SnO2的表面酸性及其催化臭氧氧化活性的研究

以SnO2催化臭氧化降解高浓度糖蜜酒精废水为探针反应,研究SnO2催化臭氧氧化降解糖蜜酒精废水的活性,并采用吸附吡啶的红外光谱研究SnO2及金属氧化物改性的SnO2催化剂表面的酸性.催化剂吸附吡啶的红外光谱表明:吡啶分子在SnO2表面吸附时,形成六元环振动峰1 449 cm-1,说明SnO2表面存在Lewis酸中心.掺入第二组分对SnO2进行酸性调变后,酸类型和酸中心发生了变化.CuO-SnO2催化剂表面仅存在L酸,NiO-SnO2,Fe2O3-SnO2及CoO-SnO2等的表面不仅存在L酸,还存在不同强度的B酸,且Fe2O3-SnO2与CoO-SnO2存在与SnO2不同的第二类L酸.水的存在使得NiO-SnO2,Fe2O3-SnO2及CoO-SnO2催化剂表面的L酸减弱,B酸强度增强;而CuO-SnO2表面出现了弱的B酸.将催化剂的酸类型与催化臭氧氧化活性进行关联,发现B酸的存在是造成催化剂活性降低的一个原因.     

纳米SnO2／TiO2的制备及光催化臭氧化活性

用沉积-沉淀法制备了一系列不同Sn/Ti比例的纳米催化剂SnO2/TiO2, 以糖蜜酒精废水的脱色降解为探针反应, 研究了在紫外光条件下Sn/Ti比和焙烧温度对其臭氧化活性的影响. 结果表明, 在Sn掺杂量为5%(mol)时, 焙烧温度773K时, SnO2/TiO2催化活性最好. XRD、TPR显示, 部分Sn4+可能掺入到TiO2的晶格之中, 形成了Sn-O-Ti键. 紫外漫反射光谱显示, 复合SnO2/TiO2对光的吸收明显增加, 催化活性的提高应归因于SnO2/TiO2表面的臭氧吸附. SnO2/TiO2光催化臭氧化降解糖蜜酒精废水的活性与臭氧在催化剂表面的吸附分解有很大的关系, 光的作用只是强化催化臭氧化的氧化效果.     

Bi2O3-WO3光催化臭氧氧化降解糖蜜酒精废水的研究

采用固相合成法制备了Bi2O3-WO3光催化剂,研究了Bi2O3-WO3光催化与臭氧氧化协同降解糖蜜酒精废水的多相催化降解过程,并采用X射线衍射光谱(XRD)、紫外漫反射光谱(DRS)、热重-差热扫描(TG-DSC)等手段对Bi2O3-WO3催化剂进行了表征.研究发现:Bi2O3-WO3是一性能良好的光催化剂,臭氧强化了Bi2O3-WO3光催化氧化过程,反应2 h后,糖蜜酒精废水的脱色率可达90.2%.Bi2O3-WO3光催化剂的禁带宽度为2.92 eV,其中γ-Bi2WO6和Bi2W2O9是其活性中心.焙烧温度对Bi2O3-WO3光催化剂的活性有较大的影响,其中1 073 K为适宜的焙烧温度.     

焙烧温度对Nb2O5/α-Al2O3催化剂结构及催化性能的影响

 制备了Nb2O5/α-Al2O3催化剂并用于环氧乙烷水合反应制乙二醇,采用X射线衍射,热重-差热分析,红外光谱,吸附氨的程序升温脱附,吸附环氧乙烷的程序升温脱附,扫描电镜和透射电镜研究了焙烧温度对催化剂物理化学性质及催化性能的影响. 结果表明,焙烧温度明显影响氧化铌催化剂的结构、酸量及酸强度. 催化剂的结构不同,环氧乙烷在催化剂表面的吸附强度存在明显差别,而催化剂的酸量和酸强度影响其催化性能.     

稀土Ce掺杂对ZnO结构和光催化性能的影响

采用共沉淀-焙烧法合成了一系列不同含量的稀土Ce掺杂的ZnO光催化剂. 利用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、粉末X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)光谱、光致发光(PL)谱等技术对所制备的光催化剂进行了系列表征. 以酸性橙II脱色降解为模型反应, 考察了掺杂不同含量的铈及不同焙烧温度对ZnO的物理结构和光催化脱色性能的影响. 结果表明: 掺入质量分数(w)为2%的铈可以明显改善氧化锌表面状态, 有利于产生更多的表面羟基; 同时可以抑制光生电子与光生空穴(e^-/h⁺)的复合, 显著提高光催化脱色活性和光催化稳定性; 焙烧温度对光催化剂的晶体结构、表面性能和光催化活性产生较大影响, 500 °C的焙烧处理使样品的结晶度较高, 同时催化剂颗粒粒径较细, 表面具有丰富的羟基. 但过高的焙烧温度(600-800 °C)将导致催化剂的物理结构发生恶化, 降低光催化性能.     

稀土Ce掺杂对ZnO结构和光催化性能的影响

采用共沉淀-焙烧法合成了一系列不同含量的稀土Ce掺杂的ZnO光催化剂. 利用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、粉末X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)光谱、光致发光(PL)谱等技术对所制备的光催化剂进行了系列表征. 以酸性橙II脱色降解为模型反应, 考察了掺杂不同含量的铈及不同焙烧温度对ZnO的物理结构和光催化脱色性能的影响. 结果表明: 掺入质量分数(w)为2%的铈可以明显改善氧化锌表面状态, 有利于产生更多的表面羟基; 同时可以抑制光生电子与光生空穴(e^-/h⁺)的复合, 显著提高光催化脱色活性和光催化稳定性; 焙烧温度对光催化剂的晶体结构、表面性能和光催化活性产生较大影响, 500 °C的焙烧处理使样品的结晶度较高, 同时催化剂颗粒粒径较细, 表面具有丰富的羟基. 但过高的焙烧温度(600-800 °C)将导致催化剂的物理结构发生恶化, 降低光催化性能.     

不同沉淀剂制备的 Co3O4低温催化氧化甲醛

室内空气中低浓度甲醛严重危害人类健康,高效去除甲醛成为人们关注的课题.在各种去除甲醛的方法中,吸附法简单快速,但是存在饱和吸附量的限制;光催化降解法能够去除低浓度甲醛,却会产生一些如臭氧等二次污染物;低温催化氧化甲醛由于其高效和产物矿化完全而成为具有实际应用前景的技术.虽然贵金属负载型催化剂具有室温去除甲醛的能力,可是高昂的成本使其难以大规模应用.过渡金属氧化物因其良好的催化氧化性能和较低的成本逐渐成为研究重点.
　　近期研究发现,含钴的氧化物具有较高的催化氧化甲醛能力,同时一些碱金属如钠或钾的加入可增加催化剂表面羟基物种,从而有效促进了甲醛氧化.沉淀法具有操作简单和条件易于控制等特点,因此本文选取不同的沉淀剂(NH3·H2O, KOH, NH4HCO3, K2CO3, KHCO3)采用沉淀法制备了 Co3O4催化剂并进行了甲醛催化氧化性能测试.采用 X射线衍射(XRD)、原子吸收光谱(AAS)、氢气程序升温脱附(H2-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)和原位漫反射红外光谱(in suit-DRIFTS)等表征手段探讨了不同沉淀剂制备的催化剂催化甲醛氧化性能差异的原因.
　　结果显示,在以 KHCO3为沉淀剂制备的 Co3O4催化剂(KHCO3-Co)上甲醛(100 ppm)完全氧化成 CO2的温度为90°C,明显优于其他样品.在以 NH4HCO3为沉淀剂制备的 Co3O4表面负载2 wt%的 K2CO3后(PC/AHC-Co)具有和 KHCO3-Co相似的催化性能. XRD结果表明,各沉淀剂制备的 Co3O4均为尖晶石型,晶粒尺寸约为18nm,衍射峰位置无明显偏移说明没有其他金属离子掺杂进 Co3O4晶体.结构表征还表明,采用含碳酸根或碳酸氢根离子试剂制备的样品具有较高的比表面积、孔体积和孔径,可能是焙烧阶段碳酸钴分解产生大量 CO2形成的,而负载 K2CO3的样品各参数均大幅降低,说明表面 K2CO3填补或堵塞了部分孔结构. AAS结果表明, KHCO3-Co和 PC/AHC-Co所含 K离子浓度相近并显著高出其他沉淀剂制备样品, XPS结果也证明了这一点.这可能是由于在用 KHCO3沉淀钴离子的过程中,钾离子裹挟在沉淀物中不易被洗涤干净,并且保留在焙烧后的样品中. H2-TPR和 XPS结果显示,用 KHCO3作为沉淀剂时可以增加 Co3O4催化剂表面 Co3+/Co2+比例从而提高了氧化能力,虽然本文 PC/AHC-Co样品有着最高的 Co3+/Co2+比例,但相对较低的比表面积和孔径减少了活性中心,使得其活性与 KHCO3-Co相似.insuit-DRIFTS结果表明, NH4HCO3-Co催化剂上羟基基团在甲醛吸附阶段会被大量消耗,并有二氧亚甲基(DOM)中间物种大量生成.在氧化阶段,随着温度升高, DOM逐渐减少,而甲酸盐和碳酸氢盐物种逐渐增多,最后各物种趋近催化剂的初始状态.在 KHCO3-Co催化剂上,甲醛吸附阶段有大量 DOM和甲酸盐物种生成,而羟基基团消耗并不明显.在氧化阶段随着温度升高, DOM逐渐减少,甲酸盐逐渐增多并最后消失,整个过程并未观测到碳酸氢盐物种生成.这说明 KHCO3-Co样品在催化氧化甲醛反应中能够再生羟基基团,进而提高了催化氧化甲醛活性.
　　综上所述,以 KHCO3为沉淀剂制备的 Co3O4样品具有最佳的甲醛催化氧化性能,其在沉淀过程中样品上会残留一定量钾离子,其作用与在 Co3O4表面负载相当量的 K2CO3相似. Co3O4催化氧化甲醛活性高的主要原因是催化剂表面存在 K+和 CO32-并且具有适当的 Co3+/Co2+混合价态.     

不同沉淀剂制备的Co_3O_4低温催化氧化甲醛（英文）

室内空气中低浓度甲醛严重危害人类健康,高效去除甲醛成为人们关注的课题.在各种去除甲醛的方法中,吸附法简单快速,但是存在饱和吸附量的限制;光催化降解法能够去除低浓度甲醛,却会产生一些如臭氧等二次污染物;低温催化氧化甲醛由于其高效和产物矿化完全而成为具有实际应用前景的技术.虽然贵金属负载型催化剂具有室温去除甲醛的能力,可是高昂的成本使其难以大规模应用.过渡金属氧化物因其良好的催化氧化性能和较低的成本逐渐成为研究重点.近期研究发现,含钴的氧化物具有较高的催化氧化甲醛能力,同时一些碱金属如钠或钾的加入可增加催化剂表面羟基物种,从而有效促进了甲醛氧化.沉淀法具有操作简单和条件易于控制等特点,因此本文选取不同的沉淀剂(NH_3·H_2O,KOH,NH_4HCO_3,K_2CO_3,KHCO_3)采用沉淀法制备了Co_3O_4催化剂并进行了甲醛催化氧化性能测试.采用X射线衍射(XRD)、原子吸收光谱(AAS)、氢气程序升温脱附(H2-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)和原位漫反射红外光谱(in suit-DRIFTS)等表征手段探讨了不同沉淀剂制备的催化剂催化甲醛氧化性能差异的原因.结果显示,在以KHCO_3为沉淀剂制备的Co_3O_4催化剂(KHCO_3-Co)上甲醛(100 ppm)完全氧化成CO_2的温度为90°C,明显优于其他样品.在以NH_4HCO_3为沉淀剂制备的Co_3O_4表面负载2 wt%的K_2CO_3后(PC/AHC-Co)具有和KHCO_3-Co相似的催化性能.XRD结果表明,各沉淀剂制备的Co_3O_4均为尖晶石型,晶粒尺寸约为18 nm,衍射峰位置无明显偏移说明没有其他金属离子掺杂进Co_3O_4晶体.结构表征还表明,采用含碳酸根或碳酸氢根离子试剂制备的样品具有较高的比表面积、孔体积和孔径,可能是焙烧阶段碳酸钴分解产生大量CO2形成的,而负载K_2CO_3的样品各参数均大幅降低,说明表面K_2CO_3填补或堵塞了部分孔结构.AAS结果表明,KHCO_3-Co和PC/AHC-Co所含K离子浓度相近并显著高出其他沉淀剂制备样品,XPS结果也证明了这一点.这可能是由于在用KHCO_3沉淀钴离子的过程中,钾离子裹挟在沉淀物中不易被洗涤干净,并且保留在焙烧后的样品中.H2-TPR和XPS结果显示,用KHCO_3作为沉淀剂时可以增加Co_3O_4催化剂表面Co~(3+)/Co~(2+)比例从而提高了氧化能力,虽然本文PC/AHC-Co样品有着最高的Co~(3+)/Co~(2+)比例,但相对较低的比表面积和孔径减少了活性中心,使得其活性与KHCO_3-Co相似.in suit-DRIFTS结果表明,NH_4HCO_3-Co催化剂上羟基基团在甲醛吸附阶段会被大量消耗,并有二氧亚甲基(DOM)中间物种大量生成.在氧化阶段,随着温度升高,DOM逐渐减少,而甲酸盐和碳酸氢盐物种逐渐增多,最后各物种趋近催化剂的初始状态.在KHCO_3-Co催化剂上,甲醛吸附阶段有大量DOM和甲酸盐物种生成,而羟基基团消耗并不明显.在氧化阶段随着温度升高,DOM逐渐减少,甲酸盐逐渐增多并最后消失,整个过程并未观测到碳酸氢盐物种生成.这说明KHCO_3-Co样品在催化氧化甲醛反应中能够再生羟基基团,进而提高了催化氧化甲醛活性.综上所述,以KHCO_3为沉淀剂制备的Co_3O_4样品具有最佳的甲醛催化氧化性能,其在沉淀过程中样品上会残留一定量钾离子,其作用与在Co_3O_4表面负载相当量的K_2CO_3相似.Co_3O_4催化氧化甲醛活性高的主要原因是催化剂表面存在K~+和CO_3~(2-)并且具有适当的Co~(3+)/Co~(2+)混合价态.     

SnO2-Nb2O5/MgAl2O4/α-Al2O3催化环氧乙烷水合制乙二醇

采用水热稳定的MgAl2O4尖晶石对-αAl2O3载体表面进行修饰,采用具有较强亲水性能的SnO2对活性组分Nb2O5进行修饰,制备了SnO2-Nb2O5/MgAl2O4/-αAl2O3催化剂,并用于环氧乙烷水合制乙二醇反应.采用X射线衍射、红外光谱和程序升温脱附研究了Sn/Nb摩尔比对催化剂酸性、环氧乙烷在催化剂表面的吸附状态和吸附强度以及催化剂性能的影响.结果表明,Sn/Nb摩尔比明显影响催化剂的组成和结构;催化剂的结构不同,环氧乙烷在催化剂表面的吸附强度存在明显差别,催化剂的催化性能明显不同.     

Ag_3PO_4/Palygorskite的静电调控合成及可见光催化降解罗丹明B和气相异丙醇

以大比表面的廉价易得的凹凸棒(palygorskite)为载体,借助带电荷界面的静电调控作用,采用吸附-沉积沉淀方法制备磷酸银/凹凸棒(Ag3PO4/palygorskite)复合催化剂.利用X-射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、原子吸收光谱(AAS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等技术系统地表征催化剂.之所以能够制备高分散性的凹凸棒负载的磷酸银催化剂,主要是因为凹凸棒具有较大的比表面积、带负电荷界面以及适宜的磷酸根前驱体.以可见光催化脱色降解罗丹明B和氧化降解异丙醇为探针反应,考察复合材料的催化性能.研究表明,与纯磷酸银相比,磷酸银/凹凸棒催化脱色降解罗丹明B和氧化降解异丙醇速率分别提高了2和2.5倍.     

Fe-Mn-Cu-Ce/Al2O3 as an efficient catalyst for catalytic ozonation of bio-treated coking wastewater: Characteristics,efficiency, and mechanism

It is important to develop a catalyst that has high catalytic activity and can improve the degradation efficiency of refractory organic pollutants in the catalytic ozonation process. In this study, Fe-Mn-Cu-Ce/Al₂O₃ was synthesised via impregnation calcination for catalytic ozonation of bio-treated coking wastewater. The physical and chemical characteristics of the catalysts were analysed using X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence spectrometry (XRF), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), and Brunauer–Emmett–Teller nitrogen adsorption–desorption methods. The effects of catalyst dosage, pH, and reflux ratio on the degradation efficiency of wastewater were examined in laboratory-scale experiments. The chemical oxygen demand (COD) removal rate of bio-treated coking wastewater was estimated to be 52.76 % under optimal conditions. The experiments on the catalytic mechanism demonstrated that the surface hydroxyl formed by the Lewis acid sites on the surface of the catalyst can react with ozone as the active site forming the active oxygen (·OH, ·O₂^–, and ¹O₂), thereby efficiently degrading the organic pollutants in coking wastewater. Furthermore, a pilot-scale experiment on the catalytic ozonation of bio-treated coking wastewater was carried out using an Fe-Mn-Cu-Ce/Al₂O₃ catalyst, while the effects of the initial pollutant concentration, ozone concentration, and gas flow on the COD removal rate were studied on a pilot scale. It was found that the COD removal rate of the wastewater was ～ 60 % under optimal parameters. After the treatment, the wastewater steadily reached the coking wastewater discharge standard (COD < 80 mg/L), while the operating cost of catalytic ozonation reached ～ 0.032$/m³, thereby paving the way toward economic engineering applications. The COD degradation kinetics in the bio-treated coking wastewater followed pseudo-second-order kinetics. Three-dimensional fluorescence and gas chromatography–mass spectrometry revealed that macromolecular organic pollutants in the bio-treated coking wastewater were greatly degraded. In summary, Fe-Mn-Cu-Ce/Al₂O₃ exhibited good reusability, high catalytic activity, and low cost and has a wide application prospect in the treatment of coking wastewater.     

镧掺杂硫酸钛的酸性及催化缩酮活性

以La2O3为镧源,硫酸钛掺杂镧后经高温焙烧制得一类稀土改性固体酸.用DTA,XRD表征催化剂结构,用吸附吡啶的FT-IR表征其表面酸性,由Hammett指示剂来测定酸强度,以正丁胺定量分析催化剂表面Bronsted酸和Lewis酸酸量;用环己酮与乙二醇缩酮化反应表征其酸催化性能.结果表明:催化剂表面同时存在B酸和L酸中心,且B/L酸量比与焙烧温度、镧的含量呈现较好的线性关系;在缩酮化反应中具有良好的催化活性,在300～600℃的实验范围内,催化活性随灼烧温度的升高而降低,随镧含量的增加而升高,兼有B酸和L酸的催化剂具有更好的催化活性.催化剂易回收和再生,反应后处理简单,无废酸排放,可重复使用多次,该固体酸是一种环境友好催化剂.     

Degradation of Organic Pollutants in Water by Catalytic Ozonation

Different series of transition metal catalysts supported on Al2O3 were prepared by the impregnation method. The catalytic activity was measured in a batch reactor with ozone as the oxidizing reagent. The experimental results indicate that Cu/Al2O3 has a very effective catalytic activity during the ozonation of organic pollutants in water. The optimum conditions for preparing Cu/Al2O3 were systematically investigated with the orthogonal testing method. Furthermore, the results also show that the surface properties of catalyst are not compulsory for effective oxidation.     

Al2O3催化剂结构对催化臭氧化活性的影响

以Al₂O₃为催化剂催化臭氧化处理邻苯二甲酸二甲酯. 通过XRD、比表面积、孔结构、FTIR和活性评价等方法对催化剂的物化性质及催化活性进行了研究, 考察了焙烧温度、成型粒径对催化剂活性的影响. 结果表明, Al₂O₃催化剂对臭氧化降解邻苯二甲酸二甲酯具有很高的催化活性, 反应120 min后, 总有机碳(TOC)的去除率从单独臭氧氧化的23.9%提高到55.1%; 焙烧温度对催化剂的活性具有很大的影响, 600 ℃催化剂催化活性最高; 随着焙烧温度的升高, Al₂O₃晶型经历了从γ-Al₂O₃到θ-Al₂O₃到α-Al₂O₃的转变, 催化剂的比表面积、焙烧得到的孔容逐渐变小, 晶体粒径变大, 表面•OH数量减少, 催化活性下降. Al₂O₃成型粒径的减小, 提高了催化剂的外比表面积, 减小了内部传质扩散的影响, 从而提高了催化活性.     

改性硫酸钛催化合成丙酸酯

固体硫酸钛经不同的高温灼烧制得改性硫酸钛，用改性硫酸钛吸附吡啶后的IR光谱表征其表面酸性；用丙酸与多种醇反应考察其酯化催化活性。结果表明，改性硫酸钛表面存在明显的Broensted酸中心；对酯化反应的催化活性高、反应时间短、催化剂可重复使用多次。     

TiO2-Al2O3复合氧化物载体焙烧温度对Au-Pd催化剂加氢脱硫性能的影响

 采用溶胶-凝胶法制备了介孔TiO2-Al2O3复合氧化物载体,考察了载体的焙烧温度对负载型Au-Pd双金属催化剂加氢脱硫性能的影响,并采用X射线衍射、吸附吡啶的程序升温脱附、程序升温还原、红外光谱和N2物理吸附等技术对载体及催化剂进行了表征. 结果表明,不同温度焙烧的TiO2-Al2O3复合载体都具有介孔结构,其中773 K焙烧制得的TiO2-Al2O3复合载体的比表面积和孔容较大, B酸中心较多,以其为载体的Au-Pd 催化剂具有较好的加氢脱硫活性. 表征结果表明, 773 K焙烧制得的Au-Pd/TiO2-Al2O3催化剂中Au-Pd活性组分与载体的相互作用较强,催化剂上形成的AuxPdy合金的晶粒较小且数量较多,催化剂的酸量和活性组分的分散度较大,并且其上进行的加氢脱硫反应的活化能较低,这些因素均有利于催化剂活性的提高.     

焙烧温度对甲硫醇催化剂K_2WO_4/Al_2O_3结构和性能的影响

研究了焙烧温度对溶胶-凝胶法制备的甲硫醇催化剂K2WO4/Al2O3的表面结构和催化性能的影响.表征结果显示,K2WO4在Al2O3上分散得较好,在450和550oC焙烧的催化剂颗粒大小均匀,无明显团聚现象.随着焙烧温度的升高,催化剂的比表面积减小,表面钨物种与Al2O3的相互作用减弱,与碱物种的相互作用增强,酸碱强度降低.K2WO4/Al2O3表面不含质子酸.催化剂活性与其比表面积及表面的共轭酸碱对密切相关.评价结果表明,在550oC焙烧而制得的催化剂活性最高.     

尿素水解法制备降解地表臭氧的Pd-Mnox/Al2O3催化剂

采用尿素水解法制备了Pd-MnOx/Al2O3催化剂,运用低温N2吸附-脱附和X射线衍射对其进行了表征,并评价了其催化降解地表O3反应活性,考察了Pd,MnOx焙烧时间和MnOx含量刘催化剂活性的影响.结果表明,在高空速(660000h-1)、高相对湿度(85%～90%)条件下,MnOx焙烧时间为6h且.MnOx含量为...