水滑石衍生的复合氧化物催化氧化挥发性有机气体的研究进展（英文）

挥发性有机化合物(VOCs)是大气颗粒污染物(PM2.5)和臭氧污染的主要前体物,来源于工业活动(如溶剂使用过程)、汽车尾气以及植物排放等,具有毒性,对人类和自然生命产生危害.催化氧化技术是在催化剂表面,在较低的操作温度(200-450℃)下,将VOCs非均相催化氧化成CO2和H2O,是一种最为有效的分解VOCs的方法,具有副产物少,能耗低的优点.VOCs分解用催化剂主要分为贵金属和金属氧化物两大类.贵金属催化剂活性高,但价格昂贵.因此科研工作者一直在诸多方面调控过渡金属氧化物,例如制备方法、组分协同、结构缺陷等,期望获得高活性、低成本的催化剂.水滑石(LDHs)是一种层状双金属氢氧化物,由带正电荷的金属氢氧化物层板和层间阴离子组成,可以表示为[M1-x^2+Mx^3+(OH)2](An-)x/n·mH2O.鉴于LDHs特有的结构特点,层板元素可调、比例可调等,其在一定温度下煅烧可以得到过渡金属复合氧化物(MMO)材料.由于LDHs的拓扑焙烧转变得到的MMO材料显示出许多利于多相催化反应的优点,如大表面积和多孔性、高热稳定性、良好的金属氧化物分散性等.水滑石基催化材料用于VOCs催化分解也引起了科研工作者的持续关注和研究,文献大多选择苯、甲苯、乙酸乙酯等工业活动中常用的挥发性有机溶剂作为探针分子来评估催化剂的活性、稳定性等参数.本综述将LDHs衍生的VOCs降解催化剂分为4类,整理了其近10年的研究进展:(1)含过渡金属的LDHs焙烧转变成MMO催化剂:系统论述了层板元素组成、层板元素比例、焙烧温度、制备方法等条件对催化活性的影响规律,阐明了不同处理条件下催化剂的物理化学特性(比表面积、孔结构、表面元素价态、氧缺陷、还原性)与催化活性的关联;(2)贵金属/MMO催化剂:比较了贵金属种类、LDHs载体种类、负载方式等因素对催化活性的影响规律,总结了贵金属负载在LDHs载体的优势;(3)核壳型MMO催化剂:分析了在氧化铝球、MOF等载体上原位负载LDHs的方法构筑多级结构的MMO催化剂,利于促进VOCs分解活性;(4)整体型MMO催化剂:满足VOCs分解实际应用,提出铝片基底上原位生长-煅烧制备高活性位点暴露的整体式催化剂的优点.在催化活性基础上着重介绍了水蒸气对活性的影响以及VOCs分解催化机理.同时提出了3点仍需努力的方向:LDHs向MMO拓扑转变机制认识不足;LDHs衍生的催化剂的VOCs分解机制研究不深入;催化剂活性降低-再生研究不透彻.     

有序多孔过渡金属氧化物及其负载贵金属催化剂对挥发性有机物氧化的催化性能

大部分的挥发性有机物(VOCs)污染环境,危害人身健康.目前,我国虽然已开展了治理 VOCs污染的工作,但还缺乏有效的、拥有自主知识产权的 VOCs治理技术,因此研发新型高效 VOCs处理技术迫在眉睫.催化氧化法是公认的最有效消除 VOCs的途径之一,而高性能催化剂的研发是实现该过程的关键.近年来,人们围绕消除 VOCs的高效且价廉的催化剂的研发开展了卓有成效的工作,许多过渡金属氧化物、混合或复合金属氧化物及其负载贵金属催化剂均被认为是有效的催化氧化材料.与体相材料相比,多孔材料具有发达的孔道结构和高的比表面积,一方面有利于反应物的扩散、吸附和脱附,因而具有更高的催化活性和选择性;另一方面有利于活性组分(如贵金属等)在多孔材料表面的高分散,抑制活性组分的烧结,因而具有更好的催化稳定性.本文简述了近年来多孔金属氧化物在环境污染物消除领域的研究进展,阐述了以有序介孔或大孔过渡金属氧化物、钙钛矿型氧化物和负载贵金属催化剂的制备及其对典型 VOCs(如苯系物、醇类、醛类及酮类等)氧化的催化性能,重点介绍了四类催化材料,包括有序介孔过渡金属氧化物或复合氧化物(Co3O4, MnO2, Fe2O3, Cr2O3和 LaFeO3等)催化剂,有序介孔金属氧化物负载贵金属(Au/Co3O4, Au/MnO2和 Pd/Co3O4等)催化剂,三维有序大孔过渡金属氧化物或复合氧化物(Fe2O3, LaMnO3, La0.6Sr0.4MnO3和 La2CuO4等)催化剂,以及三维有序大孔金属氧化物负载贵金属(Au/Co3O4, Au/LaCoO3, Au/La0.6Sr0.4MnO3和 AuPd/Co3O4等)催化剂的制备及其物化性质与对苯、甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、甲醛、甲烷或氯甲烷等 VOCs氧化的催化性能之间的相关性.借助二氧化硅或聚甲基丙烯酸甲酯微球等硬模板,采用纳米浇铸法可制备出二维或三维的有序单一或多级孔道结构的金属氧化物.研究表明,多孔金属氧化物的催化性能远优于其体相甚至纳米催化剂的.有序多孔材料的优异催化性能与其拥有大的比表面积、高的吸附氧物种浓度、优良的低温还原性、独特的孔道结构、活性组分的高分散以及贵金属与氧化物载体之间的强相互作用等有关.探明影响催化剂活性的因素有利于从原子水平上认识催化过程,为新型高效催化剂的设计与制备奠定基础.本文还指出了此类研究中存在的一些问题,例如利用硬模板法制备多孔材料的缺点是目标催化剂的收率低,硬模板浪费严重,大规模制备多孔催化剂势必增加制备成本,这些问题有待于妥善解决.与此同时,还展望了 VOCs消除技术的未来发展趋势,采用多种技术联用的方法有望最大程度地提高 VOCs的消除效率.     

Design and synthesis of porous non-noble metal oxides for catalytic removal of VOCs

The design and synthesis of highly active non-noble metal oxide catalysts, such as transition- and rare-earth-metal oxides, have attracted significant attention because of their high efficiency and low cost and the resultant potential applications for the degradation of volatile organic compounds(VOCs). The structure-activity relationships have been well-studied and used to facilitate design of the structure and composition of highly active catalysts. Recently, non-noble metal oxides with porous structures have been used as catalysts for deep oxidation of VOCs, such as aromatic hydrocarbons, aliphatic compounds, aldehydes, and alcohols, with comparable activities to their noble metal counterparts. This review summarizes the growing literature regarding the use of porous metal oxides for the catalytic removal of VOCs, with emphasis on design of the composition and structure and typical synthetic technologies.     

锰基氧化物与冷等离子体协同催化氧化VOCs研究进展

挥发性有机化合物(VOCs)对环境的严重污染和对人体的危害引起了人们的重视。冷等离子体与催化剂耦合形成的协同效应可显著提高VOCs低温转化速率,减少二次污染和降低能耗,具有较好的应用前景。协同催化效果主要取决于催化剂物化性能,可通过调控催化剂的组成、粒径和结构改善协同催化活性。锰基氧化物因其具有较高的储氧能力、稳定的晶体结构、较好的氧气活化性能和良好的抗中毒能力等优点而被广泛应用于冷等离子体协同催化净化VOCs的应用研究。通过金属离子掺杂调控锰基氧化物的离子价态、氧迁移率和氧气吸附量,是改善催化剂与等离子体协同催化性能主要方法。本文总结了近年来锰基氧化物与冷等离子体协同催化氧化VOCs的研究进展,主要包括氧化锰晶型、分散度和掺杂金属离子对协同催化氧化VOCs的活性影响趋势及反应机理。分析冷等离子体与锰基氧化物催化剂协同氧化VOCs中存在的问题并对其发展前景进行了展望。     

钌基催化剂催化的气固相反应

催化剂被广泛应用于各种化学品的生产,从原子尺度了解整个催化反应体系有利于合理设计新型催化剂.参与气固相反应的催化剂主要有贵金属催化剂和过渡金属催化剂.近年来, Ru基催化剂由于在低温低压下表现出良好的催化活性而广泛应用于一些气固相反应.本文对 Ru的基本性质、氧化行为以及 Ru基催化剂的理论研究进行综述.介绍了钌基催化剂参与的气固相反应,包括挥发性有机物的催化氧化、一氧化碳优先氧化(PROX)、氨合成、氯化氢氧化以及甲烷部分氧化,分析了催化性能与理化性质之间的构效关系,提出了钌基催化剂在相关反应中存在的问题以及未来发展趋势. Ru具有多种氧化态,在 Ru基催化剂参与的气固相反应中,金属 Ru和/或 RuO2被认为是活性物种,通常反应温度在400oC以下. Ru (0001)晶面在 O2存在条件下,随着氧气含量的不同会从中间态过渡到氧化态,实验证明该晶面属于 RuO2.理论研究证实了在反应过程中 RuO2的存在,并提出了核壳结构,对于其它气固相反应的机理研究有一定启发.挥发性有机物(VOC)的催化氧化主要集中烷烃、烯烃、芳烃以及卤代烃的催化氧化,催化剂的理化性质包括颗粒粒径、价态和晶体结构等对催化活性有很大影响,并且 Ru基催化剂对卤代烃的催化氧化表现出良好的抗卤性,同时多卤代副产物低于其它贵金属体系. Ru基催化剂在低温条件下对 PROX具有高的活性和选择性,并且可以有效抑制 H2氧化、CO甲烷化和CO2甲烷化等副反应发生.氨合成的难点在于 N≡N具有很强的解离能,许多研究表明,氨合成使用的 Ru基催化剂的催化性能与载体性质密切相关, Ru与载体之间强的相互作用使得电子可以迅速地从载体转移到 Ru颗粒上,掺杂其它有效元素可能会提供更多的氧空位和有效防止高温焙烧导致催化剂烧结.对于 HCl氧化虽然研究较少,但是 Over等人对 HCl氧化机理进行了深入研究,并且日本住友化工设计的 Ru基催化剂已经商业化. Ru基催化剂可以有效降低甲烷部分氧化的反应温度和压力,并具有高的选择性和稳定性,避免副产物生成.现有催化系统以及新型催化剂开发仍面临诸多挑战,例如：对于单一 VOC氧化过程和多元 VOCs催化氧化的机理和动力学需要进一步研究;对于氨合成需要寻求具有高电导率的载体,从而将电子快速转移到 Ru颗粒表面,使得氨合成在更低温度下进行;为了避免副产物生成,需确保新型 Ru基催化剂上PROX和甲烷部分氧化在低温低压条件下进行; Ru基催化剂理化性质对活性的影响以及失活等问题需要进一步研究.     

铈基催化剂在挥发性有机物催化燃烧治理中的研究进展

铈基催化剂由于其特殊的氧化还原性能在催化反应中得到了广泛应用,在非均相催化反应中其表面性质尤为重要.二氧化铈晶格中的氧缺陷对表面催化反应起着非常重要的作用,而二氧化铈可以有效调节催化剂表面酸碱性,修饰催化活性中心的结构,提高催化剂的储放氧能力,增强其结构稳定性和提高活性组分的分散度等.我们分别从二氧化铈催化剂的制备方法...     

Characterization of ceria-zirconia mixed oxides as catalysts for the combustion of volatile organic compounds using inverse gas chromatography

Inverse gas chromatography (IGC) has been used in this work for characterizing the adsorption of different volatile organic compounds (VOCs) (1,2-dichloroethane (DCE), trichloroethylene (TCE), and n-hexane) over ceria-zirconia mixed oxides (Ce(x)Zr(1-x)O2, with x = 0, 0.15, 0.5, 0.68, 0.8 and 1). These materials have shown to be very active catalysts for the deep oxidation of the studied VOCs in previous papers. The enthalpies of adsorption (-deltaH(ads)), adsorption isotherms (corresponding to the Henry region), and dispersive (gamma(s)(D)) and specific (I(sp)) components of the surface energy for the adsorption of the investigated compounds are determined using IGC at infinite dilution. These chromatographic data and other surface parameters (surface area, oxygen storage capacity, surface acidity, and reducibility) are correlated with the activity and selectivity of these catalysts. As a result, for n-hexane, the catalytic activity is mainly correlated with the adsorption capacity of the solids, whereas the activity for chlorinated compounds oxidation (as well as the selectivity to oxidation products) depends on both oxygen storage capacity and specific interaction of the chlorinated compound with the surface.     

介孔硅材料及其负载型催化剂去除挥发性有机物的最新进展

介孔硅材料由于具有大的比表面积,均一的孔结构和大的孔径,常被用于分离、吸附和催化等领域.本文综述了近年来国内外介孔硅材料及其负载型催化剂去除各类挥发性有机物(VOCs)的研究进展,主要包括烃类、甲醇、甲醛、丙酮、苯、甲苯、萘、乙酸乙酯等.讨论了介孔硅材料的结构对VOCs吸附过程的影响;介绍了不同催化剂消除各类VOCs的催化性能及反应机理,并重点评述了甲苯在不同催化剂上的研究进展.分析结果表明,介孔硅材料的表面环境、孔道结构以及宏观形貌是影响VOCs分子在介孔硅材料上吸附的主要因素;贵金属催化剂的应用需要提高其抗中毒性以及降低成本;过渡金属的研究应着重于研发高活性的负载型过渡金属复合氧化物催化剂.最后对国内外介孔硅材料及其负载型催化剂的发展进行了展望,今后催化剂的设计可以从“氧化硅载体”和“介孔孔道”两个方面展开,这将为设计合适的催化剂处理各类VOCs污染物提供一定参考.     

VOCs污染控制技术与吸附催化材料

简述了VOCs对环境和对人类健康的主要危害，介绍了常见的VOCs污染控制技术，包括回收技术和销毁技术，其中较详细地介绍了吸附法和催化燃烧法的特点及其进展，指出在吸附技术和催化技术里，吸附剂和催化剂扮演着重要角色，本文对这两类环境净化材料的进展和存在问题也作了相应的介绍。     

Perovskite-type Mixed Oxides Catalyst for Complete Oxidation of Acetone

The catalytic oxidation of VOCs (volatile organic compounds) is an attractive subject in the field of environmental protection now. Furthermore, most countries have made out regulations m controlling the maximum content of VOCs in some places. Presently, the leading way of domestic and foreign means to eliminate VOCs is to completely oxidize VOCs into carbon dioxide and water in presence of noble metal catalyst. But noble metal is expensive for lack of resource[2]. So it is insistent to research a low-cost catalyst for removal of VOCs. In this work, we have used some base metals (such as La, Sr, Ce, Ni, Cu) to synthesize mixed oxides catalyst supported on γ-A12O3. We have investigated the catalytic properties in the complete oxidation of acetone over the catalyst prepared and achieved an exciting result.     

柠檬酸配合法制备CuMnCeOx催化剂及常温催化氧化性能研究

摘要：常温催化氧化是消除室内HCHO污染最可行的方法之一,其中以过渡金属氧化物为代表的催化剂因性能优异、成本低廉而备受广泛关注。采用柠檬酸络合法和水热法制备了一系列CuMnCeOx催化剂,研究考察制备方法及载体对催化剂氧化性能的影响,并利用XRD、SEM、BET、H2-TPR、XPS和IR等对催化剂进行微观表征与分析。研究发现,制备方法及载体类型对催化剂的表面结构形貌、氧化性能产生显著影响,其中采用柠檬酸络合法所制的CuMnCeOx-C催化剂性能最佳,48h的HCHO去除率达98.6%,完全满足GB50325-2001标准要求,其介孔结构,晶体粒径及所形成的铈基铜锰固溶体均利于形成大量氧空位及催化氧化反应,且展示出良好的抗水蒸气和稳定性能,其在常温催化氧化VOCs方面具有重要应用前景。     

贵金属单原子催化剂的制备及其在CO、VOCs完全氧化反应中的应用北大核心CSCD

为有效提高负载型催化剂中贵金属的原子利用效率,贵金属单原子催化剂逐渐成为一个研究热点和前沿课题.我们针对单原子催化剂在催化氧化领域中的应用,综述了几种贵金属单原子催化剂的典型制备方法,包括原子层沉积法、湿法化学法、光化学辅助法、热解法等,并讨论了上述方法的优缺点.此外,对比传统贵金属负载型催化剂,我们重点讨论了贵金属基单原子催化剂在CO催化氧化、挥发性有机化合物(VOCs)催化氧化、催化机理等催化氧化过程中的最新研究进展,尤其是贵金属基单原子催化剂在低温低浓度催化氧化过程中表现出的优异催化活性、抗水性和抗毒性,表明该类催化剂具备极大的工业应用潜力.最后,进一步从大规模工业应用角度探讨了单原子催化剂目前面临的挑战和可能的解决办法,期望可以为应用于催化氧化过程的高效、稳定的单原子催化剂的设计提供思路.     

富氧条件下Fe-Mn/Beta选择性催化丙烯还原氮氧化物

以Beta分子筛为载体，采用等体积浸渍法制备Fe-Mn/Beta催化剂，并对其在富氧条件下丙烯选择性催化还原NO性能进行了研究。通过N₂吸附-脱附、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、程序升温还原（H₂-TPR）和原位漫反射傅里叶变换红外光谱（in-situ DRIFTS）等研究手段对催化剂进行表征，考察Mn组分对催化剂的物理化学性质、C₃H₆-SCR反应活性和反应中间产物的影响。结果表明，引入Mn物种可以显著提高Fe-Mn/Beta催化剂的低温催化活性，1.5Fe1.0Mn/Beta催化剂NO还原效率350℃最高可达99.4%，在250-400℃反应温度下显示出很高的反应活性和N₂选择性。原位红外光谱研究表明，分子筛离子交换位上孤立的铁离子是丙烯选择性氧化的主要活性位，分散良好的MnO₂物种不能提高催化剂对丙烯的活化能力，但有助于促进形成NO₂吸附物种，从而提升了Fe-Mn/Beta催化剂的低温C₃H₆-SCR性能。经高温水热老化处理后，Fe-Mn/Beta催化剂脱硝活性明显下降，这与孤立的Fe³⁺离子迁移形成Fe_xO_y团聚物种有关。     

Identification of by-products issued from the catalytic oxidation of toluene by chemical and biological methods

Benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes (BTEX) are substances that are very commonly encountered in almost all sectors of the industry. Consequently, these molecules may be present in large amounts in industrial exhausts loaded with VOCs. An effective method for their elimination is catalytic oxidation, which is an economic and ecologic alternative to thermal oxidation. The aim of this work is to reveal the by-products issued from the total oxidation of toluene by palladium-based catalysts. The identification of these by-products was done using a chemical and toxicological approach. A toxicological validation of the developed catalysts was performed by coupling the catalytic system with an air–liquid interface (aLI) system, called Vitrocell^®, to expose lung cells to catalytic exhausts.     

Gemini quaternary ammonium salt cationic surfactant‐assisted hydrothermal synthesis: An effective way to tune the textural properties of zeolite and the acidity of Beta molecular sieves

Novel hierarchical Beta zeolites have been successfully synthesized via a one‐pot dual‐templates strategy utilizing gemini organic surfactant and tetraethylammonium hydroxide (TEAOH)through hydrothermal process. The influence of several parameters on the formation of hierarchical Beta zeolite, the change in acidity and a possible growth scheme were systematically investigated. The physicochemical properties of these catalysts were characterized by PXRD, BET, SEM, HRTEM SAED, TG and NH₃‐TPD techniques, and the performance as acid catalysts was verified using the transformation of EtOH as a model reaction. On one hand, WAXRD data indicated that decreasing the temperature of synthesis and increasing amounts of C_12‐6‐12 in the process of synthesis resulted in lower crystallinity of Beta zeolites due to the BEA nuclei formation and crystal growth constrained by C_12‐6‐12. On the other hand, SAXRD and HRTEM data evidenced that C_12‐6‐12 initially generated a pseudo‐ordered mesoporous phase which was then partially occupied by the zeolite. After a period of ~96 h for crystallization, the hierarchy zeolite possessing 765.7 m²·g^‐1 of Brunauer‐Emmett‐Tellerarea, and average mesopore size distribution of 3.51 nm can be synthesized, and its microporous structure has a good crystallinity and lower amounts of acid sites than that of the microporous Beta one. Furthermore, the as‐obtained hierarchical zeolite displayed lower deactivation rate mainly due to the less coke formation on the surface of catalyst. It is expected to develop more considerable potential application value for the hierarchical Beta zeolite structure in the near future.     

沸石分子筛材料在消除挥发性有机化合物反应中的吸附与催化性能

作为空气污染物的主要成分之一,挥发性有机化合物(VOCs)会极大地破坏生态环境并损害人体健康。在众多消除 VOCs的方法中,吸附法由于操作简单、成本低廉的优势而在工业上得以广泛应用。催化燃烧法则因去除效率高,适用范围广且无二次污染等优点被认为是 VOCs消除最有效的手段之一。
　　目前,活性炭是最常用的 VOCs吸附剂,但存在再生困难、抗湿性差、易燃等诸多问题。与活性炭等常规吸附剂相比,沸石分子筛作为 VOCs吸附剂其主要优势在于：(1)沸石分子筛的疏水性可调,通过调控分子筛骨架的硅铝比可以调节分子筛的亲疏水性,高硅铝比的沸石分子筛有着优异的疏水性能,从而可以有效降低在一定湿度条件下水对 VOCs分子的竞争吸附;(2)均一的孔径分布可以有效地进行分子识别,从而使吸附剂对VOCs的选择性吸附性大大提高;(3)沸石分子筛一般由硅铝构成,本身不可燃且水热稳定性好,因此能够与微波加热等其他手段相结合以降低吸附剂重生能耗,提高操作安全性;(4)沸石分子筛比表面积大,吸附容量高,是作为蜂窝转轮吸附技术中吸附剂的理想材料,而该技术是目前工业大规模消除VOCs的研究热点。因此,沸石分子筛由于其独特的性质,被视为一种简单高效、选择性好的VOCs吸附剂。现阶段,催化燃烧VOCs所使用的催化剂常用金属氧化物作为载体,但是金属氧化物比表面积相对较小且孔道结构不均一,因此严重影响了催化剂对VOCs的催化燃烧效率,限制了催化燃烧活性的提高。而与金属氧化物载体相比,沸石分子筛材料具有均一的孔道结构以及相对较大的比表面积等优点,而将具有较好吸附选择性和吸附容量的沸石分子筛作为载体,负载活性组分后可以实现催化剂催化燃烧性能的显著提高,从而成为VOCs催化燃烧的理想催化剂。
　　本文综述了目前沸石分子筛材料作为吸附剂和催化剂载体的负载型催化剂消除各类VOCs的研究进展。对于沸石分子筛作为VOCs吸附剂,我们小结了影响其吸附容量和吸附选择性的因素,发现分子筛的孔道大小和阳离子类型与VOCs的吸附情况密切相关。在此基础上,进一步简单介绍了分子筛蜂窝吸附转轮技术的研究现状。对于沸石分子筛作为催化剂载体,我们总结了其用于各类VOCs催化燃烧的研究情况,如烷烃类、芳烃类和醛类等。探究了催化性能的影响因素及相应的催化机理,发现分子筛的孔道结构、阳离子类型、硅铝比等都会显著影响沸石分子筛负载型催化剂的催化活性。最后,探讨了沸石分子筛应用于VOCs消除目前所存在的问题,同时展望了该领域未来的研究和发展方向。     

Well-organized zeolite nanocrystal aggregates with interconnected hierarchically micro-meso-macropore systems showing enhanced catalytic performance

Preparation and characterization of well-organized zeolitic nanocrystal aggregates with an interconnected hierarchically micro-meso-macro porous system are described. Amorphous nanoparticles in bimodal aluminosilicates were directly transformed into highly crystalline nanosized zeolites, as well as acting as scaffold template. All pores on three length scales incorporated in one solid body are interconnected with each other. These zeolitic nanocrystal aggregates with hierarchically micro-meso-macroporous structure were thoroughly characterized. TEM images and (29)Si NMR spectra showed that the amorphous phase of the initial material had been completely replaced by nanocrystals to give a micro-meso-macroporous crystalline zeolitic structure. Catalytic testing demonstrated their superiority due to the highly active sites and the presence of interconnected micro-meso-macroporosity in the cracking of bulky 1,3,5-triisopropylbenzene (TIPB) compared to traditional zeolite catalysts. This synthesis strategy was extended to prepare various zeolitic nanocrystal aggregates (ZSM-5, Beta, TS-1, etc.) with well-organized hierarchical micro-meso-macroporous structures.     

Fe-Beta分子筛催化剂在选择催化还原氮氧化物反应中的活性:Fe含量的影响

NOx是主要的大气污染物之一,对环境和人体健康具有极大的危害.其主要来源之一是柴油机尾气排放,V2O5-WO3/TiO2催化剂是现阶段大规模商用的SCR催化剂,但V2O5-WO3/TiO2催化剂相对较窄的温度窗口和V2O5的生物毒性使得迫切需要新型的环境友好的高效SCR催化剂,其中分子筛因其特殊的孔道结构和催化性能受到广泛的关注.用于SCR过程的分子筛主要包括ZSM-5,Beta,MOR,SAPO-34和SSZ-13等,通常采用Cu,Fe,Mn和Co等过渡金属对其进行改性,通过调变分子筛的表面酸性和氧化还原性能,提高催化剂的SCR活性.Beta分子筛具有三维12元环孔道结构,相对其它分子筛具有较好的水热稳定性,而且制备工艺成熟,价格低廉,因此该类分子筛催化剂在SCR过程中具有很好的应用前景.我们采用离子交换法制备了系列Fe-Beta催化剂,发现将相同质量硝酸铁溶解在不同体积去离子水中,配制成不同浓度的硝酸铁溶液后与分子筛进行离子交换反应,制备得到的Fe-Beta催化剂中Fe的含量和NH3-SCR催化活性均存在显著差别.在此基础上,我们固定硝酸铁溶液浓度(0.02mol/L),通过增加溶液的体积,分别制备了Fe含量为(2.6,6.3和9)wt%的Fe-Beta分子筛.结果表明,Fe负载量为6.3 wt%时,Fe-Beta催化剂表现出最好的催化活性,NOx转化率大于80%的温度窗口为202-616℃.虽然三个催化剂在比表面积,孔径和Fe的价态上没有明显的差别,但Fe含量为6.3 wt%的催化剂在保持相对较高的Fe负载量的同时具有更多的孤立Fe3+物种,同时具有较好的NH3和NO吸附性能以及NO氧化能力,这些特性使得该催化剂相对于其它两个催化剂表现出更高的NH3-SCR催化活性.当Fe含量增加到9 wt%时,催化剂中FexOy纳米颗粒的含量大幅增加,使得NH3非选择性氧化能力加强,从而导致高温NH3-SCR反应活性大幅下降.     

SiO2-Al2O3玻纤载体负载CuO-CeO2对挥发性有机化合物催化燃烧性能研究

采用等体积共浸渍法制备了CuO-CeO₂整体式催化剂,评价了催化剂对乙酸乙酯、异丙醇及甲苯的催化燃烧性能。采用N₂吸附-脱附、X射线衍射（XRD）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）、氨气程序升温脱附（NH₃-TPD）以及挥发性有机化合物脱附等手段对催化剂进行了表征。表征数据显示,氧化铜以高分散态均匀分散存在于载体表面,氧化铈则是小的纳米颗粒,氧化铈颗粒粒径随着Cu/Ce物质的量比的减小而增大。添加铈氧化物会显著增加总酸量,特别是路易斯酸酸位的量,同时增强了乙酸乙酯和异丙醇的吸附量,吸附量的增加提高了催化剂对乙酸乙酯和异丙醇的催化燃烧性能。从甲苯的催化燃烧实验可以看出,大量添加CeO₂稍微增加了甲苯的吸附容量,减弱了催化剂的还原性、降低了活性氧的含量,最终导致甲苯的低转化率。催化行为由氧化铜、氧化铈以及载体三者之间的共同作用决定,这三者的协同作用不仅影响着表面氧的活性同时影响着催化剂对甲苯的吸附能力。     

Catalytic Oxidation of CO and Benzene over Metal Nanoparticles Loaded on Hierarchical MFI Zeolite

In order to obtain highly active catalytic materials for oxidation of carbon monoxide and volatile organic compounds (VOCs), monometallic platinum, copper, and palladium catalysts were prepared by using of two types of ZSM-5 zeolite as supports—parent ZSM-5 and the same one treated by HF and NH₄F buffer solution. The catalyst samples, obtained by loading of platinum, palladium, and copper on ZSM-5 zeolite treated using HF and NH₄F buffer solution, were more active in the reaction of CO and benzene oxidation compared with catalyst samples containing untreated zeolite. The presence of secondary mesoporosity played a positive role in increasing the catalytic activity due to improved reactant diffusion. The only exception was the copper catalysts in the reaction of CO oxidation, in which case the catalyst, based on untreated ZSM-5 zeolite, was more active. In this specific case, the key role is played by the oxidative state of copper species loaded on the ZSM-5 zeolites.