微反应器共沉淀反应制备铜锰催化剂

在Caterpillar微反应器中采用共沉淀法制备了不同铜锰比的共沉淀物,直接焙烧得到铜锰复合氧化物催化剂。采用X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)对沉淀物和催化剂进行了物相和结构分析。结果显示,随着Cu含量的增加,催化剂中Mn³⁺所占比例逐渐下降,表面晶格氧含量呈现先上升后下降的趋势,催化甲苯降解的活性呈现先上升后下降的规律。微反应器中的流动反应特性使得催化剂中的Cu、Mn保持良好分散性,有利于提高催化剂中Mn³⁺含量,此时表面晶格氧成为催化活性的制约因素。     

微反应器研究陈化过程对铜锰催化剂的影响

陈化过程是共沉淀法制备Cu-Mn复合催化剂的关键步骤,沉淀物在形成初期快速的结构变化过程是研究的难点和盲点。采用微反应器制备Cu-Mn催化剂,并利用延长管进行陈化以研究极短陈化时间对Cu-Mn沉淀物及催化剂结构的影响,采用高倍电镜（HRTEM）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TG）、拉曼光谱（Raman spectra）、X射线光电子能谱（XPS）对不同陈化时间的沉淀物和催化剂的理化性质进行分析。结果显示,在陈化过程中沉淀物中的MnCO₃在数分钟内快速完成了从无定形到结晶态的转变,而Cu²⁺进入结晶态MnCO₃结构的过程需要数十分钟才能完成。结晶态MnCO₃的形成使Cu和Mn相互分离,而Cu-Mn复合碳酸盐的形成使得Cu-Mn分散性又逐渐变好。这导致了催化剂的结构参数呈现规律变化,使催化剂性能随陈化时间呈现先迅速变差后缓慢变好的规律。     

微反应器研究陈化过程对铜锰催化剂的影响

陈化过程是共沉淀法制备Cu-Mn复合催化剂的关键步骤,沉淀物在形成初期快速的结构变化过程是研究的难点和盲点。采用微反应器制备Cu-Mn催化剂,并利用延长管进行陈化以研究极短陈化时间对Cu-Mn沉淀物及催化剂结构的影响,采用高倍电镜（HRTEM）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TG）、拉曼光谱（Raman spectra）、X射线光电子能谱（XPS）对不同陈化时间的沉淀物和催化剂的理化性质进行分析。结果显示,在陈化过程中沉淀物中的MnCO₃在数分钟内快速完成了从无定形到结晶态的转变,而Cu²⁺进入结晶态MnCO₃结构的过程需要数十分钟才能完成。结晶态MnCO₃的形成使Cu和Mn相互分离,而Cu-Mn复合碳酸盐的形成使得Cu-Mn分散性又逐渐变好。这导致了催化剂的结构参数呈现规律变化,使催化剂性能随陈化时间呈现先迅速变差后缓慢变好的规律。     

微反应器中超声对Cu-ZnO催化剂制备过程的影响

利用超声改变微反应器中的流动混合情况,研究其对Cu-ZnO催化剂制备过程的影响。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和氢气程序升温还原(H_2-TPR)研究沉淀物到催化剂的演变过程中不同超声强度对其影响。结果表明,超声强度增加,初始沉淀物中Cu-Zn分布更均匀,锌孔雀石前驱体中Zn含量增加。焙烧得到的氧化物中铜锌组分分散性更好、相互作用力更强,最终使催化活性升高。研究表明,在微反应器共沉淀过程中的条件变化导致沉淀物的结构差异,在后续结构演变过程中得以保持,并影响催化剂的结构和性能。     

微反应器中的混合对Cu-ZnO催化剂微结构形成过程的影响

通过对微反应器中流速的调控,研究了混合过程对Cu-ZnO催化剂微结构形成过程的影响。采用Villermaux-Dushman反应体系测量了不同流速下反应器中的混合状况,采用X射线衍射（XRD）、高倍电镜线扫（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）分析了对应流速下制备得到的前体和氧化物的结构。结果显示,混合强度增加,前体中的Cu²⁺、Zn²⁺分布更为均匀,绿铜锌矿的比例减小,锌孔雀石中的Zn含量提高;进而导致其热分解形成的氧化物中Cu-Zn分布也更为均匀,CuO-ZnO界面增加,CuO晶粒粒径减小。研究表明,沉淀反应时混合条件的改变,导致后续系列中间产物中Cu-Zn分布的差异,通过这一路径,混合对反应的影响最终作用于催化剂结构。     

微通道反应过程对铜锌催化剂微结构的影响

采用微通道反应器制备了铜锌催化剂,并利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段进行了表征。HRTEM和XPS分析表明,微反应器样品中 CuO和ZnO之间的相互分散性更好,两者之间的接触更为紧密,液相合成气制甲醇实验表明其活性高于传统共沉淀法催化剂。对比微通道反应器和传统共沉淀法的反应历程表明,微混合器内强烈的湍动和极小的空间,使Cu²⁺、Zn²⁺的沉淀过程更为均匀,增强了铜锌相互分散,强化了铜锌相互作用;同时,Cu²⁺和Zn²⁺在微反应器内经历了更为均匀一致的反应历程,得到的催化剂在结构上更加均匀。通过研究稳定段长度的影响发现,铜锌催化剂前驱体形成后需要经过30 s的停留时间,其结构才能基本稳定。     

Fe5C2-MnO x 尺度调控及催化合成气制烯烃性能研究

催化剂结构调控及反应过程普遍面对多层次多尺度结构的复杂系统,从宏观合成条件到催化剂结构尺度调控,从催化性能到催化剂表面活性位尺度调控,均离不开对催化体系介尺度结构的认识。采用四种方式（低温共沉淀、沉积沉淀、前体混合煅烧及机械混合）制备不同结构Fe-Mn催化剂（Fe与Mn摩尔比为1∶4）,探究催化剂结构对其活化历程、铁碳化合物分布以及催化合成气制烯烃性能的影响。结果表明,合成方法对催化剂结构有显著影响,体现在三个方面：活化过程、铁碳化合物尺寸及催化反应性能。发现共沉淀制备的Fe-Mn催化剂显示出较高的CO转化率（20.07%）、烯烷比（2.32）及铁时空收率（4.37×10^-5 mol CO?(g Fe)^-1?s^-1）,这主要得益于该催化剂活化后形成的较小的铁碳化合物颗粒尺寸及更多的Fe₅C₂活性相。     

铜锰氧化物水煤气变换催化剂的还原与催化性能

以CuSO₄·5H₂O和MnSO₄·H₂O为前驱物,NaOH为沉淀剂,选用共沉淀工艺,添加Al₂O₃、BaO+Al₂O₃、ZrO₂+Al₂O₃或CeO₂+Al₂O₃粉末作为催化助剂,制备了4种铜锰氧化物水煤气高温变换催化剂。X射线衍射分析表明,4种铜锰氧化物催化剂的主要化学成分为氧化铜和氧化锰系化合物以及锰钡、铜锰和铜锰铝复合氧化物;在催化水煤气变换反应(WGSR)后,4种铜锰氧化物的化学成分发生了变化。H2还原实验结果表明,在4种铜锰氧化物中,添加ZrO₂+Al₂O₃的铜锰氧化物H₂还原效率最好;而添加CeO₂+Al₂O₃的铜锰氧化物H2还原效率最小。对WGSR出口气中CO体积分数进行对比分析可知,分别添加Al₂O₃和CeO₂+Al₂O₃铜锰氧化物催化剂的变换活性较好。     

微通道反应器制备Cu-ZnO催化剂

为了考察共沉淀过程中的流动混合条件对催化剂结构性能的影响,分别采用微通道反应器和传统共沉淀法制备了铜锌催化剂,并用于催化合成气制甲醇反应。结果显示,微通道反应器制备的催化剂具有更好的催化活性。通过透射电镜(TEM)和低温N_2吸脱附(BET)表征及对反应过程的分析认为,微通道反应器中沉淀反应条件均匀、返混程度小,所得催化剂颗粒粒径小、分布均匀且比表面积大。X射线粉末衍射分析(XRD)和程序升温还原(H_2-TPR)的结果表明,微通道反应器制备的催化剂晶体生长得更好,还原后可得到更多的活性铜结构,这些特性使得催化剂在一氧化碳加氢合成甲醇反应上表现出更高的活性和甲醇选择性。     

化工过程强化技术在制备铜基合成甲醇催化剂中的应用

甲醇工业的飞速发展得益于催化剂的不断更新换代。本文以共沉淀法制备Cu O/Zn O/Al2O3催化剂为基础,详细阐述了各个工艺条件如温度、p H、陈化时间、滴加速度、搅拌速度等,对催化剂结构、Cu/Zn分散度和催化活性的影响。针对搅拌槽反应器的微观混合效率低,共沉淀过程中存在局部过饱和度不均一,继而导致铜基催化剂形貌、尺寸、结构等难以精确控制的问题,介绍了微反应器、撞击流反应器、旋转填充床、微波辐射、超声处理和超临界技术等过程强化新设备或技术在制备铜基催化剂中的应用,为工业上宏量合成形貌规则、粒径均一、Cu/Zn分散度高、催化活性好、寿命长的铜锌铝催化剂提供一种新思路。     

整体式Mn基低温脱硝催化剂研究

采样硝酸锰和乙酸锰两种Mn的前体制备以堇青石为基体的整体式脱硝催化剂,并进行了氨选择性催化还原NO反应(NH₃-SCR)和BET、XRD、XPS等表征。以硝酸锰为前体的催化剂具有更好的低温脱硝活性,在反应温度150～250℃的范围内,MnN/TiO₂/CC催化剂的脱硝率接近100%;而当反应温度超过250℃后,MnA/TiO₂/CC催化剂比MnN/TiO₂/CC催化剂具有更高的脱硝活性。表面Mn活性位和弱酸位多是MnN/TiO₂/CC催化剂低温SCR活性好的主要原因。     

锰前驱体对负载型氧化锰催化剂脱硝性能的影响

分别以醋酸锰、醋酸锰-硫酸锰以及硫酸锰为前驱体,采用浸渍法制备Mn/Al₂O₃催化剂,考察其SCR脱硝活性和耐硫性能。采用BET、XRD、FT-IR、H₂-TPR和NH₃-TPD等对催化剂进行表征。结果表明,锰前驱体不同,导致催化剂晶型、比表面积存在显著差异;硫酸锰的加入使催化剂表面总酸量和酸强度上升。与单独的醋酸锰和硫酸锰相比,醋酸锰-硫酸锰复合前驱体制备的催化剂可以提高催化剂在（300~450） ℃的NO转化率,且原料气中SO₂体积分数为0.2%时,脱硝率下降幅度最小,耐硫性能最好。因此,采用醋酸锰-硫酸锰复合前驱体制备催化剂,可以提高催化剂在高温区的脱硝活性和抗硫性能。     

Carbon black oxidation in the presence of Al2O3, CeO2, and Mn oxide catalysts: An EPR study

Carbon black oxidation in the presence of CeO₂, Al₂O₃ and manganese oxide catalysts has been studied in tight contact conditions. In the presence of manganese based catalysts, the temperature gain is about 275 °C compared to the non-catalysed carbon black oxidation. The contribution of the manganese species to enhance the reactivity of carbon black oxidation has been evaluated by EPR technique. For Mn/Ce + CB mixtures the Mn²⁺ content considerably increases consequently to tight milled treatment indicating the reduction of some manganese species with higher oxidation states into Mn²⁺ ions. This phenomenon can be considered as the first step in the carbon black oxidation mechanism in the presence of Mn/Ce catalysts.     

电解锰渣基沸石对锰离子的吸附性能研究

电解锰渣是电解锰行业露天堆存的大宗固体废弃物,在堆存过程中将产生毒性污染物锰离子。为有效利用电解锰渣的同时消除锰离子对环境的危害,以电解锰渣为原料采用微波碱熔活化法制备沸石,并用于吸附锰离子。考察了溶液初始锰离子质量浓度、溶液pH、吸附温度和吸附时间等因素对锰离子吸附效果的影响。结果表明:在溶液初始锰离子质量浓度为500 mg/L、溶液pH为6、吸附时间为2 h、吸附温度为50 ℃条件下,电解锰渣基沸石对锰离子具有较好的吸附能力,最大吸附量高达79.18 mg/g。探究了电解锰渣基沸石对锰离子的吸附行为。结果表明,锰离子在沸石表面的吸附符合准二级动力学模型,Langmuir等温吸附模型比Freundlich模型更适合于描述电解锰渣基沸石去除锰离子的等温吸附过程。电解锰渣基沸石循环使用性能良好,在重金属废水处理方面具有潜在的应用前景。