钒基催化剂在双氧水存在下对甲、乙苯液相选择氧化的研究

研究了若干钒基催化剂在双氧水存在下对甲、乙苯的液相选择性氧化催化性能.结果表明:在乙腈为溶剂的反应体系中,所研究的钒基催化剂包括VPO,VOPO₄,V₂O₅,VO(acac)₂和NH₄VO₃等均表现出以苯甲醛为甲苯选择性氧化主产物和以苯乙酮为乙苯选择氧化主产物的反应结果;从反应活性和主产物选择性来看,按以下顺序递减:VPO＞V₂O₅＞VOPO₄＞VO(acac)₂＞NH₄VO₃.对于具有(VO)₂P₂O₇晶相的VPO催化剂,在双氧水存在下对甲苯选择性氧化主产物苯甲醛的最高选择性为58.8%,乙苯选择性氧化主产物苯乙酮的最高选择性为67.8%;其催化性能与P/V比、焙烧条件、双氧水的使用量、反应溶剂等有关.从已有的实验结果推测,钒基催化剂在双氧水存在下的甲、乙苯选择氧化反应与V⁵⁺/V⁴⁺的"氧化-还原"作用密切相关.     

SCR脱硝过程中SO2催化氧化的原位红外研究

采用工业用V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂,基于傅里叶原位红外光谱(FT-IR)技术考察SO₂的氧化过程及烟气组分对SO₂氧化行为的影响;结果表明,SO₂在催化剂表面氧化主要是首先吸附在催化剂表面V₂O₅活性位上,占据其O原子,以SO^2-₃形式存在,后与催化剂表面V⁵⁺-OH发生反应,生成金属硫酸盐(VOSO₄)中间产物,O₂重新氧化催化氧化过程中由于被SO₂夺取O原子而被还原的V₂O₅物种,使V⁴⁺转化为V⁵⁺,促进金属硫酸盐(VOSO₄)向SO₃转化;SO₂与NO、NH₃的竞争吸附阻碍SO₂在V₂O₅活性点位上的氧化;在SCR中,NO的脱除与SO₂的氧化是相互抑制的关系。     

Cu、Mn、Ce改性V2O5-WO3/TiO2/堇青石催化剂Urea-SCR脱除NO

采用硅胶为黏结剂,在堇青石蜂窝陶瓷上以涂覆法依次负载Cu、Mn、Ce改性的纳米TiO₂粉末、W改性的V₂O₅粉末得到复合催化剂,在120～550 ℃用尿素选择性催化还原(Urea-SCR)氮氧化物时显示良好活性。与商业催化剂V₂O₅-WO₃/TiO₂相比,添加Cu、Mn、Ce后,催化剂脱硝活性显著提高,活性温度窗口明显拓宽。结果表明,催化剂的高活性与催化剂表面适度的酸碱性、高比值的V⁴⁺/V⁵⁺以及良好的氧化还原性能和锐钛矿相的TiO₂、丰富的表面裂纹的存在等因素有关。     

氧化钼对氧化钒催化剂的影响

本文运用集团结构适应理论,结合测定磁化率和不可逆吸附量,以及连续流动法和脉冲法等实验手段,研究MoO₃对V₂O₅/SiO₂催化剂的影响。结果表明MoO₃增加V₂O₅表面V⁴⁺浓度,提高双V⁴⁺集团形成概率。从而提高催化剂恢复氧的能力,促进供氧活性。还讨论了MoO₃和P₃O₅对V₃O₅催化剂影响的差异。     

Keggin型钼钒磷杂多酸催化剂上丙烷选择氧化性能的研究

系统研究了不同数目V⁵⁺取代的钼钒磷杂多酸H_3+nPMo_12－nV_nO₄₀ (n＝0～4)催化剂上丙烷选择氧化反应性能. 通过BET, IR, TPR, 紫外-可见光谱等表征手段对催化剂的理化性质进行了考察, 并对催化剂的结构-性能关系进行了初步关联. 在杂多酸的一级结构中, V⁵⁺对Mo⁶⁺的取代不仅改变了杂多阴离子金属-氧桥的键强以及晶格氧的插入能力, 而且也相应地调变了样品的酸量. 催化剂活性随V⁵⁺取代数量的递增而增强; 适宜数量的V⁵⁺取代提高了含氧酸产物的选择性, 而过量的V⁵⁺取代则导致部分氧化产物的深度氧化. 考察了在Keggin型杂多酸二级结构上引入钒物种的影响, 也即将钒物种(VO)²⁺作为抗衡离子取代部分质子以调变催化剂的结构与性质. 实验表明, 处于一级结构和二级结构[(VO)²⁺抗衡离子]中的V在反应中均可离析出少量V₂O₅物种. 适宜量的(VO)²⁺物种以及离析出来的少量V₂O₅物种可能均对催化剂的性能有贡献. 显然, 钒在不同位置的价态变化以及形态的不同, 会导致催化性能的相应改变.     

Cr负载V2O5-WO3/TiO2催化剂的低温NH3-SCR脱硝活性

采用浸渍法制备了一系列不同Cr负载量的CrO_x-V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂, 研究了Cr改性对该催化剂脱硝活性及抗硫性能的影响. 结果表明, Cr的引入使V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂的低温NO_x去除效果和抗硫性能显著提升. Cr的负载量为3%(以Cr₂O₃计算质量分数)时, 催化剂具有最佳的低温脱硝活性和N₂选择性. 结构表征结果表明, 改性催化剂中Cr元素主要以Cr³⁺形式存在, Cr的引入使催化剂的氧化性能明显提升, 并使表面弱酸位点、 强酸位点和催化剂表面吸附氧数量增多. XPS分析结果表明, Cr能使催化剂中V⁵⁺/V⁴⁺比例降低, 促进催化剂中自由电子的迁移. In situ DRIFTs表征结果显示, Cr的引入能促进NO与吸附在Brönsted酸位点上的NH₃在低温条件下反应, 从而使催化剂具有更好的低温脱硝活性. UV-Vis光谱分析结果表明, CrO_x负载量提高会显著增加高价态Cr的烧结聚集. 同时, 提出了一种选择性催化还原(SCR)反应中Cr-V协同催化的机理.     

五氧化二钒/铈改性二氧化钛催化甲醇高选择性氧化制备二甲氧基甲烷

通过溶剂热法制备Ce掺杂的TiO₂,利用等体积浸渍法制得一系列V₂O₅/Ce-TiO₂催化剂,并用于甲醇选择性氧化制二甲氧基甲烷(DMM)。 采用XRD、UV-Vis、 H₂-TPR、NH₃-TPD等技术手段对催化剂进行了表征。 结果表明,Ce掺杂改性后的TiO₂负载V₂O₅更有利于催化剂表面钒氧物种的分散,且钒氧物种主要以孤立的和聚合态的形式存在,没有形成V₂O₅晶相结构。 Ce掺杂改性后,改变了TiO₂载体与钒氧物种间的作用力,Ce掺杂量越大,钒氧物种的还原温度逐渐向高温移动,使得催化剂的氧化还原能力减弱。 Ce改性的TiO₂负载V₂O₅,Ce的改性量对催化剂的酸性质几乎没有影响,但是催化剂的酸性却随着V₂O₅负载量的增大而逐渐减弱。 当Ce和Ti的摩尔比为0.01,V₂O₅的负载量为10%所得催化剂10V/1Ce-TiO₂具有较为适宜的氧化还原性和酸性,在反应温度160 ℃时,甲醇的转化率为39.6%,DMM的选择性高达99.9%。     

Cu-ZnO-Al2O3复合催化剂上甘油选择氢解合成丙二醇

分别采用均匀共沉淀法、沉积-沉淀法和传统的共沉淀法制备了3种具有相似组成的Cu-ZnO-A1₂O₃催化剂（CZA-HP,CAZ-DP和CZA-CP）Ε同时还采用均匀共沉淀法制备了Cu-ZnO催化剂（CZ-HP）以用于比较.X射线衍射表征结果表明,以上方法制备的Cu-Zn-Al碱式碳酸盐前体中Cu²⁺,Zn²⁺和Al³⁺的混合均匀程度的顺序为CZA-DP3+分散程度的提高和A1₂O₃与ZnO的紧密接触使得Cu-ZnO-A1₂O₃催化剂中金属Cu和ZnO具有更小的粒径.但ZnO-A1₂O₃间紧密接触也阻隔了Cu-ZnO-A1₂O₃催化剂中金属Cu与ZnO之间的相互作用.因此A1₂O₃的添加使得CZA-HP样品上的Cu粒子表现出最强的氧化还原能力.在473 K和6.0 MPa H₂的反应条件下,以上三种Cu-ZnO-A1₂O₃催化剂均高选择性地催化甘油氢解为丙二醇（30%甘油转化率下的选择性>90%）.Cu-ZnO-A1₂O₃催化剂表面单位Cu原子的本征活性顺序为CZA-DP2O₃的添加还显著地抑制了Cu粒子在反应过程中的聚集,提高了催化剂的稳定性.经6次循环使用后,CZ-HP中Cu粒子的粒径从13.2增至45.2 nm,活性相应下降了45%:而CZA-HP中Cu粒子的粒径从8.3增至19.0 nm,活性仅下降了10%.     

负载型铼催化剂体系与甲醇选择氧化性能的关系

以铼酸铵为前驱体,制备了氧化物负载型铼催化剂并研究其甲醇选择氧化反应的催化性能.结果表明,Fe₂O₃和V₂O₅等氧化物负载型铼催化剂表现出很高的甲醇选择氧化制备二甲氧基甲烷的催化性能,选择性可达90%～94%(摩尔分数).选择氧化反应活性与铼担载量有关.在α－Fe₂O₃担载的铼催化剂中,以担载质量分数为1%～3%铼的催化剂活性最高[450mmol/(h·gRe)],而高于3%的铼担载量,单位铼催化活性逐渐下降.XRD,XPS和脉冲反应等结果表明,铼酸铰负载于α-Fe₂O₃载体上,并于He气氛中焙烧后,所得表面铼物种与担载量有关,当低于单层担载量时以Re⁶⁺占主导,而高于单层担载量时则Re⁶⁺与Re⁴⁺物种共存.     

催化剂低温NH3选择催化还原NO的研究

研究了碳纳米管担载的五氧化二钒（V₂O₅/CNTs）催化剂上NO低温选择催化还原反应（SCR）。与活性炭载体的催化剂作了对比,结果显示,在负载低含量V₂O₅时碳纳米管较活性炭显示了更好的催化能力,而且在SO₂存在下,催化性能有更大幅度的提高。暂态反应实验显示,V₂O₅/CNTs 催化剂上NO选择催化还原反应遵循Eley Rideal机理,即反应发生于吸附态的NH₃和气相或弱吸附的NO之间。     

The first tetranuclear vanadium(V) peroxo complex: Preparation, vibrational spectra and X-ray crystal structure of K6[V4O4(O2)8(PO4)]·9H2O

The vanadium(V) peroxo phosphato complex K₇[V₄O₄(O₂)₈(PO₄)]·9H₂O has been obtained from the KVO₃---KH₂PO₄---KOH---H₂O₂---H₂O---C₂H₅OH system. The X-ray structural analysis revealed a tetranuclear anionic structure in which two dinuclear [V₂O₂(O)₂)₂(μ-η¹ : η²-O₂)₂] units are connected by the μ₄-PO₄ group.     

平板式V_2O_5-MoO_3/TiO_2型SCR催化剂的中低温脱硝和抗中毒性能研究

针对中低温锅炉烟气脱硝技术需求的特点,采用等体积浸渍法,以V_2O_5为活性组分、MoO_3为助剂,制备了高钒高钼含量的V_2O_5-MoO_3/TiO_2型粉末和平板式SCR脱硝催化剂,考察了活性组分和助剂含量对催化剂活性以及抗SO_2和H_2O中毒性能的影响,对反应前后的催化剂进行了微观表征,并针对最优催化剂研究了其在不同烟气工况下催化剂的脱硝性能。结果表明,提升V_2O_5负载量可以有效提高催化剂的脱硝活性;MoO_3助剂的添加也可以提高催化剂的脱硝活性。XPS、XRF、FTIR等表征结果表明,MoO_3的含量会影响催化剂中V~(4+)/V~(5+)的比值,其相对含量的增加有利于催化剂中非化学计量钒物种的形成以及化学吸附氧比例的增加,钼与钒物种间的交互作用是抑制SO_2和H_2O对催化剂的毒化作用的关键。3V_2O_5-10MoO_3/TiO_2平板式催化剂在温度为200℃、空速为3 500 h~(-1)含SO_2和H_2O烟气条件下,经30 d连续反应,脱硝效率稳定维持在82%左右,该催化剂在中低温下具有优异的抗SO_2和H_2O中毒性能以及稳定性。     

制备方法对V-Mo/TiO2催化剂脱硝性能的影响

采用浸渍法、溶胶凝胶法和水热法制备了一系列V-Mo/TiO_2催化剂,考察了制备方法对催化剂脱硝性能及抗SO_2/H_2O性能的研究。并运用XRD、BET、NH_3-TPD、H_2-TPR、XPS等方法对催化剂的理化性能进行了表征,结果表明,溶胶凝胶法制备的催化剂具有较小的晶粒粒径,较大的比表面积和孔容,较多的表面酸量,较强的氧化还原能力以及较高的V~(4+)和表面活性氧,因此,3%V_2O_5-6%MoO_3/TiO_2(sol-gel)催化剂在80-360℃,表现出最佳的脱硝效率;引入10%H_2O和0.03%SO_2后,NO转化率仅下降7个百分点,表现出最佳的抗SO_2/H_2O性能。     

Structural Characterizations of Spherical Octadecavanadates Encapsulating Na+, K+ or I- and Ellipsoidal Octadecamolybdate Encapsulating two Anions of SO42-

Polyoxoanions of tungsten, molybdenum, and vanadium have been the subject of interest since their wide variety of compositions, structures, and properties give rise to numerous important applications^[1]. From the NH₄VO₃/Na₂S_x (or (NH₄)₂S_x) reaction system we synthesized several spherical octadecavanadates with Na⁺,K⁺, NH₄⁺ or I encapsulated using hydrothermal method. These complexes include (NH₄)₁₁[V₁₈O₄₂(Na)]·(H₂O)₂₀ 1; (NH₄)₁₁[V₁₈O₄₂(K)]·(H₂O)₆, 2; (NH₄)₁₀(Na)[V₁₈O₄₂(Na)]·(H₂O)₂₆, 3; (NH₄)₁₁[V₁₈O₄₂(NH4]·(H₂O)₂₀, 4; and (NH₄)₂₀(I)₇[V₁₈O₄₂(I)]·(H₂O)₁₂, 5, in which the structures of 1, 2, 3, and 5 have been determined by X-ray analyses. In the analogous reaction system of (NH₄)₂MoS₄/(NH₄)₂S_x, we also obtained one ellipsoidal octadecamolybdate, (NH₄)₄[Mo₁₈O₅₄(2SO₄)]·(H₂O)₄, 6 with a standard Wells-Dawson structure^[2]. The Ortep drawings of the two kinds of structures are viewed as follows.     

焙烧温度对V2O5/CNTs-TiO2催化剂脱氯性能的影响

用浓硝酸纯化改性碳纳米管(CNTs),以钛酸四丁酯为原料,通过溶胶-凝胶法制备碳纳米管-氧化钛(CNTs-TiO₂)复合载体并浸渍制得V₂O₅/CNTs-TiO₂催化剂,重点考察了制备过程中焙烧温度对催化剂催化氧化活性的影响.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、X射线光电子能谱(XPS)仪和紫外-可见(UV-Vis)分光光度计等对催化剂材料的结构、形貌和表面化学性质进行了表征分析.结果表明,硝酸处理后的碳纳米管纯度和石墨化程度增加, 450 ℃焙烧温度制备得到的催化剂活性组分分散度好, V₂O₅/CNTs-TiO₂催化剂中钒钛氧均以有利于催化反应的价态存在;催化剂表面活性氧的含量最高,催化剂表现出很好的电子迁移与氧移动的能力,从而提高催化剂的催化活性.实验表明,在250 ℃、催化剂用量为0.2 g、N₂ (80%) + O₂ (20%)下催化降解六氯苯(HCB)的效率可达到94.78%左右,并在24 h内保持很好的稳定性.     

前驱体溶液pH值对V2O5-WO3/TiO2催化剂的低温NH3-SCR性能的影响

采用调节前驱体溶液pH值的方法制备了用于低温NH₃-SCR的V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂。通过XPS、Raman光谱、H₂-TPR、NH₃-TPD、NH₃-DRIFT、XRD及物理吸附等手段对催化剂进行了表征分析,并对其脱硝催化活性进行了测试。结果表明,前驱体溶液酸性的增强能够提高催化剂表面聚合态钒物种和V⁴⁺⁽³⁺⁾/V⁵⁺的比值以及表面酸性,增加活性位数量、降低反应的活化能、提高其脱硝催化性能。因此,通过提高前驱体溶液的酸性,有助于制备出脱硝活性较好的NH₃-SCR催化剂。     

含铈钒基SCR催化剂脱硝性能及SO_2失活机理研究

掺杂Ce到V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂中,并研究其NH_3-SCR脱硝性能及SO_2失活机理。结果表明,V_1W_5Ce_6 Ti表现出更好的脱硝活性。采用XRD、BET、FT-IR、TG-DSC、XPS等手段表征分析Ce对催化剂性能的影响,并提出V_1W_5Ce_6Ti硫失活机理。结果表明,Ce、V、W都能在催化剂中很好的分散,当Ce的掺杂量达到8%时,有明显的CeO_2特征峰出现。在250℃时,V_1W_5Ti(U)表面会有NH4HSO4和(NH_4)_2SO_4生成。掺杂Ce后,V1W5Ce6Ti催化剂的Brnste酸位和表面化学吸附氧都增加。Ce与烟气中的SO_2和H_2O结合生成硫酸铈盐,从而抑制硫酸铵盐的生成。同时也阻断了Ce~(3+)与Ce~(4+)氧化还原循环,破坏V-O-Ce结构,造成催化剂活性下降。