ZnO-CeO2制备及催化性能研究

利用可再生能源产生的绿氢将CO₂催化转化为甲醇,是实现碳中和的一条很有前途的路径。CO₂加氢制甲醇技术所用到的催化剂是一种ZnO-CeO₂双金属氧化物,考察了浸渍法、共沉淀法、沉淀包覆法和物理混合法等制备方法,并采用X射线晶体衍射(XRD)、N₂吸附-脱附、二氧化碳程序升温脱附(CO₂-TPD)、氢气程序升温脱附(H₂-TPD)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)等表征手段,对ZnO-CeO₂双金属氧化物催化剂的物化性质和催化CO₂加氢制备甲醇的性能影响进行了分析。结果表明,制备方法对催化剂物化性质和催化性能具有较大的影响。采用共沉淀法制得的ZnO-CeO₂催化剂表现出优异的催化性能,在温度为300℃、压力为4 MPa、质量空速为19 600 mL/(g·h)的反应条件下,CO₂转化率为4.61%,甲醇选择性达到80.64%,甲醇时空产率达到244.9...     

乙烯基乙炔选择加氢制丁二烯工艺研究

采用硝酸钯二水化合物(Pd(NO₃)₂·2H₂O)通过等体积浸渍法制备负载型Pd催化剂,在其催化下,乙烯基乙炔(MVA)选择加氢制丁二烯;研究负载型Pd催化剂的制备工艺以及MVA选择加氢制丁二烯的工艺条件,并对催化剂的催化性能及加氢效果进行表征。结果表明:以氧化铝(α-Al₂O₃)为载体,负载Pd质量分数为0.08%,还原温度400℃时,制备的负载型Pd催化剂(Pd/α-Al₂O₃)结晶良好,对载体结构的影响不明显,催化剂的孔结构比较均匀,对MVA选择加氢反应的催化性能好;在MVA选择加氢催化剂评价装置上,在Pd/α-Al₂O₃催化下进行MVA选择加氢反应,较佳工艺条件为反应温度30℃、MVA空速100 mL/(h·g)、炔氢比1.2,反应的主要产物为丁二烯,MVA转化率达到50%,丁二烯选择性达到85%。     

过渡金属氧化物催化腈水合生成酰胺的研究进展

腈水合生成酰胺具有原子经济性高以及无其他副产物生成的优点。通常腈水合生成酰胺是在强酸或强碱催化下进行的,但其具有腈过度水解生成羧酸以及需要中和催化剂生成盐等缺点。采用过渡金属氧化物如氧化锰(MnO₂)、氧化镍(NiO)、氧化铈(CeO₂)以及氢氧化钌[Ru(OH)_x]为催化剂替代强酸或强碱可克服上述缺点。本文总结了上述过渡金属氧化物为催化剂催化腈水合生成酰胺反应的进展,从中可以看到腈水合生成酰胺反应依赖于催化剂的种类、制备方法以及腈的结构。对每种催化剂的制备方法、使用范围、优缺点进行了分析。对各种催化剂催化腈水合生成酰胺反应的可能机理进行讨论。根据以上讨论,预期此类催化剂将向复合型和负载型方向发展。     

Fe2O3/CoFe2O4复合光催化剂的制备及性能研究

本文以硝酸钴和氯化铁为主要原料制备了Fe₂O₃∕CoFe₂O₄复合光催化材料。利用X射线衍射仪(XRD)和紫外-可见吸收光谱(UV-VIS)对样品的结构和光吸收性能进行了表征。并在可见光照射下,通过催化降解罗丹明B(RHB)溶液考察各催化材料的催化效果。结果表明,制备的复合催化材料是以CoFe₂O₄为主的面心立方尖晶石结构。在反应时间为8.5 h、反应温度为135℃和煅烧温度为500℃时,制备的Fe₂O₃复合量为3%的复合催化剂性能最好,光催化降解2 h后,罗丹明B降解率可达到96.62%。     

一步水热合成In2S3/CdIn2S4异质结微球及其光催化性能

利用一步水热法成功制备了In₂S₃/CdIn₂S₄异质结微球催化剂,通过降解甲基橙(MO)、酸性橙Ⅱ(AOⅡ) 和罗丹明B(RhB)来评价所制备催化剂的活性。实验结果表明,In₂S₃/CdIn₂S₄异质结微球对MO、AOⅡ和RhB的光催化降解率分别达到了87%、75%和96%,明显高于催化剂In₂S₃和CdIn₂S₄。瞬态光电流和阻抗测试结果表明,In₂S₃/CdIn₂S₄异质结微球受光激发产生的电子空穴对能快速得到分离。捕获主要活性物种实验表明,该反应体系中主要是超氧自由基和空穴起关键性作用。In₂S₃/CdIn₂S₄异质结微球催化剂重复使用四次,其催化能力依然保持较高水平。In₂S₃/CdIn₂S₄异质结微球活性的增强归因于异质结的形成有助于电子的转移,从而降低了电子空穴对的复合概率。并且合适的能带结构有助于产生大量的光生电子,电子与活性氧的结合最终引起氧化能力的增强。     

新型合成气甲烷化催化剂La2O3-ZrO2-Ni/Al2O3的制备与性能

针对常规合成气甲烷化催化剂高热结构稳定性差、活性低、适应性差等不足,本文创新地引用稀土金属氧化物La₂O₃复配过渡金属氧化物ZrO₂作为多功能复合助剂,利用反向沉淀法制备了新型合成气甲烷化催化剂La₂O₃-ZrO₂-Ni/Al₂O₃,同时制备催化剂Cr₂O₃-Ni/Al₂O₃作为参照组。采用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）表征了催化剂的微观结构,并利用N₂吸附仪（BET）测量催化剂经高温水热处理前后的微孔结构参数,以考察催化剂的高热结构稳定性。结合国内某大型煤制天然气项目工艺特征和运行实践,应用Aspen Plus软件模拟了四段甲烷化工艺理论平衡值。基于自主固定床合成气甲烷化评价实验装置,考察了反应压力、空速和原料气H₂O(g)含量等因素对La₂O₃-ZrO₂-Ni/Al₂O₃催化性能的影响,并开展了1000h长周期寿命评价实验。结果表明,La₂O₃-ZrO₂-Ni/Al₂O₃比Cr₂O₃-Ni/Al₂O₃具有更优的高热结构稳定性;可使CO和CO₂反应达到或接近催化剂床层出口温度下的理论平衡状态,呈现显著的宽温活性;活性组分NiO晶粒尺寸介于7~10nm,分散度较高;对反应压力、空速和原料气H₂O(g)含量的变化不敏感,具有良好的操作弹性;1000h反应后仍能保持较高的活性和稳定性。     

La-Al2O3催化正丁醛自缩合合成辛烯醛反应

辛醇(2-乙基己醇)是一种重要的增塑剂醇。正丁醛自缩合合成辛烯醛是工业生产辛醇的重要步骤之一。为克服工业正丁醛自缩合反应因使用强碱水溶液催化剂所带来的设备腐蚀、污染环境、生产成本高等缺点,采用La改性γ-Al₂O₃催化剂(La-Al₂O₃)催化正丁醛自缩合反应。首先研究了制备方法和制备条件对La-Al₂O₃催化性能的影响,发现采用胶溶法、于700℃下焙烧4 h得到的La-Al₂O₃催化性能较好,具有相互匹配的酸碱中心是催化性能较好的关键。以适宜条件下制备的La-Al₂O₃为催化剂,研究了反应条件对正丁醛自缩合反应的影响,得到适宜的反应条件为:催化剂与正丁醛质量比为0.15、反应温度180℃、反应时间8 h。在此条件下,正丁醛的转化率最高达到90.6%,辛烯醛的选择性为91.7%。该催化剂重复使用4次,催化活性无明显下降。通过对反应液进行GC-MS分析,确定了正丁醛自缩合反应体系中的副产物,进而推测了可能的副反应,建立了La-Al₂O₃催化正丁醛自缩合合成辛烯醛的反应网络。     

富氢气体中CO优先氧化催化剂研究进展

以高纯氢为燃料的质子交换膜燃料电池广泛应用于电动汽车,但其阳极容易被富氢气体中含有的少量CO毒化,造成电池性能严重降低。富氢气体在进入燃料电池前,必须进行CO净化处理。优先氧化法是除去富氢气体中少量CO最简单经济有效的方法,常用催化剂主要有Pt系、Au系和Cu系催化剂。着重阐述负载Au催化剂的制备方法、载体调变、助剂改性以及其他因素（如反应气氛中CO与O₂浓度比、水蒸汽和CO₂等）对Au催化剂CO优先氧化反应催化性能的影响。介绍以CuO/CeO₂催化剂为典型的非贵金属氧化物催化剂用于CO优先氧化反应的研究成果以及制备方法、载体和助剂改性等对催化性能的影响和反相结构CeO₂/CuO的催化性能。考虑利用催化剂活性组分,尤其是Au与Cu之间的协同作用,选用合适的载体,进行催化剂组分的设计仍然是今后研究的热点。突破常规无定形金属氧化物作载体,通过设计合成具有特定形貌的载体,研究不同晶面和不同价态等因素对催化剂CO优先氧化催化性能的影响,也是一项很有意义的研究。     

溶剂热浸渍法制备高稳定性Zn(OAc)2/SiO2催化剂及其催化合成苯氨基甲酸甲酯

Zn(OAc)₂对由碳酸二甲酯（DMC）和苯胺合成苯氨基甲酸甲酯（MPC）的反应具有优异的催化性能,但存在易失活、不能重复使用的缺点。为此,以DMC为溶剂,利用溶剂热浸渍法制备Zn(OAc)₂/SiO₂催化剂,并对其催化性能进行了研究。利用XRD、FTIR和TG-DTA等方法对其进行了表征,结果表明,Zn(OAc)₂/SiO₂催化剂表面存在Zn(OAc)₂和ZnO,且其在SiO₂表面分散较好;优化了Zn(OAc)₂/SiO₂催化剂的反应条件,当反应温度为190℃、反应时间为5h、苯胺与DMC的摩尔比为1∶20、催化剂与苯胺质量比为0.2时,苯胺的转化率为97.2%,MPC的选择性为89.4%。和等体积浸渍法制备的催化剂相比,溶剂热浸渍法制备的Zn(OAc)₂/SiO₂催化剂具有较好的稳定性,重复使用7次,苯胺的转化率下降至79.1%,MPC的选择性下降至79.2%。Zn(OAc)₂/SiO₂活性下降的原因是由于ZnO的生成,并对其进行了再生,再生后的催化剂活性与新鲜催化剂接近。     

CeO2晶面调控与氧空位在CO2催化转化中的研究进展

稀土催化材料在石油化工、化石燃料催化燃烧等领域发挥着重要作用。二氧化铈(CeO₂)作为重要的稀土金属氧化物，因其优异的氧存储能力和稳定的面心立方结构被广泛用于催化反应中。重点介绍CeO₂在CO₂催化转化方面的应用及近期的研究进展，包括CH₄-CO₂重整反应，CO₂与甲醇直接反应合成碳酸二甲酯以及CO₂催化加氢制甲醇反应。阐述CeO₂形貌调控对晶面暴露、氧空位浓度的影响以及CO₂在催化剂表面吸附解离过程，展望CeO₂基催化剂的发展方向。     

类水滑石的制备及其焙烧产物催化苯制苯酚

采用共沉淀法制备了类水滑石CuNiAl,450 ℃焙烧后得到复合氧化物催化剂,利用XRD和FT-IR对其结构进行表征。研究了该催化剂体系对苯直接氧化制苯酚反应的催化性能,并考察了反应温度、反应时间、催化剂用量、溶剂用量和n(C₆H₆)∶n(H₂O₂)对收率的影响。结果表明,类水滑石CuNiAl经焙烧后,催化苯直接氧化制苯酚反应的转化率提高,适宜的反应条件为：反应温度65 ℃,反应时间6 h,催化剂用量10 mg,溶剂用量15 mL,n(C₆H₆)∶n(H₂O₂)=3∶1,产物中没有发现副产物,苯转化率达6.5%。     

CexSnyO2双金属氧化物催化剂用于富氧条件下NO和CO的同时脱除

采用了均相沉淀法,制备了一系列Ce_xSn_yO₂双金属氧化物催化剂,进行催化氨选择性催化还原(NH₃-SCR)反应和CO氧化反应,考察在富氧条件下系列催化剂上NH₃-SCR和CO氧化活性,结合XRD、BET、H₂-TPR,NH₃-TPD和XPS等表征手段对催化剂的物化性质和活性的关联进行了分析。结果表明,相比单组分CeO₂和SnO₂,少量的Sn⁴⁺掺杂进入CeO₂的晶格内,形成铈锡固溶体。增加了催化剂比表面积、孔体积和降低了催化剂的孔尺寸。此外,铈锡双金属氧化物催化剂之间产生协同作用,不仅提高了催化剂氧化还原性能、表面酸性还增加了催化剂Ce³⁺/Ce⁴⁺和表面吸附氧含量,进而有效的提高NH₃-SCR活性和CO活性。     

助剂对ZnO/ZrO2物化性质及催化性能的影响

CO₂加氢制甲醇是实现碳中和目标的有效途径。尽管已报道的ZnO/ZrO₂催化剂具有高活性和稳定性,但其催化性能仍有望进一步提高。采用浸渍法制备得到一系列不同元素掺杂的Ma-ZnO_x/ZrO₂催化剂,并通过评价发现只有Ga促进了ZnO/ZrO₂催化剂催化CO₂加氢制甲醇。其中,5%Ga-ZnO_x/ZrO₂催化剂表现出优异的催化性能,在反应条件：P=3 MPa、T=320℃、V(H₂)∶V(CO₂)=4∶1、气体质量空速(WHSV)=24 000 mL/(g·h)时CO₂转化率为7.2%,甲醇选择性为81.0%,甲醇时空产率可达410 mg/(g·h),是ZnO/ZrO₂的1.26倍,且在反应100 h内催化性能无明显衰减。X射线光电子能谱(XPS)和电子顺磁共振(EPR)表征发现,适量Ga助剂的掺入可以促进催化剂中氧空位的形成。...     

CuCe双金属氧化物催化剂催化氧化丙烯腈废气的性能研究

采用溶胶凝胶法制备了CuCe双金属氧化物催化剂,并应用于丙烯腈废气的性能研究中。研究结果表明,CuCe双金属氧化物催化剂均表现出良好的催化活性;在220℃时,所制催化剂的氮气选择性高达60%以上。并对催化剂进行XRD、H₂-TPR、SEM等表征,结果表明,Cu含量的变化会导致CuCe双金属氧化物催化剂微观结构及氧化还原能力的不同。相比Cu₁Ce₁、Cu_0.5Ce₁,Cu₂Ce₁由于拥有较高的比表面积及较好的还原能力,使其丙烯腈催化性能更为突出。     

高活性CuO/Al2O3催化剂的制备及加氢性能研究

负载型催化剂中表面活性组分的分散度影响催化剂的性能，因此，合理调控合成条件提高活性组分分散度是高效催化剂开发的有效策略。通过控制焙烧条件(氛围、温度、时长)制备了多种负载型铜基催化剂(CuO/Al₂O₃),利用SEM和XRD研究了合成条件对催化剂结构和表面组成的影响，考察了所制备催化剂在对硝基苯酚(4-NP)催化加氢反应中的性能。研究结果表明，在250℃、N₂氛围中热处理6 h所制备的催化剂在3 min内即可实现4-NP及其他芳香族硝基化合物90.5%的催化加氢效率。此外，该催化剂循环利用5次仍有较高的活性，在实际工业生产中具有巨大的应用潜力。     

改性方法和助剂CeO2对CuO/AC催化剂脱硫性能的影响

采用等体积浸渍法制备了CuO/AC及CuO-CeO₂/AC双金属催化剂,金属氧化物的前驱体为不同浓度的Cu(NO₃)₂及Ce(NO₃)₃溶液。CuO-CeO₂/AC双金属氧化物催化剂采用分步浸渍法,对制得的催化剂进行模拟烟气脱硫性能比较。通过SEM和X射线衍射等手段对催化剂表面形貌和表面晶相进行分析。结果表明,添加质量分数1%CeO₂助剂的CuO/AC催化剂脱硫效果最好,因为助剂CeO₂能够使CuO在催化剂表面有更高的分散度,负载金属氧化物催化剂的脱硫活性顺序为：CuO-CeO₂/AC＞CuO/AC。     

1,4-丁二醇选择性催化脱水制备3-丁烯-1-醇的工艺技术

探讨了1,4-丁二醇选择性催化脱水制备3-丁烯-1-醇的工艺技术。探讨了焙烧温度、金属氧化物掺杂，以及气液比、反应温度对反应工艺的影响，并分析了催化剂的性能表征。结果显示：在CaO-ZrO₂类催化剂中掺杂SnO₂和Bi₂O₃,可提升1,4-丁二醇转化率及3-丁烯-1-醇收率；反应温度与焙烧温度相同时，CaO-ZrO₂-SnO₂催化剂的催化性能更好；在380℃的反应温度下，CaO-ZrO₂-SnO₂作催化剂，1,4-丁二醇转化率及3-丁烯-1-醇收率达到最佳。研究结果对利用1,4-丁二醇选择性脱水制备3-丁烯-1-醇的工艺开发具有参考价值。     

甲醇供氢体系铜锌双金属催化糠醛加氢转化

以Cu(NO₃)₂·3H₂O、Zn(NO₃)₂·6H₂O为原料,采用共沉淀法合成了一系列铜锌双金属催化材料。通过电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、X射线衍射(XRD)、氮气等温吸附-脱附、扫描电子显微镜(SEM)、氨气程序升温脱附(NH₃-TPD)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)、热重/差热分析(TG/DTA)等手段分析表征了催化剂物理化学特性。催化材料表征结果表明,载体Zn组分的引入显著改善了催化剂结构,形成了丰富的介孔结构和部分酸性位点。甲醇供氢体系糠醛加氢转化实验结果显示,合成的Cu-Zn双金属催化剂在甲醇重整产氢和糠醛加氢反应中表现出优异的活性,其中Cu/Zn摩尔比为0.6的CZ-0.60催化活性最高。当CZ-0.60用量为20mg,在160℃反应4h,糠醛完全转化,糠醇产率达89.7%;而在240℃反应8h,糠醛完全转化,2-甲基呋喃产率达26.3%。CZ-0.6...     

A5微孔分子筛负载V2O5催化氧化对硝基甲苯

将A₅微孔分子筛浸渍于偏钒酸铵溶液,过滤,120 ℃干燥2 h,550 ℃焙烧6 h,制备了含有V₂O₅的A5微孔分子筛催化剂。采用X射线衍射、N₂吸附-脱附和扫描电镜等进行表征,并将其用于以H₂O₂为氧化剂、乙酸酐为溶剂的对硝基甲苯催化氧化生成对硝基苯甲醇的反应。在反应温度40 ℃和反应时间4 h条件下,以质量分数35%的H₂O₂为氧化剂和V₂O₅质量分数8.5%的V₂O₅/A₅为催化剂,能够获得较好的对硝基甲苯转化率（35.54%）和较高的对硝基苯甲醇选择性(67.16%)。反应结束后,在母液中通过电感耦合等离子体原子光谱仪没有检测到V₂O₅。V₂O₅/A₅催化剂连续使用3次,对硝基甲苯转化率为34.21%,对硝基苯甲醇选择性为63.39%,催化剂活性无明显降低。     

氮化硼晶体作为丙烷氧化脱氢的无金属催化剂研究

在多相催化中，金属氧化物的氧空位通过调节配位、电子态、电导率和表面性质的性质发挥着关键作用。然而，关于非金属氧化物中氧空位及其催化应用的研究却鲜有报道。本文通过原位生长方法展示了由具有三明治状结构的少层六方氮化硼(BN)晶体覆盖的富含氧空位的BPO₄空心球(BN/BPO₄)。由于富含氧空位的BPO₄和h-BN之间的协同作用，所制备的催化剂在丙烷氧化脱氢制丙烯中表现出比商业BN更好的催化活性和更高的选择性。氧空位增加了丙烷的吸附量，BN和BPO₄界面处的密闭空间削弱了丙烯的吸附，有利于活性位点的循环利用。此外，受限空间和氧空位导致反应动力学模型的转变。