新型纳米钯基催化剂的火焰合成与催化点火

用滞止旋流火焰合成了新型纳米钯基催化剂,其载体为锐钛矿型Ti O2颗粒,平均粒径为9.2,nm.相比于传统的化学浸渍法,该合成方法反应速率快,可以形成稳定的Pd@Ti O2负载型纳米催化剂.在此基础上,本文研究了该催化剂对甲烷点火的催化特性.在固定床实验中,甲烷在325,℃时达到了20%的临界转化率,从而成功点火.该温度比文献中相同环境下的实验结果低,这是由于滞止旋流火焰合成的催化剂具有更小的颗粒粒径与更大的比表面积.     

基于铜基催化剂的苯催化氧化实验研究

基于响应面法设计制备了负载型铜基催化剂,并开展了低温下的苯催化氧化实验.研究了催化剂的煅烧温度、煅烧时间及活性组分浓度对其催化性能的影响.结果表明,在350℃条件下,Y1、Y2催化苯氧化的转化率Xc分别达到了90.3%及92%,与预测值吻合.反应温度从250℃到450℃的温度影响实验结果表明,随着反应温度增加,苯转化率提高,且Y2催化下的增幅大于Y1,450℃时最大转化率为95.7%.催化剂表征分析表明600℃煅烧6 h时形成Cu O晶体,可维持较高的比表面积;800℃煅烧时形成催化活性更强的铜铝尖晶石,但比表面积降低.     

火焰喷雾热解合成Cu-Mn/TiO2纳米催化剂的CO催化燃烧研究

采用火焰喷雾热解法一步合成TiO_2负载Cu-Mn纳米催化剂并研究其对CO的催化燃烧性能。通过Brunauer-Emmett-Teller方法(BET)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段测试了催化剂的物理化学特性,研究了不同Cu-Mn摩尔比对该催化剂的结构、形貌和化学性能的影响,并讨论了Cu与Mn之间的协同作用;还研究了TiO_2中Cu、Mn金属离子对锐钛矿与金红石晶相转变的作用以及通过这些相互作用所产生的化学吸附氧,进而得出了催化剂表面特征对CO催化燃烧性能的影响。     

H_2O对CO在0.5%PdZrO_2/γ-Al_2O_3上催化燃烧特性的影响

以0.5%PdZrO_2/γ-Al_2O_3为催化剂,在所搭建的比例积分微分控制(PID)多功能实验装置上进行CO催化燃烧基础特性实验,分析了H_2O对CO转化率的影响,以及H_2O体积分数的变化对CO转化率和CO催化燃烧反应时间的影响.结果表明:H_2O的加入大幅提升了CO在催化剂上的起燃温度和燃尽温度,增大了CO催化燃烧反应所需的活化能,且随着H_2O体积分数的增大,CO起燃温度和燃尽温度逐步升高;CO转化率随H_2O体积分数的增加逐渐降低;CO反应稳定所需时间随H_2O体积分数的增大而增加;H_2O的存在降低了催化剂的活性,抑制了催化燃烧的进行.     

天然焦-H2O催化气化反应特性

在流化床气化试验装置上进行了天然焦-H2O催化气化反应试验,考察了催化剂种类、混合催化剂配制方式及其添加量对煤气产量、碳转化率和煤气热值等的影响.结果表明,Ca基、Fe基和Cu基硝酸盐均能有效地促进气化反应,但催化效果有所差异,由好到差的顺序为Cu基Fe基Ca基;当Ca基、Fe基和Cu基硝酸盐按10:35:55机械混合时,可实现3种催化剂的最优配制;当最优配置催化剂添加量为3%时能得到最佳的催化效果和经济性.     

乙醇基纳米流体燃料液滴着火燃烧研究

采用挂滴法研究了在高温条件下纳米铝粉质量分数及粒径对乙醇基纳米流体燃料液滴着火特性及燃烧过程的影响.研究结果表明,与乙醇燃料相比,添加50,nm铝粉质量分数为0.5%,和2.5%,的乙醇基纳米流体燃料液滴的着火延迟时间分别降低了0.315,s和0.525,s,着火温度分别降低了12.712,℃和42.214,℃.增大纳米铝粉粒径至100,nm,当添加的铝粉质量分数为2.5%,时,其液滴着火延迟时间比乙醇降低了0.42,s,两种粒径的纳米流体燃料着火温度相近.乙醇及乙醇基纳米流体燃料液滴燃烧火焰分为3个阶段:着火燃烧阶段、火焰熄灭阶段和二次燃烧阶段.随纳米铝粉含量增加,在二次燃烧阶段纳米流体燃料液滴火焰亮点增多,火焰燃烧剧烈,其中含50,nm铝粉的纳米流体燃料比含100,nm铝粉的纳米流体燃料燃烧剧烈.     

Cu/La2O3/Al2O3催化剂上甲醇水蒸气重整制氢反应

研究以并流共沉淀法制备Cu/La2 O3 /Al2 O3 系列催化剂催化甲醇水蒸气重整制氢反应过程 ,考察了La2 O3含量、反应温度、水醇比、液体空速 (WHSV)等因素对催化剂活性的影响。结果表明 :催化剂表现出较好的低温活性、高氢气选择性和稳定性。La2 O3 质量分数为 15 % ,在 2 5 0℃反应时 ,催化剂活性表现最佳 ,甲醇摩尔转化率为94 .5 % ,氢气选择性为 10 0 % ,CO摩尔分数为 1.0 5× 10 -7。     

电化学氧还原反应合成H2O2碳基催化剂研究进展

电化学氧还原反应(ORR)合成H2O2是一种低成本、无污染的绿色合成方法.但是,ORR动力学缓慢,存在四电子ORR生成H2O的竞争反应,因此需要使用催化剂提升ORR的反应活性以及二电子ORR的选择性.近年来,碳基材料因价格便宜、来源广泛、调控方法多样,被广泛应用于该领域.本文首先简要介绍了电催化ORR合成H2O2的机理,并根据机理分析了影响电化学合成H2O2催化性能的关键因素.接着阐述了提升碳基ORR催化剂活性与二电子选择性的策略,并着重介绍了非金属原子掺杂碳材料和过渡金属氮碳材料.最后,总结了碳基催化剂在电化学合成H2O2中存在的问题和面临的挑战,对碳基催化剂在电合成H2O2中应用的发展趋势进行了展望.     

Cu/ZSM-5分子筛催化剂SCR催化性能

采用液态离子交换法制备了不同Cu含量的Cu/ZSM-5分子筛催化剂.对其理化特性和在NH3-选择性催化还原反应中催化性能的评价结果表明:Cu元素主要以Cu+离子的形式富集于分子筛的浅层及表面,且分散性较好.Cu质量分数低于6.39%时,NO低温转化率随Cu含量的增加而增加;而在Cu质量分数超过6.39%后,随Cu含量的增加,高温NO转化率开始衰减的温度降低.反应气流速在150,000,h-1以内时,反应气流速对Cu/ZSM-5催化剂的活性温度窗口影响不大.     

柴油机Fe-Cu分子筛SCR催化剂的数值模拟

建立催化反应动力学模型预测和比较Fe、Cu分子筛催化剂的NOx还原性能.考虑了NH3的吸附和脱附、NH3氧化、NO氧化及NOx还原反应.结果表明:Cu分子筛催化剂低温(<400℃)时标准选择性催化还原(SCR)反应转化率较高,而Fe分子筛催化剂高温(>400℃)时催化活性较高.考虑到两种分子筛催化剂在不同温度范围内SCR反应活性的差异,将Fe、Cu分子筛催化剂进行分区及分层组合以拓宽组合催化剂的反应活性温窗.在标准SCR反应下,Fe分子筛催化剂(总长度的20%)布置在Cu分子筛催化剂上游为最佳分区组合;Fe分子筛催化剂(总涂层厚度的25%)涂覆在Cu分子筛催化剂上层为最佳分层组合,最佳分区组合布置在整个温度范围内能实现更高的NOx转化率.然而根据对Cu分子筛催化剂和最佳Fe-Cu分区组合催化剂的瞬态响应特性研究,发现Cu分子筛催化剂具有更好的低温瞬态响应特性.通过优化氨氮比,提高了最佳分区组合催化剂的NOx转化率.     

CuO-ZnO/γ-Al_2O_3催化剂分解N_2O的性能研究

以CuO为活性组分、ZnO为助剂、γ-Al_2O_3为载体,采用等体积浸渍法制备了一系列CuOZnO/γ-Al_2O_3型直接分解N_2O催化剂,考察了活性组分和助剂含量、烟气工况对催化剂分解N_2O活性的影响,开展了催化剂的稳定性测试,并对催化剂进行了表征.结果表明:CuO质量分数为15%时催化剂的分解活性最高,ZnO助剂的掺入可以明显提高催化剂对N_2O的转化率,烟气中O2和H_2O的存在则会抑制催化剂的活性.15Cu-30Zn/γ-Al_2O_3催化剂在650℃、空速为21 000h~(-1)、含O_2和H_2O的烟气条件下,在100h的连续测试中,N_2O转化率稳定维持在90%以上,具有良好的高温抗氧和抗水蒸气抑制性能以及稳定性.     

甲烷催化燃烧锅炉用催化剂的研究

催化燃烧是一种高效、低排放的新兴技术,可应用于天然气发电。利用共沉淀法制备了系列Ce—Zr复合氧化物,并用XRD和SEM等手段对其进行了表征,测试了其催化甲烷燃烧性能。结果表明,部分铈离子可进入氧化锆晶格中形成锆基固溶体。当游离的CeO2较好地分散在氧化锆基固溶体上时,铈锆催化剂具有较好的催化甲烷燃烧性能。Ce0.6Zr0．4O2催化剂显示了这种协同作用,获得了较低起燃温度（318℃）和完全转化温度（530℃）。     

溶胶凝胶法制备CuO／γ-Al2O3催化剂及其脱硝活性的研究

用溶胶凝胶法制备了CuO/γ-Al2O3催化剂颗粒,并在固定床上测试其催化脱硝活性.利用程序升温方法研究了CuO/γ-Al2O3催化剂对NH3和NO的氧化性能.结果表明:CuO/γ-Al2O3催化剂在250~400℃范围内脱硝效率达到了85%以上;在350℃时,达到98%;但在400℃时,由于NH3的急剧氧化而使脱硝效率下降.高度分散的活性组分能在一定程度上降低催化剂高温下的氧化性能.CuO/γ-Al2O3催化剂能将NO氧化成NO2,有利于脱硝反应的进行,NH3和NO在催化剂上都存在明显的吸附现象.NO在催化剂上的吸附对脱硝过程有重要作用.     

Ni_(0.8)Fe_(0.2)Cu_m(PrZr_4)_nO_x催化剂的制备及其乙醇水蒸气重整性能研究

用共沉淀法制备Pr Zr4Oy载体,浸渍法制备Ni0.8Fe0.2Cum(Pr Zr4)nOx系列催化剂,并将其用于乙醇水蒸气重整反应(ESR),考察Cu的掺杂量对催化剂性能的影响。通过X射线粉末衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)和扫描电子显微镜(SEM)对催化剂的晶体结构、还原特性和表面形态进行表征,结果显示,新鲜催化剂中存在立方晶相Pr6O11、立方晶相Pr2Zr2O7、斜六方晶相Pr Ni O3,在Cu含量较高的催化剂上还出现了单斜晶相Cu O。催化剂经过550℃还原预处理后,Ni、Cu组分均以零价态存在,Fe组分被部分还原为Fe3O4的形式;掺杂Cu组分可提高Ni3+和Fe3+的还原活性。Ni0.8Fe0.2Cu0.2Pr Zr4Ox催化剂在乙醇水蒸气重整反应中表现出较好的性能,在500℃的条件下,乙醇转化率接近100%,一氧化碳摩尔分数低至0.15%;在反应进程中未发现催化剂积碳、烧结和失活现象,催化剂稳定性良好。     

甲烷受控扩散火焰合成碳纳米管的实验研究

燃烧火焰法是合成碳纳米管的新方法,具有设备简单、容易实现等优点。以硝酸镍为催化剂,在甲烷-空气受控扩散火焰中合成了多壁碳纳米管,燃烧产物中还发现了碳纳米颗粒、碳纳米纤维和碳黑。实验结果表明,随着采样高度的增加,所合成的无定形多壁碳纳米管和富勒烯状碳纳米颗粒逐渐转变为石墨化程度较高的竹节形多壁碳纳米管和洋葱状碳纳米颗粒。分析表明,火焰温度、甲烷裂解产物以及催化剂种类等因素影响碳纳米管的形态和结构。     

MnOx／TiO2低温NH3选择性催化还原NOx的研究与表征

制备了不同负载量、不同焙烧温度TiO2负载的MnOx催化剂(MnOx/TiO2),进行了低温NH3选择性催化还原(SCR)NOx的试验研究.结果表明,NOx的转化率随负载量增加而提高,而N2选择性则相反,焙烧温度同时影响催化活性和N2的选择性.借助X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、孔容、孔径、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、程序升温还原(TPR)及 NH3程序升温脱附(NH3-TPD)等表征手段,找到了最佳的MnOx/TiO2制备条件.结果显示,相同负载量MnO2的活性与选择性高于MnO2与Mn2O3的混合物,在空速12 600 h-1、80 ℃时NOx转化率达97%,120 ℃时近似100%,6% H2O存在时转化率达99.0%,表明MnO2是极好的低温NH3选择性催化还原NO催化剂的活性组分.     

化学链中Cu、Fe基复合氧载体各组分间相互作用的研究进展

化学链燃烧是一种新型的燃烧方式,既可以避免氮氧化物的产生,又可以实现二氧化碳的内分离,近年来受到了国内外研究人员的广泛关注.氧载体的反应性、循环稳定性以及载氧能力等性能,是化学链燃烧系统的重要影响因素.添加惰性载体和制备多活性组分复合氧载体都是可以有效提高氧载体性能的主要方式.为了解决氧载体中各组分之间反应降低氧载体性能的问题,本文就近年来国内外有关Cu基和Fe基复合氧载体的研究进行了总结和分析,发现TiO2和SiO2会与Fe2 O3形成尖晶石,不适合做Fe2 O3的载体;添加活性组分虽然可以使氧载体释氧速率和循环反应性增强,但也会和Fe2 O3或者CuO反应产生复杂物相,使氧载体反应活性下降或者烧结.在此基础上针对活性组分与惰性组分以及活性组分与活性组分之间的相互作用两个方面进行了综述和展望.     

柴油机钒基与沸石基SCR催化剂对比试验研究

在柴油机台架上比较了钒基、Cu沸石、Fe沸石选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)催化剂的稳态转化效率、动态反应特性、副反应产物等性能,试验中SCR喷射系统、催化剂规格和封装形式保持一致。试验结果表明:Cu沸石SCR低温转化效率高于钒基SCR和Fe沸石SCR;前置柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)能够显著提高钒基SCR和Fe沸石SCR催化剂低温转化效率;NO2/NOx摩尔比超过50%时,钒基SCR催化剂的转化效率下降,沸石SCR催化剂的转化效率不受影响;钒基SCR催化剂比沸石SCR催化剂的饱和氨存储量低,动态响应速率也较快,在低温段Cu沸石比Fe沸石SCR催化剂吸附氨气的能力更强;SCR反应中,Cu沸石SCR催化剂比钒基和Fe沸石SCR催化剂更容易生成N2O,当有前置DOC时Cu沸石SCR催化剂的N2O生成量进一步提高。     

水热条件下催化还原CO_2生成甲酸的优化研究

采用金属Al为还原剂,金属Ni和Cu为催化剂,研究了水热条件下CO_2催化转化生成甲酸的特性.针对水热还原CO_2可能存在的4个反应途径进行热力学分析,计算表明,水热条件下反应途径HCO_3~-+2H HCOO~-+H2O在热力学上最易进行,还原氢的最佳存在形态为活性H原子.考察了铝镍和铝铜水热反应体系中Ni/Al摩尔比、Cu/Al摩尔比、Al/C摩尔比、反应时间和温度等对产物甲酸浓度和碳转化率的影响,实验表明,Cu催化剂水热转化CO_2生成甲酸的碳转化率优于Ni催化剂,当Al/Cu/Na HCO_3的3组分摩尔比为8∶8∶1、温度300,℃、反应120,min时,水热还原CO_2生成甲酸的碳转化率为29.1%,.     

火焰合成Pt修饰CuO氧载体低温化学链燃烧特性

采用火焰喷雾热解方法(FSP)合成了Pt修饰CuO纳米氧载体材料(FSP-Pt/Cu O),首先通过XRD、SEM等表征手段分析了Pt/CuO的结构和组成;通过热重分析仪、化学吸附仪对比研究了FSP合成的CuO、Pt/CuO以及商用CuO纳米颗粒的化学链燃烧反应性能．结果表明,FSP-Pt/CuO氧载体材料与H₂、CO、CH₄的还原反应温度能够分别降低到200℃、105℃、290℃以下．进一步考察了H₂、O₂不同浓度对Pt/CuO氧载体还原、氧化特性的影响,并测试了Pt/CuO氧载体的低温化学链燃烧循环稳定性．最后通过Pt/CuO氧载体颗粒表面的氢溢流原理对低温化学链燃烧过程进行了模型机理解释．