基于XRD和FITR的Ce-V-Ti催化剂减排烧结烟气二噁英的活性分析（英文）

二噁英是一类含氯挥发性有机污染物,具有环境持久性、生物蓄积性和长期残留性等特性,可造成致畸、致癌和致突变等危害。铁矿烧结过程中含氯前驱物在碱性环境下通过Ullman反应或经飞灰中某些催化性成分催化生成二噁英;碳、氢、氧和氯等元素可通过基元反应"从头合成"(de novo)二噁英,是二噁英最主要的排放源之一。物理吸附技术仅能实现污染物由气相向固相转移,加重了飞灰处理负担,并存在特定温度条件下(250～350℃)二噁英再生风险。催化降解技术能彻底矿化有机污染物,生成CO_2, H_2O和HCl/Cl_2,是一种避免二次污染高效节能、成本较低的方法。但由于传统催化剂活性温度区间较高,无法达到烧结烟气末端温度。选择合适的催化剂,提高催化剂低温降解活性,能实现低温、高效催化降解烧结烟气中有机污染物的目标。过渡金属Ce具有稀土金属的4f轨道配位效应和路易斯酸活性位点,对有机污染物C—H和C—Cl键活化起到至关重要的作用,掺杂过渡金属、调整活性组分比例可进一步提高铈基催化剂的抗中毒性能和降解活性。因此,本文采用溶胶凝胶法制备Ce-V-Ti复合催化剂,以氯苯为二噁英模型分子,研究了不同活性组分比例对铈基催化剂降解烧结烟气中二噁英活性影响。利用X射线衍射仪、比表面积及孔径测定仪和拉曼光谱仪对催化剂进行表征,研究Ce-V-Ti催化剂的相组成、比表面积和分子结构,并推测铈基催化剂的降解机理。结果表明,在实验室模拟烧结烟气气氛下,反应条件为GHSV=30 000 h~(-1)、 20%O_2和100 ppm CB,当Ce质量分数为15%、 V质量分数为2.5%时, Ce-V-Ti催化降解氯苯活性最高, 150℃能达到约60%转换率, 300℃能实现95%降解率。催化剂载体与活性组分之间化学交互作用,影响催化剂的降解活性。通过光谱学分析发现, Ce-V-Ti催化剂XRD图谱主要为锐钛矿相的TiO_2,比表面积为95.53 m~2·g~(-1),孔容0.29 cm~3·g~(-1),孔径6.5 nm。表面官能团主要为C—H基团和H—O官能团。引入V作为Ce-Ti催化剂助剂,促进了Ce元素固溶,增加了催化剂表面氧空位,有利于提升催化剂降解活性。通过对催化剂机理分析,认为反应物首先通过发生亲核取代而垂直吸附于催化剂表面,再被活性组分Ce活化,活化后氯苯分子被表面活性氧分解矿化。同时,过渡金属V的低价态氧化物发生氧化反应,促进Ce的还原反应。     

Ce掺杂Bi2O3 光催化剂的制备、表征及其可见光催化性能

采用水热-焙烧法制备了Ce掺杂的可见光响应的Bi₂O₃光催化剂（Ce-Bi₂O₃）。利用 XRD、FT-IR、XPS和 UV-Vis对不同Ce-Bi₂O₃样品进行了表征分析,并以光催化降解金橙Ⅱ溶液为探针反应,考察了Ce-Bi₂O₃的可见光催化性能。结果表明,Ce掺杂可以减小催化剂的禁带宽度,使光谱响应范围向可见光拓展。掺杂的Ce可取代Bi₂O₃晶格中部分Bi,形成Bi-O-Ce键,并生成了少量铈铋复合氧化物（Bi_7.38Ce_0.62O_12.31）,它们的存在有效地抑制了光生电子-空穴对的复合,有助于提高Bi₂O₃的可见光催化活性。但焙烧时间过长将导致Ce-Bi₂O₃催化剂的表面发生烧结现象,致使其催化活性降低。可见光照射下的金橙Ⅱ光催化降解实验表明,经2 h焙烧后得到的Ce/Bi的量比为0.5 的Ce-Bi₂O₃催化剂具有最佳的光催化活性。     

铈基催化剂催化氧化燃煤烟气中汞的实验及机理研究

采用超声波增强的浸渍法合成了CeO₂-TiO₂催化剂,并采用BET,XRD,XPS等分析手段对催化剂进行了表征。利用固定床反应器,在模拟燃煤烟气条件下研究了CeO₂-TiO₂催化剂对单质汞的催化氧化行为及机理。结果表明:CeO₂-TiO₂催化剂在低温范围（150～250°）具有很强的催化氧化汞的能力;最佳的CeO₂/TiO₂质量比在1.5左右,此时汞的氧化效率可高达90%以上;P25,Evonik TiO₂比锐钛矿TiO₂更适合做铈基催化剂载体;CeO₂-TiO₂催化剂上汞的催化氧化符合Langmuir-Hinshelwood机理,即吸附态的汞与其邻近的活性物质反应生成氧化态汞。     

杭锦2#土的光谱特征及非均相Fenton反应机理

杭锦2#土是内蒙古鄂尔多斯杭锦旗地区发现的层状含铁天然矿物,利用Ｘ射线衍射、吡啶吸附红外光谱及Ｘ射线光电子能谱技术对样品的性质进行了表征。X射线光电子能谱表明杭锦2#土骨架结构中Si和Al原子结合能与标准硅氧四面体和铝氧八面体中Si和Al结合能相比明显增加,表面存在Lewis酸位和Brönsted酸位,且杭锦2#土中铁物种以Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)形式存在于骨架结构中;非均相Fenton反应中杭锦2#土的Fe(Ⅱ)可与H₂O₂反应生成自由基(·OH)与Fe(Ⅲ),但反应速率慢且难以循环。酸活化后杭锦2#土中Si和Al的结合能进一步增加,铁物种部分转变为非结构铁并以Fe3+与Fe2+转移到样品表面;X射线光电子能谱、吡啶红外和氨气程序升温表征表明酸活化杭锦2#土表面Lewis酸位和Brönsted酸位增多;非均相Fenton反应中,酸活化杭锦2#土表面Fe3+与Fe2+可与H₂O₂循环反应,不断生成·OH并对甲基橙进行降解,且活化杭锦2#土表面Brönsted酸能够提供质子将H₂O₂包围,抑制其分解生成HO-₂并提供更多的·OH,Lewis酸能增加杭锦2#土表面吸附氧（O_ad）含量,而Fe2+可被O_ad氧化为Fe3+,促进Fe2+/Fe3+之间的循环,同时在氧化过程中电子转移到O_ad形成O·-₂,O·-₂能够与Brönsted酸提供的质子反应形成·OH,·OH与O·-₂均为氧化性自由基,能够提升活化杭锦2#土非均相Fenton反应活性。此外,X射线衍射表明酸活化使杭锦2#土中CO2-₃转化为对Fenton反应负面影响更小的SO2-₄进而提升其非均相Fenton反应活性。     

新型羟基和醌碳自由基产生的分子机理

羟基自由基（·OH）被公认是生物系统中最具活性的活性氧物种,能导致生物体内DNA等生物大分子氧化损伤. 目前,最被广泛接受的·OH的产生机理是过渡金属离子催化的Fenton反应. 五氯酚(PCP)是一种重要的生物杀灭剂,主要用作木材保护. 采用电子自旋共振二级自旋捕获等分析手段,发现H₂O₂和五氯酚的代谢产物之一四氯苯醌（TCBQ）能通过不依赖于金属离子的途径产生·OH;进一步的研究发现是TCBQ,而非其相应的半醌自由基对·OH的产生极其重要. 基于这些数据和分析,提出以下新型·OH产生分子机理：H₂O₂对TCBQ进行亲核攻击形成不稳定的三氯氢过氧基苯醌中间产物,其可均裂产生·OH. 综合采用电子自旋共振自旋捕获和其他分析方法,第1次检测到一种新型的以碳为中心的醌自由基.     

AgNbO3/石墨烯复合材料的合成及其可见光催化甲基橙降解活性

采用固相法合成AgNbO₃/石墨烯复合纳米材料,利用透射电子显微镜(TEM)及紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)对样品的形貌及光学性质进行了表征。研究发现,AgNbO₃与石墨烯复合后,带隙能明显降低,吸收光波长范围增大。以甲基橙溶液的降解为光催化模型反应评价了AgNbO₃/石墨烯复合纳米材料的可见光催化性能。结果表明:与纯AgNbO₃相比,AgNbO₃/石墨烯复合纳米材料对甲基橙的可见光催化性能明显增强。实验条件下,经300 ℃煅烧的AgNbO₃/石墨烯(2:1)复合纳米材料表现出最优的催化性能,它对甲基橙的可见光催化脱色速率系数约为纯AgNbO₃的10倍。光催化降解机理研究表明,促使甲基橙降解脱色的主要活性物种为·O₂^- 和 h⁺。     

单原子催化剂Ir1/MoS2表面上的NH3吸附与直接分解的第一性原理

NH₃的催化分解一直是制备高纯度氢的有效途径之一,因此具有良好的催化活性的贵金属被广泛的应用于催化解离的研究中.然而,由于纯金属催化剂的利用效率低,增加催化成本.最近的研究发现单原子催化剂Ir₁/MoS₂以其突出的优势被认为是一种潜在的能替代现有贵金属催化剂的材料.本文采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,研究了NH₃在单原子催化剂Ir₁/MoS₂上的吸附与活化.结果表明:NH₃的优势吸附位为Ir原子的顶位,构型为倾斜结构(atop),NH₃与体系表面的金属Ir成键,吸附能达到1.63 eV,是化学吸附;进一步分析了NH₃直接催化分解的反应路径,给出了相应的反应热、活化能,结果显示NH₃在atop位的解离比脱附有利,第一步脱氢反应活化能最小,N-H键易断裂,第二步反应能垒较高,此步为整个反应的决速步.     

K负载Ce0.5Mn0.5O2催化剂对柴油机碳烟氧化性能的影响

采用柠檬酸络合法制备了不同KNO3负载量的xK-Ce_0.5Mn_0.5O₂系列催化剂,采用热重分析仪对其催化碳烟颗粒(PM)的活性进行评价,并用Coats-Redfern法进行氧化动力学分析,同时采用XRD,H2-TPR,Raman,XPS等技术对催化剂样品内部结构进行探究。结果表明:KNO₃负载使得少部分钾离子进入晶格内部,导致铈锰固溶体产生更多晶格缺陷,提高了催化剂中活性氧的含量。其余的KNO3则与Mn物种发生反应产生了具有更高催化活性的钾锰矿,改变了碳烟与催化剂的接触状态,提升了催化剂的活性。催化剂活性与KNO₃的负载量也有一定关系,当x=0.2时,催化剂的活性达到最佳,碳烟氧化所需要的活化能最低。     

In situ DRIFTS研究NO在Cu-ZSM-5上的表面吸附及选择性催化还原

Cu-ZSM-5分子筛催化剂选择性催化还原NO具有较好的低温活性,在613 K时NO还原成N2的转化率达70.6%。原位漫反射红外光谱(In situ DRIFTS)是研究催化剂表面吸附物种及催化机理的重要方法,应用该方法在298～773 K范围原位考察了以C₃H₆为还原剂及富O₂ 条件下,NO在Cu-ZSM-5催化剂上的表面吸附及选择性催化还原。认为NO在Cu-ZSM-5催化剂上还原为N₂的过程中,NO以一系列NO_x吸附态形式与丙稀的活化物种(C_xH_y或C_xH_iyO_z)反应,生成有机中间体,再进一步反应,最终生成N₂。有机中间体存在一个明显的从有机胺物种到腈(或—CN)再到有机氮氧物种(R—NO₂或R—ONO)的过程,催化剂表面形成有机中间物种是关键步骤,Cu的作用是促进NO_x形成,O₂ 的作用是促进C₃H₆活化,并且是有效产生有机-氮氧化物不可缺少的条件。     

共聚改性g-C3N4-N可见光催化降解RhB的研究

染料废水的排放对人类健康和生态系统构成严重威胁,光催化技术因其操作简单、绿色环保等优点在解决环境污染问题上已显示出巨大的潜力。类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）由于成本低且具有良好的化学稳定性,被认为是光催化领域最有前景的新型光催化剂之一,但由于单一g-C₃N₄的比表面积小、可见光吸收能力低、光生电子-空穴复合率高影响了其光催化性能。以邻氨基苯甲腈和尿素为原料,通过高温共聚改性制备高催化活性的g-C₃N₄-N光催化剂,研究g-C₃N₄-N在不同pH值、g-C₃N₄-N投加量和RhB溶液浓度条件下对RhB光催化降解的影响,并结合红外光谱、XRD、BET、UV-Vis对g-C₃N₄-N光催化降解RhB的机理和染料降解路径进行解析。结果表明,经共聚改性制备的碳化氮为类石墨型纯相g-C₃N₄-N,具有稳定的光催化活性、大的比表面积和多孔结构,在初始pH值为3时,加入50 mg的g-C₃N₄-N在可见光条件下光催化降解10 mg·L-1 的RhB可达到最好的光催化降解效果,RhB在暗反应30 min内的吸附去除率可达30%左右,120 min的去除率达到97.7%。在光催化作用下,g-C₃N₄-N将吸附在光催化剂表面的罗丹明B分子通过快速N-脱乙基过程形成DER、EER和AR等大分子中间体,它们在空穴与·OH和·O-₂作用下,共轭结构裂解、开环,生成丁二酸、间苯二酚、丙酸等小分子,脱除的乙基被逐步氧化为乙二醇,这些小分子可以被转化为CO₂和H₂O。     

沉淀方法及铈掺杂对铜锰氧化物催化剂催化氧化CO性能的影响

研究了铈掺杂及沉淀方法对铜锰氧化物催化剂的结构特性及室温催化氧化CO性能的影响. 使用X射线衍射、N₂吸附脱附、等离子体发射光谱、程序升温还原、紫外可见漫反射以及X射线光电子能谱等手段对各催化剂进行了表征. 发现掺杂少量的铈于铜锰氧化物催化剂中,CeO₂相高度分散并能阻止催化剂的烧结和团聚,所制得的催化剂的颗粒较小,氧化还原性能提高,比表面增大,并形成了较多的活性位点,使其对CO的催化氧化性能明显提高.     

不同制备工艺钒系SCR催化剂理化及催化性能研究

本文研究了制备工艺对 TiO2-WO3-V2O5- 载体型催化剂理化特性及其在 NH3-SCR 反应中催化性能的影响.通过 XRD、TG/DTA 等分析方法考察了煅烧温度等对催化剂中各组分晶体结构的影响,确定了制备负载型催化剂的最佳煅烧温度为 500℃.不同制备工艺催化剂理化性能的对比表明,多步浸渍法不仅提高了锐钛矿型 TiO2 向金红石型 TiO2 的转变温度,而且使更多的钒氧化物处于较低的价态,有利于提高还原反应的催化性能;催化活性评价试验也表明使用多步浸渍法制备的 SCR 催化剂具有较高的催化活性和更宽的高活性反应温度窗口.最后考察了反应空速对多步浸渍法所制备催化剂 NOx 转化效率的影响,结果表明:随空速的增加,NOx 转化效率逐渐降低.     

CH4、CO2、O2制合成气用Ni-Ce/Al2O3催化剂的XPS研究

用XPS表征浸渍法制备的Ni-Ce／Al2O3催化剂,并与活性评价结果相关联,研究了添加Ce对催化剂性能的影响,探讨了催化剂失活的原因。结果表明,稀土Ce在反应过程中存在着部分还原变价过程(Ce^4 e→Ce^2 ),Ce^3 能够迁移至A12O3晶格,增强载体Al2O3的抗烧结能力,提高催化剂的稳定性;Ni-Ce/Al2O3催化剂表面的Ni和Ce在反应过程中向体相迁移,以及Ni晶粒的烧结是造成催化剂活性逐步下降的主要原因。     

A rational design of bimetallic PdAu nanoflowers as efficient catalysts for methanol oxidation reaction

Methanol fuel cells have been intensively developed as clean and high-efficiency energy conversion system due to their high efficiency and low emission of pollutants. Here, we developed a simple aqueous synthetic method to prepare bimetallic Pd Au nanoflowers catalysts for methanol oxidation reaction(MOR) in alkaline environment. Their composition can be directly tuned by changing the ratio between Pd and Au precursors. Compared with commercial Pd/C catalyst, all of the Pd Au nanoflowers catalysts show the enhanced catalytic activity and durability. In particular, the Pd Au nanoflowers specific activity reached 0.72 m A/cm2, which is 14 times that of commercial Pd/C catalyst. The superior MOR activity could be attributed to the unique porous structure and the shift of the d-band center of Pd.     

Origin of the low formation energy of oxygen vacancies in CeO2

Oxygen vacancies play a crucial role in determining the catalytic properties of Ce-based catalysts, especially in oxidation reactions. The design of catalytic activity requires keen insight into oxygen vacancy formation mechanisms. In this work, we investigate the origin of oxygen vacancies in CeO₂ from the perspective of electron density {via} high-energy synchrotron powder x-ray diffraction. Multipole refinement results indicate that there is no obvious hybridization between bonded Ce and O atoms in CeO₂. Subsequent quantitative topological analysis of the experimental total electron density reveals the closed-shell interaction behavior of the Ce—O bond. The results of first-principles calculation indicate that the oxygen vacancy formation energy of CeO₂ is the lowest among three commonly used redox catalysts. These findings indicate the relatively weak bond strength of the Ce—O bond, which induces a low oxygen vacancy formation energy for CeO₂ and thus promotes CeO₂ as a superior catalyst for oxidation reactions. This work provides a new direction for design of functional metal oxides with high oxygen vacancy concentrations.     

铁卟啉/钒取代杂多酸新型催化剂的合成、表征和性能研究

文章以水溶性碘化四对(4-三甲氨基苯基)铁卟啉和钒取代杂多酸H5PMo10V2O40为原料,采用离子交换方法在水溶液中合成了一种铁卟啉/钒取代杂多酸新型无机-有机复合催化剂,并使用红外和紫外光谱技术对其结构进行了表征,结果表明,这种新型复合催化剂仍然保持着卟啉的大环共轭结构和杂多酸的笼状多电子结构。同时研究了以30%过氧化氢水溶液为绿色氧化剂,初步探讨了这种铁卟啉杂多酸催化剂对苯的羟基化反应的的影响,考察了催化剂的催化活性。催化氧化实验表明,制备的铁卟啉/杂多酸配合物可用作苯直接氧化羟基化成苯酚的催化剂,并且表现出较高的催化活性。     

DRIFTS study of Cu1Zr1Ce9Odelta catalysts for selective CO oxidation

The Cu1Zr1Ce9Odelta catalysts synthesized with coprecipitation method were used into the selective CO oxidation in hydrogen-rich gas. The adsorbed species and the intermediates on Cu1Zr1Ce9Odelta catalysts were examined by in-situ diffuse reflectance FTIR spectroscopy (in-situ DRIFTS) technique. It was found that hydrogen, oxygen and CO in the feed stream were adsorbed competitively at the same adsorption sites on the surface of Cu1Zr1Ce9Odelta catalysts. The pretreatment with hydrogen caused the deep reduction of Cu+ species to Cu0 species and decreased the capacity of CO adsorption on the catalyst surface. The Cu1Zr1Ce9Odelta catalyst pretreated with oxygen offered more active oxygen species and inhibited the deep reduction of Cu+ species. The helium pretreatment only purified the surface of Cu1Zr1Ce9Odelta catalyst. Two IR bands at 2938.7 and 2843.8 cm(-1) due to bridged formate and bidentate formate species appeared at 180 degrees C. The active oxygen anion of Cu1Zr1Ce9Odelta catalyst could react with CO and produce carbonate species at room temperatures. The carbonate and formate species occupied the adsorption sites and deteriorated the catalytic performance of Cu1Zr1Ce9Odelta. Flushing the Cu1ZnrCe9Odelta catalyst with helium at 300 degrees C, the bidentate formate species on the catalyst surface decomposed to monodentate carbonate species and then further decomposed to CO2, which could release the adsorption sites and restore well the catalytic activity.     

A M?ssbauer spectroscopic study on the action of Ce in the catalyst for dehydrogenation of etylbenzene to styrene

Two series of Fe-K catalysts for dehydrogenation of ethylbenzene to styrene were prepared with different amounts and different compounds of the additional element Ce. M?ssbauer spectroscopy has been used to determine the Fe compound in the catalyst and to investigate the effect of Ce. The catalytic properties of the catalysts have also been measured. The results show that the element Ce in the catalyst is favorable to form the predecessor of the catalytic active phase, the compound KFe₁₁O₁₇ and that the optimal percentage of CeO₂ is 8%～15% in the catalyst which is favorable to the formation of KFe₁₁O₁₇ and to get better catalytic properties.     

Ultrasonic-assisted preparation of ultrafine Pd nanocatalysts loaded on Cl−-intercalated MgAl layered double hydroxides for the catalytic dehydrogenation of dodecahydro-N-ethylcarbazole

N-ethylcarbazole/dodecahydro-N-ethylcarbazole (NEC/H12-NEC) is a promising LOHC, and the development of a catalyst with high activity and stability is the key to realizing its reversible hydrogen storage process. In this paper, ultrafine Pd nanocrystalline catalysts (Pd/LDHs-us) supported on Cl^--intercalated MgAl LDHs were prepared by a simple ultrasonic-assisted reduction method and applied in the dehydrogenation of 12H-NEC. In the process of ultrasonic-assisted reduction, the instantaneous high temperature generated by cavitation decomposed part of the CO₃^2– in LDHs interlayer, and promoted PdCl₄^2- to enter the interlayer and become new intercalated ions. At the same time, hydroxyl groups on the surface of LDHs were excited to generate hydrogen radicals (•H) with strong reducibility, which reduced PdCl₄^2- to Pd nanoparticles (PdNPs) in situ. The remaining Cl^- ions continued to exist in the interlayer as intercalated ions. The agglomeration of PdNPs was effectively inhibited, and the average particle size was 1.8 nm, which was uniformly dispersed on LDHs, which improved the catalytic activity of Pd/LDHs-us. The coordination between PdNPs and oxygen in the hydroxyl groups on the surface of LDHs improved its catalytic stability. Using Pd/LDHs-us catalyst, the conversion rate of H12-NEC was 100.0 %, and the dehydrogenation efficiency was 99.3 % at 180℃. When the reaction temperature drops to 170℃, the dehydrogenation efficiency can still reach 94.6 %, showing excellent catalytic performance. The study of dehydrogenation kinetics shows that the apparent activation energy of Pd/LDHs-us catalyst is only 90.97 kJ/mol. This provides a new method and idea for the preparation of efficient dehydrogenation catalysts in the future.