證明：當溫度下降到1700℃以下時，發動機排出的NOX含量幾乎為零；而在高速運行條件下，由于反應時間短，NOX含量也少。
廢氣再循環系統（EGR）的基本原理是：將5%～20%的廢氣再引入進氣歧管，與新鮮混合氣一起進入燃燒室，使最高燃燒溫度下降，從而減少NOX的生成量。因此EGR閥相當于在進、排氣管之間安裝了一個閥門，根據發動機不同工況，關閉或者引進不同量的廢氣。顯然，廢氣的引進會影響發動機的動力性、經濟性、起動、怠速穩定性。
廢氣再循環和廢氣不再循環完全受發動機ECU的控制，只要出現下列信號，ECU就會發出切斷EGR的命令，廢氣不再循環：發動機冷卻液溫度低于55℃；減速過程（節氣門全關）；怠速或小負荷工況（進氣量很?。话l動機轉速超過4000rpm（高速大負荷）；發動機空擋運轉。
3.三元催化系統（TWC）。發動機排出廢氣含有的CO、HC、NOX有害物質，可以利用三元催化器的作用將上述三種物質進行化學反應，生成無害的物質排放出去，極大地減少了環境污染。三元催化器是一塊整體的孔氧化鋁骨架，上面浸漬有鉑、鈀、銠等貴重金屬作為催化劑，表面包覆不銹鋼作為保護套。
廢氣通過催化劑時，再催化劑表面進行一系列的氧化和還原反應。
CO+NOX+HCCO2+N2+H2O最終排到大氣都是無毒害的氣體。
在催化反應的過程中，必須嚴格保證在α=1的很窄的過量空氣系數范圍內。如果α>1，則CO氧化反應的氧氣由廢氣供給，從而不能還原NOX。因此只能在ECU控制的燃油噴射系統和在氧傳感器提供廢氣中氧含量的信息，才能保證α=1的范圍。特別注意的是，由于上述反應是放熱反應，所以在過量HC和CO存在時，會使三元催化劑過熱而損壞。因此裝有三元催化器的汽車，怠速的運動時間不得超過20分鐘，同時鉛也會使催化劑中毒而失效，故不能使用含鉛的汽油。
四、制理汽車尾氣排放的措施
1.制定嚴格的排放標準。對日益嚴重的大氣污染，為確保人們有一個良好的生活環境和滿足人們對生活環境的要求，各地政府應制定更為嚴格的排放標準。
2.開展無車日活動。據測算，如開展“無車日”活動一天，僅民用汽車可節約燃油3300萬升，可減少有害氣體排放約3000噸，數百人的生命和身體會幸免于交通事故傷害。
3.加大環保監測力度。加大檢測力度，提高檢測人員的綜合素質和職業道德，實現檢測與維修分家，進行道路抽檢，教育駕駛員及時做好汽車維護工作，另外加速不符合排放要求的汽車淘汰工作。
催化反應的基本原理范文6
關鍵詞：TNT；水環境；酶聯免疫吸附分析法；半抗原；抗血清
中圖分類號：TJ41；X832 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）01-0125-03
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.01.032
Feasible Analysis about Detection of TNT Concentration in Battlefield Water Environment by Enzyme-linked Immunosorbent Assay
LIU Jing-ting，QIAO Hua，FENG Xiao-jie，CHEN Zhi-li
（Dept. of National Defense Architecture Planning&Environmental Engineering，Logistic Engineering University of PLA，Chongqing 401311，China）
Abstract： To determine the availability of water sources by rapidly detecting the TNT concentration in battlefield water environment，the enzyme-linked immunosorbent assay of TNT was put forward. The key points of ELISA method were analyzed as below：three kinds of semi-antigen methods were proposed based on modification of TNT functional groups. Three artificial antigens were synthesized by employing different proteins coupling reactions corresponding to three kinds of semi-antigens. Artificial antigens of TNT stimulated animals to produce effective immune responses and produced antiserum to comply with requirements of ELISA. Sample pretreatment method was suitable for the rapid detection. Above research theoretically proved that the ELISA method was feasible and satisfactory for detecting TNT. Meanwhile，some problems urgently needed to be solved and optimized by the method were put forward.
Key words： trinitrotoluene； battlefield water environment； enzyme-linked immunosorbent assay； semi-antigen； antiserum
在現代化軍事行動中，為作戰部隊保質保量提供生活用水是后勤保障系統職責所在。后勤工程學院于2002年自主研發的NJC2002-100/80凈水車是能滿足部隊執行多樣化軍事任務時的應急供水保障裝置。該凈水車可利用戰場環境中現有江河、湖泊水源就地取水，通過研發設計的水質凈化程序使出水達到直飲水標準。但該凈化程序只可對未受污染水源進行簡易的消毒凈化處理，而對于復雜戰場環境尤其是對于極可能受到彈藥污染水源則不能進行有效的檢測判斷。因此，快速有效地檢測戰地水源水質成為凈水車取用水與否的先決條件。
目前被廣泛用于各種軍隊裝置及軍事武器的爆炸性物質主要有梯恩梯（TNT）、地恩梯（DNT）、黑索金（RDX）、奧克托今（HMX）等[1]，其中硝基芳烴類化合物TNT居彈藥用量首位，因此也是最為常見的戰場水源污染物質[2]。TNT全稱為2，4，6-三硝基甲苯，又名對稱三硝基甲苯，是由甲苯經過三段硝化而制成的，其分子式為C7H5N3O6，相對分子質量227.13，結構式見圖1。TNT屬高度危害毒物，水體濃度大于2 ng/mL時即可引起亞急性中毒、慢性中毒，給身體造成不可逆的損害。目前常用于TNT檢測的方法有質譜[3]、離子遷移光譜[4-6]、表面等離子共振[7]、分子印跡聚合物[8，9]，熒光偏振法[10]，但大都存在前處理繁瑣，操作復雜，檢測時間長且成本高的問題。因此快速高效的現場檢測方法對戰場水環境即時分析顯得尤為重要。酶聯免疫吸附分析（Enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）作為一種高效的生物分析技術，因其反應靈敏、特異性強、可進行現場測定等優點[11，12]，成為快速檢測目標污染物的重要手段。本研究通過分析TNT的ELISA方法建立要點，討論該方法應用于戰場水源環境中TNT檢測的可行性。
1 原理與方法
1.1 ELISA基本原理
ELISA作為常用的酶標記免疫分析方法，是一種依賴抗原抗體特異性與酶高效催化反應有機結合的綜合性檢測技術，原理是采用抗原與抗體的特異性反應將待測物與酶連接，然后通過酶與底物產生顏色的深淺進行定量的測定[13]。因此利用目標物質TNT合成人工抗原后進行動物免疫產生特異性抗血清是方法建立的關鍵，而后根據ELISA檢測步驟即可對經過前處理的水環境樣品進行檢測。
1.2 ELISA方法建立
1.2.1 半抗原合成 ELISA方法作橐恢忠覽悼乖抗體特異性結合反應與酶高效催化反應有機結合的綜合性檢測技術，關鍵在于制備出針對目標物質的抗血清。由于TNT半抗原屬于小分子物質，不能引起動物免疫反應，因此需要與載體蛋白質偶聯以形成免疫原。另外TNT為對稱三硝基穩定結構，不含與蛋白質直接反應的活潑官能團，因此需先將其官能團進行氨基化、羥基化或羧基化，具體反應可參考圖2，圖2中R代表TNT被取代硝基以外部分。
1.2.2 人工抗原合成 從上述TNT改造分子中選擇兩種或兩種以上分別作為ELISA方法的免疫原分子與包被原分子。結合TNT官能團活化情況，分析采用活性酯法、戊二醛法、琥珀酸酐法等將其分別與不同的蛋白偶聯合成人工免疫原和包被原，如圖3所示，圖3中R代表TNT被取代硝基以外部分。目前常用的載體蛋白有牛血清白蛋白（Bovine serum albumin，BSA）、兔血清白蛋白（Rabbit serum albumin，RSA）、鎖孔血藍蛋白（Keyhole limpet hemocyanin，KLH）及卵白蛋白（Ovalbumin，OVA）等。其中常用的KLH即血藍蛋白，具有很高的免疫性，蛋白本身會刺激動物體形成免疫應答形成抗體，可能影響目標物質抗體純度；BSA與KLH相比較屬弱抗原化物的載體蛋白，它是最穩定的可溶白蛋白，便于后期檢測偶聯效果；OVA可作為包被原蛋白以與免疫原蛋白進行區別。趙晨等[10]在TNT的熒光偏振免疫檢測方法研究中，將TNT羧基化后采用活性酯法與BSA成功進行偶聯合成人工抗原TNT-BSA。
1.2.3 抗血清制備 免疫原合成后按照表1流程進行抗血清制備。選取新西蘭大白兔作為免疫主體，首次免疫后2周進行加強免疫，而后每隔1周進行1次加強免疫。有研究表明，采用該方法對動物體進行關于2，2’，4，4’-四溴聯苯醚的人工抗原刺激免疫[14]，免疫效果良好，所得抗血清效價達到ELISA方法抗血清效價要求。為保證獲取高質量抗血清，可將免疫原分子與不同載體蛋白質偶聯合成數種免疫原進行動物免疫，比較選取效價高、性質穩定的抗血清建立TNT的ELISA方法。趙晨等[10]制備的TNT-BSA抗血清達到工作濃度，證明動物體對TNT人工抗原具有免疫應答性。
1.2.4 樣品前處理 由于ELISA方法所采用的抗血清是對目標化合物進行特異性識別，因此不需要富集分離等復雜的樣品前處理步驟。采集的水樣經玻璃纖維濾紙過濾后，加入1∶1體積有機溶劑超聲后即可檢測。有研究表明采用此方法進行多溴聯苯醚加標環境樣品的前處理，回收率為66.20%～88.57%[14]。若環境樣品濃度過低，采用固相萃取小柱進行萃取富集即可檢測[15]。
TNT作為目標物質具有可活化基團，具備合成多種半抗原的基礎條件；TNT人工抗原可刺激動物形成免疫應答，獲得抗血清效價可達到ELISA檢測要求；樣品前處理操作簡單快捷，目標物質回收率達到微量或痕量物質檢測要求，滿足對戰場水環境快速準確判斷要求。
2 待解決問題
所制備TNT抗血清除對TNT進行特異性識別外，還可能與彈藥中常見的二硝基甲苯、硝基苯甲酸、多硝基甲酚、多硝基苯、多硝基酚等硝基芳烴類物質結合，造成檢測結果偏高或是假陽性結果。因此，還需對上述物質進行交叉反應率（CR）的檢測，計算公式為：交叉反應率（CR）=（待測物IC50/類似物IC50）×100%。
ELISA方法根據酶催化產生的有色產物量形成的吸光度差異對待測物質進行定量分析，反應的時間、孵育溫度等因素都會影響酶活性繼而導致顯色結果偏差[16]。因此，還需為適應戰地復雜環境條件建立適應性強、穩定性高的檢測條件。
ELISA試劑盒是基于ELISA原理設計生產的小型成套分析裝置和試劑，可將TNT抗血清純化獲得TNT單克隆抗體用以研發便攜試劑盒，提高現場檢測能力。
3 小結
通過分析TNT的ELISA法建立原理與要點，分析得出利用該方法快速檢測戰地水源中TNT含量是可行的。但戰地環境復雜，仍需通過大量模擬測試進行方法驗證，另外還有若干問題亟待解決和改進，本研究僅為快速判斷戰場水源安全性提供一種新的檢測方法以供參考。
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