材料与环境 第七章 环境治理材料

材料与环境01大气治理材料02水污染治理材料03土壤污染治理材料Contents目录第七章环境治理材料第一节大气污染治理材料大气污染概况大气污染：由于人类活动或自然过程中引起某些物质介入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此危害人体健康或环境的现象。氧化型污染尾气还原型污染煤烟全球平均气温较工业化前水平升高控制在2℃之内，并为控温1.5℃而努力。尽快实现温室气体排放达峰，继而与本世纪下半叶实现温室气体零排放。大气污染概况利用化学反应将大气中的有害物质转化为无害物利用外力等物理作用将污染物从大气中分离出来工业排放交通排放生活排放农业排放自然排放物理过程化学过程生物过程分离转化燃烧、化学吸收、催化过滤、物理吸附等大气污染治理第七章第一节大气污染治理材料（1）吸附材料活性炭颗粒：吸附能力强、兼具原位脱氧及催化还原性能活性炭纤维：吸附脱附速度快、尤其对氮、硫化合物吸附明显活性炭用于氮氧化物和硫氧化物选择性催化还原碱性，可吸附大量酸性气体水滑石类材料多孔性和吸收剂的高分散性用作其他吸收剂或催化剂的载体金属氧化物对极性分子和不饱和分子有很高的亲和力在苛刻条件（低分压、低浓度、高温）下都具有优良的吸附性能沸石分子筛第七章第一节大气污染治理材料（2）吸收材料水：含NO量大废气吸收有限酸：浓硫酸和稀硝酸，适用于NO2的尾气吸收碱：氨水，适用于硝酸尾气及硝化尾气的净化液体吸收材料还原吸收：亚硫酸铵、硫化钠、尿素，用于NOx吸收；氧化吸收：先将NOx中NO氧化为NO2，再用碱吸收。氧化还原吸收材料利用NOx与某些物质能生成络合物，再通过加热使NOx游离出来并回收，主要适用于富含NO的氮氧化物尾气。络合吸收材料第七章第一节大气污染治理材料（3）过滤材料聚酰亚胺：水泥、电力、钢铁、垃圾焚烧等行业除尘聚四氟乙烯：垃圾、火电厂燃煤除尘聚苯硫醚：火电除尘塑料基过滤材料玄武岩纤维：耐酸碱、集尘效率高，对烟气含尘量浓度适应性强，处理烟尘量大高硅氧耐火纤维：耐高温、耐烧蚀陶瓷基过滤材料泡沫合金：起燃速度快、背压小、抗振动性强，用于汽车尾气三元催化载体金属纤维毡：高温烟气除尘、柴油尾气处理金属基过滤材料第七章第一节大气污染治理材料（4）催化材料催化转化处理法：利用催化剂的催化作用将大气污染物进行化学转化，使其变为无害且易于处理的物质。室内空气净化催化材料三效催化剂移动源尾气净化催化材料烟气脱硫硝催化材料光催化工业脱硫硝脱硫脱硝第二节水污染治理材料水污染概况水污染：水体因某种物质的介入而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。毒物型污染需氧型污染感官型污染其他污染富营养型污染水污染概况第七章第二节张瑞垚,周平.基于鲁棒加权模糊聚类的污水处理过程监测方法.自动化学报,2022,48(9):2198−2211去除悬浮固体和漂浮物质去除胶体和溶解状态的有机污染物去除难降解有机物及磷﹑氮等富营养物质水污染治理材料（1）氧化还原材料第七章第二节氧化还原法：通过在水中投加氧化剂或还原剂，使废水中溶解的有机或无机的污染物与药剂发生氧化还原反应，从而使废水中的有毒污染物转化为无毒或微毒物质。氧化剂空气：处理含硫废水氯系氧化物：处理含氰废水等臭氧：处理难以生物降解的有机污染物高锰酸钾：处理氰、硫化物等有害污染物过氧化氢：分解氧化卤代脂肪经、有机酸等光催化：处理有机废水生物接触氧化法：处理有机废水还原剂电化学还原：在电流的作用下，废水中的重金属离子被还原，从而降低了废水的毒性，去除重金属污染物；化学还原：①电极电位较低的金属，如铁屑、锌粒、铝粉、铜屑等。②某些带负电的离子，如硼氢化钠中的B5-、联胺、醛类。③某些带正电的离子，如Fe2+等。第七章第二节水污染治理材料（2）沉淀分离材料原水沉淀出水浓缩后的污泥污泥循环沉淀池混凝池凝絮池混凝剂助凝剂沉淀分离法：向废水中投加某些化学药剂，使之与废水中的污染物发生化学反应，形成难溶的沉淀物，然后进行固液分离，从而去除废水中的污染物。凝絮沉淀混凝剂：铝盐混凝剂、高铁酸盐絮凝剂等助凝剂：酸和碱、水玻璃、氧化剂等化学沉淀氢氧化物沉淀剂：处理含重金属离子硫化物沉淀剂：处理含汞、含铜离子铬酸盐沉淀剂：仅限于处理六价铬离子碳酸盐沉淀剂：去除碱土金属和重金属离子氯化物沉淀剂：处理含银离子废水沉淀分离工艺图颗粒活性炭：去除污水中有机物﹑颜色、臭味、油、苯酚等纤维活性炭：处理含有机污染物的工业废水膨胀石墨：吸附非极性有机大分子，特别是油类物质第七章第二节水污染治理材料（3）吸附材料吸附法：多孔物质和细小颗粒由于具有巨大的表面积，具有较强的吸附能力，是污水处理的重要材料。吸附能力强、吸附选择性好、吸附平衡浓度低，而且易再生和再利用。碳质吸附材料沸石：用于除氟除铁、去除水中氨氮、除油膨润土：含芳香类化合物有机废水、印染废水处理及农药吸附硅藻土：提高絮凝剂的絮凝效果海泡石：污水处理、过滤脱色无机吸附材料颗粒活性炭纤维活性炭沸石膨润土海泡石离子交换树脂：阳/阴离子交换树脂、两性离子交换树脂、鳌合树脂及氧化还原型树脂等吸附树脂：处理废水中微溶于水，极易溶于甲醇、丙酮等有机溶剂，分子量略大和带极性的有机物，如脱酚、除油、脱色等第七章第二节水污染治理材料（3）吸附材料吸附法：多孔物质和细小颗粒由于具有巨大的表面积，具有较强的吸附能力，是污水处理的重要材料。吸附能力强、吸附选择性好、吸附平衡浓度低，而且易再生和再利用。高分子吸附材料细菌生物吸附剂：用于处理含有金属废水的各种接触装置中真菌生物吸附剂：用于吸附废水中重金属离子海藻生物吸附剂：用于回收金属离子的填充柱生物吸附材料离子交换树脂海藻生物吸附剂第七章第二节水污染治理材料（4）过滤材料过滤法：分离、收集分散于液体中颗粒状物质。过滤材料是水处理滤池或除尘设备中最重要的组成部分，是完成过滤的主要介质。矿物滤料：废水处理、截污（改性）合金滤料：生活用水深度净化、工业给水净化及废水处理陶瓷基滤料：阻截悬浮物、微生物、病毒等颗粒滤料合成高分子材料滤料：去除非含油水中的固体物质、部分微生物复合滤料：深度去除水中的悬浮物、有机物﹑胶体等杂质纤维滤料多孔陶瓷Cu-Zn合金滤料纤维球滤料纤维束滤料第七章第二节水污染治理材料（5）膜材料原水原水调节池调节池预处理池预处理池曝气池沉淀池清水池清水池膜池膜分离法：利用天然或人工合成的膜材料，以外界能量或化学位差作动力，对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、分级﹑提纯和富集的方法。第七章第二节水污染治理材料（5）膜材料纤维素类：醋酸纤维素等应用广，改性后可提升性能壳聚糖类：天然多糖，有利于重金属分离与油水处理聚酰胺类：耐化学性好，用于脱盐，但需防氯腐蚀聚砜类：耐热稳定，但需改性改善疏水性与污染问题聚苯类：耐高温腐蚀，用于苛刻条件水处理氟化合物类：化学稳定性极佳，PTFE和PVDF应用广泛有机高分子材料陶瓷：耐高温、耐酸碱、机械强度高、抗生物污染强、渗透量大，广泛应用于饮用水净化、工业废水处理、油水分离和海水淡化等领域金属：优异机械强度、耐高压性及高导热性，可实现高通量过滤与长寿命，在水处理中潜力显著，但成本较高无机材料氧化物杂化：氧化物杂化膜用于海水淡化与工业废水处理，性能可调，需解决界面稳定性问题二维材料杂化：碳纳米管、石墨烯等二维材料杂化膜选择性高，用于染料废水与溶剂净化，面临稳定性挑战。有机框架材料杂化：MOFs/COFs杂化膜用于染料重金属分离与脱盐，分离性能优异，需攻克成本等瓶颈无机-有机杂化复合材料第三节土壤污染治理材料土壤污染概况土壤污染：污染物通过多种途径进入土壤，其数量和堆积速度远超土壤自净能力，导致土壤的组成、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累，通过“土壤-植物-人”、“土壤-植物-动物-人”、“土壤-水源-人”、“土壤-水源-动物-人”等途径间接被人体吸收，进而危害人体健康的现象。无机物污染有机物污染放射性物质污染生物污染土壤污染概况第七章第三节（新华社记者秦迎编制）我国土壤污染现状利用植物及其根系作用及微生物降解实现土壤修复利用热脱附、蒸汽浸提等物理手段实现土壤修复通过固化-稳定化、淋洗、氧化-还原、光催化降解和电动力学等手段实现土壤修复联合修复土壤污染治理材料（1）碳基功能材料第七章第三节增强保水保肥能力提高有机质含量，吸附并稳定游离态铬改变土壤性质，增加有机结合态铬活性炭吸附重金属离子提高金属离子发生离子交换促进游离态金属离子吸附碳纳米材料增加土壤有机物质，提高土壤肥力降低土壤重金属和农药的污染生物炭改善土壤毛细管作用和溶液扩散情况，加速植物根部吸收改善土壤物理性质，促进微生物活性粉煤灰土壤污染治理材料（2）新型矿物材料第七章第三节具有较大的内、外表面和较强的吸附能力，与重金属发生离子交换作用，固定重金属凹凸棒土与重金属离子发生交换作用，固定重金属；吸水时会形成封闭障碍，防止污染物的扩散、渗入膨润土沸石：增加土壤对铵、钾离子的保持能力硅藻土：改善土壤结构，杀虫蛭石：保持肥力，提高土壤通气性铝硅酸盐矿物钢渣：用作磷肥、硅肥和土壤改良剂锰矿废石及尾矿：促进土壤有机体被吸收煤矸石：补充土壤中硼、硅、镁等物质矿物废料土壤污染治理材料（3）有机材料第七章第三节含有机质及氮、磷、钾等元素，还含有各类微量元素和有益菌种，既可作为肥源，也可作为土壤改良剂；污泥堆肥，需要利用有机酸对其中重金属进行去除。活性污泥土壤有机质主要成分；能够将重金属离子还原，钝化重金属离子；形成土壤有机-无机复合体，将土壤中重金属离子吸附固定；稳定土壤结构，间接地影响土壤重金属离子的活动能力。腐殖酸土壤污染治理材料（