化学镀制备Pd催化剂及在甲醛催化燃烧中的应用

为实现采用催化燃烧法对甲醛进行净化处理,采用化学镀法制备Pd-堇青石蜂窝陶瓷整体式催化剂,并对催化剂进行表征和活性评价。结果表明:化学镀法可以实现纳米Pd微晶颗粒在堇青石蜂窝陶瓷载体上均匀负载,焙烧后PdO与载体结合牢固,具有良好的抗振荡性和热稳定性;500℃焙烧的Pd-堇青石蜂窝陶瓷整体式催化剂的催化活性最高,在甲醛质量浓度为0.4~10 mg/m3,空速为1 500~6 000 h-1的条件下,催化剂具有良好的活性。     

新型Pt基整体式催化剂的结构与催化性能

以堇青石蜂窝陶瓷(CHC)为载体,采用化学镀法制备Pt基整体式催化剂Pt-CHC,研究Pt-CHC催化剂在甲醛催化燃烧中的催化性能;对Pt-CHC催化剂在不同的甲醛初始浓度范围、较宽的空速范围与不同的进样相对湿度条件下进行活性测试,并进行扫描电镜和X射线能量色散谱表征。结果表明:Pt-CHC催化剂在Pt负载量较小(质量分数为0.24%)时,甲醛可在100℃时基本转化完全;活性组分Pt在蜂窝陶瓷载体表面选择性富集,Pt颗粒在催化剂中通孔道内部与孔口处均能基本维持均匀分布,颗粒粒径小于100 nm。     

整装脱硝催化剂载体介孔TiO2涂层的制备

分别使用三种溶胶-凝胶工艺制备脱硝用钛基蜂窝陶瓷介孔TiO2高比表面涂层.研究了经质量分数为5%的硝酸溶液处理的蜂窝陶瓷介孔TiO2的涂覆,结合XRD,SEM,BET等手段进行了微观表征和分析.结果表明:以冰醋酸为螯合剂的溶胶胶凝时间长,黏度合适,钛涂层负载量最大;TiO2主要呈锐钛矿晶型,表面钛涂层颗粒分散均匀,锐钛矿比表面积达到71.52m2/g.为蜂窝状整装脱硝催化剂国产化提供了载体基础.     

1,2 -二氯乙烷在担载铈钛复合氧化物的蜂窝陶瓷催化净化——催化组分颗粒大小的影响

采用溶胶-凝胶法制备担载 TiO2 和 CeTiOx 复合氧化物涂层的堇青石蜂窝陶瓷整体式催化剂,并考察 1,2-二氯乙烷(DCE)在上述催化剂上的催化效果。结果表明:TiO2 和 CeTiOx 复合氧化物涂层材料对DCE 的催化燃烧均具有很好的催化活性, 前者在 400 ℃时,DCE 的转化率为 93.1%,后者已达 98.5%,可见,CeTiOx 可以更有效地催化燃烧处理 DCE。譬如,在 300 ℃时,在 CeTiOx 涂覆的催化剂上 DCE 的转化率为 85.6%。但随着催化剂处理温度的升高,CeTiOx 催化活性组分的颗粒变大,导致 CeTiOx 蜂窝陶瓷催化剂对于 DCE 的催化活性降低。     

钛基LaxCe1-xTiyM1-yO3/γ-Al2O3催化剂的制备及催化燃烧性能

为提高钙钛矿型催化剂的活性,以γ-Al2O3为载体,采用等体积浸渍法制备负载型钙钛矿LaxCe1-xTiyM1-yO3/γ-Al2O3催化剂,考察了活性组分负载量、焙烧温度、A位元素配比和B位元素掺杂对催化剂催化燃烧甲苯性能的影响,并对催化剂进行XRD和BET表征。结果表明:催化剂的最佳制备条件是活性组分负载量为12%,焙烧温度为750℃,催化剂的最佳形式为La0.8Ce0.2 Ti0.8 Mn0.2 O3/γ-Al2 O3,在该催化剂的作用下,甲苯的起燃温度T50和完全转化温度T90分别为292℃和338℃;负载型钙钛矿催化剂保持了完整的钙钛矿结构,活性组分均匀分布在载体的孔道中,虽然会导致载体的比表面积有所降低,但催化剂可以更最大程度地分散,更有利于提高催化剂的催化活性。     

以海藻酸钠为基体的Ag/AgBr/TiO2整体式光催化剂的高效制备及其光催化性能

以海藻酸钠为基体制备出尺寸均一的整体式光催化剂SA-Ag/AgBr/TiO₂, 通过SEM、TEM、HRTEM、XPS、FT-IR以及BET等手段对产物形貌、结构、比表面积和光学性质进行表征, 并测定了其对罗丹明B(RhB)溶液的光催化性能。结果表明, 整体式光催化剂SA12-Ag/AgBr/TiO₂(Ag/AgBr/TiO₂催化剂的质量分数为12%)的结构稳定, 且具有良好的光催化活性, 即在紫外光照60 min内, RhB溶液降解完全, 在可见光照120 min下RhB的降解率可达到54.1%, 且在5次重复试验中仍保持96%以上的催化活性, 稳定性良好。这种整体式光催化剂有效解决了粉体材料难回收、二次污染和固定化后光催化效率低等问题。     

WO3添加方式对V2O5/TiO2催化剂性能影响

以TiO2为载体,采用挤压成型法制备了钒系蜂窝整体式SCR脱硝催化剂,通过N2吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、FT-Ra-man光谱等表征手段和催化活性测试对混合练泥工序中助催化剂WO3不同引入方式制备的催化剂进行了对比研究。实验结果表明,由钛钨粉制备的催化剂具有较大的比表面积及孔容积;而由偏钨酸铵制备的催化剂具有较均匀的微观结构形貌,活性物种分散性好,拥有更多的VO6八面体结构,且出现了WOx四面体结构,表现出良好的NH3-SCR活性和较宽的活性温度窗口,在空速为10000h-1,氨氮比为1.0时,活性温度范围内NO脱除率达到了93%。     

Ce-Cu/Ti-Al-Ox催化氧化CO的性能研究

采用挤出成型法制备系列铜铈负载钛铝氧化物(Ce-Cu/Ti-Al-O_x)催化剂,研究Ce-Cu/Ti-Al-O_x催化氧化一氧化碳(CO)的性能,并对催化剂进行表征。结果表明:三氧化二铝(Al_2O_3)的掺入抑制了二氧化钛(TiO_2)的颗粒长大,不仅增大了催化剂的比表面积,同时提高了铜铈负载二氧化钛(Ce-Cu/TiO_2)催化剂的缺陷浓度,有利于催化剂表面反应气体的吸附以及催化反应的进行,因此适量添加Al_2O_3能明显提升Ce-Cu/TiO_2催化剂的低温催化氧化活性,拓宽其活性温度窗口,添加20%(wt,质量分数)Al_2O_3制得的Ce-Cu/Ti-Al-O_x催化剂具有对催化氧化CO的最好催化活性,在140℃条件下,活性达到了98%,170℃以上活性达到了100%。     

Mn、Fe和Cu氧化物在低温等离子体催化氧化甲苯体系中的活性比较

采用等体积浸渍法制备了MnOx/γ-Al2O3、FeOx/γ-Al2O3和CuOx/γ-Al2O3催化剂,测定了不同催化剂在低温等离子体场内分解甲苯的活性,用X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H2-TPR)技术对催化剂进行表征。结果表明催化剂分解甲苯的活性的顺序是MnOx/γ-Al2O3>FeOx/γ-Al2O3>CuOx/γ-Al2O3。催化剂分解臭氧的实验表明,不同催化活性组分对臭氧的催化分解性能顺序与对甲苯的分解性能顺序是一致的。MnOx/γ-Al2O3催化剂的Mn负载量对其催化活性有明显影响,Mn的含量为1%(质量分数)时,催化剂的活性最高,当能量密度为19J/L时,其对甲苯催化氧化的转化率接近100%。催化剂表征结果表明当Mn含量为1%(质量分数)时,氧化锰在载体γ-Al2O3上最接近单层分散量,此时活性组分与载体表面的相互结合力最强,在载体上有很好的分散性,从而表现出对甲苯分解的最好性能。     

多孔γ-Al2O3金属基整体式催化剂载体的制备与表征

为制备性能优异的非涂覆整体式催化剂载体,通过电化学抛光、阳极氧化法、水合热反应和焙烧制备了工业纯铝基γ-Al2O3整体式催化剂载体,利用掠入射XRD、EDS、BET对多孔γ-Al2O3薄膜进行了晶型、比表面积的评价,并利用光学显微镜、扫描电子显微镜对抛光表面和多孔γ-Al2O3形貌进行了分析和膜厚测量。以高氯酸和无水乙醇的混合溶液作为电解液,电化学抛光了工业纯铝表面。在此基础上进行一次阳极氧化和水合焙烧,工艺条件为电压25 V、电解液为0.3 mol/L硫酸、反应温度15℃、反应时间4.0 h、阴阳极间距4 cm、搅拌速率中速,水合温度95℃、水合时间1.5 h,焙烧温度550℃、焙烧时间4 h。所制备的多孔γ-Al2O3整体式催化剂载体的比表面积高达214.86 m2/g,孔径分布均匀。通过正交试验确定了最佳电压、电解液浓度、反应时间和温度,有效避免了金属基“烧穿”现象,所制备的多孔γ-Al2O3薄膜比表面积高,并克服了传统整体式催化剂载体涂层和活性组分易从载体上脱落的缺点。     

整体式堇青石载体上 TS-1的原位合成

运用水热合成技术，在通道密度为62cell／cm^2的堇青石蜂窝陶瓷载体上，原位合成了TS-1分子筛．并用XRD、FT-IR和SEM等测试手段对其进行了表征．在此基础上，寻找出能降低模板剂和钛源用量的原料配比，并简化了合成路线．同时，还讨论了原料中H2O和SiO2的摩尔比以及晶化时间对TS-1负载状况的影响．结果表明，用37％盐酸处理6h后的堇青石蜂窝载体的内外表面上，经过一次水热合成，可牢固、均匀地生长出TS-1分子筛膜，而相应的载体增重为10％-16％．     

不同载体Mn-Ce催化剂的制备及其脱硝性能

以TiO_2、SiO_2及Al_2O_3为载体,采用分步共混法制备了三种均质整体式Mn-Ce负载型催化剂,探究了不同载体对催化剂脱硝活性、N2选择性及机械强度的影响。结果表明,以TiO_2和SiO_2为载体的催化剂80℃的脱硝率接近90%,而以Al2O3为载体的催化剂仅达46%。催化剂的表征发现这与Mn-Ce/TiO2和Mn-Ce/SiO2催化剂的比表面积和表面酸量较Mn-Ce/Al2O3更大、更多有关。而三种催化剂的N2选择性在80~200℃之间均接近100%,然而Mn-Ce/SiO2催化剂200℃以上N2选择性比其余两种催化剂差。三种催化剂的机械强度为Mn-Ce/TiO2Mn-Ce/SiO2Mn-Ce/Al2O3,其微观形貌显示这与催化剂体相结构的密实状况有关,各催化剂的活性组分氧化物均以无定形态存在。     

堇青石的二氧化硅涂敷实验研究

本文采用不同的酸对蜂窝式堇青石进行处理,研究酸蚀处理对其组成和孔结构的影响。并以自制的二氧化硅溶胶为第二载体对酸处理后的堇青石进行涂敷。采用XRD、N2等温吸附-脱附、SEM等手段对二氧化硅进行表征。结果表明:酸蚀处理并不改变堇青石的晶相结构;经酸处理后的堇青石其比表面积有不同程度的增加;而经二氧化硅涂敷后的堇青石比表面积可达93.35m2/g。     

再论载体材料与贵金属催化剂——粉末冶金多孔金属应当是贵金属催化剂的合理载体材料

理论分析和实验结果表明催化过程中催化剂不参加化学反应,催化剂本身不发生化学变化,化学反应模式催化循环反应不可能发生,1902年提出的化学反应模式的催化循环原理(Sabatier's principle and Boudar'ts prin-ciple)难以令人信服。简述了触媒理论的逻辑推理及实验验证。触媒理论认为催化循环是催化剂质点内运动的电子轨道变形与恢复的循环,催化剂(或促进剂)有助于变形了的轨道恢复,而毒化剂则使变形了的轨道进一步变形;认为载体材料对贵金属催化剂催化活性的影响犹如催化剂(或促进剂)或毒化剂。凡是电负性大于贵金属催化剂的酸性材料作为载体都会降低金属催化剂催化活性,为了达到相同的转化率,必须要用较多的贵金属催化剂。Cl、O、N、C、S、P、SiO2、Al2O3、B2O3、硅藻土以及菫菁石陶瓷等都是酸性元素或材料。凡是电负性小于贵金属的碱性材料和过渡族元素都能提高贵金属的催化活性,如果达到同样的排放标准,则可以节省许多贵金属。汽车尾气净化催化剂用的Fe-Cr-Al金属卷片蜂窝载体优于陶瓷蜂窝载体。粉末冶金多孔金属蜂窝载体的最大优点是涂层量多而又不易剥落,起燃温度低,远优于金属卷片蜂窝载体。     

Ni-Pd纳米涂层整体式催化剂加氢性能研究

采用浸涂法将自制的介孔空心SiO2纳米粉体涂覆到堇青石基体上,然后采用微波法负载活性组分Pd和助剂Ni制备了纳米涂层整体式加氢催化剂,并考察空速、涂层增重、Ni助剂添加量等因素对其乙炔选择性加氢催化性能的影响。结果表明:经过涂覆后的堇青石整体式催化剂加氢性能与未涂覆时相比有了显著提高,且添加适量的助剂Ni有助于催化性能的进一步改进。在反应温度为54℃、压力为0.1 MPa、空速为3 800 h-1的条件下,使用涂层增重质量分数为6%、Ni与Pd物质的量比为4∶1的催化剂,当乙炔接近完全转化时,乙烯选择性能够到达40.9%。     

多孔金属材料用于废气净化贵金属催化剂载体的研究

依据酸性材料对贵金属催化剂具有毒性的观点,列举了汽车尾气净化催化剂陶瓷载体、柴油机车尾气烟尘微粒过滤器陶瓷过滤材料等存在的不足,提出了工业生产中几个值得开发或再研究的项目。粉末冶金多孔金属蜂窝做为汽车用贵金属催化剂载体具有可涂性好、涂层不易剥落、涂层量多、体积比表面较金属片大等优点,可以进一步提高催化活性,降低转化温度,节省贵金属,降低能耗。多孔金属材料载体价格高,完全可以采用降低贵金属耗量和减小催化器体积降低成本。     

钙钛矿型La0.9Sr0.1NiO3催化剂的合成条件及其可见光催化活性的研究

采用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿型La0.9Sr0.1NiO3复合氧化物光催化剂,通过TG-DTA、XRD、可见光催化性能等对合成产物的热分解过程、物相结构和可见光催化活性进行了研究;采用单因素实验探究了合成工艺条件(柠檬酸用量、pH值、煅烧温度、煅烧时间)对合成产物的物相结构和可见光催化性能的影响。结果表明,在柠檬酸用量与金属离子的总量比为1∶1,pH=1.5,400℃预处理4h,700℃煅烧4h时可制备出单一相的六方晶系的La0.9-Sr0.1NiO3晶体;在500 W氙灯的照射下,当La0.9Sr0.1NiO3催化剂用量为1.20g/500mL时,在180min内对13.2mg/L的甲基橙溶液的脱色率达到62.1%。     

酸处理对FeN/ZIF-8催化剂氧还原反应催化性能的影响

研发高性能、低成本的非贵金属阴极氧还原反应催化剂是目前质子交换膜燃料电池的主要研究方向之一。以1, 10-菲啰啉为氮源, FeSO₄·7H₂O为铁源, 考察以ZIF-8为载体制备的FeN/ZIF-8催化剂的氧还原反应催化性能, 并探究酸处理对FeN/ZIF-8催化剂结构及性能的影响。通过X射线衍射、比表面积和孔径分布测试、透射电子显微镜等物理表征手段对催化材料进行结构表征, 使用旋转圆盘电极对催化剂氧还原反应催化活性和稳定性进行测试。结果表明: 以ZIF-8为载体制备的催化剂含有Fe₃C, 以及具有较大的比表面积, 这可能是催化剂具有较高氧还原反应初始催化活性的原因。酸处理可去除催化剂中部分不稳定的含铁碳化物和无序碳结构, 使催化剂具有更大的比表面积、更丰富的介孔结构和更高的孔体积; 同时, 酸处理可提高碳基体的耐腐蚀性, 在老化测试中维持催化剂所具有的较高比表面积和丰富的介孔结构, 从而使FeN/ZIF-8-A催化剂表现出更好的氧还原反应活性和稳定性。     

Reactivity of platinum nanoaggregates on various types of supports in catalytic decomposition of hydrazine in acid solutions

Platinized catalysts on various types of supports were tested in the catalytic decomposition of hydrazine in HClO₄ and HNO₃ solutions, where the process follows different pathways. In HClO₄, the activity of the catalysts supported on a Termoksid ceramic material is higher than that of the catalysts supported on amorphous silica gel. In nitric acid solutions, the trend is reverse. Peptization of the ceramic supports in acid solutions increasing in the order 75% TiO₂-25% SnO₂ < 75% TiO₂-25% ZrO₂ ? TiO₂ < ZrO₂ was observed. In perchloric acid solutions, the catalyst specific activity in the hydrazine adsorption-dissociative decomposition increases with decreasing size of platinum crystallites on the support. In nitric acid solutions, where the hydrazine decomposition proceeds as its catalytic oxidation with nitric acid, the catalyst specific activity decreases with a decrease in the size of the catalyst crystallites, i.e., the catalyst centers located on large crystallites are more active. The results obtained were attributed to the energetic heterogeneity of the surface Pt atoms and various mechanisms of the hydrazine catalytic decomposition in various media.