新型CuO/ZnO催化剂的制备及其在水煤气变换反应中的应用

首次采用沉积沉淀法,以Cu（OH）₂为前驱体制备不同CuO负载质量分数的CuO/ZnO水煤气变换（WGS）催化剂,并运用XRD、N₂物理吸附和TPR等方法对催化剂进行结构表征。结果表明,活性组分CuO在载体ZnO表面的分散程度、颗粒大小及CuO和ZnO之间相互作用对催化剂的活性均有影响。CuO的适宜负载质量分数为20％,所得CuO/ZnO催化剂样品WGS反应活性较好,在350 ℃,CO转化率可达95.5％。     

CuO助剂对铁铬系CO高温变换催化剂性能的影响

考察了CuO的不同前驱体对铁铬系CO高温变换催化剂反应性能的影响，研究发现，CuO助剂可改善催化剂的低温活性，以硝酸铜的加入形式效果较为显著。对样品进行了XRD、BET、H_2- TPR和XPS表征，结果表明， CuO助剂进入了Fe₃O₄的反尖晶石结构的八面体空隙，置换Fe²⁺与Fe₃O₄发生相互作用，改变了催化剂的还原特性，使^_Fe2O3还原为Fe₃O₄的还原温度降低了100 ℃左右。铜在催化剂的表面以Cu(OH)₂、CuO和Cu₂O三种形态存在，因Cu²⁺取代Fe²⁺的八面体配位单元，致使配位场稳定化能降低，催化剂表面容易产生O^2－缺位，所产生的新的活性中心极易吸附OH^－，使催化剂在低汽气比条件下参与CO变换反应，具有高活性且遏制烃类副产物的生成。     

铜含量对Cu/CeO2水煤气变换催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备了不同铜含量的Cu/CeO₂水煤气变换催化剂，考察了铜含量对催化活性的影响。结果表明，Cu/CeO₂催化剂呈现出良好的水煤气变换活性。铜含量对催化活性有显著影响，铜摩尔分数为50%时，催化剂的低温活性最高，在200 ℃时CO转化率达到66.1%。Cu/CeO₂与FBD型铁基高温变换催化剂相比，具有低温活性好、活性温区宽的特点。用XRD、N2吸附法、H₂-TPR和CO-TPD对催化剂进行了表征，结果表明,无定形CuO、纳米颗粒CuO等可能是催化反应的活性物种，晶粒CuO对催化活性影响不大。铜含量的催化剂在不同温度下呈现出不同的活性。     

Cu-Ce-Mn-O/SiO_2/CC作催化剂还原脱除NO研究

以硅胶改性堇青石蜂窝陶瓷为载体,分别制备了3种不同CuO负载量的Cu-Ce-Mn-O/S iO2/CC催化剂。以CO(NH2)2为还原剂,在固定床反应器中进行选择性催化还原NO的研究。采用XRD、SEM、TPR等测试方法对催化剂进行表征。结果表明,在300~500℃CuO负载量为33%的Cu-Ce-Mn-O/S iO2/CC催化剂效果最好。反应温度为450℃,空速为8 000 h-1时催化剂催化还原NO的转化率可达到88%。     

燃料电池用Cu-Ce(La)Ox变换催化剂

对采用共沉淀法制备的Cu-Ce(La)O_x高温变换催化剂进行了研究，包括中和pH值、中和温度、焙烧温度和方式以及CuO、CeO₂和LaO_x含量对催化剂性能的影响。5%CuO-CeO₂-La(10%)O_x高温变换催化剂的最佳制备工艺条件为：pH＝11，中和温度54 ℃，400 ℃焙烧4 h。催化剂的最佳质量分数配比是：CuO 为20%，CeO₂ 为70%，LaO_x 为10%。XRD晶相分析表明，5%Cu-Ce-La(10%)O_x催化剂中除了主相CeO₂以外，还出现了Cu与La形成的钙钛矿型复合氧化物CuLaO₂，且CuLaO₂高度均匀地分散在主相CeO_x中；还原态中除了CeO₂、CuLaO₂外，还出现了Cu单质。因此，这类催化剂的活性中心不可能是简单的CuLaO₂或Cu，这使得催化剂无论氧化态还是还原态都具有基本相同的活性。催化剂的活性位形态结构尚需做进一步研究。     

镍与铜的相互作用对于苯甲醇催化氧化性能的影响

通过共沉淀法制备了不同配比的Ni-Cu催化剂,并采用XRD、TPR和XPS表征方法研究了镍铜相互作用对苯甲醇的催化氧化性能的影响。结果显示,当催化剂体系中只有Ni时,催化剂组分为Ni(OH)₂;当催化剂体系含有Ni和Cu时,催化剂组分为Ni(OH)₂和Cu(OH)₂混合晶相;当催化剂体系中仅含Cu时,催化剂组分为CuO;并且由于镍、铜的相互作用,催化剂的还原温度降低,Ni的存在阻止了Cu(OH)₂晶相转变为CuO。此外,催化剂体系中Ni含量越高,其催化活性也越高,Ni的存在提高了Cu的催化性能。     

铜系催化剂选择性催化还原脱除NOx研究

以硅胶改性堇青石蜂窝陶瓷为载体,分别制备了以Cu-O、Cu-Ce-O和Cu-Ce-Mn-O为活性组分的催化剂。以CO(NH₂)₂为还原剂,在固定床反应器中进行选择性催化还原NO的研究。采用XRD、SEM和BET等测试方法对催化剂进行表征。结果表明,在温度(300～500) ℃,催化剂Cu-Ce-Mn-O/SiO₂/堇青石的活性优于催化剂Cu-O/SiO₂/堇青石和Cu-Ce-O/SiO₂/堇青石,反应温度为450 ℃、空速为8 000 h^-1时,Cu-Ce-Mn-O/SiO₂/堇青石催化剂催化还原NO的转化率可达到88%。     

改性铝土矿负载Ni-Mn-K一氧化碳高温变换催化剂的研究

以改性后铝土矿石为载体,采用两步浸渍法,制备Ni-Mn-K一氧化碳高温变换催化剂。采用活性评价、低温N₂吸附、XRD和TPR等表征方法,考察催化剂的结构和性能。结果表明,改性后的铝土矿本身具有一定的变换活性,用该载体负载多组分制得的催化剂具有较好的变换活性。XRD和TPR结果表明,催化剂中具有明显的晶相NiO和K₂CO₃的特征衍射峰, MnO₂与铝土矿载体中的Fe₃O₂和SiO₂形成非晶态复合氧化物。比表面积和孔容减小主要因负载引起,负载活性组分后使耗氢量增大,还原峰温降低。     

纳米Cu-Zr-O催化剂催化乙醇脱氢合成乙酸乙酯

以纳米ZrO₂为载体,采用浸渍法制备负载型CuO/ZrO₂催化剂;以凝胶Zr(OH)₄粉末为前驱物,制备掺杂型CuO-ZrO₂催化剂;采用共沉淀法制备共沉淀型催化剂CuO·ZrO₂。通过XRD、N₂吸附、TEM和SEM对催化剂进行表征。以乙醇氧化脱氢合成乙酸乙酯为探针反应,考察Cu-Zr-O催化剂的催化性能。结果表明,3种催化剂均为纳米级颗粒,并对乙醇脱氢合成乙酸乙酯反应均有催化活性。共沉淀型CuO·ZrO₂催化活性较好,在反应温度473 K,乙醇转化率为49%,乙酸乙酯选择性达88%。     

含锰铜基甲醇催化剂的性能及其结构研究

用一步并流共沉淀法制备了CuO/ZnO/Al₂O₃和CuO/ZnO/Al₂O₃/MnO₂两种甲醇合成催化剂。通过测试它们的初活性及耐热后的活性可知, 含锰的催化剂CuO/ZnO/Al₂O₃/MnO₂具有较好的热稳定性。 利用XRD 和SEM 等实验手段, 对催化剂的结构和形貌进行了考察。 并研究了反应条件对催化剂活性的影响。     

MnO2/NH4NaY 催化剂上的NO低温选择性催化还原（SCR）

研究了NO在新型MnO₂/NH₄NaY催化剂上的低温转化行为，并对MnO₂/NH₄NaY的再生及稳态操作进行了考察。结果表明，以MnO₂/NaY为母体，用硫酸铵溶液离子交换制备的新型MnO₂/NH₄⁺NaY分子筛催化剂具有良好的低温活性，120 ℃时，NO转化率近100％。但催化剂不能在高于150 ℃的反应温度下操作，防止NH₄⁺挥发解吸。离子交换过程中，NH₄⁺的交换度可达40%，在120 ℃、氧体积分数6%、空速3 000h^-1和水体积分数7%和无外加还原剂条件下，MnO₂/NH₄NaY可保证入口浓度为1 000×10^-6的NOx在连续7 h内达到完全转化。在高空速（12 000 h^-1）有稳定氨源下，于MnO₂/NH₄NaY上进行的SCR稳态实验充分证明，存在于MnO₂/NH₄NaY的NH₄⁺对催化反应明显有利。 它可使NH₃与NOx物质的量比从以往的1.2降至1，大大减少由于NH₃泄露而造成的二次污染。     

原位漫反射红外光谱研究NO和NH3在CuO/γ-Al2O3催化剂上的吸附行为

利用原位漫反射红外光谱法在线研究NH₃和NO在CuO/γ-Al₂O₃催化剂表面吸附和氧化的反应过程。NH₃不仅能被吸附在L酸位,也能被吸附在B酸位。NH3氧化脱氢形成NH₂物种是反应的中间步骤。NO和NO₂以多种形态吸附在催化剂表面。O₂存在条件下有利于吸附的NO物种被氧化成高价的NO₂。暂态实验中,吸附NH₃饱和的催化剂载体通入NO和O₂后,共价吸附的NH₃首先消失,而NH⁺₄没有参加反应。吸附NO饱和的催化剂载体通入NH₃和O₂后,吸附态NO特征峰基本没有变化。选择性催化还原反应发生在吸附态NH₃和气态NO之间,吸附态的NO及其氧化生成的亚硝基和硝基物种不参与SCR反应。     

柴油车尾气四效组合催化剂的研究

提出设计双层组合催化剂净化新技术,即碳黑氧化燃烧催化剂床层和NOx还原催化剂床层的组合,该组合催化剂对柴油机尾气四种污染物的消除具有较高的催化活性。采用浸渍法制备了Al₂O₃负载不同量的La_0.8K_0.2MnO₃和相同负载量、不同K含量的La_1-xK_xMnO₃/Al₂O₃催化剂作为氧化催化剂处理碳烟、CO和HC;采用等体积浸渍法制备Cr/HZSM-5、Mo/HZSM-5、W/HZSM-5三系列催化剂作为还原催化剂处理NOx,并将其进行组合,得到优良的氧化还原组合催化剂,同时处理柴油车尾气中的四种污染物。在模拟柴油车尾气组成条件下,用乙炔代表烃类物质并采用固定床微型反应装置,考察了所制备的双层四效组合催化剂净化柴油车尾气的催化性能。研究发现,负载质量分数为50%的La_0.5K_0.5MnO₃/Al₂O₃和负载量为1.42×10^-4mol·g^-1的W/HZSM-5组合催化剂对于同时消除柴油车尾气NO、碳颗粒、CO和HC有较好的效果。NO还原为N₂的转化率在反应温度范围最高可达79%,同时碳颗粒的燃烧峰值温度为448 ℃,碳颗粒燃烧生成CO₂ 的最大选择性可达98%,乙炔完全转化的温度为364 ℃,从而实现了四种有害物质的同时催化净化。     

以RuCl3为前驱体的无氯Ru/Al2O3氨合成催化剂的制备

用等体积浸渍法制备了一种以RuCl₃作为钌母体，分别以γ-Al₂O₃和δ,θ-Al₂O₃为载体的负载型无氯Ru/Al₂O₃氨合成催化剂。该催化剂用水合肼还原，以Sm(NO)₃和Ba(NO₃)₂作助剂。催化剂各组分n(Ru)∶n(Ba)∶n(Sm)=1∶0.55∶1.6。用N₂物理吸附、XRD、XRF和CO化学吸附等方法对载体和催化剂进行表征。结果表明，以δ,θ-Al₂O₃为载体的催化剂，其氨合成活性高于以γ-Al₂O₃为载体的催化剂的活性；用水合肼还原并用热碱液和纯水洗涤的催化剂不残留Cl^-，Ru金属分散度高，其氨合成活性与用无氯钌前驱体制备并用H2还原的催化剂的活性相当，在压力10.0 MPa，空速10 000 h^-1的反应条件下，475 ℃转化率为81.2%，在500 ℃时转化率可以达到100%。而用H₂还原以RuCl₃作为钌母体的Ru/Al₂O₃催化剂时，因还原后催化剂上有Cl^-残留，其催化活性较低。     

Fe-Mo对二甲苯选择氧化催化剂的制备及其性能

以Fe(NO₃)₃和(NH₄)₆MoO₂₄为原料,采用溶胶-凝胶法制备了不同n(Fe)∶n(Mo)的催化剂,考察了该催化剂对对二甲苯催化氧化合成对苯二甲醛的催化性能。并应用X射线衍射、傅立叶变换红外光谱、紫外漫反射和热分析对催化剂进行了表征。结果表明,Fe对MoO₃改性能明显改善催化剂的活性,提高对苯二甲醛收率,原因是由于Fe₂(MoO₄)₃的生成。当n(Fe)∶n(Mo)=1∶3时,催化剂活性最佳,此时对二甲苯转化率为66.8%,对苯二甲醛选择性和收率分别为37.2%和24.8%。XRD、FT-IR和DRS结果表明,当n(Fe)∶n(Mo)=1∶3时,催化剂中有适量MoO₃存在,其催化活性最好,该催化剂能在高温维持较好的活性稳定性。     

低温脱除NOx催化剂的开发

开发了一种以NH₃为还原剂、选择性催化还原氮氧化物的负载铜低温催化剂。试验结果表明，活性组分和助催化剂的含量、催化剂的焙烧条件和反应空速对NO的转化率有显著的影响。催化剂具有高活性温域宽、氮氧化物去除率高和压碎强度好等特点。应用试验表明，在废气中NOx为21562 mg/m³、NOx+空气为870 m³/h，空速为4100 h^－1、反应温度280 ℃的条件下，氮氧化物的脱除率达99.6％。     

单分散Co/SiO2催化剂的制备及其F-T合成性能

以Co(NO₃)₂·6H₂O和Co(NO₃)₂·7C₆H₁₃OH为前驱体,采用热分解法制得Co/SiO₂催化剂,通过BET、TEM、HRTEM、XPS和TPR等手段进行表征,并对F-T合成反应性能进行了评价。结果表明,浸渍法制备的Co₃O₄颗粒团聚严重,而热分解法制备的Co₃O₄颗粒呈球形,单分散状态。与浸渍法制备的催化剂相比,热分解法制备的催化剂孔容较小,表面钴硅原子比较高,钴硅相互作用较强。评价结果表明,热分解法制备的催化剂反应活性低于浸渍法制备的催化剂,但汽油（C₅～C₁₁）选择性高,且选择性在前驱体去结晶水后有所增大.     

多孔WC-TiC催化剂的戊烷异构化活性

以TiC和MoSi₂为基体,WO₃和仲钨酸铵为WC的前驱体,碳酸氢铵为造孔剂,采用固相合成技术, 1 560 ℃制备碳化钛基复合WC催化材料。分别通过X射线衍射仪、扫描电镜、压汞仪、气相色谱和气质谱表征催化材料的相组成、显微结构、孔径分布和对戊烷的催化性能。结果表明,碳化钛基复合WC材料的相组成为TiC、SiC、MoC、 WC 和 (Ti, Si)C;当WO₃为WC前驱体时,催化材料的孔径呈现单峰分布［（0.3~50 μm）］,350 ℃其对戊烷的转化率为16.21%,异构化选择性为5.68%;当仲钨酸铵为WC前驱体时,催化材料的孔径呈现双峰分布［（100~800） nm和（1 ~5） μm］,WC颗粒在500 nm以下,350 ℃戊烷转化率达到48.44%,异戊烷的选择性为12.91%。