M_(0.5)Co_(2.5)O_4(M=La,Ce,Pr,Nd)尖晶石型复合氧化物催化剂催化分解N_2O性能

采用共沉淀法制备了M_(0.5)Co_(2.5)O_4(M=La,Ce,Pr,Nd)钴基尖晶石型复合氧化物催化剂,运用XRD、SEM、H_2-TPR和O_2-TPD-TG等对催化剂物化性能进行表征,并在固定床微型反应器中评价催化剂催化分解N_2O性能。结果表明,稀土金属掺杂改性的钴基尖晶石型复合氧化物催化剂粒径明显减小,比表面积增加,氧化还原性能得到改善,催化分解N_2O活性提高,其中,M_(0.5)Co_(2.5)O_4催化剂催化分解N2O温度低,T10和T95分别为342℃和499℃。     

沉淀方式对沉淀法制备Co_3O_4催化N_2O直接分解性能的影响

以Co(NO_3)_2·6H_2O为钴源,K_2CO_3为沉淀剂,采用沉淀法制备Co_3O_4催化剂,用于催化N_2O直接分解反应。利用N_2~-物理吸附、XRD、FT-IR、TEM、TPR和ICP等对其进行表征,考察沉淀方式对Co_3O_4催化剂结构及其催化性能的影响。结果表明,沉淀方式对制备的Co_3O_4催化剂织构性质、物相组成和晶粒尺寸等影响不大,但显著影响其K残留量和还原性能,进而决定催化剂直接催化分解N_2O的催化性能。反加法制得的催化剂中K残留量为1.43%,明显高于正加法,同时催化剂中Co~(3+)较正加法更易还原,因而表现出更高的催化性能。在空速10 000 h~(-1)和N_2O体积分数0.1%的条件下,反加法制备的催化剂可在280℃催化N_2O完全分解,较正加法低20℃。     

单分散Co_3O_4@SiO_2核壳催化剂的制备及N_2O催化分解性能

N_2O是一种重要的温室气体,且对臭氧层有很大的破坏作用,而直接催化分解法是除去N_2O最经济有效的方法之一。针对目前报道较多的钴氧化物催化剂活性较差的问题,将包覆型Co_3O_4核壳材料引入N_2O直接催化分解反应,利用核壳结构的限域特性与壳层的多孔孔道使Co_3O_4分散性增加,粒径减小,金属载体相互作用与接触反应界面增强,从而提高了催化剂在N_2O直接催化分解反应中的低温活性。此外,还制备了一系列不同金属含量的Co_3O_4@SiO_2球形核壳催化剂来研究包覆结构对催化剂性能的影响,通过X射线荧光光谱(XRF)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、N_2物理吸附、H_2-程序升温还原(H_2-TPR)等表征,证实在保证稳定单分散核壳结构的前提下,活性Co_3O_4位点越多,催化剂反应活性越好。     

γ-Al_2O_3负载的Ni_xCo_(1-x)Co_2O_4催化剂N_2O催化分解性能

以K_2CO_3为沉淀剂,γ—Al_2O_3为载体,采用共沉淀法制备了负载质量分数为30%和具有Co_3O_4尖晶石结构的Ni_xCo_(1-x)Co_2O_4复合金属氧化物催化剂(x分别为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1.0),确定了最适宜的x值。考察了焙烧温度对催化剂的影响,对制备的样品进行了XRD、BET、SEM和H_2-TPR等表征,在微反装置上对催化剂进行N_2O催化分解活性评价。结果表明,适宜的x值为0.5,焙烧温度为800℃。N_2O和O_2浓度是影响催化剂的N_2O催化分解转化率的主要因素,低浓度有利于提高N_2O催化分解转化率。掺杂还原性气体(如CO和NO)加速了N_2O催化分解反应,有利于提高催化剂的N_2O催化分解转化率。在模拟工业装置反应尾气[φ(N_2O)=12%、φ(O_2)=16.8%和其他混合气体]条件下,催化剂N_2O完全催化分解温度为612℃,满足实际工业生产装置运行要求(小于750℃)。     

高效介孔Co_3O_4/CeO_2-Al_2O_3低温催化氧化甲醛性能研究

以介孔CeO_2-Al_2O_3为载体,采用浸渍法制备了系列介孔Co_3O_4/CeO_2-Al_2O_3催化剂,该系列催化剂对甲醛的低温催化氧化反应有显著的催化效果。考察了催化剂中Co_3O_4的质量分数对催化剂的催化性能的影响。实验结果表明,当Co_3O_4的质量分数为8%时,催化剂在60℃使甲醛完全氧化为CO_2和H_2O。同时,对样品进行了程序升温还原(H_2-TPR)表征,发现介孔8%Co_3O_4/CeO_2-Al_2O_3催化剂具有较强的还原能力。     

介孔Co_3O_4/Al_2O_3催化氧化甲醛的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了介孔Al_2O_3载体,采用浸渍法制备了系列介孔Co_3O_4/Al_2O_3催化剂,考察了活性组分Co_3O_4的质量百分含量(2%、8%、16%和32%)对催化氧化甲醛性能的影响。研究表明,当Co_3O_4的质量百分含量为16%时,介孔催化剂16%Co_3O_4/Al_2O_3对甲醛的完全氧化反应具有最佳的催化活性,在80℃可将甲醛完全氧化。BET和H_2-TPR表征揭示,催化剂的比表面积和孔容,促进了催化剂中Co_3O_4的高度分散;催化剂拥有低温还原能力,可以提高催化剂催化氧化甲醛的性能。     

可见光增强g-C_3N_4/Co_3O_4胶体催化剂的催化产氢性能

通过水热法制备了具有可见光增产氢高性能的g-C_3N_4/Co_3O_4胶体催化剂,采用XRD、TEM、SEM和EDS等分析样品的组成和形貌结构。催化产氢结果表明,光照条件下g-C_3N_4/Co_3O_4胶体催化剂具有极高的催化产氢活性,TOF值高达58.2 min~(-1),通过拟合温度动力学曲线,得到了催化反应的活化能为15.73 kJ·mol~(-1)。对样品进行UV-vis和PL测试发现,g-C_3N_4/Co_3O_4胶体催化剂具有极高的光能利用率和电子-空穴分离率,并进一步阐述了光能促进催化产氢的作用机理。     

Cu-Mn氧化物催化N_2O直接分解性能

分别以Cu(NO_3)_2·3H_2O和50%Mn(NO_3)_2水溶液为铜源和锰源,K_2CO_3为沉淀剂,采用沉淀法和共沉淀法制备单一Cu、Mn氧化物催化剂和Cu-Mn-O复合氧化物催化剂,用于催化N_2O直接分解反应,并利用N_2物理吸附-脱附、XRD、FT-IR和TPR等进行表征。结果表明,单一Cu和Mn氧化物分别以体相CuO和Mn2O_3物相形式存在,Cu-Mn-O复合氧化物中除形成CuMn_2O_4尖晶石物相外,还有一定量小晶粒CuO,较单一氧化物具有更加优异的还原性能,表现出较高的催化N_2O直接分解活性。在空速10 000 h~(-1)和N_2O体积分数0.1%条件下,Cu-Mn-O复合氧化物催化剂可在440℃催化N_2O完全分解,分别较单一Cu和Mn氧化物催化剂降低了40℃和60℃。     

Co-Cu-M(M=Fe,Mn,Ni,Zn,Ce)催化剂催化分解N_2O性能

采用等体积浸渍法制备了添加不同金属助剂的铜钴复合氧化物(Co/Cu质量比为0.6)催化剂,考察了其催化N_2O分解的活性。结果表明,稀土金属Ce以及过渡金属Fe对钴铜催化剂催化N_2O分解的活性有明显的促进作用。通过分析催化剂的X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)以及扫描电镜(SEM)等表征结果发现,助剂的添加并没有引起催化剂晶相结构的明显改变,但可以提高钴离子与铜离子的还原能力。尤其是添加Ce和Fe之后还原峰向低温区显著移动,从而提高了钴铜复合氧化物催化剂的活性。     

载体形貌对CeO_2/Cu_(0.2)Co_(0.8)O_δ催化剂催化CO氧化性能的影响

在不同模板剂条件下,采用水热法和共沉淀法制备了纤维状、片状、棉花状和页岩状CeO_2/Cu_(0.2)Co_(0.8)O_δ催化剂,并对催化剂的结构和活性评价数据进行表征与分析。结果表明,共沉淀法制备的页岩状CeO_2/Cu_(0.2)Co_(0.8)O_δ催化剂催化CO的氧化性能最好,CO转化率达到100%时的温度最低(75℃)。在常温、3 MPa条件下可将液相丙烯中CO体积分数脱除至2×10~(-8)。页岩状CeO_2/Cu_(0.2)Co_(0.8)O_δ催化剂催化活性好的主要原因是其低温还原性能好、催化剂上CeO_2高度分散、CeO_2与载体之间有较强的相互作用。     

用于CO还原NO的CuO/Al_2O_3催化剂的制备及性能评价

采用溶胶-凝胶法制备了CuO/Al_2O_3催化剂,并用CeO_2、Co_2O_3及Cr_2O_3分别对其进行了改性。利用BET及XRD对制备的催化剂进行了表征,考察了Cu O负载量、焙烧温度、CO/NO摩尔比及反应温度对Cu O/Al_2O_3催化剂催化CO还原NO反应的影响。研究结果表明,Cu O的适宜负载量为8%,焙烧温度为750℃时,催化剂的活性最高;CO与NO摩尔比为1.2时,在相同反应温度条件下,NO的脱除率较高;当其他反应条件保持不变时,反应温度越高越有利于NO的还原脱除。     

络合-溶剂热法制备钯基催化剂及其催化氧化间二甲苯性能

通过采用络合-溶剂热法、水热法和浸渍法三种方法制备了负载量为0.6%(质量分数)的Pd/Al_2O_3催化剂,重点考察不同制备方法催化氧化间二甲苯作为典型的挥发性有机化合物的能力。结果表明:络合-溶剂热法制备的Pd/Al_2O_3-com催化剂催化氧化间二甲苯的能力最强,间二甲苯体积分数为0.002%时完全转化温度(T_(100))为130℃,低于浸渍法制备催化剂的完全转化温度30℃。对Pd/Al_2O_3催化剂进行了比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等表征分析,发现Pd/Al_2O_3-com中Pd主要以还原态Pd~0高度分散于载体表面,而另两种方法制备的催化剂均有明显的Pd~(2+)存在。结合性能测试及表征分析,表明络合-溶剂热法制备的Pd/Al_2O_3-com催化剂活性组分Pd的高度分散,增强了催化活性,可满足高浓度间二甲苯、宽气体体积空速条件下催化氧化脱除间二甲苯的工业应用要求。     

逆уCeO2/CuχCo1-χOδ催化剂的制备 及其CO催化氧化性能

以Cu(NO_3)_2·3H_2O、Co(NO_3)_2·6H_2O、Ce(NO_3)_3·6H_2O和(NH_4)_2CO_3为原料,采用共沉淀法-浸渍法结合的制备方式,制得逆负载型уCe O_2/Cu_χCo_(1–χ)O_δ催化剂(у=0、5%、15%、25%;χ=0～1.0;δ=1.0～1.4)。通过XRD、BET、H_2-TPR、XPS考察了Cu O和Co_3O_4质量比[m(Cu O)∶m(Co_3O_4)]、表面Ce O_2负载量(у)(以Cu_χCo_(1–χ)O_δ质量为基准,下同)对逆负载уCe O_2/Cu_χCo_(1–χ)O_δ催化剂催化氧化CO性能的影响。结果表明,15%Ce O_2/Cu_(0.2)Co_(0.8)O_δ[m(Cu O)∶m(Co_3O_4)=0.2∶0.8]催化剂催化性能最佳。常压下,当反应温度为75℃时,CO转化率可达100%。由于15%Ce O_2/Cu_(0.2)Co_(0.8)O_δ比表面积较大,两相界面较多,进而使得Ce O_2与Cu—O—Co固溶体相互作用较强,表面存在较多的氧空穴、Cu~+和Co~(3+),催化剂还原温度较低,催化活性较好。     

氢气还原Co_3O_4制备纳米Co及其乳酸乙酯加氢反应的研究

Co纳米材料是乳酸乙酯加氢制备1,2-丙二醇的重要催化剂。合成了不同形貌的Co_3O_4纳米材料,利用氢气热还原的方法制备了不同形貌的Co纳米粒子。TEM结果表明低温下还原不同形貌的Co_3O_4制备得到的Co纳米材料形貌保持不变;TPR结果表明颗粒状的纳米Co_3O_4比棒状的更易在低温下还原得到纳米Co。通过对乳酸乙酯加氢反应的测试表明,低温还原制备的Co纳米颗粒比纳米棒具有更高的加氢活性。此外,考察了Co_3O_4的还原温度对纳米Co颗粒中金属晶型的影响,XRD和TEM结果表明低温还原得到的Co纳米颗粒中先出现hcp晶型的金属Co,随着还原温度的升高,hcp晶型金属Co逐渐向fcc晶型转变。乳酸乙酯加氢反应结果表明,随着还原温度的增加,Co纳米颗粒的乳酸乙酯加氢转化率先增加后减小,在300℃时达到最大值71%,即低温下还原得到的hcp晶型有利于乳酸乙酯加氢,而高温下生成的fcc晶型不利于乳酸乙酯加氢,此外,高温下催化剂颗粒的聚集也可能造成乳酸乙酯加氢活性降低。     

Cu-Ce-O/γ-Al_2O_3的CO氧化性能

采用柠檬酸络合法制备一系列不同铜铈比的Cu-Ce-O/γ-Al_2O_3催化剂,用XRD、H2-TPR对其进行表征,采用连续固定床微反装置对Cu-Ce-O/γ-Al_2O_3催化剂CO催化氧化活性进行评价。结果表明,Cu-Ce-O/γ-Al_2O_3催化剂的XRD图谱中除归属于γ-Al_2O_3的晶相峰外,还出现CuO和CeO_2的晶相峰。高温水热引起活性组分CeO_2的晶粒聚集、长大和尖晶石结构CuAl2O4物质的生成;CuO-CeO_2之间的共生共存与相互作用,使得Cu-Ce-O/γ-Al_2O_3催化剂中具有非完整结构的[Cu2+1-xCu+x][O1-12x12x]增多,Cu+离子和氧空位增多,有利于其H2-TPR还原峰温度向低温区偏移,有利于提高其CO的催化氧化活性,使得Cu-Ce-O/γ-Al_2O_3催化剂的TCO50和TCO90降低。Cu与Ce物质的量比为5∶5制备的Cu-Ce-O/γ-Al_2O_3-55催化剂的TCO50和TCO90分别降至最低的162℃和199℃,表明此时的Cu-Ce-O协同效应最佳;CuO-CeO_2二相的共生共存与相互作用有利于减少高温水热环境下活性组分的聚集和晶粒长大,有利于Cu-Ce-O/γ-Al_2O_3催化剂能够保持较高的CO催化氧化活性。     

负载型铜铁催化剂直接催化分解N_2O的研究

利用等体积浸渍法制备了不同组成的CuFeO/γ-Al_2O_3复合氧化物催化剂,通过催化分解N_2O的活性评价结果确定催化剂的最佳Cu-Fe原子质量比为2∶1、最佳负载量为25%。通过XRD、BET、H_2-TPR等表征手段对催化剂的结构进行研究。结果表明,Cu_2Fe_1O/γ-Al_2O_3催化剂表面的CuO结晶度较小且高度分散,具有较大的比表面积;相比其他CuFeO/γ-Al_2O_3复合氧化物催化剂和单组分CuO/γ-Al_2O_3催化剂,Cu_2Fe_1O/γ-Al_2O_3还原能力更强,故表现出更强的N_2O催化分解能力。考察了N_2O质量分数、O_2体积分数、空速等反应条件对Cu_2Fe_1O/γ-Al_2O_3活性的影响。在515℃高温条件下连续反应100 h,N_2O转化率保持在90%左右,表明Cu_2Fe_1O/γ-Al_2O_3催化剂具有良好的热稳定性。     

磁性核壳型Fe3O4@CeO2催化剂分解H2O2的性能研究

催化湿式过氧化氢氧化是常见的一种降解水中有机物的方法,催化剂的加入能促使H_2O_2分解产生氧化能力更强且无选择性的羟基自由基,开发出性能优异的催化剂是该方法的关键所在。采用溶剂热法制备出磁性核壳型的Fe_3O_4@Ce O_2纳米催化剂,并采用N_2吸附-脱附、磁性测试和透射电子显微镜(TEM)对制备的Fe_3O_4@Ce O_2催化剂进行表征。考查Fe_3O_4及Fe_3O_4@Ce O_2分解H_2O_2的性能,结果表明,相比Fe_3O_4,Ce O_2包覆后的Fe_3O_4@Ce O_2分解的H_2O_2效率得到了提高。     

HCl催化氧化制Cl_2的Cu-Ce混合氧化物催化剂研究

分别采用体相模板法和表面模板法制备了铜改性Ce O_2催化剂(Cu O-Ce O_2和Cu O/Ce O_2)。利用XRD、N2吸附-脱附、Raman、H2-TPR对催化剂进行了表征并考察了其催化氧化HCl制Cl2的性能。结果表明:体相模板法更有利于制备铜物种分散度更高的催化剂,提高催化剂表面氧空位的浓度。将催化剂表面氧空位浓度与HCl催化氧化活性关联发现,催化剂氧空位浓度是影响HCl催化氧化活性的重要因素。酸洗前后催化剂催化活性对比表明,高分散的Cu O在较低温度时对催化剂活性贡献不大,而在较高温度时可以有效促进催化剂催化性能。晶相Cu O对HCl的催化氧化活性没有贡献。     

Au/La_2O_3+Co_3O_4催化剂制备及其对CO催化氧化性能和稳定性的研究

为了能够得到高催化活性、高热稳定性的Au催化剂,本文选择了混合氧化物La_2O_3+Co_3O_4为载体,制备了两种Au/La_2O_3+Co_3O_4催化剂,并考察了此催化剂对CO氧化反应的催化活性及稳定性。实验结果表明:Au/La_2O_3+Co_3O_4催化剂活性好于250℃焙烧的Au/La_2O_3+Co_3O_4(C)催化剂,Au/La_2O_3+Co_3O_4(C)催化剂稳定性好于Au/La_2O_3+Co_3O_4催化剂。     

CuO对Co_3O_4-CeO_2催化剂富氢气条件下CO优先氧化性能的影响

CO优先氧化方法是去除富氢气CO中最为有效的方法,而且钴铈催化剂又受到重点研究和关注。通过共沉淀法制备不同CuO掺杂量的8Co_3O_4-1CeO_2-c CuO催化剂,使用透射电镜、高分辨透射电镜、X射线粉末衍射、N_2吸附-脱附和程序升温还原以及比表面积等测试手段对催化剂进行表征,并对其在富氢气条件下CO优先氧化性能进行研究。结果表明,掺杂适量CuO的钴铈催化剂,其催化活性较未添加CuO的催化剂明显提高,其中钴铈铜物质的量比为8∶1∶1的催化剂其CO完全转化温度降低至115℃,同时添加适量CuO的催化剂粒径明显减小,表面分散度改善,增强了Cu-Co-Ce间相互作用,具有较好的催化活性。