铈锆固溶体催化剂的研究进展

铈锆固溶体有着良好的储氧能力,被广泛的运用在催化行业中,其中主要的应用有选择性氧化一氧化碳催化剂,汽车三效催化剂,催化燃烧VOCs催化剂,水煤气转化反应催化剂。文章分析了近年来铈锆固溶体催化剂在上述方向的研究应用进展,并对铈锆固溶体催化剂的前景提出了展望。     

铈锆固溶体制备方法的研究进展

对铈锆固溶体制备方法的研究进展进行了总结和评述。目前所报道的固溶体的主要制备方法有共沉淀法、溶胶-凝胶法、氧化物高能球磨法、表面活性剂模板法、溶液燃烧法、化学削锉法以及络合法等：其中共沉淀法工艺简单,所得固溶体粒度均匀,便于工业化生产。     

锰铈固溶体复合氧化物用于CO和CH_4催化氧化

采用氧化还原共沉淀法制备系列不同配比的锰铈复合氧化物,用于CO和CH4催化氧化,考察不同焙烧温度对催化剂性能的影响。研究表明,焙烧温度500℃和Mn与Ce物质的量比为5∶5的催化剂具备最优的CO和CH4催化氧化性能。催化剂在90℃时,CO转化率可达100%;对于CH4催化氧化,反应温度500℃时,CH4转化率为80%。通过N2吸附-脱附、H2-TPR和XRD等研究其物化结构性能,结果表明,在系列催化剂中,焙烧温度500℃和Mn与Ce物质的量比为5∶5的催化剂具有最高的比表面积和最活泼的晶格氧,可能是其具有优异催化活性的原因。     

铈锆固溶体担载的镍催化剂对CO2甲烷化性能研究

采用共沉淀法制备了Ce_xZr_1-xO₂固溶体作为催化剂载体,采用柠檬酸络合法将镍负载于Ce_xZr_1-xO₂载体上得到Ni/Ce_xZr_1-xO₂催化剂,利用X射线衍射（XRD）、N₂吸附-脱附（N₂-BET）、程序升温脱附（TPD）、程序升温还原（TPR）等技术对催化剂进行表征,在常压微型固定床反应器上测试了CO₂甲烷化的性能,考察了n（Ce）/n（Zr）、镍含量对催化性能的影响。研究发现制备的催化剂具有优异的活性,在常压和空速15 000 mL·g^-1·h^-1条件下,反应温度200℃时,12% Ni/Ce_0.25Zr_0.75O₂催化剂（负载量为质量分数,下同）CO₂的转化率达74%,CH₄选择性为100%。12% Ni/Ce_0.25Zr_0.75O₂催化剂300 h的稳定性测试结果显示其具有较高的抗烧结性能。催化剂的优异活性归因于采用了新的负载方法--柠檬酸络合法负载活性组分镍,该法实现了镍的高分散和催化剂的大的比表面积。     

微波辐射铈锆固溶体催化合成乙酸丁酯的研究

在微波辐射条件下,以铈锆固溶体为催化剂,用乙酸和丁醇为原料合成乙酸丁酯,考察了微波辐射功率、反应时间、催化剂用量、乙酸丁醇比等对乙酸转化率的影响,并与常规加热法进行了对比。所确定的最佳反应条件为:在中高火条件下,醇酸摩尔比为1∶1,加入Ce0.6Zr0.4O20.5 g,反应15 m in,此时乙酸的转化率为64.1%,比传统加热法(反应4 h,转化率62.2%)反应速度大大加快,且转化率高。     

一步法制备过渡金属掺杂钴铈催化剂在CO氧化反应中的研究

随着环境污染和资源短缺各种问题的挑战,CO催化氧化技术在多个领域备受关注。与贵金属催化剂相比,过渡金属氧化物或复合过渡金属氧化物因为其成本低廉一直作为CO氧化催化剂研究的焦点。本文采用一步法无溶剂添加的改良尿素燃烧法进行材料制备,探讨不同过渡金属(Fe、Zn、Mn、Cu、Ni)掺杂对CoCe催化剂在CO氧化反应中的影响以及不同掺杂量的影响。结果发现Cu掺杂的复合催化剂CO氧化活性效果最好,Mn次之,最差的是Ni和Zn。不同掺杂量实验中,Cu和Co的最佳掺杂量分别为10%和2%。但是,2%Mn掺杂量的Mn-CoCe催化剂效果比10%Cu掺杂量的Cu-CoCe催化剂效果差。     

汽车尾气净化用铈锆固溶体合成方法

讨论了现有汽车尾气净化催化剂载体存在的结构和性能缺陷，阐述了铈锆固溶体在尾气净化中的作用，以及铈锆固溶体的主要合成方法，并对比了各种方法的优缺点。指出铈锆固溶体结构性能进行优化的方法以及改进、发展的方向。     

以锆铈固溶体为载体的金属氧化物催化剂对NO还原性能的研究

研究了负载于锆铈固溶体上的多种金属氧化物在富氧条件下,以丙烯为还原剂,选择性催化还原NO的性能,讨论了CeO<,2>含量,金属氧化物负载量对催化剂性能的影响.结果表明,CeO<,2>含量为25%,CuO负载量为5%时,催化剂的活性最好,350℃时NO转化率可达到64.8%.     

MOF衍生铜基复合催化剂的制备及其催化氧化CO研究

采用蒸汽诱导法合成铜金属有机骨架材料(Cu-MOF),通过浸渍法将铈引入Cu-MOF骨架结构中得到复合前驱体,再通过高温热处理,制备出新型铜基复合氧化物。研究发现铈的掺杂可以调变铜基复合物的晶型结构,以此作为催化剂,考察铈负载量对铜铈复合氧化物催化效果的影响,并获得催化剂的最佳配伍。优化制备的复合催化剂在180℃和空速50000 h^-1条件下,CO脱除效率超过99%,展现出高效的催化氧化CO活性。此外,在Cu-MOF合成中掺入TiO₂,可以调变氧化铜形成,促进催化剂的催化氧化CO性能。     

铈-锆-镧的掺杂对钴基催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备添加铈、镧、锆的钴基催化剂,分别采用XRD、比表面积测试和粒度测试等方法对催化剂进行了表征。结果表明:铈的添加量对催化剂有很大影响,催化剂的比表面积随着铈的掺杂量增多而增大,但铈的掺杂量对催化剂颗粒的粒径基本没有影响。由于加入的铈与锆形成铈锆氧化物固溶体,使得钴在催化剂表面的分散度提高,但是铈锆氧化物固溶体的形成使得催化剂颗粒的硬度增加,颗粒度变大。XRD结果表明,铈与锆形成氧化物固溶体(Zr0.98Ce0.02)O2,晶型为单斜型。钴以Co3O4的形式存在,La2O3的加入可以明显提高催化剂中Co的分散度。     

过渡金属改性Ce-Zr固溶体催化氧化丙烯和CO

丙烯和CO是大气中主要的有害气体,需有效去除。选取Cu,Co,Ni,Fe为活性组分,采用共沉淀法制备过渡金属M(M=Cu,Co,Ni,Fe)与Ce+Zr+M原子比为1∶40的复合氧化物催化剂(M-CZO)催化燃烧两种有害气体,并采用XRD,BET,TPR对催化剂进行了表征。结果表明,过渡金属改性Ce-Zr固溶体对两种气体催化活性相对CZO大大提高。其中催化氧化CO时,活性顺序为Cu>Co>Ni>Fe,Cu-CZO活性最高,T50和T90分别为95℃和185℃。H2-TPR结果表明,表面氧越活泼,催化氧化CO的活性越高。C3H6催化氧化活性顺序为Co>Cu>Fe>Ni,随着温度升高,CO相对生成量增加,Cu-CZO催化氧化CO活性远高于其他三种催化剂,使C3H6→CO→CO2连续反应快速进行,从而使C3H6总转化率提高,导致Co-CZO的T90比Cu-CZO略高。整体看来,Cu-CZO催化燃烧C3H6效果最好,T50和T90分别为345℃和376℃,CO的浓度低于0.05 mg/L,二次污染最小。     

过渡金属离子掺杂四氧化三锰纳米催化剂

以高锰酸钾和葡萄糖为原料,通过水热反应制备了四氧化三锰纳米晶颗粒,探讨了过渡金属离子掺杂的影响,并考察制备的产物作为催化剂在催化一氧化碳氧化反应中的性能。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜 （SEM）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、氢气程序升温还原（H2-TPR）等手段对产物进行结构表征。结果表明,过渡金属离子掺杂可消除产物中的MnOOH杂相。制备的产物具有八面体形貌,尺寸随掺杂离子的变化而变化。掺杂还可以提高四氧化三锰纳米晶催化一氧化碳氧化反应的活性,呈现掺杂效应。     

高分散的Ir/SBA-15的制备及其催化性能

采用一锅法将P123、TEOS、HCl和H2IrCl6溶液混合,酸性条件下得到高度分散的Ir/SBA-15催化剂.使用X射线衍射、透射电镜和N2吸附-脱附等对样品进行表征.结果表明,一步合成的Ir/SBA-15依然保持高度有序的介孔孔道结构、较大比表面积和孔容,而且Ir在SBA-15孔道内高度分散.CO的催化氧化反应结...     

Ce0.75Cu0.25-xO2固溶体催化剂用于PVOCs催化燃烧

通过柠檬酸络合法制得Ce_0.75Cu0._25-xO₂固溶体催化剂,采用X射线衍射、X射线光电子能谱和H2-程序升温还原对催化剂性能进行研究,考察催化剂对苯基挥发性有机物的催化燃烧活性。结果表明,催化剂中大量CuO溶入CeO2晶格中形成Ce_0.75Cu0._25-xO₂固溶体,固溶体的形成削弱了催化剂中的Cu-O和Ce-O键,提高了相应氧化物的低温可还原性,也提高了催化剂表面活性氧物种含量,从而提高了催化剂上苯基挥发性有机物的催化燃烧活性。在反应温度250 ℃和275 ℃时,Ce_0.75Cu0._25-xO₂固溶体催化剂上甲苯和二甲苯的催化燃烧转化率分别为97.6%和95.0%。Ce_0.75Cu0._25-xO₂催化剂上苯在280 ℃时催化燃烧转化率仅为61.0%,这可归因于苯分子稳定的芳香环结构不易被破坏。     

纳米TiO2光催化材料离子掺杂的正电子湮没研究

采用正电子湮没技术研究了13种金属离子掺杂对纳米TiO₂光催化材料缺陷的影响,并讨论了离子掺杂对TiO₂光催化材料平均电子密度和光催化活性的影响。结果表明,纳米TiO₂光催化材料的缺陷主要是氧空位、孪晶界、位错和金属空位等。正电子湮没谱的分析表明,Fe³⁺、W⁶⁺和La³⁺高价态离子的掺杂降低纳米TiO₂的平均电子密度,低价态的Zn²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、Mn²⁺、Co²⁺和Ag⁺掺杂增大了纳米TiO₂的平均电子密度,Al³⁺、V⁵⁺、Ni²⁺和Cr³⁺的掺杂对纳米TiO₂平均电子密度没有影响。纳米TiO₂的离子掺杂寿命谱与光催化活性之间关系分析表明,Pb²⁺、La³⁺、Cr³⁺和Co²⁺掺杂时,材料中自由体积缺陷的形成不利于TiO₂光催化活性的提高,而Fe³⁺、W⁶⁺、La³⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Ag⁺、Al³⁺、V⁵⁺和Ni²⁺掺杂时,则有利于TiO₂光催化活性的提高。     

SO_4~(2-)/TiO_2-M_xO_y固体超强酸的制备及其催化合成水杨酸异戊酯性能

合成了复合型固体超强酸SO_4~(2-)/TiO_2-MoO_3、SO_4~(2-)/TiO_2-Nd_2O_3和SO_4~(2-)/TiO_2-Fe_2O_3,并用于合成水杨酸异戊酯,实验表明,SO_4~(2-)/TiO_2-Nd_2O_3催化活性最高。利用热分析、红外光谱分析、扫描电子显微镜和X射线粉末衍射分析对SO_4~(2-)/TiO_2-Nd_2O_3催化剂进行结构表征,结果表明,催化剂活性高低与其表面吸附的SO_4~(2-)量有关,浸渍硫酸的催化剂表面形貌和物相发生变化,进而影响催化剂性能。采用三因素二水平一次回归正交设计方法,确定酯化反应最佳反应条件:反应时间1 h,催化剂用量为水杨酸质量的14.5%,醇与酸物质的量比为0.56。对水杨酸异戊酯产品结构进行了表征。     

二氧化钛的氮、氟和铁掺杂及其性能

利用溶胶-凝胶法制备了掺杂N、F和Fe的TiO_2光催化剂,并进行了XRD、XPS和晶粒尺寸分析,结果表明,掺杂抑制了锐钛矿向金红石的转变,延迟了TiO_2相的转移;晶粒尺寸随着焙烧温度的升高而增大;N与Ti可以两种化学键的形式结合,Fe仅与O以化学键形式结合,而F则出现化学键结合和吸附结合形式;F与Ti的高结合能弥补了N与Ti形成的低结合能,保证了材料的高稳定性。     

掺杂ZnO光催化剂研究进展

ZnO作为半导体光催化剂,具有无毒性、高效性和低成本等优点得到广泛研究。但是ZnO禁带宽度较宽,为3.37 eV,仅能吸收紫外光,而且光生电子和空穴较容易复合,在太阳光照射下,表现出较低的光催化活性,不能满足工业应用要求。对ZnO进行改性能够提高ZnO对可见光的利用率及光催化活性。其中,对ZnO进行掺杂能够有效改变光催化剂的比表面积、颗粒大小和光催化活性等性质,适当引入一些金属或非金属离子有可能使催化剂对光的吸收范围扩展到可见光区。金属掺杂能使ZnO形成更多的晶格缺陷,降低电子和空穴的复合几率;而非金属掺杂能够在ZnO晶格中引入氧空位以及引起ZnO晶格膨胀,使ZnO禁带变窄,进而能吸收可见光;同时,掺杂两种非金属有可能比掺杂单一非金属更能改善ZnO对可见光的吸收。结合金属掺杂与非金属掺杂的优点,金属与非金属共同掺杂到ZnO中,使ZnO的各种缺点得到全面改善。此外,利用金属氧化物对ZnO进行掺杂,可改变ZnO晶格结构以及表面电子状态,提高ZnO光催化活性。需加强对掺杂理论的研究,掺杂虽能使ZnO能够吸收可见光,但是对可见光吸收不强,对太阳能利用率不高,需要对ZnO改性方法进行更深入研究,同时,光催化要进一步在工业上进行应用,应加强对光催化降解多组分废水及真实废水进行研究,其稳定性、固载化及其回收利用方面也应该得到更多关注。     

碳基固体酸催化剂的合成及其催化酯化性能

以桃核壳为原料合成了碳基固体酸催化剂。利用乙醇和乙酸的酯化反应为模型反应,考察了不同碳化温度、磺化温度和磺化时间对催化剂活性的影响。 用TG分析催化剂的热稳定性,用SEM及搭载的能谱分析仪EDS考察了催化剂的外貌特征和表面元素分布。结果表明,在300 ℃碳化和98 ℃磺化4.5 h所得的催化剂活性最高,每克碳基固体酸催化剂负载的磺酸基团为2.1 mmol。在反应时间5 h、反应温度70 ℃、催化剂用量为冰乙酸和乙醇混合物总质量的2%和醇酸物质的量比为1.5∶1时,冰醋酸转化率为70.84%。     

微波助离子液体中氮掺杂TiO2催化剂的制备及其微波强化光催化活性

在室温离子液体介质中,采用溶胶-凝胶法以及微波干燥的方法制备了氯掺杂的光催化剂TiO2-N。在室温条件下,以甲基橙为模拟污染物,在微波超声波组合催化合成仪中,分别利用微波辐射（MW）、紫外光照（UV）和微波辐射一紫外光照（MW—UV）三种降解方式,主要考察了N掺杂量、微波干燥功率、微波干燥时间、煅烧温度和煅烧时间等因素对TiO2-N光催化活性的影响。结果表明,在离子液体用量为5．6mL、N掺杂量n（N）／n（Ti）=3：1、微波干燥功率210W、微波干燥时间20min、煅烧温度600℃、煅烧时间2h的条件下所制得的TiO2-N光催化剂具有较高的光催化活性;TiO2-N光催化剂在三种降解方式下对甲基橙的降解效果为：MW—UV〉UV〉MW,这表明微波与紫外光照有较好的协同作用,即微波一紫外光照具有强化TiO2-N催化剂降解甲基橙的效果。