电化学法还原硝酸盐废水制氨的研究进展

在自然界中亚硝酸盐是大量存在的污染物,在农业发展较为广泛的国家和地区的土壤和地下水中,亚硝酸盐的污染极其严重,严重威胁着人类健康.目前对硝酸盐的工业处理仍然处于较为原始的方法,而电化学还原硝酸盐成为生物氮循环管理的一种有效策略.在常温常压下水作为氢源,直接电化学还原硝酸盐合成氨(NtrRR),突破了哈伯法的化学热力学限...     

电催化氮气还原合成氨催化材料研究进展

氨是纺织、制药、化肥等领域重要的化工原料,也是一种清洁的能源载体,需求量大。目前氨的工业生产主要为Haber-Bosch法,反应条件严苛,能源消耗大且碳排放较高。电催化氮气还原(NRR)合成氨是一种在常温常压下进行的反应,工作电位低,且电能可通过清洁能源提供,是一种很有潜力的合成氨新工艺。但目前电催化NRR材料的产氨速率和法拉第效率低、工作稳定性不够高、溶液中痕量氨的定量检测困难及检测标准不统一等都为其发展带来了巨大挑战。本文首先介绍了电催化NRR的反应机理和常用研究方法,然后重点梳理了2019年以来NRR催化材料的最新研究进展,最后对该领域研究面临的挑战和机遇进行了展望。     

电催化二氧化碳还原用铜基催化剂设计策略

随着全球经济增长,对能源需求不断攀升,进而推动了能源的开发与利用,不可避免导致CO₂排放量的持续上升。为有效应对这一环境挑战,电催化CO₂还原(CO₂RR)技术应运而生,并迅速成为研究热点。该技术不仅可将CO₂转换为燃料和化学品,而且有助于实现可再生能源储存。在众多催化剂中,铜基催化剂因其能高效将CO₂直接转化为高价值多碳化学品(如乙烯和乙醇)而受到关注。近年来,铜基CO₂RR催化剂优化设计进展显著,主要集中在提高催化活性、选择性和稳定性上。重点综述了近年来电催化CO₂RR用铜基催化剂的优化设计策略研究进展。从调控催化活性和选择性以及稳定性2方面,分别讨论了晶面工程、合金化处理、铜氧化态调节、催化剂表面功能化和缺陷工程等代表性调控策略的研究进展,探讨了电催化剂的核心参数(组成、微观结构、形貌、尺寸等)对催化剂性能的协同效应。最后对未来电催化CO₂RR技术的发展前景进行展望,并分析当前面临的挑战。     

基于铂系金属电极的电催化还原硝酸盐研究进展

近年来,电化学（催化）还原去除水中 NO₃^--N 技术因经济有效、操作简便和环境友好等优势受到研究人员的广泛关注,铂系金属因其良好的吸储氢能力而广泛应用于电催化 NO₃^--N 电极。本文围绕电化学（催化）还原技术,并聚焦铂系金属基阴极材料,综述了 NO₃^--N 电化学（催化）还原的基本原理、铂系金属基电极去除效能及研究现状、反应影响因素的作用机制等,并根据研究成果和目前存在的问题提出未来研究和发展方向。     

电催化还原二氧化碳制一氧化碳催化剂研究进展

电催化还原CO₂作为缓解能源危机和全球变暖的有效途径已成为催化领域的研究热点。然而,不同反应途径的氧化还原电位较为接近,使产物的选择性成为电催化还原CO₂所需解决的主要问题。迄今为止,在水性电解质中可实现CO₂选择性地转化为一氧化碳（CO）和甲酸（HCOOH）。本文简述了电催化还原CO₂制CO的机理,包括CO₂吸附过程、二电子转移过程和CO脱附过程。从贵金属的晶面设计、形貌调控和表面功能化对反应活性和产物选择性的影响,铁卟啉、钴酞菁和镍三嗪在还原CO₂为CO反应中的电子转移途径,非金属碳基材料中杂原子和碳基质间的耦合效应等方面,重点介绍了近年来贵金属催化剂、过渡金属络合物催化剂和非金属碳基材料催化剂的研究进展,总结了各类催化剂的优缺点。指出在三类电催化还原CO₂制CO的催化剂中,非金属碳材料具有较高的CO法拉第效率,尤其是非金属碳材料成本较低、制备简单、结构易调控,在电催化还原中具有潜在的应用优势,是有望实现商业化应用的新型催化剂的候选材料之一。     

铜基催化剂电催化二氧化碳合成醇类研究进展

利用电催化方法还原CO2制备基础化学品,是当前清洁能源发展的方向之一.然而,在转化CO2为有价值的产品过程中,电催化材料面临的最大挑战是抑制析氢副反应的同时实现高效率、高选择性.铜基催化剂因其在电催化还原CO2过程中优异的催化性能而得到广泛关注.本文探究了CO2还原反应的基本原理,综述了以Cu基催化剂电化学还原CO2为...     

化学催化还原地下水中硝酸盐的研究进展

与生物反硝化相比,化学催化还原法反应速度快,适于分散给水处理,被认为是最有应用前景的地下水脱硝方法,该方法以氢气,甲酸等为还原剂,利用适当的催化剂将水中的硝酸根还原为氮气,在反应过程中有可能由于氢化作用不完全形成亚硝酸盐,或由于氢化作用过强而形成NH4+等副产物.故有效提高硝酸盐还原速度的同时控制反应发生的方向是该技术的关键;寻求高效、高选择性和稳定性的催化剂,探索环境因素对于催化反应的影响是该领域的研究重点.在综述化学催化还原水中硝酸根研究进展的基础上,重点对关键影响因素:催化剂性质、水质因素、反应条件、传质过程进行了详细阐述,提出催化材料的功能设计,作用机理和实用化及高效组合工艺的建立和优化方面的研究是化学催化还原硝酸根的研究发展方向.     

铜基硫族化合物电催化二氧化碳还原制甲酸盐的研究进展

因电催化二氧化碳还原反应（CO₂ reduction reaction,CO₂RR）助于降低大气二氧化碳浓度缓解环境问题,还可以生产高附加值化学品,引起了广泛关注。甲酸盐作为二氧化碳电还原的重要产物之一,在化工、燃料电池等领域广泛应用。铜基硫族化合物（Cu_xS）由于价格便宜、催化性能优异等优点有着广阔的应用前景,基于此研究者们在纳米结构调控、电解液优化和反应气组分控制等方面展开了大量研究以提升其在电催化CO₂RR中的催化活性和甲酸盐产物选择性。主要从催化剂结构设计、催化影响要素、催化反应机理等多角度综述了近期Cu_xS在电催化CO₂RR领域的研究进展,提出了Cu_xS在CO₂RR领域中主要面临的挑战;展望了Cu_xS族催化剂作为高活性、高稳定性二氧化碳电还原催化剂的发展前景。     

铜基催化剂电还原二氧化碳选择性的调控策略

在水系电解液中利用电能直接将CO₂还原成基础化学品为CO₂资源化利用提供了一种绿色可行的策略。铜是唯一能够高效地将CO₂还原成C2+产物的金属催化剂,然而其催化产物多达16种,产物的多样性严重增加了后期产物分离的成本并大幅降低了整个电催化二氧化碳还原(eCO₂RR)系统的能量转换效率,是eCO₂RR走向工业化生产的一个重要瓶颈,因此对铜基催化剂进行合理的调控,以提高其对单一产物的选择性一直是研究的热点问题。经过30余年的发展,铜基催化剂的研究已经取得了巨大的进展,回溯近期铜基催化剂电催化CO₂还原领域的研究历程,本文综述了电催化二氧化碳还原的反应原理、反应路径和针对不同产物的调控策略,着重总结了提高铜基催化剂对单一产物选择性的设计策略和设计方法,最后展望了铜基催化剂面临的挑战和未来的发展方向。     

甲醇合成铜基催化剂的还原方法

前言 甲醇是一种非常重要的、用途广泛的有机化工原料。以煤焦为原料的合成氨厂，随着甲醇市场的经济导向，相继建成或扩建了合成氨原料气联产甲醇装置，其单套装置能力大多数在5000～40000t／a之间。     

氨催化剂快速还原法在我厂的应用

介绍氨催化剂快速还原的原理,特点及效果,提出应用快速还原法应注意的问题,与常规还原法相比,快速还原法大大缩短了还原时间,且还原后催化剂活性更好。     

电催化氮还原合成氨电化学系统研究进展

氨是化肥、涂料等领域中重要的化工原料,是产量第二高的商用化学品。目前,90%以上的氨均来自Haber-Bosch法,该工艺需要高温、高压条件,能耗较高,且依赖化石燃料的使用,产生大量CO₂排放,在倡导节能环保的新时代下,该工艺面临严重的能耗及环保问题。电催化氮还原合成氨工艺是一种采用电能驱动的节能工艺,且原料为绿色环保的H₂O和N₂,其有望替代传统合成氨工艺。但是目前该工艺存在一些技术难点有待突破,使其产氨速率、法拉第效率等性能不高,距离商用化生产差距较大。分析总结了该工艺的技术难点,围绕该领域的优化策略,重点综述了针对合成氨电化学系统的改进措施,以及近几年文献报道的研究进展,最后对该领域的未来发展进行展望。     

氨分解制氢催化剂研究进展

随着环保法规日趋严格,清洁氢能的生产和应用引起关注,氨分解制氢是其中重要途径之一。综述Ru、Ni和Fe等氨分解催化剂的研究进展,Ru催化剂具有较高的催化活性,但由于资源有限和价格昂贵等因素使其在工业应用方面受到限制。以Fe和Ni为代表的非贵金属催化剂资源丰富,价格低廉,氨分解反应转化率高,具有潜在的工业应用前景。我国独创的新一代Fe_(1-x)O基新型熔铁催化剂是目前世界上活性最高的氨合成催化剂,根据微观可逆性原理,新型熔铁催化剂也是氨分解反应活性最好的制氢催化剂。     

Pd-Cu负载型催化剂催化还原水中硝酸盐的研究进展

综述了Pd-Cu负载型催化剂催化还原水中硝酸盐的研究进展。总结了Pd-Cu负载型催化剂的催化特征及其催化活性。重点介绍了Pd-Cu/陶瓷膜催化剂催化还原水中硝酸盐的活性及其作用机理。提供了一种新的方法用来提高催化还原硝酸盐过程中的催化性能。     

钌基氨合成催化剂研究进展

钌基催化剂被称为继铁基催化剂之后第二代氨合成催化剂。文中介绍了钌基氨合成催化剂的载体、钌的母体化合物和促进剂的研究进展以及在钌基催化剂上氨合成反应动力学。     

铜基甲醇合成催化剂的TPR研究

采用并流共沉淀法制备了一系列具有不同Cu/Zn的甲醇合成催化剂。通过活性测试可知,并流法所制备的催化剂最佳Cu/Zn大约为5/4。催化剂TPR研究表明 , 当铝含量固定时，具有最佳Cu/Zn（即5/4）的铜基催化剂，其主还原温度最低。考察了在不同pH值时进行并流共沉淀所制备的催化剂的TPR，表明沉淀时的pH值对催化剂的结构有很大影响，并对其本质原因进行了深入探讨。另外，考察了铝含量对催化剂还原行为的影响以及在不同升温速率下催化剂TPR的差异。     

燃料电池中铁基氧还原催化剂的研究进展

阴极氧还原反应是燃料电池的核心反应之一。目前催化氧还原反应的催化剂通常是贵金属铂,但其普遍存在成本高、对甲醇耐受性差、易CO中毒等缺点,因此开展非贵金属催化剂的研究显得尤为重要。铁基催化剂因催化活性好、稳定性高、甲醇耐受性好、价格低廉等备受青睐,最有希望成为铂基催化剂的替代品。本文主要综述了几类铁基氧还原催化剂的研究现状、催化机理及活性影响因素,并在此基础上阐述了各类催化剂目前尚待解决的问题和发展方向。     

Study of the ammonia decomposition over iron catalysts

The decomposition of ammonia is a reaction associated with the process of the nitriding of metals. The kinetics of the ammonia decomposition on iron catalysts has been studied using a differential reactor with internal mixing. The balance between the inlet and outlet ammonia quantity has been used to determine the degree of conversion. The rate of ammonia decomposition could be described by the following expression: r = k₀ exp (Ea/RT)pNH₃. The activation energy of the ammonia decomposition process has been found for samples with potassium as E _a= 96 kJ/mol, for samples without potassium as E _a= 87 kJ/mol. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

草酸酯加氢铜基催化剂关键技术与理论研究进展

合成气经草酸酯加氢制乙二醇工艺是非石油路线合成大宗化学品的新兴路线。在我国贫油、少气、煤炭相对丰富的能源结构条件下,该工艺路线的研究具有重要的现实意义和战略意义。本文着重介绍了草酸酯加氢制乙二醇铜基催化剂的研究进展。系统讨论了催化剂载体、助剂对活性和选择性的影响规律,以及催化剂的结构与价态的形成机制及其对催化性能的影响,并对草酸酯加氢制乙二醇催化剂中的内扩散问题以及催化剂成型进行综述和分析。此外,还对该草酸酯加氢反应放大和工程化进展进行了简单介绍。提出具有较高加氢活性与机械强度的新型催化剂研究是草酸酯加氢催化剂研究的重要课题,而异型催化剂的研究则有可能解决催化剂床层阻力大这一工程化难题。此外也提出制备高温稳定的铜基催化剂是今后的重要研究方向。