超重力法制备铜锰催化剂及其催化燃烧甲苯性能的研究

催化燃烧技术是去除大气中甲苯等对人体和环境有危害的挥发性有机物的一种有效方法。为改善催化燃烧技术用的铜锰催化剂在普通共沉淀制备中Cu-Mn元素分布不均匀的问题,进行了撞击流-旋转填料床结合液相共沉淀法制备铜锰催化剂的研究。分析了撞击初速和超重力因子对铜锰催化剂催化燃烧甲苯性能的影响;同时,在较适宜的制备条件下,采用Laman、 H₂-TPR等表征手段分析了催化剂的物理化学性质。结果表明：适宜的工艺参数为撞击初速5.31 m/s、超重力因子105.81。在此条件下制备的催化剂表现出良好的催化燃烧活性(t₉₀=215℃),相较于传统搅拌釜制备的铜锰复合催化剂的t₉₀降低了12℃。Laman和H₂-TPR结果表明,撞击流-旋转填料床强大的传质和液液微观混合能力使得催化剂具有更为均匀的Cu-Mn元素分布和更强的Cu-Mn协同作用。在适宜的IS-RPB操作参数下制备的催化剂经过40 h的稳定性测试后,依然表现出较高的催化燃烧甲苯性能。     

掺杂CeO_2的CuMnOx复合氧化物催化剂的制备及对甲苯催化燃烧性能研究

以γ-Al2O3为载体,采用浸渍法制备了掺杂铈的铜锰复合氧化物催化剂,考察了铜锰原子比、铈的掺杂量、浸渍液浓度及催化剂制备焙烧温度对催化剂催化燃烧甲苯性能的影响,同时对该催化剂用于甲苯催化燃烧过程的稳定性进行了研究.实验表明:铜锰原子比1:2,铈掺杂量Cu:Mn:Ce=1:2:0.2,浸渍液质量浓度0.0278g/mL,焙烧温度600℃是催化剂制备的较优条件;经过45小时的连续催化操作,催化剂对甲苯的转化率仍保持在97%以上,表现出良好的稳定性.     

介孔片状NiO/Co3O4催化剂催化碳烟燃烧性能研究

采用水热结合等体积浸渍法制备一系列NiO/Co₃O₄介孔纳米片催化剂，并以柴油机碳烟催化燃烧为模型反应评价其催化性能.研究表明，当Ni/Co物质的量比为12%时，所制备的催化剂12NiCo具有最佳碳烟颗粒催化燃烧活性，其T_m为347℃，CO₂选择性为100%，主要归因于以下原因：1)二维片状结构及其较高的比表面积有效增大了催化剂与碳烟颗粒的接触界面；2)纳米片具有丰富的介孔孔道，有利于降低传质阻力，进而促进气体反应物的吸附与扩散；3)NiO的引入增强了催化剂的氧化还原能力，促进了氧物种的吸附与活化生成活性氧物种，同时也促进了NO氧化形成氧化能力更强的NO₂参与反应，进一步提升催化活性.此外，该催化剂12NiCo具有良好的循环使用性能，显示了一定的潜在实用价值.     

N、S共掺杂碳基高效氧还原催化剂的制备

杂原子掺杂碳基氧还原（ORR）催化剂具有代替Pt基催化剂的巨大潜力。以硫掺杂g-C₃N₄（S-doped g-C₃N₄, S-g-C₃N₄）作为硫源和氮源,以三嵌段共聚物P123作为碳源,通过简单的高温热解法成功制备了N、S共掺杂碳（N, S co-doped carbon, NSC）催化剂,并考察了热解温度对制备的NSC催化剂ORR性能的影响。材料表征结果显示:温度为1 000 ℃时制备的催化剂NSC-1000具有较高的氮含量和硫含量及最大的比表面积;电化学测试结果显示:NSC-1000具有最佳的ORR性能,在0.1 mol/L KOH溶液中半波电位（half-wave potential, E1/2）高达0.888 V,且经10 000圈循环伏安扫描后E1/2仅负移12 mV,表现出极佳的活性和稳定性。此外,旋转环盘电极测试结果显示:NSC-1000催化剂主要以四电子反应路径催化ORR的发生。本实验为制备N、S共掺杂碳基高效ORR催化剂提供了新的思路。     

二氧化锰制备及催化燃烧甲苯性能研究

以高锰酸钾和富马酸为原料,采用溶胶凝胶法合成了二氧化锰（MnO₂）催化剂,通过X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）、N₂吸附-脱附以及氢气程序升温还原（H₂-TPR）等技术对制备材料的结构和还原性能进行了表征,并考察材料的焙烧温度对其催化燃烧甲苯性能的影响.结果表明,焙烧温度为450 ℃的产物为纯相的α-MnO₂,催化剂呈现颗粒状形貌并具有较大的比表面积（60.56 m²·g^-1）,低温下易还原,具有较好的甲苯催化燃烧性能,完全燃烧温度T₉₉为210 ℃.     

汽车尾气中碳烟在钛酸钾上的催化氧化性能及动力学研究

采用溶胶-凝胶法合成了K₂ T_i4O₉ , K2 Ti₆O₁₃ 和K₂ Ti₂O₅ 钛酸钾型催化剂。利用X 射线衍射 (XRD)、智能重量分析仪(IGA)等手段进行了表征, 同时采用固定床对钛酸钾催化脱除柴油机尾气中碳烟颗粒的性能进行了测试, 并对钛酸钾催化氧化碳烟的动力学进行了研究。结果表明, 钛酸钾与传统催化剂相比具有更高的碳烟颗粒氧化性能, 在松散接触下依然能保持良好的活性, 且钾钛物质的量比为1 ∶1 的钛酸钾催化剂的脱除碳烟颗粒的效果最好。钛酸钾作用下碳烟的氧化为一级动力学反应, 且所建立的碳烟燃烧动力学方程与实验数据拟合较好。     

氯化氢催化氧化用催化剂研究

在固定床反应器中对氯化氢催化氧化用催化剂进行了研究.采用浸渍法制备γ-Al2O3负载的以铬为主要活性组分的催化剂,考察了催化剂不同铬源、活性组分负载量、助荆、煅烧温度、比表面积对催化剂活性的影响.结果表明,以硝酸铬作为铬源,通过浸渍法制得的催化剂,活性组分约20%,活性组分与助剂加入摩尔比1:1.25时活性良好,在实验条件氯化氢转化率最高可达到90%以上,且经200 h寿命实验活性基本不变;在500℃下催化剂即可被活化;载体比表面积对催化剂活性影响显著,高比表面催化剂活性高.     

La1 - x KxCoO3 钙钛矿型催化剂在柴油车尾气净化中的性能

采用低温燃烧合成法制备了纳米级不同K 取代量的La_{1 - x} K_xCoO₃ 催化剂,通过H₂ -TPR,XRD,BET 和化学分析等多种方法对催化剂的组成和结构进行了表征,利用程序升温氧化反应( TPO) 评价了催化剂同时净化碳颗粒物和NOx 的催化活性,考察了K⁺ 掺杂后晶体结构和表面氧化性能的变化对催化剂性能的影响。结果表明,K+ 部分取代La^{3 +} 会影响La_{1 - x} K_xCoO₃的晶体结构和组成。当x ≤0. 3 时,La_{1 - x} K_xCoO₃仍为单一的斜方晶型钙钛矿结构,晶格参数和晶粒度增大;当x ≥0. 4 后,出现不能进入晶格析出的Co3O4 晶体。La_{1 - x} K_xCoO₃钙钛矿 型催化剂对碳烟和NOx 同时净化具有良好的催化活性,La0. 7 K0. 3CoO3 催化剂氧的非化学计量值λ最大为0. 017 6,表面氧空位量最多,催化活性最好,碳烟在催化剂上的起燃温度下降到290 ℃,NOx 的转化率为53 %。     

铈基和镧基复合氧化物催化剂催化碳烟燃烧性能研究

文章采用浸渍法、水热合成法和共沉淀法制备了3种不同类型的碳烟催化剂：CeFeCo、La-Mn-O和BiCeO。通过对3种样品扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线电子能谱(XPS)和氢气程序升温还原(TPR)等表征结果进行比较分析,发现：La-Mn-O样品中吸附氧的占比量最大;CeFeCo样品中的金属离子含量最多,且Ce³⁺含量大于BiCeO样品。在氢气程序升温还原中,可以观察到CeFeCo具有最低温的还原峰,在283℃左右。最后通过程序升温氧化反应系统对3个样品进行活性评估,在紧密接触情况下CeFeCo、La-Mn-O和BiCeO样品催化50%碳烟氧化所需的温度,即T50分别为329、355和374℃,与碳烟燃烧的空白组相比,T50分别降低了265、239和220℃。这表明3种催化剂均成功制备并且具有良好的催化碳烟燃烧性能,特别是CeFeCo催化剂表现出的低温催化燃烧性能最好。     

K-Ba-Sm柴油车尾气碳烟氧化催化剂的制备与表征

采用KNO3、Ba(NO3)2、Sm(NO3)3.6H2O 3种化合物为原料,以多孔氧化铝为载体,运用涂抹法制备了用于催化柴油机尾气碳烟氧化的催化剂。用TPR对催化剂的活性进行了测量,并采用SEM和XRD对其结构进行了表征。实验结果表明,K-Ba-Sm催化剂的催化性能良好,最终能将陶瓷基片上的碳烟在低于450℃条件下完全催化氧化掉。其中以n(K)∶n(Ba)∶n(Sm)=1∶0.1∶0.1组成的催化剂效果最好,其起燃点为325℃。保持K、Ba的含量不变,随着Sm(NO3)3.6H2O物质的量的增大,其催化活性有些减弱,碳烟起燃温度升高。另外,K、Ba、Sm组成的催化剂有吸收空气中CO2的现象。     

复合载体负载型催化剂制备及其微波辅助催化氧化甲苯性能试验

将吸附材料分子筛粉末、吸波材料碳化硅粉末以及催化活性组分铜(Cu)、锰(Mn)、铈(Ce)盐溶液完全混合,通过制粒、煅烧后制得复合载体负载型催化剂;微波辐照条件下,应用该催化剂进行了甲苯废气的催化氧化性能试验研究.研究表明,复合载体负载型催化剂的优化制备条件为:高岭土为粘合剂,掺入3%的碳化硅,铜锰质量比为1︰1(各5%负载量),铈的掺杂量为1.67%,焙烧温度为500℃,焙烧时间为8h.反应温度210℃下,优化制备的复合载体催化剂催化氧化甲苯的转化率达95%,表现出良好的低温活性和催化氧化性能.     

微波场中催化剂对甲苯废气的氧化分解研究

为减少挥发性有机化合物所造成的污染,改善大气环境质量,探究微波催化氧化甲苯废气技术的实际应用,采用传统浸渍法,制备具有尖晶石结构的铜锰铈负载型催化剂,利用X射线衍射、扫描电子显微镜和氮气吸附法等检测方法对该催化剂进行表征.利用本课题组自行研制的微波净化设备,研究在微波场-催化剂协同催化的作用下,负载型催化剂对氧化分解甲苯的催化性能,探究各种不同工艺参数条件下的催化效果.表征表明,该铜锰铈催化剂表面的尖晶石相CuMn_2O_4对挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)有较高的催化氧化活性.催化实验结果表明,600℃条件下焙烧制成的铜锰铈催化剂具有明显的低温催化氧化特性,在微波功率为400 W、反应温度为280～350℃、空间速度(单位时间、单位体积催化剂上通过的标准状态下反应器气体的体积)为1 400～5 600 h~(-1)、甲苯的质量浓度为7. 5～30. 0g/m3的条件下,对甲苯的去除率可超过90%.且对于甲苯的去除具有较强的抗冲击能力;在100 h的稳定性实验过程中,催化效率均保持在90%以上,稳定性很好,具有良好的应用前景.     

铜/海泡石催化还原NO的研究

为了对NO进行有效的净化,研究了一种新型催化剂——铜/海泡石.海泡石用盐酸进行改性,由正交实验优化确定了改性条件:盐酸浓度为1.2mol/L;固液体积比为1:20;浸泡时间为20 h和浸泡温度为333 K.研究表明,在稀薄燃烧条件下,铜/海泡石对NO的还原具有良好的催化活性.Cu负载量为5％,灼烧成型温度为673 K条件下制备的催化剂具有最好的活性,593 K时,NO的转化率达90％.掺入稀土元素Ce和Sm可以提高铜/海泡石的催化性能.考察了氧成分和空速等对催化活性的影响,并用TGA,XRD,H2-TPR和BET等对该催化剂进行表征.实验结果表明:铜/海泡石是一种NO选择催化还原的有效催化剂.     

负载型催化剂MnOx-CeO2/TiO2去除甲苯

为了考察铈掺杂对金属氧化物催化剂催化燃烧处理有机废气的影响,采用蜂窝状TiO2丝网作为催化燃烧催化剂的载体,以MnOx、CeO2作为活性组分,用浸渍法负载制备出催化燃烧催化剂,考察了活性组分负载量及配比、焙烧温度、焙烧时间对催化剂降解甲苯的影响.实验确定了催化剂的最佳制备工艺:Mn的负载量(质量分数)约为15%,Mn与Ce物质的量比为3∶1,催化剂的焙烧温度为500℃,焙烧时间为5h.结果表明:与催化剂MnOx/TiO2相比,掺杂Ce后的催化剂MnOx-CeO2/TiO2对甲苯催化燃烧的起燃温度和完全转化温度均有明显降低,催化剂表面燃烧物颗粒的粒径有所减小,分散均匀,更有利于甲苯的降解处理.     

甲烷催化裂解制备碳纳米管过程中二氧化碳的影响

生物质发酵沼气含有高浓度CH₄,具有制备碳纳米管的潜力,但其中所含的大量CO₂对碳纳米管制备存在潜在影响. 研究了CH₄催化裂解制备碳纳米管过程中CO₂的影响,使用商用Ni基催化剂和水平管式炉装置开展碳纳米管制备试验,采用TPR、TPO、SEM、TEM等手段对催化剂和碳纳米管进行表征. 650 ℃时催化裂解效率最高,碳产物最大质量为催化剂质量的4倍,其中主要产物为多壁碳纳米管. CO₂对最佳催化裂解温度、催化裂解效率及多壁碳纳米管产量无显著影响,但CO₂的存在增加了碳纳米管内外径、长度和平滑度. 这可能是由于CH₄催化裂解产生无定形积碳,阻碍碳纳米管生长; 而CO₂与积碳反应清除积碳,促进了碳纳米管生长. 从CO₂的影响来看,沼气制备碳纳米管具有可行性.     

基于Mn-MOF制备MeOx/MnOx催化剂的低温NH3-SCR活性研究

采用不同金属硝酸盐浸渍Mn-MOF前体制备一系列MeO_x/MnO_x(Me=Co,Cr)复合金属氧化物催化剂用于低温NH₃-SCR反应。分析金属掺杂和空速对锰基催化剂脱硝效率和N₂O生成量的影响。通过XRD、SEM、N₂吸附-脱附、XPS、H₂-TPR、NH₃-TPD等表征测试对制得的催化剂物理化学性质进行分析,结果表明,两种金属掺杂可不同程度上改善MnO_x脱硝性能和抗硫性能。与MnO_x催化剂相比,掺杂催化剂的外观呈现无规则的多孔结构。更大的比表面积为活性分子提供更多的活性位点,有利于脱硝反应进行。掺杂催化剂中Mn元素相以Mn₃O₄相为主,且峰强度较低,表明Mn元素相呈现高分散态。掺杂金属与锰氧化物产生相互作用,改变了锰元素的价态,提高了Mn⁴⁺和表面氧的含量。金属离子掺杂增强了催化剂的氧化还原性能,改善了MnO_x     

VPO-Ce/TiO2催化剂低温脱硝性能研究

针对低温烟气脱硝过程中SO₂和水蒸气严重影响催化剂的活性的问题，制备了Ce掺杂的Ti基磷酸氧钒催化剂(VPO-Ce/Ti O₂)，并对其在低温下脱硝性能进行了研究。实验结果表明：Ce掺杂使VPO/Ti O₂催化剂的比表面积由6.8 m²/g提高到10.7 m²/g，催化剂中V⁵⁺和V⁴⁺的H₂-TPR还原峰分别由原来的578℃和616℃偏移到538℃和601℃；同时，VPO-Ce/Ti O₂的脱硝率在250℃时可达到96.8%。与未掺杂Ce的催化剂相比，最佳活性对应的温度点向低温方向偏移了50℃，并且具有同时抗硫抗水性能。     

活性炭负载复合催化剂分解臭氧的研究

用浸渍法制备了活性炭负载的锰铁和锰铜催化剂,并进行了表征,考察了它们对臭氧分解的催化性能及相对湿度、臭氧初始浓度对臭氧催化分解的影响。结果表明,锰铁催化剂远优于锰铜催化剂,每克锰铁催化剂能分解3.43g臭氧;湿度对臭氧催化分解影响很大,相对湿度越高,催化性能越差;当臭氧初始质量浓度不大干1.908mg/L时,活性炭不参与反应,而在臭氧浓度过大时,催化剂中的载体活性炭会与臭氧发生反应,使催化剂总量减少。     

电纺PAN纳米纤维的石墨化调控及对NO的催化性能

为提高碳纳米纤维在接近室温下(20℃)对低浓度一氧化氮(NO,50 mg/L)的催化氧化性能,采用高压静电纺丝法制备聚丙烯腈(PAN)基碳纳米纤维,经预氧化、碳化和活化处理工艺,得到了具有高孔隙率和高比表面积结构的碳纳米纤维(PCNF);通过对纤维的碳化和活化温度(800、850、900、950℃)的调控,获得了一系列具有石墨化度且孔结构和比表面积可控的多孔碳纳米纤维;将制备的碳纳米纤维用于接近室温下(20℃)对低质量浓度NO(50 mg/L)的催化氧化脱除。结果表明:不同碳纳米纤维的石墨化度对低浓度的NO呈现出不同的催化活性,同时对碳纳米纤维的孔结构和比表面积也有规律性的影响,当石墨化度为0.85时对NO的催化氧化效率最大为3.4%。     

钯负载铁酸盐催化苯酚氧化羰基化合成碳酸二苯酯

为了将负载铁酸盐催化剂应用于磁稳定床中催化合成碳酸二苯酯,考察了焙烧温度(400～800℃)和焙烧时间(1～4h)对铁酸锰载体结构特征、磁学性质以及相应催化剂在催化苯酚氧化羰基化合成碳酸二苯酯中的催化特性的影响,采用柠檬酸络合法制备出尖晶石铁酸盐载体铁酸锰,通过沉淀法负载活性组分钯制备了钯负载铁酸锰催化剂,使用X-射线衍射(XRD)、比表面积孔径分析仪(BET)、扫描电镜(SEM)和振动样品磁强计(VSM)对其进行了相应的表征.结果显示,铁酸锰载体焙烧温度对催化剂的结构特征、磁性以及催化活性均有较大影响,而焙烧时间对其相应的影响则相对较小;其中,载体在500℃下焙烧2h,具有单一的尖晶石结构,较大的比表面积以及良好的孔结构;比饱和磁化强度可达40.2emu/g,其剩磁小于5.0emu/g,矫顽力小于15kA/m,符合磁稳定床中对于磁性固体颗粒磁学特性的要求;相应催化剂具有最大的收率5.15%.负载铁酸盐催化剂应用于磁稳定床中催化合成碳酸二苯酯的最佳工艺条件是:铁酸锰载体的焙烧温度为500℃,焙烧时间为2h.