气相臭氧分解催化材料的研究进展

随着工业化的快速发展,以臭氧为氧化剂的高级氧化技术被广泛应用于水污染处理、空气净化以及杀菌消毒领域.然而,过量未反应的臭氧被排放到空气中,造成严重的空气污染问题,威胁人类生命健康.相比于传统的吸附、热分解、药液吸收等臭氧治理技术,催化臭氧分解技术通过催化材料加速臭氧的分解过程,因其安全高效、绿色环保的优势而备受关注.随着研究的不断深入,臭氧分解催化材料的种类更加丰富,包括非金属碳材料、贵金属、过渡金属氧化物、金属-有机框架材料等,其应用形式也从粉末型催化材料发展到整体式催化材料.然而,在实际应用中,臭氧分解催化材料面临着活性和抗湿性两个主要问题:前期研究表明,过氧物种在催化材料表面活性位点的脱附是反应的速控步;而过氧物种会覆盖臭氧分解催化剂活性位点,导致催化活性降低;除此之外,臭氧往往伴随着大量的水汽,其与臭氧在活性位点的竞争吸附,会导致催化剂活性位点的失活.因此,急需开发高催化活性和高耐湿性的臭氧分解催化材料.对于活性来说,通过提高比表面积、构建氧空位、晶面调控、掺杂和表面修饰等手段可以提高催化材料表面的活性位点数量,促进催化反应过程得失电子循环以增强催化材料的活性.对于抗湿性来说,疏水性处理是提高催化材料抗湿性的有效措施.近几年来,研究学者发现,一些独特的活性位点可以把水当作助催化剂,这一方面提高了催化活性,另一方面避免了水的竞争吸附导致催化材料稳定性的下降.本文归纳了气相臭氧分解催化材料的研究进展,介绍了气相臭氧分解的过程和机理,系统梳理了不同类型催化材料在催化臭氧分解过程中的优势和存在的问题,并在此基础上着重介绍了臭氧分解催化材料活性提升和稳定性提高的策略;以期为制备高效稳定的新型臭氧分解催化材料、推动臭氧氧化技术在化工领域得到更大规模的推广和应用提供参考.     

Fe增强Ni2(CO3)(OH)2臭氧分解抗湿性与催化性能

臭氧污染已成为我国继PM2.5之后的主要污染物,传统的臭氧分解催化材料在湿润环境中性能不稳定.本工作采用水热法制备了一种铁掺杂改性的碱式碳酸镍催化剂(NiCH-Fe),该催化剂可在60％相对湿度下稳定分解2.14μg/L臭氧12 h,去除率达99％.水分子吸附质量检测结果表明,NiCH-Fe表面的水分子吸附量比纯NiC...     

地表臭氧分解用氧化锰研究进展

近年来,过渡金属锰的氧化物因其结构变化呈现性能多样性,在臭氧分解等大气污染物净化领域展现出得天独厚的优势.地表臭氧是一种常见的大气污染物,臭氧不仅会造成光化学污染,其强氧化性还会对人体健康造成严重损害,因此降低地表臭氧浓度至关重要.地表臭氧处理方法包括催化分解、药液吸收、电磁波辐射、热分解等,其中催化分解法因具有耗能低、环境友好的特点而被广泛使用.从性能、价格和应用背景等因素考虑,锰氧化物是催化臭氧分解的主流,结构的差异能影响催化臭氧分解的能力,锰氧化物结构多样,具有深刻的研究意义.锰基催化剂具有良好的活性,但在实际使用过程中催化剂的性能还受到水汽的影响,相对湿度越高,催化剂失活越严重.制备出低温性能好、耐湿能力强、使用寿命长且适应高空速的锰基臭氧分解催化剂是目前学者们追求的目标.本文总结了近年来锰氧化物在臭氧催化分解中的进展,重点介绍了单组分锰基催化剂、复合氧化物锰基催化剂的研究,简述了碱性阳离子对锰基催化剂活性的影响,得出了水汽、载体选择、空速等因素都会影响催化剂活性的结论.最后,提出了锰氧化物在臭氧催化分解研究中存在的问题并对其发展前景做出了展望.     

热处理活性半焦的表面性质和SO2脱除活性

前驱体和表面改性过程都影响着活性半焦脱除SO2的活性.在氮气中、800℃下对原料半焦进行热处理,并在固定床反应器上测试了其脱除SO2的活性.利用酸碱滴定、工业分析和元素分析、X-射线光电子能谱(XPS)、傅立叶转换红外光谱(FTIR)等表征原料半焦和活性半焦表面化学性质.结果表明:石墨碳是原料半焦和活性半焦样品表面的主要碳功能团.表面C=O基团(酮、内酯、羰和醌类中)和吡咯-N分别是原料半焦表面的氧、氮功能团.热处理导致半焦表面含氧基团分解、表面含氧和含氮基团分布改变、表面C=O基团(酮、内酯、羰和醌类中)明显下降;而化学吸附氧和水增加,吡咯-N变成类吡啶结构.醚类和π - π* 离域基团的增加提高了活性半焦表面的碱性.热处理提高了活性半焦脱除SO2的活性.影响SO2脱除活性的表面基团可能是具有碱性性质的醚类、π - π* 离域及含氮基团.     

直接还原型浸渍与沉淀钴铝催化材料的XPS分析与加氢活性

为了研究等体积浸渍和共沉淀钴铝系催化材料之表面物相及组成,对直接还原后的样品实施了X射线光电子能谱测试,精细测量了Co2p_(3/2)、Al 2p和O 1s谱峰。XPS数据说明等体积浸渍型钴铝催化材料的表面CoAl_2O_4(非活性成分)比例很少,而共沉淀型钴铝催化材料的表面CoAl_2O_4(非活性成分)却相对较多,因此优选等体积浸渍法制备钴铝系催化材料。分别用FESEM和固定床反应装置测定了催化剂形貌和CO加氢反应转换频率(TOF)。     

用于水处理过程的铜催化剂制备及性能研究

高效催化臭氧化催化剂的研制是金属催化臭氧化技术发展的重点.采用浸渍法,以Al2O3为载体,制备了铜的负载型金属催化臭氧化催化剂.以松花江水的UV254去除率作为催化剂活性指标,通过正交试验,确定催化剂的最佳制备工艺.使用扫描电镜和比表面测定仪对催化剂结构进行了表征.实验结果表明:当浸渍液浓度为1 mol/L,浸渍时间为6 h,焙烧温度为300 ℃时,所制得的铜催化剂具有很高的催化活性.     

钴基电极材料的改性策略及其应用研究

钴基材料作为非贵金属材料中重要的一员，因其具有较高理论容量、良好的催化活性及出色的热/化学稳定性，被广泛应用在超级电容器(SCs)和电催化等电化学能源储存与转化领域中。然而目前在钴基材料的应用中还存在诸多缺陷，如导电性偏低，活性位点暴露的不充分，测试过程中活性组分易团聚、分解，结构稳定性较差等。近年来，许多研究报道了改性钴基材料来提升其电化学性能，基于此，本综述详细介绍了近几年对钴基材料的改性研究，主要包括形貌调控、元素掺杂、构筑异质结、缺陷工程及与载体材料复合。然后，对其在SCs、电催化氧还原反应(ORR)、析氧反应(OER)及析氢反应(HER)中的应用进行系统性的总结。最后，提出钴基材料当前存在的问题和未来的发展方向。     

负载新型酞菁纤维素纤维的制备及催化氧化性能

首先采用丁二酸酐和顺丁烯二酸酐改性氨基钴酞菁制得两种新型水溶性钴酞菁,然后将这两种新型水溶性钴酞菁负载到纤维素纤维上,制得新型高分子催化剂,并选用巯基乙醇和H2O2作为底物来考察负载酞菁纤维素纤维的催化氧化活性。实验结果表明,两种高分子催化剂对巯基乙醇具有良好的催化氧化活性和催化分解H2O2的能力。     

担体类型对钴基催化材料的CO加氢性能与活化能的影响

在450~550℃的还原温度下,Co/ZnO催化材料存在2种结晶态钴物种。在空速为1 500mL/g催化剂·小时、总压为2.0 MPa、H_2∶CO比为2∶1的反应条件下,对比了负载在路易斯碱性担体(ZnO)和路易斯酸性担体(γ-Al_2O_3)上的钴基催化材料的费托合成催化性能,发现不同酸碱类型的担体对钴基催化材料的CO加氢活性、产物选择性以及表观活化能均有显著的影响。     

Mn、Fe和Cu氧化物在低温等离子体催化氧化甲苯体系中的活性比较

采用等体积浸渍法制备了MnOx/γ-Al2O3、FeOx/γ-Al2O3和CuOx/γ-Al2O3催化剂,测定了不同催化剂在低温等离子体场内分解甲苯的活性,用X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H2-TPR)技术对催化剂进行表征。结果表明催化剂分解甲苯的活性的顺序是MnOx/γ-Al2O3>FeOx/γ-Al2O3>CuOx/γ-Al2O3。催化剂分解臭氧的实验表明,不同催化活性组分对臭氧的催化分解性能顺序与对甲苯的分解性能顺序是一致的。MnOx/γ-Al2O3催化剂的Mn负载量对其催化活性有明显影响,Mn的含量为1%(质量分数)时,催化剂的活性最高,当能量密度为19J/L时,其对甲苯催化氧化的转化率接近100%。催化剂表征结果表明当Mn含量为1%(质量分数)时,氧化锰在载体γ-Al2O3上最接近单层分散量,此时活性组分与载体表面的相互结合力最强,在载体上有很好的分散性,从而表现出对甲苯分解的最好性能。