模板法制备中孔炭及其负载氧化铈的SCR脱硝性能研究

以硅铝比为38的分子筛为模板,蔗糖为前驱体,用模板法制备了中孔炭材料,并对制备的材料进行了表征。重点探讨了以制备的碳材料为载体,Ce为活性组分的催化剂的脱硝性能。结果表明,制备出的碳材料存在部分中孔,平均孔径为2.9nm;负载了Ce的催化剂,NH3选择性催化还原(Selective catalytic reduction,SCR)脱硝性能比未负载的脱硝性能好,表明Ce具有催化作用;将制备的碳材料经硝酸预处理,发现Ce负载量为10%的催化剂脱硝活性最好,在380～450℃之间保持60%以上的NO转化率。     

联吡啶铁铜双金属负载PAN纤维的制备及其可见光催化性能研究

通过配位作用将Cu~(2+)引入到负载2’2联吡啶铁络合物(Fe(bpy)~(2+)3)的偕胺肟改性聚丙烯腈(PAN)纤维上,制备了联吡啶铁铜双金属负载改性PAN纤维催化材料,分别使用FT-IR、DRS和XPS技术对其进行表征,并考察了其作为非均相Fenton催化剂在有机染料罗丹明B氧化降解过程中的光催化性能。结果显示,该催化剂中Cu~(2+)能够通过羟基和Fe~(2+)发生相互作用,并将催化剂光响应范围拓展至整个可见光区。当催化剂中m(Cu)/m(Fe)为1.07时,催化剂显示出最高的光催化活性,而且Cu~(2+)的引入也显著提升了该催化剂的p H值适用性和可见光利用率。     

Fe掺杂纳米ZnO的制备及其光催化性能研究

以醋酸锌和Fe(NO)_3·9H_2O为原料,采用水热法制备了Fe掺杂的纳米ZnO。利用XRD、SEM等方法对所制得的样品的结构及形貌进行表征,以亚甲基蓝为模拟染料废水,分别考察了反应温度、pH、掺杂比例、催化剂用量和亚甲基蓝pH对其光催化性能的影响。结果表明,在反应温度为150℃,Fe/Zn掺杂比为0.05,pH为11时,催化剂光催化性能较优;催化剂投加量为1.00g/L,亚甲基蓝废水pH为11时,亚甲基蓝的降解率达到93%。Fe~(3+)掺杂到ZnO晶格中。     

MFI型分子筛在VOCs去除领域的研究进展

挥发性有机物(VOCs)的排放对自然环境和人类健康造成了严重危害,开展VOCs治理研究工作刻不容缓。常见的VOCs治理方法主要有吸附法、生物法、吸收法、冷凝法和催化燃烧法等。针对工业生产中VOCs浓度低、风量大、温度低等特点,吸附+催化处理工艺近年来受到广泛关注。吸附净化技术的核心是吸附剂。目前,常见的吸附材料主要有活性炭、硅胶、分子筛等,由于工业VOCs中含水的特点以及材料本身的性质,MFI型分子筛凭借其独特的孔道结构和可调的硅铝比等优势在VOCs去除领域应用较为广泛。MFI型分子筛按其元素组成可分为ZSM-5、Silicalite-1和TS-1。吸附剂的孔道结构和表面性质决定其对VOCs的吸附效果。在工业净化过程中,VOCs含水问题极大地减弱了分子筛的吸附性能。因此,近年来除研究提高分子筛对VOCs的饱和吸附量外,研究者们还对工业VOCs中含水问题进行了深入的研究,目前常见的疏水改性方法主要有提高分子筛的硅铝比和表面硅烷化两种改性方式。MFI型分子筛作为催化剂载体,其活性组分和载体共同决定了负载型催化剂对VOCs的去除情况。复合活性组分、载体结构以及优异的催化剂制备方法均能够提高其催化氧化VOCs的性能。本文归纳了近年来MFI型分子筛在VOCs去除领域的主要研究成果和进展,分别对MFI型分子筛的结构性质及其在吸附和催化氧化VOCs方面的应用进行了介绍,分析了其在吸附和催化领域中面临的问题,最后针对工业源VOCs的排放特征,对MFI型分子筛的应用前景进行了分析与展望。     

CHA型分子筛膜的研究进展

膜分离技术以其分离效率高、能耗低、无污染、操作条件灵活等优势吸引了研究者和工业界的极大兴趣.CHA型沸石分子筛是重要的催化剂、吸附剂,也是优异的理想分离膜材料.本文重点介绍了CHA型沸石膜在气体分离领域和有机溶剂脱水领域的最新研究进展与动态,总结了硅铝型CHA膜和磷铝型CHA膜在分离领域中各自的优势与特点,提出了制备高性能CHA分子筛膜的关键在于对CHA分子筛膜层硅铝比的可控调节,最后对CHA膜研究的未来发展方向进行了展望.     

高强度超拉伸全物理交联双网络水凝胶的制备与性能

以锂藻土(Laponite)与聚丙烯酰胺(PAM)间的氢键交联作用网络形成第1网络、以三价铁离子(Fe~(3+))与海藻酸钠(Alginate)间的离子交联作用形成第2网络,制备了锂藻土-聚丙烯酰胺/Fe~(3+)-海藻酸钠(Laponite-PAM/Fe~(3+)-Alginate)全物理交联双网络水凝胶。通过扫描电镜表征了Laponite-PAM/Fe~(3+)-Alginate双网络水凝胶的微观结构,探究了Fe~(3+)浓度和锂藻土含量对Laponite-PAM/Fe~(3+)-Alginate双网络水凝胶力学性能的影响,并通过拉伸-回复测试表征了水凝胶的回复性能和抗疲劳性能。结果表明,Laponite-PAM/Fe~(3+)-Alginate全物理交联双网络水凝胶内部具有致密的三维网络结构,其断裂强度可达2.4 MPa,断裂伸长率可达2600%,韧性可达44.8 MJ/m~3,具有优异的力学性能、良好的回复性能及抗疲劳性能。     

微硅粉固相合成ZSM-5分子筛

以不经任何处理的微硅粉作为硅铝源,固相合成ZSM-5分子筛,考察晶化温度、晶化时间、微硅粉用量、模板剂用量、氯化铵用量等因素对合成分子筛的影响。采用XRD、XRF、IR、SEM、等手段进行分析表征。结果表明最适宜的合成条件:晶化温度为160℃,晶化时间为24 h,按n(TPABr)∶n(NH_4~+)∶n(SiO_2)∶n(H_2O)=0.10∶0.90∶1.00∶4.60,称取适量模板剂、氯化铵、微硅粉和微硅粉。该法合成的ZSM-5分子筛结晶度高、晶形完备、具有丰富的孔结构、较大的比表面积和优良的热稳定性,可以作为工业催化剂和吸附剂使用。     

利用含有模板剂的SAPO-34分子筛制备高效铜基催化剂

氮氧化物污染已经成为一个严重的环境问题。利用分子筛催化剂进行选择性催化还原(SCR)处理氮氧化物是最有效的方法之一。为了降低现有催化剂的制备成本, 本工作直接利用含有模板剂的分子筛浆料为原料, 通过预处理、离子交换及一次焙烧的方法制备Cu-SAPO-34催化剂。采用XRD、BET、TG、ICP、XPS、SEM、TPR、TPD及NH₃-SCR等对制备的Cu-SAPO-34样品进行表征, 并对离子交换过程中的pH条件进行了优化。研究结果表明: 利用含模板剂的分子筛浆料制备得到催化剂含有2.43% Cu、立方晶型完整、酸性较强以及催化还原性能优秀。在200~450℃下, NO转化率超过80%, 并且在300℃时转化率达到最高97.8%。与使用商品化SAPO-34制备的催化剂相比, 两者具有相似的微观结构和SCR性能。SAPO-34分子筛中少量模板剂的存在对最终制备得到的Cu-SAPO-34催化剂的性能影响很小。因此采用含有模板剂的分子筛浆料制备高效Cu-SAPO-34催化剂是可行的。     

MnO_x的掺杂对CeO_2/AC催化剂NH_3选择性催化还原NO_x性能的影响

采用浸渍法制备了MnO_x掺杂的CeO_2/AC催化剂,考察了MnO_x的掺杂对催化剂的低温NH_3选择性催化还原NO_x的性能的影响,并采用了XRD、NH_3-TPD、H_2-TPR对催化剂进行了表征。结果表明,MnO_x的掺杂提高了催化剂的表面酸性和氧化还原性能,从而使催化剂在110℃以下的活性得以提升,但催化剂在120℃以上的活性则随着MnO_x的掺杂量的增加而降低。与其他催化剂相比,Ce/Mn比为4∶1的催化剂在整个温度区间都具有较好的活性,而且该催化剂在210℃下具有较好的抗SO_2中毒能力。     

铁铕共掺杂的TiO_2空心微球的制备及光催化活性

通过溶胶-凝胶法制备铁铕共掺杂的TiO_2(Fe~(3+)-Eu~(3+)/TiO_2)空心微球,采用XRD、TEM、BET和XPS等对样品进行表征,以亚甲基蓝(MB)的光催化降解为目标反应,评价其光催化活性。结果表明:SiO_2微球表面均匀地包覆了1层TiO_2,超声有利于提高SiO_2@TiO_2复合微球间的分散性,同时也发现煅烧前对SiO_2@TiO_2复合微球进行研磨处理后所得的Fe~(3+)-Eu~(3+)/TiO_2空心微球部分塌陷,而未研磨和煅烧后研磨所得Fe~(3+)-Eu~(3+)/TiO_2空心微球完整性较好。XRD和BET分析表明,Fe~(3+)-Eu~(3+)/TiO_2空心微球为锐钛矿且具有良好的介孔结构,铁铕共掺杂在TiO_2空心微球中产生协同作用,使Fe3+-Eu3+/TiO2空心微球的粒径进一步减小,比表面积增大。当Fe~(3+)的掺杂量为1.0%、Eu~(3+)的掺杂量为0.5%时,Fe~(3+)-Eu~(3+)/TiO_2空心微球的光催化活性最高。     

基于金属离子交联的自修复聚丙烯酸水凝胶

自修复水凝胶在被破坏后,断裂部分能够自发愈合回复到初始状态,其具有重要的应用价值。文中利用Fe~(3+)与聚丙烯酸分子链中羧基之间的相互作用,构筑具有自修复性能的水凝胶。聚合过程中,在丙烯酸单体中加入Fe Cl_3和过硫酸钾,在室温条件下引发丙烯酸聚合,反应6 h后制得水凝胶。Fe~(3+)在体系中同时起到交联剂和引发剂的作用。该方法制备时原料简单、反应条件温和,特别适合于规模化生产。所制备的水凝胶自修复速度快,12 min内即可完全修复,修复后水凝胶力学性能基本能回复到修复以前的状态。而且水凝胶透明性好,适合于制备光学性能优异的水凝胶材料。     

Cu/Fe双金属负载PAN非织造布催化降解甲醛气体研究

采用偕胺肟改性聚丙烯腈(PAN)非织造布作为载体材料,将其与Cu~(2+)和Fe~(3+)的混合溶液进行反应制备双金属负载PAN非织造布催化剂。采用XPS和UV-Vis对催化剂的分子结构进行了表征,然后考察了其在甲醛气体氧化降解反应中的催化作用。结果表明,Cu~(2+)和Fe~(3+)均是通过与偕胺肟基团中的羟基和氨基的配位作用负载于PAN非织造布上,而且两种金属离子可能通过配体发生了相互作用。此外,与Fe~(3+)的单金属催化剂相比,适量掺杂Cu~(2+)能够有效提高催化体系在甲醛降解反应中的催化活性,尤其有利于其在暗反应时催化降解甲醛气体,这主要归因于Cu~(2+)/Cu~+价态转化促进了强氧化性中间体Fe(Ⅳ)=O的生成。     

SnO_x-CeO_2-MnO_x/球状活性炭催化剂低温选择性催化还原NO

制备了系列锡氧化物改性SnO_x-CeO_2-MnO_x/球状活性炭(SAC)催化剂,研究了锡氧化物对催化剂脱硝活性的影响机制,并结合N_2吸附、XRD、XPS和NH_3-TPD等技术对催化剂物理化学性质进行表征。结果表明,向CeO_2-M n Ox/SAC中添加适量SnO_x后明显降低催化剂在低温区80~120℃的脱硝活性,但在200~280℃温度范围内Sn/Mn摩尔比为0.25的SnO_x-CeO_2-MnO_x/SAC催化剂对NO的转化率高于95.8%。添加适量Sn O2不仅不影响锰氧化物在载体表面的高分散性,而且可以改善CeO_2分散性;添加SnO_2提高了催化剂表面酸性,尤其是增加了催化剂表面中强酸位,有利于促进NH_3的吸附和活化脱氢,从而提高SnO_x-CeO_2-MnO_x/SAC较高温区SCR活性。     

活性炭的预处理对CeO_2/AC催化剂NH_3选择性催化还原NO_x性能的影响

为了改善活性炭(AC)负载的CeO_2基催化剂的脱硝性能,采用空气热氧化或硝酸对活性炭进行预处理,考察了预处理方式对其负载的CeO_2基催化剂氨选择性催化还原(NH_3-SCR)NO_x反应性能的影响。对预处理后的活性炭及其负载的CeO_2基催化剂进行了红外光谱(FTIR)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)、N_2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)及H_2-TPR等表征。结果表明:硝酸预处理显著增加了活性炭表面含氧官能团、增强了表面酸性,提高了其负载的CeO_2基催化剂的氧化还原性能,促进了催化剂表面NH_3的吸附和活化,使催化剂表现催化优异的NH_3-SCR脱硝性能。该催化剂对NO_x的起燃温度和完全转化温度分别为75℃和190℃,显著优于空气热氧化处理的活性炭制备的催化剂,但H_2O易导致催化剂活性下降。     

ZSM-5分子筛合成的研究

沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的一类水合物。它是具有多孔的晶体,其优异的特点是有许多一定大小的空穴与规则的孔道,空穴之间由许多直径相同的孔连接,可把比其孔大的分子排斥掉,即选择性吸附,并具有高的热稳定性和选择性,人工合成的分子筛比原来无定形的硅铝催化剂有更优越的性能,本实验采用的是水热法合成ZSM-5沸石分子筛。     

Fe(Ⅲ)/rGO/Bi_2MoO_6复合光催化剂制备及光催化芬顿协同降解苯酚

光催化–芬顿技术耦合可高效降解有机污染物。本研究采用溶剂热法制备了Fe(Ⅲ)掺杂rGO/Bi_2Mo O_6复合催化剂(Fe(Ⅲ)/rGO/Bi_2Mo O_6),通过外加H_2O_2构建了光催化–芬顿协同体系,可见光照射3 h后对苯酚的降解率(82%)远高于单独光催化(18%)或芬顿反应(48%),进一步优化条件对苯酚可实现完全降解。这主要是通过Fe得失电子实现价态的转变,并以此作为桥梁实现光催化–芬顿的协同作用。同时石墨烯的优异导电性能不仅克服了光催化中光生电子空穴难以分离的问题,而且促进了Fe~(3+)/Fe~(2+)的循环反应,促使芬顿反应产生更多的羟基自由基(·OH),进一步提高了苯酚的降解效率。实验考察了Fe(Ⅲ)含量、催化剂投加量、H_2O_2含量以及p H等因素对协同降解效果的影响。淬灭实验证明·OH是协同降解体系中最主要的活性物种,·O_2~–和h~+对降解活性也会产生一定的影响,结合实验结果提出了Fe(Ⅲ)/rGO/Bi_2Mo O_6光催化–芬顿协同降解苯酚的机理。     

多价金属离子增强琼脂-聚丙烯酸复合双网络水凝胶及其自修复性能

使水凝胶同时具备高强度和自修复性能,采用"一锅法"制备了多价金属离子Ca~(2+)、Al~(3+)、Fe~(3+)增强琼脂(Agar)-聚丙烯酸(PAAc)复合双网络水凝胶Ca~(2+)/Agar-PAA、Al~(3+)/Agar-PAA和Fe~(3+)/Agar-PAAc双网络水凝胶。研究不同多价金属离子对Agar-PAAc双网络水凝胶的增强作用及Fe~(3+)/Agar-PAAc的自修复自愈合性能。结果表明,Fe~(3+)/Agar-PAAc的拉伸强度(320.7kPa)和断裂伸长率(1 130%)分别为Ca~(2+)/Agar-PAAc的12倍和9倍,Fe~(3+)/Agar-PAAc的断裂伸长率与Al~(3+)/Agar-PAAc相当,但拉伸强度为Al~(3+)/Agar-PAAc的5倍。对样品实施定应变拉伸使内部发生破坏,被破坏的Fe~(3+)/Agar-PAAc在Fe~(3+)溶液中浸泡30 min,修复率达到100%。被破坏的Fe~(3+)/Agar-PAAc在50℃环境中处理15min,修复率达到100%。切断的Fe~(3+)/Agar-PAAc凝胶断面被固定在一起,在密封环境中放置48小时,试样断面可自愈合,且可拉伸至约8倍初始长度。Fe~(3+)/AgarPAAc双网络水凝胶具有优异力学性能和自修复性能,不施加温度、化学物质等外界刺激,实现两重网络均具有自修复性能的效果。     

纳米磁性膨润土Fenton催化剂的制备及其表征

采用离子交换法制备出Al柱撑膨润土,再利用原位合成法以铝柱撑膨润土负载纳米Fe3O4制备出2种负载比例的纳米磁性膨润土。结合傅里叶红外光谱、X射线粉末衍射、扫描电镜和比表面孔隙分析等手段对催化剂的键价结构、晶相、比表面积和粒度进行表征。负载的纳米Fe3O4粒径约为20~30nm,均匀分散到膨润土表面,未发生明显的团聚。负载比例分别为30%和50%的磁性膨润土比表面积分别为128.16m2·g-1和103.83m2·g-1,是1种性能优异的新型磁性Fenton催化剂。     

沉淀剂对花球状Au/CeO_2催化剂催化氧化CO活性的影响

采用水热合成法制备花状CeO_2载体,并选择了3种沉淀剂NH_4OH、Na_2CO_3和NaOH,通过沉积-沉淀法分别制备Au/CeO_2催化剂。以CO氧化为探针反应,研究不同沉淀剂对催化剂催化CO氧化性能的影响,通过ICP-AES、XRD、TEM、XPS、H_2-TPR等手段对催化剂进行表征,探讨了不同沉淀剂对Au/CeO_2催化CO氧化性能的影响。结果表明,以NaOH为沉淀剂制备催化剂室温活性最低,以NH_4OH和Na_2CO_3为沉淀剂制备的催化剂具有较好的CO氧化催化活性,室温转化率高于95%,但后者的室温催化活性相对更高。不同沉淀剂制备的催化剂活性与其实际金的负载量、金颗粒尺寸和载体还原的难易程度密切相关。     

Cu、Ni元素对FeMnCeOx-WO3/TiO2低温无毒催化剂活性及抗硫性的影响

采用预制前驱体的方法制备Cu、Ni元素改性的FeMnCeO_x-WO_3/TiO_2低温无毒SCR催化剂,研究Cu、Ni改性对催化剂脱硝效率与抗SO_2中毒能力的影响,通过XPS、NH_3-TPD、H_2-TPR等方法进行表征分析。结果表明,改性后的催化剂还原温度降低85℃,酸量增多,氧化还原能力增强;Ni可以提高低温脱硝活性,Cu可以提高催化剂的抗SO_2中毒能力。