铜锰盐前驱体对铜锰催化剂变换反应活性的影响

以硝酸铜锰、硫酸铜锰、醋酸铜锰和氯化铜锰盐为前驱体,采用共沉淀法制备了铜锰催化剂,利用XRD、TPR、STPR(表面氧化程序升温还原)、TPD和XPS等对样品进行了表征,并考察了其水煤气变换反应催化性能。结果表明,所制备的催化剂主晶相均为尖晶石结构的Cu1.5Mn1.5O4金属固溶体,经变换反应后均被还原分解为Cu和Mn 2O,其中以醋酸铜锰盐制备得到的样品出现了较为明显的MnCO3特征衍射峰。醋酸铜锰盐制备的样品因单质铜和氧化锰协同效应良好,可显著增加对CO2的吸附能力,提高其表面铜的分散性,具有良好的热稳定性和低温变换反应活性。以硝酸铜锰盐制备的样品在400-450℃维持了较高的热稳定性及催化活性,但在300℃以下CO转化率明显下降,而以硫酸铜锰盐及氯化铜锰盐制备的样品在200-450测试温区内催化性能较差。     

沉淀剂对铜锰复合氧化物变换催化剂构效的影响

以CuSO4.5H2O和MnSO4.H2O为原料,KOH和NaOH为沉淀剂制备了铜锰复合氧化物,考察了其变换反应催化性能,利用XRD、低温氮气吸附法、TG、H2-TPR等对所合成样品进行了表征。以KOH和NaOH为沉淀剂所得沉淀终产物的物相组成和织构明显不同,分别为层状结构碱式硫酸铜Cu4SO4(OH)6.H2O及无定形锰氧化物和Cu2+1O和Mn3O4混合物。两种物相组成和织构完全不同的沉淀终产物焙烧后都生成Cu1.5Mn1.5O4固熔体,在变换反应条件下均转化为Cu和MnO,但其催化性能却有明显差异。以NaOH为沉淀剂,得到以Cu2+1O和Mn3O4复合体为主的沉淀终产物,焙烧及还原后保持了较高的织构稳定性,提高了样品的活性和热稳定性。而以KOH为沉淀剂得到以层状结构碱式硫酸铜Cu4SO4(OH)6.H2O和无定形锰氧化物为主的沉淀终产物,在焙烧过程发生的演变极其复杂,削弱了铜锰组分协同效应,造成其活性和热稳定性极差。研究结果表明,NaOH作沉淀剂所制备样品的织构稳定性、催化活性显著高于以KOH作沉淀剂所制备样品,且热稳定性良好。     

铜锰双金属氧化物催化的液相甲苯氧化反应

 工业上甲苯氧化反应采用均相醋酸钴催化剂,以溴化物为促进剂在乙酸溶液中进行. 乙酸和溴化物的使用使催化剂的分离和回收非常困难,并非常容易腐蚀设备; 另外很容易形成大量有毒废液对环境造成污染. 本文以共沉淀法制备的铜锰氧化物为催化剂,在无溶剂的条件下进行了甲苯液相氧化反应,得到了较好的催化效果. 催化剂最佳Cu:Mn摩尔比为1:1, 此时催化剂的主要物相为Cu1.5Mn1.5O4.     

选择性刻蚀制备铜锰复合氧化物及其CO催化氧化性能

由于在工业、环保和能源等诸多领域的潜在应用,低温CO催化氧化催化剂的研发引起了广泛关注.尽管贵金属表现出优越的CO氧化活性和稳定性,但是其有限储量和高昂价格一直限制着它们的实际应用.铜锰氧化物是著名的霍加拉特催化剂的主组分,价格低廉,催化氧化CO活性高,可高效替代贵金属催化剂.大量研究已证实, CO在铜锰氧化物上的氧化遵循氧化-还原机理,因此调变铜锰氧化物催化剂的氧化-还原性能对于改善其CO氧化活性至关重要.本文报道了一种简单的选择性刻蚀技术,即在铜、锰前驱物共沉淀过程中引入氨水作为刻蚀剂,利用氨水与铜离子的强络合作用选择性刻蚀铜组分,调变铜锰氧化物的铜锰比,有效改善了铜锰氧化物的氧化-还原特性,从而提高了其CO氧化性能. X射线粉末衍射(XRD)测试结果表明,初始制备的样品结晶弱,主要物相包含铜锰复合氧化物和氧化锰,此外还存在少量碳酸锰.不同浓度氨水刻蚀几乎未改变铜锰氧化物的物相组成.透射电子显微(TEM)照片中几乎没有发现晶格相,进一步证实这些铜锰氧化物的弱结晶本质.扫描电子显微(SEM)照片显示初始制备的铜锰复合氧化物主要由1.5?m左右的球形颗粒堆积而成,氨水刻蚀后颗粒形状变得不规则,表面更加粗糙,样品比表面积也从刻蚀前的85 m2/g增加到139 m2/g.理论上,氨水与铜的络合作用更强,样品主体和表面组成分析结果显示,随着氨刻蚀量增加,铜含量逐步降低,这清晰证实了氨有效地选择性刻蚀了铜组分. 进一步运用X射线光电子能谱(XPS)、氢程序升温还原(H2-TPR)、CO程序升温还原(CO-TPR)和氧程序升温脱附(O2-TPD)等测试手段表征了铜锰氧化物的氧化和还原特性,特别是氨刻蚀后催化剂氧化-还原性能. XPS分析显示铜锰氧化物中铜和锰物种的氧化态分别为+2和+3,氨刻蚀并没有改变两物种的氧化态. H2-TPR和CO-TPR证实氨刻蚀有效促进了铜锰氧化物中晶格氧从锰到铜物种的迁移,氨刻蚀同时还增强了与铜和锰键合的晶格氧物种的反应活性. O2-TPD结果进一步表明,氨刻蚀显著改善了铜锰氧化物中与铜键合晶格氧的释放.综合来看,氨刻蚀可有效促进铜锰氧化物的晶格氧迁移、释放和反应等氧化-还原特性. CO氧化反应研究显示,氨刻蚀大幅度促进了铜锰氧化物的催化活性.当反应温度在30?C时,相比于初始制备的铜锰氧化物催化剂,氨水刻蚀的样品上CO转化率提高了30%,达到90%转化率时的温度降低了20?C.关联催化剂结构表征和CO氧化性能数据发现,以表面Cu量归一化的CO氧化反应速率与催化剂的氧化-还原性能正相关.这一结果清晰证实氨刻蚀能显著改善铜锰氧化物的氧化-还原特性,进而有效促进其CO氧化活性.     

前体法制备铜锰催化剂及其变换反应催化性能的研究

采用水热法合成出碱式醋酸铜（Cu2（OH）3（OCOCH3）.H2O）,以碱式醋酸铜为前体,经离子交换、焙烧制得铜锰催化剂.利用XRD、SEM/TEM、FT-IR、TG/DTA、低温氮气吸脱附、TPR等对样品进行表征,并考察了铜锰催化剂在水煤气变换反应中的催化性能.结果表明,所合成的碱式醋酸铜为典型层状化合物,其层间距为0.93 nm,经MnO4-离子交换后,层间距变为0.74 nm.不同焙烧温度的离子交换产物经变换反应后主相均为单质铜,随焙烧温度的升高,铜的结晶度逐渐增加,1 000℃时铜的结晶度减小,1 000℃样品的催化活性显著高于其它温度焙烧的样品,且热稳定性良好.     

制备条件对Cu-MnO_x低温液相甲醇合成性能影响

采用并流共沉淀法制备Cu-MnOx催化剂,用于合成气CO/CO2/H2为原料的低温液相甲醇合成.研究了制备条件对Cu-MnOx结构及催化性能的影响,XRD、H2-TPR、CO-TPD表征显示,制备过程中的沉淀p H、煅烧温度等影响Cu-Mn Ox中CuO的分散性、还原性能和对CO的吸附能力.沉淀p H为7、煅烧温度450℃制备的铜锰摩尔比为1∶1的Cu-Mn Ox铜锰相互作用强,CuO分散好,形成的Cu1.5Mn1.5O4晶相利于中间产物甲酸酯的生成,并且其对CO的吸附能力强,H2还原温度适中,利于在预还原条件下生成较多Cu+,因此,表现出最好的催化性能.在170℃、5 MPa反应条件下,以K2CO3为助剂、乙醇为溶剂,碳转率为71.8%,甲醇选择性55.9%,同时生成了较多的碳链增长产物,说明CO在该催化剂上可发生解离吸附,为乙醇等C2+低碳醇的合成提供参考.     

CuMnCeLa-O/γ-Al2O3催化剂助燃脱硝性能研究

采用等体积浸渍法制备了Cu Mn-O/γ-Al_2O_3、Cu Mn Ce-O/γ-Al_2O_3和Cu Mn Ce La-O/γ-Al_2O_3催化剂.用XRD、BET、SEM、XPS和H_2-TPR技术对其物相和表面性质进行了表征.在连续固定床微反装置上评价了催化剂的CO+O_2和CO+NO反应性能.结果表明,催化剂样品中观测不到Cu O、Mn O_x、Ce O_2和La_2O_3的XRD晶相峰,活性组分在γ-Al_2O_3载体表面呈高度分散状态.Ce、La的引入对催化剂的比表面积、孔容和孔径分布影响不大.SEM谱图中未观测到活性组分的形貌,金属氧化物在载体表面均匀分布.Ce~(3+)!Ce~(4+)之间的可变价转换,引起Cu Mn Ce-O/γ-Al_2O_3催化剂表相Cu O中具有非完整结构的[Cu~(2+)_(1-x)Cu_x~+][O_(1-2)1_x□1_(2x)]增多,Cu~+/Cu~(2+)比例增大,表相氧空位增多,H_2-TPR还原峰温度向低温区偏移.Ce~(4+)、La~(3+)之间不平衡电荷以及共生过程中Cu-Mn-Ce-La-O之间的强相互作用,加大了Cu O和Mn O_x结构的不完整性,导致Cu Mn Ce La-O/γ-Al_2O_3催化剂样品表相产生更多的Cu~+、Mn~(2+)、Mn~(3+)和氧空位,相应的H_2-TPR还原峰温度进一步向低温区偏移.催化氧化CO和CO催化还原NO实验结果表明,在反应空速20 000 h~(-1),350℃反应温度下,Cu Mn Ce La-O/γ-Al_2O_3催化剂CO催化还原NO反应的CO转化率达到88.2%,NO转化率达到了96.1%,表现出了较好的氧化还原活性.     

铜物种对Cu/Fe_2O_3水煤气变换反应催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备了系列铜负载量不同的Cu/Fe2O3水煤气变换(WGS)催化剂,并考察了铜负载量对催化剂结构和水煤气变换反应性能的影响.结果表明,Cu/Fe2O3催化剂呈现出良好的水煤气反应性能,当CuO质量分数为20%时,催化剂的WGS性能最优,250°C时CO转化率高达97.2%,同时热稳定性也最好.运用X射线粉末衍射(XRD)、N2物理吸脱附和H2程序升温还原(H2-TPR)等手段对Cu/Fe2O3催化剂的物相、织构特征及还原性能进行了表征,结果表明,CuFe2O4物种的存在极大地改善了催化剂的还原性能和WGS反应活性.这是由于CuFe2O4特殊的尖晶石结构有利于Cu微晶的稳定;同时,CuFe2O4在低温下即被还原为单质铜,有利于促进催化剂体系中电子的转移.此外,通过(NH4)2CO3溶液处理,研究了独立相CuO对Cu/Fe2O3催化剂WGS反应性能的影响,结果发现,独立相CuO的存在,有利于H原子在各组分传递,从而促进催化剂的CuFe2O4的还原,改善Cu/Fe2O3催化剂的WGS反应性能.     

CuZnAl水滑石衍生催化剂上甲醇水蒸气重整制氢Ⅲ.合成水滑石用金属盐的影响

采用共沉淀法,用不同金属盐为Cu源和Zn源合成了一系列CuZnAl水滑石,以此为前体经600℃焙烧后制得相应催化剂.用硝酸盐和醋酸盐合成的水滑石结晶度高,其衍生催化剂比表面积大、Cu的分散性好且易于还原;而用硫酸盐和盐酸盐合成的水滑石结晶度差,其衍生催化剂比表面积小、Cu的分散性差且不易还原.反应评价结果显示,用硝酸盐和醋酸盐制得的催化剂活性高、反应稳定性好;而用硫酸盐和盐酸盐制得的催化剂由于低的Cu表面积以及S和Cl的毒化作用而几乎无催化活性.在醋酸盐制备的催化剂上,产物干气中CO的浓度明显较低,在250℃和WHSV=3.28 h-1的条件下约为0.03%~0.04%,仅为硝酸盐所制催化剂上CO浓度的1/5;在210℃和WHSV=0.5 h-1的条件下,该催化剂上甲醇几乎完全转化,同时CO浓度降至约0.005%.N2O滴定、CO2程序升温脱附和程序升温还原结果显示,用醋酸盐和硝酸盐制备的催化剂具有极相近的Cu表面积和表面碱性,但前者CuO的还原峰温较后者低近70℃,归因于ZnO与CuO间的强相互作用,这是催化剂具有良好选择性的可能原因.     

在类棒状铜锰复合氧化物上甲苯的催化燃烧活性及其失活

大气中的甲苯等挥发性有机物对环境和人体健康具有很大的危害。催化燃烧法是去除大气中挥发性有机物的一种有效方法。本文利用共沉淀法制备的铜锰复合金属氧化物经氢氧化钠水热处理后,获得了高比表面积的类棒状铜锰复合氧化物材料,并考察了其对甲苯的催化燃烧的活性和失活原因。研究表明,样品的后处理温度对甲苯催化燃烧活性影响很大,经500 ℃焙烧的样品比表面积高达221 m²·g^-1,在210 ℃可以实现甲苯的完全燃烧,其催化活性与贵金属催化剂Pd相当。所研制的类棒状铜锰复合氧化物在250 ℃时,运行60 h后甲苯转化率从最初的100%降至83%,通过对新鲜催化剂和反应后催化剂进行X射线光电子能谱分析(XPS)和氢气程序升温还原(H₂-TPR)的分析,发现失活后样品上Mn⁴⁺和Mn³⁺的含量分别由40.4%、55.0%降为29.9%、50.0%,同时Mn²⁺的含量分别由4.60%升高为20.6%,表面氧由34.8%降低到29.2%,表明催化剂的活性位与表面氧和高价态的锰密切相关;另一方面,失活后样品的H₂-TPR上氧化铜的还原峰温度从248 ℃上升至268 ℃,氧化锰的还原峰从311 ℃上升至333 ℃,表明该高活性催化剂的失活可能与其随着反应的进行变得更难还原相关。本研究结果将有助于在大气污染控制中,进一步设计出高活性高稳定性净化大气中挥发性有机物的低温催化燃烧催化剂。     

过渡金属氧化物掺杂对铜锰氧化物催化CO氧化性能的影响

以乙酸铜和乙酸锰为铜锰前驱体,以NH4HCO3为沉淀剂,相应金属硝酸盐为掺杂剂,采用共沉淀法制备了不同过渡金属氧化物掺杂的铜锰氧化物催化剂.采用N2物理吸附、X射线衍射,氢气-程序升温还原和原位红外漫反射光谱等方法对催化剂进行了表征,考察了系列催化剂上CO反应性能.结果表明,掺杂过渡金属氧化物可以调变催化剂对CO的吸附能力,进而影响催化剂性能.     

锰锆复合氧化物CO催化还原NO性能研究

采用柠檬酸络合法制备了锰锆复合氧化物催化剂,用XRD、H_2-TPR、XPS和SEM等技术进行了表征,研究了其CO催化还原NO性能。结果表明,MnO_x主要以Mn_3O_4物相存在,Zr占比的增加会促进Mn_3O_4物相的分散,引起Mn_3O_4平均晶粒粒径减小;Mn主要有Mn~(2+)、Mn~(3+)、Mn~(4+)离子价态形式,添加Cu和Ce后,(Mn~(3+)+Mn~(4+))含量和表面吸附氧(OA)含量增加,H_2-TPR还原峰温度向低温区偏移,有利于催化活性的提升。Mn-Zr-O复合氧化物的CO催化还原NO活性较低,加入Cu后的Mn-Cu-Zr-O复合氧化物其CO催化还原NO的活性得到改善,而添加Ce后所制备的Mn-Cu-Ce-Zr-O复合氧化物的催化活性进一步提高;在350℃下、反应空速为18000 h~(-1)时,Mn-Cu-Ce-Zr-O复合氧化物表现出较好的CO催化还原NO活性,CO转化率达到了89.17%,NO转化率达到了91.70%。     

Co/γ-Al2O3催化剂上CO氧化反应的研究

以浸渍法与沉积沉淀法制备了不同Co负载量的Co／γ-Al2O3催化剂，研究了对CO的催化氧化行为,考察了Co含量，焙烧温度，反应温度等对催化剂氧化性能的影响，结果表明，沉积沉淀法制备400℃焙烧的负载量为10％的Co／γ-Al2O3在90℃就能够实现CO完全氧化，且热稳定性比浸渍法制得催化剂好．本文还采用XRD、TPR、XPS等技术，分别研究了Co／γ-Al2O3样品的晶相结构，还原性能及表面化学状态.XRD结果表明，以硝酸盐为前驱物的Co负载于γ-Al2O3后，Co主要以Co3O4结构存在，反应的活性相Co3O4的生成有利于CO催化氧化，且以不同制备方法得到的样品中Co3O4晶粒大小不同，催化活性也不同．TPR结果表明，以沉积沉淀法制备催化剂的还原峰向低温移动，CoOx的还原更加容易．XPS表面分析表明沉淀法制备的Co／γ-Al2O3样品中，Co3O4在载体表面富集．     

改性Cu-Mn/SAPO-34催化剂在SCR脱硝反应中的特性研究

采用浸渍法制备了系列铜锰复合氧化物分子筛催化剂(Cu-Mn/SAPO-34),在固定床反应器上考察不同Cu/Mn质量比对分子筛催化剂选择催化还原NO的影响,利用XRD、NH_3-TPD、H_2-TPR、XPS等手段对催化剂进行了表征分析。结果表明,双金属改性的Cu-Mn/SAPO-34催化剂在NH_3-SCR反应中表现出较为优异的催化活性,具有较宽的活性温度窗口。当Cu/Mn质量比为1∶4时,催化剂具有最宽的活性温度窗口,NO_x转化率在250℃已达到85.39%,在300-400℃转化率均达到96%以上,450℃时仍能达到90%。铜和锰物种高度分散于催化剂表面,未改变SAPO-34的晶体结构,且构成协同作用。Cu-Mn共同负载促进了Cu~(2+)向Cu~+的转变,增加了高价态Mn~(4+)和Mn~(3+)的比例,有利于提高低温活性,促进催化反应的进行。Cu-Mn/SAPO-34/1∶4具备丰富的酸性位、良好的氧化还原性能和抗SO_2/H_2O性能,该配比有助于催化剂的催化活性和稳定性的提高。     

CuO/Mn2O3 /γ-Al2O3催化剂的制备、表征及其在CO氧化反应中的性能研究

采用浸渍法在γ-Al2O3载体上分步负载改性剂Mn2O3和活性组分CuO,制备了一系列不同配比的CuO/Mn2O3/γ-Al2O3催化剂,并运用CO+O2模型反应、XRF、XRD、H2-TPR、in-situ FTIR等手段表征了催化剂的活性和物理化学性质。活性测试结果表明,锰氧化物对γ-Al2O3载体的改性能有效地提高CuO/γ-Al2O3催化剂在CO+O2模型反应中的催化活性。XRD结果表明,锰氧化物对γ-Al2O3载体的改性可以促进氧化铜在载体表面的分散,从而提高了分散态氧化铜的含量,不过这与活性变化的趋势并不完全一致。进一步结合H2-TPR、in-situ FTIR表征结果 ,我们发现,分散态铜、锰氧化物的还原性质也是影响其催化活性的重要因素,催化剂中分散态铜、锰物种越容易被还原,其对CO+O2模型反应的催化活性就越高。     

凹凸棒石负载锰氧化物低温选择性催化还原催化剂的表征及对氨的吸脱附

 以非均相沉淀法制备了凹凸棒石 (PG) 载体上负载锰氧化物催化剂 Mn/PG, 并用于低温选择性催化还原法 (SCR) 脱硝反应. 采用 X 射线衍射、透射电子显微镜和 H2-程序升温还原方法对催化剂进行了表征; 通过 NH3 吸脱附实验考察了催化剂的锰负载量和煅烧温度对 NH3 吸附和脱附量及吸附位的影响. 结果表明, 锰氧化物高度分散于 PG 晶体表面, 其存在状态取决于催化剂煅烧温度. 煅烧温度低于 550 oC, 锰氧化物为 Mn2O3 和 Mn3O4, 煅烧温度为 550 oC 时, 锰氧化物为 Mn3O4. NH3 主要吸附在 PG 载体上, 锰氧化物的担载基本不影响催化剂吸附 NH3 的能力, 但促进了吸附 NH3 的活化, 这是催化剂 SCR 活性显著增加的直接原因.     

沉淀温度对CuO/ZnO/Al2O3催化剂前驱体物相及催化水煤气变换反应活性的影响

 用X射线衍射、差热热重测定、程序升温还原、N2吸附、N2O滴定和常压微反活性评价技术考察了沉淀温度对CuO/ZnO/Al2O3系催化剂及其前驱体的物相和催化水煤气变换反应活性的影响. 结果表明,在沉淀温度为60～90 ℃时,催化剂前驱体中主要存在Cu2CO3(OH)2,(Cu,Zn)2CO3(OH)2和(Cu,Zn)6Al2(OH)16CO3·4H2O三种物相. 焙烧后的催化剂样品中形成了较多的CuO-ZnO固溶体,沉淀温度升高有利于CuO-ZnO固溶体的形成及催化剂活性的提高. 水煤气变换反应是一个非结构敏感型反应.     

液体石蜡体系中含铜物种的化学变化

针对完全液相法制备的Cu-Zn-Al催化剂在还原前就有低价态Cu存在的问题,考察了几种不同类型的含铜物质在液体石蜡中热处理时,热处理气氛、催化剂各组分间的相互作用以及铜源种类对热处理产物的影响。 结果表明,液体石蜡在受热情况下能将Cu2+还原,并且遵循先生成Cu+,再生成单质Cu的逐级还原;Cu2+被还原的程度与铜盐的种类和热处理温度有关。 CuO在240 ℃时可以被液体石蜡还原为Cu2O,在300 ℃时被还原为单质Cu;在相同温度下,硝酸铜比乙酸铜更容易被液体石蜡还原。 完全液相法制备的Cu基催化剂在还原前就有低价态Cu存在的根本原因是液体石蜡的存在。     

铜锌催化剂组分间相互作用的研究

本文用ICP、XRD和TPD-MS(O_2)等技术研究了铜锌催化剂组分间的相互作用,发现氧化态Cu-Zn催化剂中部分ZnO熔于CuO中生成了(Cu,Zn)O固熔体。低温变换反应条件下的Cu-Zn催化剂处于还原态,它与氧化态的主要差别在于失去了(Cu,Zn)O的晶格氧。研究了Cu-Zn-Mn催化剂中部分Mn进入ZnO晶格生成(Zn,Mn)O固溶体及其对变换反应活性的影响。本文还用TPD-MS(O_2)技术考察了添加Mn、Al等组分对Cu-Zn催化剂组分间相互作用的影响。     

过渡金属氧化物掺杂对铜锰氧化物催化CO氧化性能的影响

以乙酸铜和乙酸锰为铜锰前驱体,以NH₄HCO₃为沉淀剂,相应金属硝酸盐为掺杂剂,采用共沉淀法制备了不同过渡金属氧化物掺杂的铜锰氧化物催化剂.?采用N₂物理吸附、X射线衍射,氢气-程序升温还原和原位红外漫反射光谱等方法对催化剂进行了表征,考察了系列催化剂上CO反应性能.?结果表明,掺杂过渡金属氧化物可以调变催化剂对CO的吸附能力,进而影响催化剂性能.