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催化反应的基本原理范文1
论文关键词：UV-TiO2,印染废水,光催化氧化,影响因素
印染废水的成分与加工不同纤维所用染料助剂、机器设备及操作方法的不同，而有所差异。各类不同纤维(纤维素纤维、蛋白质纤维、合成纤维 )所用染料及助剂造成污染的成分如下：直接染料所用助剂为：Na2CO3、 NaCl、 Na2SO4、表面活性剂；活性染料所用助剂为NaOH、Na2CO3、Na2SO4、NaCl、表面活性剂；还原染料所用助剂为：NaOH、 Na2SO4、 Na2Cr2O2、H2O2、NaBO3、CH3COOH、表面活性剂；硫化染料所用助剂为：Na2S、 Na2CO3、NaCl、H2O2，冰染料所用助剂为：NaOH、NaNO2、HC1、皂洗剂等表面活性剂；颜料所用助剂为：浆料、粘合剂、树脂等。酸性染料所用助剂为：CH3COOH、CH3COONa、Na2SO4、CH3COONH4、(NH4)3PO4、(NH4 )2SO4、表面活性剂；阳离子染料染腈纶所用助剂为：有机酸、表面活性剂。分散染料所用助剂为导染剂、CH3CH2OH、 CH3COONa、表面活性剂；酸性染料染尼龙所用助剂为：Na2SO4、有机酸、单宁酸、酒石酸、表面活性剂；阳离子染料染腈纶所用助剂为：有机酸、表面活性剂。除此以外还包括印花上的大量废弃物。由此可见印染废水的成分的确是非常复杂且难以处理的[1]。
2、光催化氧化原理[2-4]
光化学氧化法是近多年来发展迅速的一种高级氧化技术，它的反应条件温和“氧化能力强”适用范围广，利用该法处理难降解毒性有机污染已成为国内外研究的热点。目前，人们已对半导体多相光催化进行了广泛的应用研究，包括高效催化剂的制备和新型反应装置的设计、光催化在环境保护、卫生保健、金属催化剂制备和贵金属回收、物质合成制备等几个主要方面的应用情况，并取得了丰硕成果。半导体多相光催化反应的基本原理是半导体粒子具有能带结构，一般由填满电子的低能价带(valence band,VB)和空的高能导带(conduction band,CB)构成，价带与导带之间称为禁带。当用能量等于或大于禁带宽度(也称为带隙，Eg)的光照射半导体时，低能价带上的电子被激发跃迁至导带，在价带上产生相应的空穴(h+)，它们在电场作用下分离。光生电子(e-)被迁移到粒子的表面，能还原半导体颗粒表面吸附的具有氧化性的金属离子，形成金属单质。光生空穴(h+)有很强的得电子能力，具有强氧化性，可以夺取半导体颗粒表面吸附的具有还原性的物质中的电子，使这些物质被氧化。通过这种作用，半导体本身因为得到电子而被还原，可以继续被光激发。从理论上讲，只要半导体吸收的光能不小于半导体的带隙能Eg，就足以被激发产生电子和空穴，该半导体就有可能用作光催化剂。反应如下：
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，还要努力寻求高活性和高选择性的催化剂，加强采用自然光源和连续处理的研究，摸索最佳操作条件(包括体系温度、酸碱度、添加剂用量与配比、光照强度等)，逐步向生产和生活实际靠拢，为半导体多相光催化在生产和生活中的实际应用奠定可靠基础。
3、UV-TiO2降解难降解有机物的影响因素
3.1光强
光催化氧化于光照下n型半导体中电子的激发跃迁，就像光电效应一样，只有当入射光子的能量大于或等于所用光催化剂的禁带宽度才能激发光催化反应。TiO2的禁带宽度约为3.2 eV，要激发TiO2价带电子跃迁所需入射光的最大波长为387 nm，研究中所用波长一般为紫外光波段300～400 nm，所用光源包括高压汞灯、中压汞灯、低压汞灯、黑光灯、紫外线杀菌灯等。应用太阳光作为光源的研究也取得了一定的进展，试验发现有相当多的有机物可以通过太阳光实现降解。
3.2 温度的影响
一般来说，液相中光催化反应对温度的微小变化不十分敏感。当反应温度增幅为20～60℃时，而反应速率一般只稍微增加。光催化反应是自由基反应，自由基的活化能很小，受温度影响的其他步骤如吸附、解吸、表面迁移和重排都不是决定光反应速率的关键步骤。因此，温度对光反应速率影响很小。
3.3pH的影响
溶液pH值的变化不仅可以影响到半导体光催化剂的光催化活性，而且还能影响半导体表面电荷的属性。光催化氧化反应的较高速率，在低pH和高pH值时都可能出现，pH值的变化对不同反应物降解的影响不同。pH值可影响半导体的能带位置，表面性质。当pH值较低时，半导体表面为正电荷，反之则为负电荷。表面电荷影响吸附性能，从而影响光催化反应的速率。但pH值变化很大时，光催化降解速率变化不大，光催化反应普遍特征是反应速率受pH值影响很小。
3.4·OH自由基清除剂的影响
·OH自由基清除剂如CO32-、HCO3-等的存在必然会消弱被降解物的去除效果。
参考文献
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催化反应的基本原理范文2
关键词：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
河南能化集团中原大化公司年产50万吨甲醇装置，硫回收系统采用燃烧法回收低温甲醇洗酸性气体中的硫化氢。在硫回收系统运行过程中，装置堵塞问题一直成为影响硫回收正常运行的主要因素，针对硫回收系统出现的堵塞问题进行了技术改造，运行效果良好。
二、工艺原理
克劳斯硫磺回收基本原理方程式如式1、2、3：
热反应 H2S +3/2 O2 SO2+H2O （1）
催化反应 2H2S +SO23/2S2+2H2O （2）
2H2S +SO23/XSx+2H2O （3）
其中反应（1）和少量的反应（2）是在高温燃烧炉中进行的，进入装置的总硫60%～75%在高温燃烧炉内转化。另一部分未发生燃烧反应的 H2S和燃烧生成的SO2在催化剂的作用下低温反应生成单质硫，其反应式为（2）和（3）。
克劳斯工艺除了燃烧炉和催化反应炉外，其他设备主要是冷换设备。因此具 有规模较小、投资省和控制系统简单的优点。
三、堵塞问题
（一）腐蚀物堵塞，由于硫回收装置生产过程中酸性介质贯穿整个管道系统，造成管壁腐蚀形成FeS、FeS03、FeS04 等腐蚀物。腐蚀物混入液硫中形成灰黄色的凝结物，凝结物质地坚硬在管道中聚集造成管道堵塞，管道堵塞后很难疏通。
（二）液态硫固化堵塞，来自于各级硫冷凝器的液态硫磺在流向液硫池的途中，由于管道伴热温度不足引起液硫固化，从而导致管线堵塞。
（三）伴热蒸汽、冷凝水温度不够造成堵塞，如果装置管线中的冷凝液没有及时排净或蒸汽伴热不足，温度不够，造成管线堵塞。
四、堵塞部位及处理
（一）工艺气管线上的各个排气口和排液口，用于装置的开停车、检修或间歇式排放的常闭管口，由于不经常使用，容易发生凝液冷冻、腐蚀物聚集、硫蒸气凝结等引起堵塞现象。
处理：采取有效的伴热保温措施，定期进行排放疏通。
（二）各换热器管程，在开车过程中，因管道内固态硫未完全融化，或腐蚀物脱落结块，被带入换热器的管程中，导致管程堵塞。
处理：准备开车前要充分升温，同时密切关注系统压力，保证压力在可控范围内。也可突然加大风量吹扫，用高压将堵塞物疏通，然后恢复正常值。
（三）液硫管线，从各个液硫储槽出来的液体硫磺通过液硫管线流向液硫池，液体硫磺的粘度在温度过高或过低时都会影响其流动性。发生堵塞现象，不能正常排硫。
处理：为保证液硫具有较好的流动性，防止管线中发生硫磺积聚堵塞。所有液硫管线采用蒸汽夹套管，用150℃左右的饱和低压蒸汽伴热，从液硫储槽到液硫池的液硫管线要有10度左右的斜度，确保液体硫磺能够自流到液硫池，夹套管线不宜太长，每6m 左右需用分段法兰连接，管线分段法兰之间的夹套蒸汽跨接要遵循高进低出的原则，也就是蒸汽从高点进入，从低点排出，以防凝液积存，影响管线温度。
（四）尾气管线，硫回收单元产生的尾气送至锅炉燃烧处理，整个管线长600米，尾气中含有水蒸气、硫化氢和二氧化硫。在输送过程中水蒸气冷凝，与硫化氢和二氧化硫形成酸液，使碳钢管道和阀门腐蚀，产生碎屑。尾气中携带的少量单质硫液滴，输送过程中若尾气温度低于120℃，液硫混合碎屑结晶，造成尾气管线堵塞，尾气管线压降增加，影响硫回收装置正常运行。
处理：在硫回收装置后增加一套氨法脱硫装置，将尾气中的硫化氢和二氧化硫进行吸收，防止腐蚀。同时整个尾气管线采用伴热夹套，开车前提前将尾气管线伴热投用，保证足够的温度，停车时，尾气管线伴热不能立刻停掉，要继续投用48h以上，同时尾气管线要及时吹扫，防止冷凝堵塞。
五、总结
堵塞是硫回收装置中普遍存在的问题，发生频率较高，成为了影响硫回收装置正常运行的一个突出问题。为使硫回收装置长期稳定运行，预防堵塞至关重要。了解堵塞问题的根源，做好设备管线的伴热保温 ，对容易发生堵塞的部位采取有效的预防措施，进而避免堵塞现象的发生，大大减少了开停车次数，保证了装置的长期稳定运行。
参考文献：
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[3]吴义琴.煤制甲醇克劳斯硫回收装置运行情况总结[J].化工生产与技术.2013，20（4）：47-49
催化反应的基本原理范文3
关键词：应用化学 化学工艺学 理论教学
应用科学是研究和说明特定的设备运用于特定的生产和生活领域的具体方法和具体程序的科学。应用科学是理论科学和技术科学在生产和生活中的具体化和实际应用[1]。
化学工艺学是一门综合性、实践性很强的课程，是应用化学专业在学习了化学基础理论后所开设的一门应用性课程。该专业培养具备化学基本理论、基本知识和较强实验技能，能在科研机构、高等学校及企事业单位从事科学研究、教学工作及管理工作的专门人才。根据本专业的特点，在开设化学工艺学课程时应能充分将化学基础理论、基本技能与实践有机的结合起来，实现理论科学、技术科学对应用科学的指导。通过对本课程的学习使学生对化学工艺学所研究的内容有较为系统的认识。能将基础化学所学的知识与化学工艺学较好的衔接和运用起来，实现理论与实践的结合。对化工生产的基本原料、工艺过程、设备、环保要求有全面的了解。
一、根据专业特点安排教学内容
1.教学内容与基础化学密切相联系
应用化学专业与化学专业相比，增强了应用背景，是化学与化工的衔接，是化学学科在应用方面的拓展，培养的是理工结合的应用型人才[2]。本专业学生受到基础研究和应用基础研究方面的科学思维和科学实验训练，具有较好的科学素养，具备运用所学知识和实验技能进行应用研究、技术开发的基本技能。因此，化学工艺学课程教学内容的选择应满足专业的特点。在教学内容安排时，选择典型工艺进行较详细的介绍。无机化工工艺部分以合成氨为教学重点。合成氨在化学工业发展中具有里程碑式的意义，它在几大化学领域都有突出的发展。是化学理论与实践结合的成功典范。“正是由于对氮、氢、氨体系化学平衡的研究，把热力学理论推进到了真实气体高压化学平衡的研究领域，在研究氨合成催化反应速率方面，推动了反应动力学的发展。这些理论的形成直接指导了氨的合成。”[3]同时，合成氨在催化技术的应用方面也为现代催化理论奠定了基础，许多重要的催化理论概念如催化剂的活性中心、催化剂表面的非均一性、毒物作用及催化机理等都是在研究合成氨的反应过程中确立下来的。有机化工工艺部分以烃类裂解为重点。以“三烯”（乙烯、丙烯、丁二烯）和“三苯”（苯、甲苯、二甲苯）总量计，约65%来自乙烯装置，因此，常常将乙烯生产作为衡量一个国家石油化工生产水平的标志。[4]烃类裂解工艺在反应设备、分离系统、能量利用等方面都代表着最先进的世界化工发展水平，这对于培养学生工程理念，了解世界化学工业发展方向是非常重要的。
2.注重基础理论与应用相结合
将基础理论与实践应用相结合不仅仅是基础理论知识的简单应用，对学生来讲首先带来的是思维模式的改变。基础理论是由概念、定律等建立起来的具有严密逻辑结构的知识体系。学生更擅长从概念到概念，从公式到公式的思考模式。但实践中有更为复杂的因素对工艺过程的选择、工艺条件的确立、产品的分离等产生影响。在化工生产中对反应的化学热力学和化学动力学的研究是决定工艺条件的最重要的化学基础理论。反应的温度、压力、浓度、催化剂或其他物料的性质以及反应设备的技术水平等各种因素对产品的数量和质量有重要影响[5]。在课堂教学中应充分把化学热力学、化学动力学知识与实践中的应用结合起来。例如在合成氨的生产中平衡氨含量是一个非常重要的参数，从平衡常数KP=PNH3/P0.5N2P1.5H2开始分析，到最终确立平衡氨含量XNH3/（1-XNH3-Xi）2=KPpr1.5/（1+r）2，分析此式不难看出总压强P，平衡常数KP氢氮比r以及惰气的含量都对平衡氨X的含量有影响。如不考虑组成对平衡常数的影响，当氢氮比r=3时平衡氨含量具有最大值。考虑到组分对平衡常数KP的影响，具有最大XNH3的氢氮比略小于3，随压力而异，约在2.68～2.90之间[6]。因此惰性气体对平衡氨含量的影响必须考虑进去。这是实施合成氨工业生产的一个重要理论依据，理论上的定性讨论与实验上取得的定量数据完全吻合，满足了定性与定量的统一，理论与实践的统一[7]。在对化学反应的速率分析中，基础化学理论中对动力学方程式的描述学生很熟悉，但在实践的工业生产中，反应动力学方程式与反应控制步骤的研究、反应温度、催化剂等因素有密切的联系，反应所用的催化剂不同，反应条件不同，则动力学方程式也不相同，这使实际的动力学方程式与基础化学中所学习到的相差甚远。因此，通过课堂教学让学生了解化工过程的复杂性。在实践中，实现一个化工过程对基础化学理论不是一个简单的应用。这也是工艺课程本身所具有的特点。
二、以化工生产过程及工艺流程为教学重点
应用化学专业的学生已学习了化工原理，对主要化工单元操作的基本原理、过程、计算方法等有了系统的掌握。但对实际生产过程相对比较陌生，通过对具体工艺单元的介绍结合所学的化工原理知识，学生能归纳出工艺单元的共性，对工艺过程的结构有一个概括的了解，并能对工艺流程有一定深度的认识。
1.掌握通用反应单元工艺的特点
化学反应单元是根据化学反应类型来分类的。反应单元仅是生产中的一个环节。在教学中根据学科需要有选择的介绍一些典型反应单元。由于同一反应单元有不少共性，通过对具体反应单元工艺的学习使学生自觉的找出规律性的东西，这样便于学生掌握所学的知识，也能很好的指导今后的科研、生产，做到触类旁通。例如在学习了二氧化硫催化氧化制硫酸、乙烯环氧化制环氧乙烷等后学生很快发现氧化反应是强放热反应，生成的副产物较多，对于烃类氧化还要防止造成深度氧化等特性。在找出反应的共同点后，针对反应单元的特点，对实际生产中设备的要求、流程的选择就有清晰的认识。如氧化反应器的设计必须从安全的角度出发，对易深度氧化的反应应选择有良好性能的催化剂以防止深度氧化的发生，等等。通过对反应单元的学习比较使学生能更加灵活的运用反应单元工艺。
2.以化学反应为核心，探索工艺流程的内在联系
工艺流程指工业品生产中，从原料到制成成品各项工序安排的程序。对于不同的化工产品其生产工艺流程也各不相同。但各流程都是围绕着化学反应这一核心问题展开的。如烃类裂解流程。根据裂解反应吸热、体积增大、裂解产物组成复杂、二次反应的影响等特点，裂解反应在高温、短停留时间条件下有较高的产品收率。这一反应特点，也决定了在对核心设备管式裂解炉设计时应满足传热面积大、裂解管变径，裂解管程数减少等的要求。从流程上来看，由于裂解产物组成复杂因此后续分离系统非常的庞大。从能量的利益来看，乙烯装置的节能技术关键是使用最少的裂解原料和燃料得到最大收率的目标产品，最大限度地回收裂解余热，并将回收热量合理分配到压缩、深冷、精制各工段。优化装置蒸汽系统，合理利用蒸汽等级，节约能量，并可向界区外输送能量[8]。因此，从化学反应性质入手充分发现流程中各单元的内在联系，把握好问题的主线，这样才能真正的对工艺过程有一个清晰的认识。在实际生产中还要充分考虑如何以最少的消耗、最低的成本得到最高的生产效率制。在教学中要让学生明确一个具体工艺流程安排不仅仅是生产实际对理论的检验，更多的还要从社会的、经济的角度去作全面的考虑。虽然一般工艺过程的组成大致相同，但每种产品的生产还有特殊性。在讲课时，抓住主要矛盾以展开，并着重于基本原理、基本知识和基本规律的讲解，力求达到清晰、严格和准确。
三、结束语
应用化学专业是介于化学与化学工程之间的一个应用理科专业，其任务是培养理工结合型的“用”化学的人才[9]。理论课的教学仅仅是学好这门功课的一个环节。要真正的掌握好这门课程还需要加强实践环节的学习。通过采用将多媒体、化工仿真实验、生产实践教学与化学工艺学课程教学相结合的教学方式，强化学生的化学工程意识，提高分析和解决化工生产实际问题的能力。同时，结合本地区化学工业发展的特点，对应用化学人才的需要不断调整教学内容。在科技发展迅猛的今天，应让学生了解更多化学的理论前沿、应用前景、最新发展动态，以及化学相关产业发展状。
参考文献
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催化反应的基本原理范文4
【关键词】酶催化技术；废水处理；高浓度有机废水
中图分类号：C35 文献标识码： A
一、前言
生物酶技术在废水处理中起到重要的作用，能高效迅速降解污染物浓度，提高废水可生化性和改善环境污染的状况，所以面对日益严峻的全球化环境污染问题，探求高效、低耗的酶催化技术在印染废水处理新技术已日显重要。
二、印染废水的污染特性
1、印染废水的污染特性
纺织印染工业作为中国具有优势的传统支柱行业之一，自20世纪90年代以来获得迅猛发展，其用水量和排水量也大幅度增长。印染废水是加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品为主的印染厂排出的废水。印染废水水量较大，每印染加工1吨纺织品耗水100～200吨，其中80～90%成为废水[1]。印染废水来自生产加工的各个工序， 污染物的成分也不尽相同。纤维材料上的杂质除化学纤维含杂质较少外， 其他纤维都含有大量杂质。这些杂质是通过退浆、煮练、洗剂等工序进入废水的。对于不同用途的纤维织物所使用的浆料和化学药剂不同，所造成的污染物也就不同；并且随着科技迅速地发展，印染行业使用的材料品种日益增多，化学原料逐渐代替了原有的天然原料，使处理印染废水的难度大幅度增加。印染废水的水质变化复杂而剧烈，含有大量的有机污染物，并且其色度深、pH值变化大、可生化性能差。目前印染行业一般染料的上染率超过70%，所以印染废水主要污染源不是染料，而是助剂和整理工艺；废水中除含有大量的浆料和助剂外，还含有各种有毒污染物，如苯环、胺基、偶氮等基团的苯胺、硝基苯、邻苯二甲酸类等。这些物质难以生物降解，而且多为致癌物质，造成严重的环境危害，危及人的身体健康。
2、印染废水处理的主要工艺方法和原理
印染废水处理技术主要有物理化学法和生物法。
物理化学方法中，常用的有吸附法，这种方法是将活性碳、粘土、高岭土等多孔物质的粉未或颗粒与废水混合，或让废水通过由其颗粒状物组成的滤床，使废水中的污染物质被吸附在多孔物质表面上或被过滤除去。目前，国外主要采用活性碳吸附法（多半用于三级处理），该法对去除水中溶解性有机物非常有效，但它不能去除水中的胶体和疏水性染料，并且它只对阳离子染料、直接染料、酸性染料、活性染料等水溶性染料具有较好的吸附性能。混凝沉淀法可降低印染废水的色度，去除呈胶体状态的染料。混凝法的基本原理是在废水中投入混凝剂，在废水里形成胶团，与废水中的胶体物质发生电中和，形成絮凝团。混凝法不但可以去除废水中的粒径为10-3～10-6mm的细小悬浮颗粒，而且还能够去除色度、油分、微生物、BOD、COD等有机质。但混凝法泥渣产生量大，且进一步处理难度大。电解法以往多用于处理含氰、含铬电镀废水，近年来开始用于处理印染废水，该法的脱色效果显著，产泥量少，处理时间短，但对颜色深、COD高的废水处理效果差，并且电耗和电极材料消耗较大，宜用于小水量废水处理；氧化脱色法可用于经生物法、混凝法处理后仍有较深颜色的出水的进一步脱色处理，主要有氯氧化法、臭氧化法和光氧化法。氧化脱色法对多数染料能获得良好的脱色效果，但对硫化、还原、涂料等不溶于水的染料脱色效果较差。
生物处理法中，好氧生物处理对于去除BOD有明显效果，一般可达80%左右，但色度和COD去除效率不高，尤其PVA等化学浆料、表面活性剂、溶剂及匹布碱减量技术的广泛应用，不但使印染废水的COD高达2000mg/l～3000mg/l，而且BOD/COD的比值也较以前大幅下降，单纯的好氧生物处理难度越来越大，出水难以达标。厌氧生物处理的的主要处理构筑物是厌氧罐，染料中的偶氮基团、三苯甲烷以及单氮基因聚合物，都能通过厌氧分解，通常在中温条件下进行，水力停留时间8h，主要含甲基红染料的污水颜色能完全去除。缺点是设备的启动时间长，出水水质无法达标，需进一步处理。
三、酶催化技术的概念
1、酶催化技术的概念
酶技术由于其工作条件温和，反应效率高，成本低廉，操作范围宽，能合成或处理难降解有机物，在废物治理、臭气处理、土壤修复、河道治理、医药工业等领域得到广泛的应用。由于传统的生物方法对印染废水中污染物的去除往往不够理想，这就引发了全球生物技术的革命，出现了酶催化工程技术，简称酶催化技术；酶催化技术和传统生化处理的区别是对分子结构的变化，酶催化处理并不是传统的生化处理。
2、酶催化技术处理污染物的机理
酶的催化反应，遵循一般催化剂共同性质。催化热力学上能进行的反应，但不能产生新反应；可加速达到平衡点，但不能改变一个反应的平衡点。酶催化降解污染物通过以下两种效应完成：
（1）接近定向效应―酶催化反应与酶的浓度成正比，酶具有使反应物集中的作用，即酶可以将反应物集中到分子周围，产生有效碰撞机会增多；
（2）形变效应―酶分子可以使反应物分子中化学键拉长、扭曲和变形，使他们更容易被水解。
四、酶催化技术的应用和酶催化技术优势
1、酶催化技术的应用
酶催化技术采用的酶主要为生物酶。生物酶是从生物体中产生的，是具有催化功能的蛋白质，具有特殊的催化功能。生物酶催化处理污染物是将各具功能的生物酶进行优选、复配，并针对天然水体、市政污水、工业污水、生活垃圾和养殖场等不同用途、环境组合最优酶种，采用全谱的生物酶组合，可以在好氧和厌氧状态，甚至在多种污染源存在时发挥作用，生物活性高。
生物酶和污水中的污染物质进行结合、凝聚、缩重合，有机物质将可去除。生物酶具有专一性，又有诱导性，可灵活地改变其代谢和调控途径，同时产生不同类型的酶，以适应不同的环境，将转运进入体内的污染物降解转化。生物转化分为两个连续的作用过程，在第一个过程中，污染物在有关酶的的催化下经由氧化、还原或水解反应改变化学结构，形成某些活性基团（如-OH、 -SH、-COOH、-NH2 等）或进一步让这些活性基团暴露。在第二个过程中，一级代谢物在另外一些酶系统的催化下通过上述活性基团与微生物体内的某些化合物结合，转化为对环境无害的简单化合物。
生物酶可促使系统中的微生物合成一种胞外酶，可以将大分子有机物水解，变成小分子有机物以利于转运，这就是生物酶与微生物的共代谢作用。在自然环境下，可以为其它种类的微生物所进行的共代谢对某种物质的降解铺平道路，其代谢产物可以继续降解。在合适的底物和环境条件时，污染物就可通过生物酶与微生物共代谢作用而降解。一种酶或微生物的共代谢产物，也可以成为另一种酶或微生物的共代谢底物。共代谢作用对于难降解污染物的彻底分解起着重要的作用。
印染废水中主要的难降解物质是表面活性剂以及活性染料、阳离子染料等，采用针对性生物酶和微生物可直接分解上述污染物。应用酶催化技术处理印染废水，可以高效迅速的降解废水中的污染物浓度，包括COD、BOD、染料中的苯系、萘系、蒽醌系以及苯胺、硝基苯、酚类污染物以及废水中的各种助剂污染物，并可提高废水的可生化性，出水可达到相应标准，并且在运行过程中，降低运行成本和工作强度，减少对环境的污染。
2、酶催化技术优势
（1）催化效率高
生物酶一般能加速反应速度109～1010倍。而化学催化剂仅能加快反应速度104～105倍[2]。所以相对含量很低的生物酶在短时间内能催化含量很高的底物，可以成千万倍地加速生物化学反应的速度。生物酶催化仅能加快化学反应速度并不会改变化学反应的平衡点，且在反应前后其本身不发生变化。在印染废水处理系统的生化反应池内加入一定浓度的生物酶，利用其催化效率高的特点，可以减少停留时间，即可以减少池容，较少基建费用和前期投资。
（3）适用范围广
生物酶种类繁多，几乎所有的有机物都能被某一种生物酶降解。在一个反应器里，多种生物酶可在相同的条件下同时净化处理含有多种污染成分的废水。印染废水中的不同污染物，都可以在生物酶的作用下降解或分解成无毒无害物质。
（4）长久高效性
酶作为催化剂，不会成为它所催化的生化反应的终产物的一部分。某一生化反应完成后，产物离开酶，酶就可以对另一分子进行相同的作用了。只要有合适的条件，酶可以一直工作下去。印染废水处理系统中，只需要维持一定浓度的生物酶，就可以发生快速高效的作用。
（5）环保性
生物酶是环境友好型制剂，可以被完全生物降解。而大量使用化学制剂会对环境产生二次污染，生物酶对环境没有危害，因此生物酶可以更经济地完成同样的工作，却对环境无害。环保用酶没有任何有害废物产生，使用生物酶制剂是无害化处理的过程，这使其成为解决工业水污染问题的最佳方案。
3、酶催化技术的展望
国内外许多学者致力于将环境工程技术与生物技术结合发展，产生了生物强化技术，近年来利用基因工程技术、蛋白质工程技术改善原有生物催化剂的各种性能，如提高酶的产率，增加酶的稳定性；运用基因工程技术将原来有害的未经批准的微生物产生的酶的基因，或由生长缓慢的、动植物产生的酶的基因，克隆到安全的、生长迅速的、产量较高的微生物内，改由微生物来生产。随着这些技术的发展与完善，未来必将会有更多的生物催化技术被应用于印染废水处理中。
五、结束语
综上所述，酶催化技术可以高效迅速的去除印染废水中杂质，大大提高废水的可生化性，具有一定的降解作用，并缩短了污水处理时间，减少了建设投资及处理费用，具有广阔的市场前景，必定能产生具大的经济效益和社会效益。
参考文献
催化反应的基本原理范文5
【关键词】汽车；空气污染；控制对策
【中图分类号】U461.99【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0303-01
目前，我国大城市机动车污染已经达到比较严重的程度，汽车造成的污染有交通扬尘、尾气排放，尾气中细小的颗粒物能引起呼吸系统疾病，损坏肺部；当颗粒有毒时，可能导致癌症，刺激皮肤和眼睛，造成皮炎、眼结膜炎。可见，汽车排放的有害废气，严重地危害着人类的健康。及时研究造成机动车排放污染的原因，并进行有效的控制已经迫在眉睫。
一、汽车排气污染
1.汽车排放污染物的来源。汽油车排放物中，氮气约占71%、二氧化碳14%、水和水蒸气13%，一氧化碳、氮氧化合物，碳氢化合物、二氧化硫占1%～2%。其污染的来源有三个：一是从排气管直接排出的废气，主要的有害物质是CO、HC、NOX；二是曲轴箱窜气，即从活塞和气缸壁之间的间隙中漏出，再经过曲轴箱通气孔排出的可燃混合气体，其主要有害物质是HC；三是燃油箱盖、燃油箱通气孔、油管等连接部位蒸发出的汽油蒸汽，其主要成分是HC。另外，汽车排放出大量的CO，产生温室效应。
2.汽车排放污染物的主要成分及其危害。汽油车排气中的污染物主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOX）等。一氧化碳（CO）是汽油机不完全燃烧时产生的一种无色、无味的气体，吸入人体后，和血液中的血红蛋白结合成为一氧化碳血红蛋白，阻止氧的输送，使人体缺氧，引起头痛、头晕、呕吐等中毒症状，严重时造成死亡；碳氢化合物（Hc）是发动机排气中的未然尽的燃料分解的气体，以及供油系中燃料的蒸发和滴漏。碳氢化合物（Hc）只有在高浓度的情况下才会对人体产生影响，它是光化学烟雾的重要组成成分。光化学烟雾是排气中的HC和NOX排入大气后在紫外线照射下进行光化学反应产生的黄色烟雾。光化学烟雾具有明显的刺激性，能刺激眼结膜，引起流泪并导致红眼病，另外还具有损害植物、降低大气能见度、损坏橡胶制品等危害；氮氧化合物（NOX）是在高温条件下产生的有臭味的废气，对肺组织产生剧烈的刺激作用。
汽车排出CO，是没有毒的，但是它是产生“温室效应”的主要物质。“温室效应”使地球表面的温度上升，对全球气候变化会产生巨大的影响，因此CO，已经被列为重点排放控制的对象。
二、汽车上采用的新技术
1.缸内汽油直接喷射技术。缸内汽油直接喷射实现分层燃烧，不但可大幅降低CO、HC及NOx排放，而且还能提高燃油经济性。因此，三菱公司将其汽油直接喷射发动机定为全球环保发动机。
2.可变气门正时技术。可变气门正时系统，气门的开闭时间随发动机转速与负荷而连续变化，可达到省油、怠速稳定、提高转矩、增大动力输出及减少排气污染的目的。
3.电脑控制的点火技术。电脑控制的点火系统提高了发动机的动力性和燃油经济性，并使排气中的CO、HC含量大为降低。
三、汽车排放控制技术
为了彻底解决排放向低排放、超低排放发展的问题，目前现代汽车主要采取了以下控制技术：
1.燃油蒸发排放控制系统（EVAP）。在汽车排出的HC中来自汽油蒸发的约占20%以上。在外界温度升高时，燃油箱的汽油会加速蒸发，从燃油箱盖和油箱通气孔排入大气。为此，有些发动机采用吸附法将汽油蒸汽吸附。待到发动机工作时，再将吸附的汽油蒸汽在负压条件下解附，送入发动机燃烧室燃烧，这样防止了汽油直接排放到大气污染环境。基本的工作过程是：从燃油箱来的汽油蒸气先通过活性炭滤毒器（又称活性炭罐）吸附收集起来，当发动机工作时，再从活性炭器中进入进气歧管到燃烧室燃烧。
常用的有两种形式：一种是不带双金属真空转换阀的EVAP系统，当发动机停车、怠速或低速时，从燃油箱来的HC在活性炭滤毒器被吸附，当发动机在中速和高速时，又从活性炭滤毒器带到进气歧管。另一种是带双金属真空转换阀的EVAP系统，它的工作与冷却液温度有关，水温低于35℃，HC在活性炭滤毒器被吸附；水温高于65℃，又从活性炭滤毒器带到进气歧管。
2.废气再循环系统（EGR）。发动机燃烧反应生成的NOX的量，完全是由于参加燃烧的空气中的N0和氧反应的结果。废气中NOX的含量与燃烧反应的温度、时间和过量空气系数有关，而且主要是由反应温度决定。降低燃烧反应的温度，废气中的NOX含量呈指数关系下降。
实验证明：当温度下降到1700℃以下时，发动机排出的NOX含量几乎为零；而在高速运行条件下，由于反应时间短，NOX含量也少。
废气再循环系统（EGR）的基本原理是：将5%～20%的废气再引入进气歧管，与新鲜混合气一起进入燃烧室，使最高燃烧温度下降，从而减少NOX的生成量。因此EGR阀相当于在进、排气管之间安装了一个阀门，根据发动机不同工况，关闭或者引进不同量的废气。显然，废气的引进会影响发动机的动力性、经济性、起动、怠速稳定性。
废气再循环和废气不再循环完全受发动机ECU的控制，只要出现下列信号，ECU就会发出切断EGR的命令，废气不再循环：发动机冷却液温度低于55℃；减速过程（节气门全关）；怠速或小负荷工况（进气量很小）；发动机转速超过4000rpm（高速大负荷）；发动机空挡运转。
3.三元催化系统（TWC）。发动机排出废气含有的CO、HC、NOX有害物质，可以利用三元催化器的作用将上述三种物质进行化学反应，生成无害的物质排放出去，极大地减少了环境污染。三元催化器是一块整体的孔氧化铝骨架，上面浸渍有铂、钯、铑等贵重金属作为催化剂，表面包覆不锈钢作为保护套。
废气通过催化剂时，再催化剂表面进行一系列的氧化和还原反应。
CO+NOX+HCCO2+N2+H2O最终排到大气都是无毒害的气体。
在催化反应的过程中，必须严格保证在α=1的很窄的过量空气系数范围内。如果α>1，则CO氧化反应的氧气由废气供给，从而不能还原NOX。因此只能在ECU控制的燃油喷射系统和在氧传感器提供废气中氧含量的信息，才能保证α=1的范围。特别注意的是，由于上述反应是放热反应，所以在过量HC和CO存在时，会使三元催化剂过热而损坏。因此装有三元催化器的汽车，怠速的运动时间不得超过20分钟，同时铅也会使催化剂中毒而失效，故不能使用含铅的汽油。
四、制理汽车尾气排放的措施
1.制定严格的排放标准。对日益严重的大气污染，为确保人们有一个良好的生活环境和满足人们对生活环境的要求，各地政府应制定更为严格的排放标准。
2.开展无车日活动。据测算，如开展“无车日”活动一天，仅民用汽车可节约燃油3300万升，可减少有害气体排放约3000吨，数百人的生命和身体会幸免于交通事故伤害。
3.加大环保监测力度。加大检测力度，提高检测人员的综合素质和职业道德，实现检测与维修分家，进行道路抽检，教育驾驶员及时做好汽车维护工作，另外加速不符合排放要求的汽车淘汰工作。
催化反应的基本原理范文6
关键词：TNT；水环境；酶联免疫吸附分析法；半抗原；抗血清
中图分类号：TJ41；X832 文献标识码：A 文章编号：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
在现代化军事行动中，为作战部队保质保量提供生活用水是后勤保障系统职责所在。后勤工程学院于2002年自主研发的NJC2002-100/80净水车是能满足部队执行多样化军事任务时的应急供水保障装置。该净水车可利用战场环境中现有江河、湖泊水源就地取水，通过研发设计的水质净化程序使出水达到直饮水标准。但该净化程序只可对未受污染水源进行简易的消毒净化处理，而对于复杂战场环境尤其是对于极可能受到弹药污染水源则不能进行有效的检测判断。因此，快速有效地检测战地水源水质成为净水车取用水与否的先决条件。
目前被广泛用于各种军队装置及军事武器的爆炸性物质主要有梯恩梯（TNT）、地恩梯（DNT）、黑索金（RDX）、奥克托今（HMX）等[1]，其中硝基芳烃类化合物TNT居弹药用量首位，因此也是最为常见的战场水源污染物质[2]。TNT全称为2，4，6-三硝基甲苯，又名对称三硝基甲苯，是由甲苯经过三段硝化而制成的，其分子式为C7H5N3O6，相对分子质量227.13，结构式见图1。TNT属高度危害毒物，水体浓度大于2 ng/mL时即可引起亚急性中毒、慢性中毒，给身体造成不可逆的损害。目前常用于TNT检测的方法有质谱[3]、离子迁移光谱[4-6]、表面等离子共振[7]、分子印迹聚合物[8，9]，荧光偏振法[10]，但大都存在前处理繁琐，操作复杂，检测时间长且成本高的问题。因此快速高效的现场检测方法对战场水环境即时分析显得尤为重要。酶联免疫吸附分析（Enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）作为一种高效的生物分析技术，因其反应灵敏、特异性强、可进行现场测定等优点[11，12]，成为快速检测目标污染物的重要手段。本研究通过分析TNT的ELISA方法建立要点，讨论该方法应用于战场水源环境中TNT检测的可行性。
1 原理与方法
1.1 ELISA基本原理
ELISA作为常用的酶标记免疫分析方法，是一种依赖抗原抗体特异性与酶高效催化反应有机结合的综合性检测技术，原理是采用抗原与抗体的特异性反应将待测物与酶连接，然后通过酶与底物产生颜色的深浅进行定量的测定[13]。因此利用目标物质TNT合成人工抗原后进行动物免疫产生特异性抗血清是方法建立的关键，而后根据ELISA检测步骤即可对经过前处理的水环境样品进行检测。
1.2 ELISA方法建立
1.2.1 半抗原合成 ELISA方法作橐恢忠览悼乖抗体特异性结合反应与酶高效催化反应有机结合的综合性检测技术，关键在于制备出针对目标物质的抗血清。由于TNT半抗原属于小分子物质，不能引起动物免疫反应，因此需要与载体蛋白质偶联以形成免疫原。另外TNT为对称三硝基稳定结构，不含与蛋白质直接反应的活泼官能团，因此需先将其官能团进行氨基化、羟基化或羧基化，具体反应可参考图2，图2中R代表TNT被取代硝基以外部分。
1.2.2 人工抗原合成 从上述TNT改造分子中选择两种或两种以上分别作为ELISA方法的免疫原分子与包被原分子。结合TNT官能团活化情况，分析采用活性酯法、戊二醛法、琥珀酸酐法等将其分别与不同的蛋白偶联合成人工免疫原和包被原，如图3所示，图3中R代表TNT被取代硝基以外部分。目前常用的载体蛋白有牛血清白蛋白（Bovine serum albumin，BSA）、兔血清白蛋白（Rabbit serum albumin，RSA）、锁孔血蓝蛋白（Keyhole limpet hemocyanin，KLH）及卵白蛋白（Ovalbumin，OVA）等。其中常用的KLH即血蓝蛋白，具有很高的免疫性，蛋白本身会刺激动物体形成免疫应答形成抗体，可能影响目标物质抗体纯度；BSA与KLH相比较属弱抗原化物的载体蛋白，它是最稳定的可溶白蛋白，便于后期检测偶联效果；OVA可作为包被原蛋白以与免疫原蛋白进行区别。赵晨等[10]在TNT的荧光偏振免疫检测方法研究中，将TNT羧基化后采用活性酯法与BSA成功进行偶联合成人工抗原TNT-BSA。
1.2.3 抗血清制备 免疫原合成后按照表1流程进行抗血清制备。选取新西兰大白兔作为免疫主体，首次免疫后2周进行加强免疫，而后每隔1周进行1次加强免疫。有研究表明，采用该方法对动物体进行关于2，2’，4，4’-四溴联苯醚的人工抗原刺激免疫[14]，免疫效果良好，所得抗血清效价达到ELISA方法抗血清效价要求。为保证获取高质量抗血清，可将免疫原分子与不同载体蛋白质偶联合成数种免疫原进行动物免疫，比较选取效价高、性质稳定的抗血清建立TNT的ELISA方法。赵晨等[10]制备的TNT-BSA抗血清达到工作浓度，证明动物体对TNT人工抗原具有免疫应答性。
1.2.4 样品前处理 由于ELISA方法所采用的抗血清是对目标化合物进行特异性识别，因此不需要富集分离等复杂的样品前处理步骤。采集的水样经玻璃纤维滤纸过滤后，加入1∶1体积有机溶剂超声后即可检测。有研究表明采用此方法进行多溴联苯醚加标环境样品的前处理，回收率为66.20%～88.57%[14]。若环境样品浓度过低，采用固相萃取小柱进行萃取富集即可检测[15]。
TNT作为目标物质具有可活化基团，具备合成多种半抗原的基础条件；TNT人工抗原可刺激动物形成免疫应答，获得抗血清效价可达到ELISA检测要求；样品前处理操作简单快捷，目标物质回收率达到微量或痕量物质检测要求，满足对战场水环境快速准确判断要求。
2 待解决问题
所制备TNT抗血清除对TNT进行特异性识别外，还可能与弹药中常见的二硝基甲苯、硝基苯甲酸、多硝基甲酚、多硝基苯、多硝基酚等硝基芳烃类物质结合，造成检测结果偏高或是假阳性结果。因此，还需对上述物质进行交叉反应率（CR）的检测，计算公式为：交叉反应率（CR）=（待测物IC50/类似物IC50）×100%。
ELISA方法根据酶催化产生的有色产物量形成的吸光度差异对待测物质进行定量分析，反应的时间、孵育温度等因素都会影响酶活性继而导致显色结果偏差[16]。因此，还需为适应战地复杂环境条件建立适应性强、稳定性高的检测条件。
ELISA试剂盒是基于ELISA原理设计生产的小型成套分析装置和试剂，可将TNT抗血清纯化获得TNT单克隆抗体用以研发便携试剂盒，提高现场检测能力。
3 小结
通过分析TNT的ELISA法建立原理与要点，分析得出利用该方法快速检测战地水源中TNT含量是可行的。但战地环境复杂，仍需通过大量模拟测试进行方法验证，另外还有若干问题亟待解决和改进，本研究仅为快速判断战场水源安全性提供一种新的检测方法以供参考。
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