球形活性炭担载MnOx-CeO2和三聚氰胺的低温脱硝行为研究

以MnO_x-CeO₂为活性组分, 以三聚氰胺为还原剂, 制备了球形活性炭(SAC)担载MnO_x-CeO₂和三聚氰胺的复合催化剂, 并考察了该催化剂在低温下(120~180℃)对NO的选择性催化还原(SCR)反应行为。实验还利用扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)和低温N₂吸附法等技术对催化剂进行了表征。结果表明, 当反应温度为180℃、空速为6000 h^-1、NO和O₂浓度分别为0.1%和8%时, 担载8% Mn(摩尔比Mn:Ce固定为1:1)和10%三聚氰胺的催化剂可在8.8 h内实现99%的NO_x转化率。煅烧温度高于400℃将促使MnO_x-CeO₂形成更大的晶体颗粒和更加规整的晶型结构, 从而降低其melamine-SCR活性。三聚氰胺担载量高于15%将造成催化剂比表面积和孔容的急剧减小, 最终导致其稳态NO_x转化率的下降。而金属氧化物担载量的增加和反应温度的升高都有利于Melamine-SCR反应, 且在较宽的NO和O₂浓度范围内, 催化剂的稳态NO_x转化率都能维持在99%左右。     

鸟巢状CuCeZrOx三元复合氧化物的合成及其对碳烟颗粒的催化氧化性能研

采用尿素均相沉淀法合成了CuCeZrO_x(CCZ)三元复合氧化物催化剂。采用X射线衍射分析(XRD)、N₂-吸脱附测试、X射线光电子能谱(XPS)、扫描透射电镜(STEM)、程序升温还原(脱附、氧化)等技术, 考察煅烧温度对催化剂的物化性质和催化碳烟燃烧活性的影响。结果表明: 350℃煅烧产物CCZ-350表现出最优的催化活性: 在空速为12000 mL/(g_catalyst·h), O₂浓度为10vol%, NO浓度为500×10^-6, 催化剂和碳烟以10︰1质量比松散接触条件下, 碳烟颗粒最大燃烧速率温度T₅₀ = 407℃, 同时表现出极佳的抗水汽中毒和抗SO₂中毒性能, 这与活性组分的高度分散以及催化剂表面大量高活性吸附氧物种的存在有关。此外, 催化剂材料具有疏松多孔的鸟巢状结构, 有利于催化剂和碳烟颗粒的充分接触。该催化剂在柴油车尾气排放温度范围内(150~400℃)还能完全催化氧化柴油车尾气中CO、C₃H₆和C₃H₈等其他污染物, 显示出优异的催化净化柴油车尾气的综合性能。     

氧化还原沉淀法制备MnO2/MWCNTs催化剂及其低温SCR活性

先用十二烷基硫酸钠(SDS)对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行表面改性, 然后采用氧化还原沉淀法制得一系列的MnO₂/MWCNTs催化剂。考察了催化剂在80~180℃的选择性催化还原(SCR)反应活性, 并通过BET、XRD、FESEM、TEM、XPS和H₂-TPR等表征手段对催化剂的结构及性能进行分析。结果显示, MnO₂/MWCNTs催化剂在空速210 L/(g_cat·h)和温度140~180℃条件下, 脱硝效率达到85%~100%, 这明显优于等体积浸渍法制备的催化剂的低温SCR催化活性, 且10% MnO₂/MWCNTs催化剂的活性最优。分析结果表明, MnO₂/MWCNTs催化剂中MnO₂以纳米片状均匀分散在多壁碳纳米管载体表面; 弱结晶性的结构和高价锰, 较高的表面吸附含氧量及较强的低温区氧化还原能力是10% MnO₂/MWCNTs催化剂具有优异低温SCR活性的原因。另外, 和MnO_x/MWCNTs催化剂相比, 10% MnO₂/MWCNTs催化剂表现出良好的抗水和抗硫性能。     

不同pH下KBiFe2O5可见光催化性能研究

采用温和的水热法制备了多铁KBiFe₂O₅粉体。利用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等手段对样品的纯度及形貌进行了表征。利用紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)测试了样品的光吸收性能。通过降解罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)研究了染料溶液pH值对KBiFe₂O₅可见光催化性能的影响。结果显示, KBiFe₂O₅的可见光催化性能随着溶液pH值的下降而显著提升, 这是由于溶液中的催化剂在酸性条件下具有更好的分散性, 并且染料分子更容易吸附到催化剂表面, 从而提高催化效率。     

MOFs自牺牲模板法制备CoNx/g-C3N4纳米材料用作高效光催化还原U(VI)

近年来, 利用石墨氮化碳(g-C₃N₄)光催化法将易溶的U(VI)还原为难溶的U(IV)来清除铀, 已逐渐成为放射性核素研究的热点。本研究将一种含金属钴的金属有机框架材料(MOFs)作为自牺牲模板, 利用简单热共聚法成功合成了含有Co-N_x构型的CoN_x/g-C₃N₄催化剂。在固液比为1.0 g/L、pH 5.0、可见光照射45 min下, 制备的催化剂(w(Co-MOFs) : w(g-C₃N₄)=1 : 1)对50 mg/L的U(VI)标准溶液还原率达到100%。从形貌, 微观结构和光学性能等方面对催化剂进行了表征,结果显示, 引入Co有效拓宽了g-C₃N₄对可见光的吸收范围, 抑制了光生电子与空穴的复合, 从而促进了U(VI)的还原反应。此外, 基于捕获实验深入探究了U(VI)在CoN_x/g-C₃N₄材料表面催化可能的反应机理。研究表明, CoN_x/g-C₃N₄复合光催化剂光学性能优异, 制备方法简单且绿色环保, 对放射性废水中的U(VI)的光催化还原去除效果较好。本工作对后续石墨氮化碳类新型材料的设计、合成与实际应用具有一定的参考作用。     

非金属S掺杂对NaTaO3可见光下光催化性能的影响

以Ta₂O₅为前驱体, Na₂S₂O₃为S源, 采用水热法成功合成了新型S掺杂NaTaO₃, 并以甲基橙为目标降解物,研究S元素掺杂对提高纳米NaTaO₃的可见光光催化机理和反应历程。采用场发射扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)和X射线衍射仪(XRD)等对所得样品进行分析。实验结果表明, 掺入S元素后, NaTaO₃晶体的表面电荷和表面形貌没有发生明显变化。UV-Vis漫反射光谱分析结果表明S^2-部分取代晶格中的O^2-离子形成Ta-S-Ta键, 掺杂后的NaTaO_3-xS_x样品的光响应范围拓展至可见光区域。光降解实验结果表明, S掺杂NaTaO₃在可见光下其光催化活性明显高于纯相NaTaO₃。这是因为在NaTaO_3-xS_x晶体内S^2-离子取代了部分O^2-离子形成掺杂态。GC-MS实验结果表明, NaTaO_3-xS_x样品能够在可见光条件下将甲基橙(质荷比m/z=304)降解至m/z=156, 226和276的化合物, 随着降解时间增加, 可继续降解至m/z=156或m/z=212的化合物, 并最终转化为无机小分子(SO₄^2-, NO₃^-和NH₄⁺)。而且, NaTaO_3-xS_x在光降解过程中非常稳定, 重复使用10次后光催化活性因催化剂损失而略微下降。     

铋掺杂提高氧化铈中氧空位浓度增强CO2光催化还原性能

氧空位在CO₂光催化还原过程中往往发挥重要作用。本工作中, 用水热法合成了不同Bi掺杂量的二氧化铈光催化剂Ce_1-xBi_xO_2-δ, 其中Ce_0.6Bi_0.4O_2-δ在Xe灯照射下表现出最高的光催化活性, 其CO产率为纯二氧化铈纳米棒的4.6倍。X射线衍射(XRD)分析表明固溶体保留了二氧化铈的萤石结构;紫外-可见漫反射(UV-Vis)光谱表明固溶体可见光吸收增强;X射线光电子能谱 (XPS)和拉曼光谱(Raman)分析表明, 掺杂后氧空位浓度明显提高。结合原位傅里叶变换红外光谱(in-situ FT-IR), 发现引入Bi提高了固溶体中氧空位的浓度, 并改变了CO₂在催化剂表面上的吸附/活化行为, 光照下碳酸氢根、碳酸根、甲酸等中间产物明显增多, 从而增强了CO₂光催化还原性能。     

生物源碳酸钙对污水中Pb(II)和甲基橙吸附行为的研究

实验采用廉价的牡蛎壳制备绿色、高效的生物源碳酸钙(bio-CaCO₃)吸附材料, 用于去除污水中的Pb(II)和甲基橙(MO)。通过扫描电子显微镜(SEM), 热重分析(TGA), X射线荧光光谱分析(XRF)等表征方法对材料形貌、组成、结构等进行了分析。采用宏观吸附行为和微观表征研究bio-CaCO₃对水体中Pb(II)和MO的吸附过程并阐明机理。研究发现, bio-CaCO₃对MO的去除效率约为45% (m_sorbent/V_solvent=0.2 g/L, [MO]_initial=60 mg/L), SEM分析结果表明bio-CaCO₃吸附MO后, 表面形貌发生了明显的变化。bio-CaCO₃对Pb(II)的饱和吸附量高达1775 mg/g (pH=5.0, T=298 K), 优于传统的皂土、活性炭等吸附材料。bio-CaCO₃吸附Pb(II)的主要吸附机理是CaCO₃+Pb(II)→PbCO₃, 该过程的ΔH ^θ=-7.64 kJ/mol, ΔS ^θ=-17.92 J/(mol·K), ΔG ^θ=-2.30 kJ/mol(pH=5.0, T=298 K), 吸附Pb(II)后产生大量形貌更加规则的四棱柱结构。研究表明实验制备的bio-CaCO₃对Pb(II)和MO均具有良好的吸附性能, 是一种环境友好型高效吸附剂。     

二氧化锰形貌对Ti3C2Tx@MnO2复合材料电化学性能的影响

以聚多巴胺(PDA)修饰的Ti₃C₂T_x为基体, 高锰酸钾(KMnO₄)为锰源, 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和聚乙二醇(PEG)为表面活性剂, 采用液相共沉淀法及水热法, 制备出四种不同形貌的Ti₃C₂T_x@MnO₂复合材料。通过FE-SEM、XRD、Raman、FT-IR、BET及电化学测试, 系统研究了纳米碎片状(δ-MnO₂)、米粒状(α-MnO₂)、纳米花球状(α-MnO₂)以及纳米线状二氧化锰(α-MnO₂)对Ti₃C₂T_x物相结构、电化学活性和电荷存储机理的影响。结果表明: 纳米线状MnO₂复合改性的Ti₃C₂T_x比表面积最大、电荷转移阻抗最小且循环稳定性最优, 在扫描速率为2 mV?s ^-1时的比容量达340.9 F?g ^-1, 比使用CTAB时高出近2.5倍。     

垂直排列ReS2(1-x)Se2x合金纳米片的控制合成及带隙调控

二维过渡金属硫属化合物具有优异的电学和光学特性, 形貌控制及带隙调控对于其在光电子学、光子学、纳米电子学领域中的应用至关重要。研究采用CVD技术在SiO₂/Si衬底上生长了垂直排列ReS₂纳米片材料, 硒化处理后得到ReS_2(1-x)Se_2x合金纳米片, 并研究了硒化温度(700、850 和 920℃)及硒化时间(0.5、1和1.5 h)对ReS_2(1-x)Se_2x合金纳米片形貌及组分的影响。XPS元素定量分析及紫外-可见-近红外吸收光谱研究表明ReS_2(1-x)Se_2x样品中Se含量可以在x=0(纯ReS₂)到x=0.86之间调变, 相应材料的带隙可从1.55 eV (800 nm)调变到1.28 eV (969 nm)。SEM结果显示ReS_2(1-x)Se_2x纳米片的结构受到硒化温度和硒化时间的影响, 硒化温度升高和硒化时间延长会破坏纳米片的垂直结构。上述结果表明本研究成功合成了垂直排列ReS_2(1-x)Se_2x合金纳米片, 该材料在电化学催化、功能电子器件和光电子器件方面具有潜在应用价值。     

W掺入对Ti0.8Zr0.2Ce0.2O2.4/Al2O3-TiO2-SiO2催化脱硝性能的优化

以Al₂O₃-TiO₂-SiO₂(ATS)为载体、Ti_0.8Zr_0.2Ce_0.2O_2.4(TZC)为催化活性组分, 采用挤出成型法制备系列整体式TZC/ATS及W掺入催化剂样品。研究了W掺入对催化剂TZC/ATS 的氨气选择性催化还原(NH₃-SCR)脱除NO活性及抗K₂O、CaO等毒性的影响, 比较了Ti_0.8Zr_0.2Ce_0.2W_0.08O_2.64/ATS(TZCW_0.4/ATS)催化剂与V₂O₅(WO₃)/TiO₂催化剂的抗K₂O、CaO等中毒性能, 并采用N₂-BET、XRD、SEM和NH₃-TPD等技术手段分别表征了催化剂的比表面积、固相结构、微观形貌及表面酸性。结果表明, 当活性组分中Ti/Zr/Ce/W元素摩尔比为4:1:1:0.4时, TZCW_0.4/ATS催化剂NH₃-SCR脱除NO的效率最高、稳定性最好。W掺入显著增强了催化剂的抗K₂O及CaO毒性能力, 且TZCW_0.4/ATS催化剂抗K₂O及CaO的中毒能力明显强于V₂O₅(WO₃)/TiO₂催化剂。分析表明, W掺入提高了TZCW_0.4/ATS催化剂的比表面积, 增加了催化剂的表面酸量, 从而优化了催化剂的脱硝性能。     

SnO2@Ti3C2Tx 负极材料的制备及其应用

通过超声辅助和低温热处理在二维Ti₃C₂T_x 纳米片层间原位生长SnO₂纳米颗粒,制备出纳米结构的SnO₂@Ti₃C₂T_x 复合材料。使用X射线衍射、X射线光电子能谱和高分辨透射电子显微镜等手段对其表征,研究了这种材料的结构和性能。结果表明,SnO₂纳米粒子密集分布在Ti₃C₂T_x 片层表面与片层之间,Ti₃C₂T_x 纳米薄片突出的限制效应和良好的类石墨层状结构抑制了SnO₂纳米粒子的体积膨胀和团聚,加速了锂离子和电子的跃迁。同时,嵌入在片层之间的SnO₂纳米粒子防止纳米片层在锂插入/脱出过程中重新堆积,使Ti₃C₂T_x 基体的纵向结构稳定性提高。SnO₂@Ti₃C₂T_x 复合材料两组分之间的协同效应,使其具有良好的倍率性能与长循环性能。     

Ti-Al-Si-Ox脱硝催化剂载体的组分优化及性能研究

采用挤出成型法制备系列Ti-Al-Si-O_x脱硝催化剂载体, 评价其NH₃选择性催化还原NO的活性。通过正交实验优化Ti-Al-Si-O_x配方, 采用液N₂-BET、ESEM及XRD分别表征载体的比表面积、孔容孔径分布、微观形貌和固相结构; 采用阿基米德法测试载体的吸水率、开气孔率和体积密度。结果表明, 当Ti/Al/Si摩尔比为1:0.2:0.1时, TiAl_0.2Si_0.1O_x载体NH₃-SCR脱除NO活性及轴向抗压碎强度匹配最好。当空速为7200 h^-1, 载体在450~550℃内NH₃-SCR脱除NO效率均＞80%, 494℃脱除NO效率达到最大值85.8%; 载体抗压碎强度为6.17 MPa, 比表面积为89.1 m²/g, 开气孔率达63.0%, 吸水率达48.3%, 介孔最可几分布为8.1 nm, 次可几分布为3.7 nm。TiAl_0.2Si_0.1O_x脱硝催化剂载体具备优异的性能。     

Al-Mg-Sc-Ti合金中Al3(Scx,Ti1-x)粒子的析出行为

用激冷铸造法制备Al-5.5Mg-0.25Sc-0.04Ti合金,研究了在不同温度退火后其硬度随时间的变化,并用金相显微镜(OM)和透射电镜(TEM)研究了这种合金中Al₃(Sc_x,Ti_1-x)第二相粒子的存在形式和形成机制。结果表明：用急冷铸造法制备的Al-5.5Mg-0.25Sc-0.04Ti铸态合金中Sc和Ti原子主要以固溶的形式存在于α(Al)基体中,在电镜下很难观察到这些粒子。铸态合金在较低温度(低于250℃)下退火时其硬度提高得比较慢,退火较长时间才能出现硬度的峰值;而在比较高的温度(高于350℃)退火硬度提高得非常快,很快出现峰值。但是,硬度出现峰值后继续退火则大幅度降低;在300℃退火硬度的热稳定性比较高。硬度的变化,与次生Al₃(Sc_x,Ti_1-x)粒子的析出密切相关。在较低温度下次生Al₃(Sc_x,Ti_1-x)粒子的析出不充分且粒径较小,对晶界、亚晶界和位错的钉扎作用较弱;而在过高的温度下Al₃(Sc_x,Ti_1-x)粒子发生粗化,使合金的性能降低。     

烧结温度对La0.67Ca0.33-xSrxMnO3结构及电学性能的影响

采用传统固相反应法合成了双掺杂La_0.67Ca_0.33-xSr_xMnO₃(x=0, 0.05, 0.15)粉体, 研究了烧结温度对La_0.67Ca_0.33-xSr_xMnO₃(x=0, 0.05, 0.15)结构、微观形貌和金属-绝缘体相转变温度的影响规律。结果表明: 烧结温度的升高对微观形貌及结构影响较小, 双掺杂有效改善了材料体系的相转变温度。当烧结温度为1400℃, 掺杂量x=0增加至x=0.05时, 材料体系为正交相, 相转变温度从-20℃升高至6℃。掺杂量继续增加至x=0.15, 材料体系从正交相转变为六方相, 相转变温度升高至17℃。当掺杂量相同时, 相转变温度随烧结温度的升高而升高。具有上述智能相变特性的材料体系可以作为长寿命卫星主动热控技术的重要候选材料。