1.4　本书的写作思路和特色

随着经济的快速发展和人类生活水平的不断提高，消耗的能源和资源越来越多，产生的污染物也随之不断增加，对环境的威胁日益严重。而人们对生活质量和环境的要求不断提高，因此环境问题越来越受到人们的关注。政府为应答人们对环境问题的诉求，制定的有关环境的法律和法规越来越多，对污染物排放的要求越来越严格。一方面政府对污染环境的排放物的治理投入更多的政策、财力和资金，另一方面企业也越来越自律，严格执行有关的法律法规，采取一些措施治理产生的污染物使之能够达到排放的要求。

污染物治理的最有效手段是环境催化技术。鉴于排放进入环境的污染物的特点，如污染物多、浓度低、排放量大，需要尽可能采用低压力降的高活性、高选择性结构催化剂和结构反应器。介绍相对新型的结构催化剂和结构反应器以及它们在环境污染物治理中的作用和成就，是作者写本书的初衷。虽然国内有关环境催化的著作和文章不少，但系统介绍结构催化剂和结构反应器概念、种类、结构、制备以及它们在各种污染物治理中（包括移动源和固定源污染物治理）的应用和发展现状的书在国内极为鲜见。作者希望借助于在催化基础研究和催化实践中积累的知识和经验，在完成了有关催化基础的五本书（吸附和催化、催化反应动力学、催化反应工程基础、催化反应器工程和固体催化剂制备基础和技术）后，再完成催化在精细化学品合成、环境治理和煤炭能源高效洁净催化转化中的应用三本书。本书是催化应用中的第二本“结构催化剂与环境治理”，以说明催化技术是排放污染物治理的改进技术。作者自1997年以来在杭州大学催化研究所工作后，看到不仅煤炭的洁净利用需要环境催化技术，其应用范围还要大得多，接触到真实的独居石结构催化剂。于是与郑小明教授（当时是杭州大学校长）和周仁贤教授一起，发起并在杭州召开了首届全国环境催化学术研讨会。这引发作者写《结构催化剂和环境治理》一书的意图，该书试图在大量参阅文献的基础上，总结作者在催化基础和环境催化实践中积累的知识和经验。

全书分为11章。第1章绪论介绍化学和催化在国民经济发展和人们生活质量提高中的巨大作用。在列举我国的环境和污染物排放数据后，提出为了改善环境质量、消除环境污染物的环境催化技术。而环境催化技术的最大支柱是结构催化剂和结构反应器技术。接着介绍结构催化剂和结构反应器的主要类别：①独居石催化剂；②有序排列催化剂反应器；③膜反应器。最后介绍本书的思路。接着的三章（第2章、第3章和第4章）较详细地综合介绍结构催化剂和结构反应器及其基本性质，包括结构材料中的传递现象和结构催化剂的制备技术。在第2章中主要介绍作为催化反应器内构件和分离过程用的结构填料；以及作为催化剂载体使用的结构材料，包括独居石、波纹片和网线结构、发泡体和纤维催化剂以及有序排列反应器和膜反应器。详细介绍它们的定义、分类、构型、一些基本物理和化学性质，特别突出独居石结构的介绍。第3章介绍在这些结构材料和结构反应器中的流体力学特性，如流型、压力降以及各种传递特性，对不同的结构材料给出了多个传质传热关联以及压力降关联，特别强调结构材料的突出特点：大流速下的低压力降的短扩散距离。第4章介绍各种结构材料、催化剂的主要制备技术，重点为陶瓷和独居石基体的制备技术、多孔载体的涂渍技术和催化剂后续组分的沉积技术。

其余7章介绍结构催化剂和结构反应器在治理和净化来自移动源和固定源的各种污染物中的具体应用以及各类应用技术的发展现状。第5章介绍独居石载体和催化剂在消除汽车尾气污染物中的成功应用和发展历史。论述了汽车尾气催化转化器中三相催化剂的操作、法规要求的逐步收紧、影响汽车尾气净化的多种参数，包括活性组分、氧化铝和混合氧化物以及有氧存储功能的载体、载体孔结构、催化剂失活等。重点放在了催化剂基体独居石，包括对独居石的要求、其池形状、大小和几何性质的设计，特别是对其热性质和机械性质的设计和改进，它们对催化转化器效果的影响。而后讨论了催化转化器的包装问题，包括设计、机械耐用性和热耐用性，还讨论了转化器操作对其转化性能的影响及其对策，最后讨论了车载诊断和贫燃脱氮氧化物催化剂以及催化转化器的数学模型。第6章介绍净化柴油机尾气的催化过滤器。在介绍柴油机与汽油机操作原理不同的基础上介绍了柴油机尾气烟雾的生成以及各种净化要求和标准，以及控制排放采用的策略。又介绍了氧化烟雾的催化剂包括直接接触催化剂、燃料承载催化剂、间接接触催化剂以及连续再生阱技术和NOx移去技术。然后介绍了如何设计处理柴油尾气的颗粒过滤器，包括物理性质、热和机械耐用性。最后介绍催化过滤器应用及其进展。第7章介绍独居石催化剂在挥发性有机污染物（VOCs）控制中的应用，包括VOCs的产生来源和可应用的净化技术，催化氧化是最好的技术；催化剂使用的独居石载体和活性组分以及催化剂失活；VOCs催化氧化的各种工艺。第8章介绍独居石催化剂在脱除固定源氮氧化物中的应用，详细讨论了选择催化还原（SCR）过程催化化学，包括稳态和非稳态动力学，整体（挤压）型和涂层型独居石催化剂包括活性组分和失活，以及应用于燃煤和气体透平电厂的工艺和操作参数的影响。同时也给出了SCR反应器设计需要考虑的主要参数和SCR反应器模型以及脱除NOx和SO2氧化反应间的相互作用，最后介绍了催化吸附工艺（SCONOx）。第9章中，在介绍氮氧化物的多种生成机理的基础上，详细介绍了使用独居石反应器的低氮氧化物排放的气体透平催化燃烧技术，包括机理、动力学、催化燃烧模型、催化燃烧类型，重点介绍了燃烧催化剂，包括低温、中温和高温型催化剂和基体独居石材料、载体和活性组分。最后给出催化燃烧的发展现状和前景。第10章中，介绍净化炉气的催化结构过滤器，内容包括催化过滤器的概念、多功能反应器、催化过滤器的制备和应用。还介绍其与NOx还原、二英和其他VOCs移去的耦合等。最后的第11章介绍平行流反应器（PPR）和横流反应器（LFR）的工业应用、结构催化剂应用于改善室内空气质量、独居石光催化剂净化空气和消除废水中的污染物，并讨论了影响光催化效率的多个因素，结构催化剂应用于气体传感器和燃料电池电极，结构催化剂在催化湿式氧化（CWAO）降解水污染物、水补救技术和饮用水处理中的应用，结构催化剂的合成应用以及无机膜如离子传输膜、致密钯膜和沸石膜的应用。