SO42-/TiO2-ZrO2复合氧化物固体酸催化剂的长叶烯芳构化催化性能

本工作用溶胶-凝胶法制备不同组成的SO42-/TiO2-ZrO2复合氧化物固体酸催化剂,用微型催化反应评价结合X-射线粉末衍射(XRD)、孔结构/BET表面积测试和NH3-程序升温脱附(NH3-TPD)等表征了SO42-/TiO2-ZrO2复合氧化物固体酸催化剂结构、表面酸性和长叶烯芳构化催化性能。复合氧化物固体酸SO42-/TiO2-ZrO2催化剂具有优良的长叶烯芳构化催化性能,并且其芳构化催化性能与催化剂组成和表面酸性密切相关。随催化剂中nZr/(nZr+nTi)增加,催化剂表面中等强度的酸中心量增加,芳构化产物选择性和收率明显增加,在nZr/(nZr+nTi)=0.5时达极大值。随nZr/(nZr+nTi)进一步增加,不仅催化剂表面酸中心量减少、原料转化率明显下降,而且催化剂酸强度增强,导致芳构化产物选择性和收率下降。催化长叶烯芳构化的二元复合氧化物固体酸SO42-/TiO2-ZrO2催化剂适宜的组成为nZr/(nZr+nTi)=0.5。     

V2O5/TiO2-ZrO2催化剂上甲醇选择氧化制甲缩醛

采用共沉淀法制备TiO2-ZrO2复合氧化物载体、等体积浸渍法制备V2O5/TiO2-ZrO2催化剂,对催化剂在温和条件下甲醇选择氧化生成甲缩醛(DMM)反应进行研究.结果表明,与单一氧化物载体TiO2或ZrO2负载的钒基催化剂相比,V2O5/TiO2-ZrO2对甲醇选择氧化具有较好的催化性能.XRD、NH3-TPD和...     

V2O5／TiO2催化剂的表面结构和酸碱性及氧化还原性

 研究了一系列锐钛矿担载的钒氧化物催化剂的表面性质．X射线衍射和Raman光谱表明，8％V2O5／TiO2催化剂上的V2O5处于单层分散状态．程序升温还原研究表明，单层分散的钒物种较易被还原，而形成多聚态和晶态后钒物种的还原温度升高．NH3吸附量热结果表明，在钒物种达到单层分散前，催化剂的表面酸性随钒担载量的增加而减弱，超过单层分散后，表面酸位的数目和强度基本不变．异丙醇脱氢／脱水反应结果表明，有O2时V2O5／TiO2催化剂显示出很强的氧化还原性，无O2时催化剂的脱水选择性较高．通过异丙醇的脱氢／脱水反应，将V2O5／TiO2催化剂的表面结构与其酸碱性和氧化还原性进行了初步的关联．     

NH3在选择性催化还原NO过程中的吸附与活化

 通过大量文献并结合自己的工作,以NH3在催化剂表面的阶段氧化脱氢为主线,分析归纳了选择性催化还原(SCR)反应机理和该体系中可能发生的NH3氧化副反应机理的联系和共性. 对于V2O5/TiO2催化剂,大部分学者认为SCR反应与Brnsted酸性位上的NH+4有关,中间体为NH+3(ads); 而少数学者认为SCR反应与Lewis酸性位上的NH3有关,中间体为NH2(ads). 对于其它SCR催化剂,普遍认可L酸性位上NH3活化脱氢形成的NH2(ads)既是SCR反应中间体,也是NH3氧化生成N2的中间体; NH3氧化生成N2O和NO的反应源于NH2(ads)的进一步脱氢. 尽管有关SCR反应中NH3的吸附位存在分歧,但从NH3吸附后活化的角度看, NH3无论吸附在L酸性位还是B酸性位,都先经过阶段氧化脱氢,然后再参与SCR反应. 由于反应中生成的H2O可能导致L酸向B酸转化,且该转化受反应温度影响,因此不同酸性位机理可能没有本质区别, SCR反应关键是NH3吸附位的氧化性. SCR活性取决于NH3在催化剂表面的吸附量和阶段氧化程度. 催化剂应能吸附足够的NH3, 这与其表面酸碱性有关; 吸附的NH3要能被活化脱氢且程度不宜太高,这与表面氧化还原性有关. 反应温度也会影响NH3的吸附量和活化程度,因此开发高效SCR脱硝催化剂的关键是根据反应温度调控其表面酸性和吸附位的氧化性.     

V2O5-WO3/TiO2-ZrO2脱硝催化剂中 ZrO2和 WO3的促进作用：催化性能、形态及反应机理

商业选择性催化还原(SCR)催化剂成分主要有 V2O5, WO3和 TiO2,但适用温度窗口较窄(300?400℃),使得实际操作过程中活性较低.目前,过渡金属广泛应用于催化剂制备中以提高其催化活性.相比于纯 TiO2和 ZrO2载体, TiO2-ZrO2具有较高的热稳定性以及较多的酸位,虽然有关 TiO2-ZrO2为载体的催化剂研究较多,但未与商业催化剂进行对比研究.而针对 NH3-SCR脱硝机理的实验研究也存在一些争议,主要原因归为以下两方面：(1)多数催化剂不同会直接导致催化剂的活性酸位不同;(2)不同 NH3-SCR脱硝催化剂的起活温度不同.同时, NH3和 NO在反应温度的吸附情况仍需要进一步研究.因此,有必要深入探究 NH3-SCR脱硝机理,以解决现行研究中存在的问题.本文首先采用共沉淀法制备摩尔比为1：1的 TiO2-ZrO2固溶体,并分步浸渍不同质量比的 WO3和1%V2O5,最终得到一系列1%V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2.然后通过 X射线衍射(XRD)和比表面积测试(BET)、程序升温还原(TPR)、原位漫反射红外光谱(in situ DRIFTS)研究了 WO3和 ZrO2对催化性能的影响以及 V2O5-WO3/TiO2-ZrO2催化剂的反应机理. N2物理吸附结果表明, WO3的添加使得催化剂孔结构的热稳定性有所提高,同时随着 WO3含量增加催化剂的比表面积逐渐减小,但仍高于 V2O5/TiO2-ZrO2催化剂; ZrO2对催化剂比表面积增大效果比较明显.结合 XRD结果表明, WO3能促进金属氧化物在载体上的分散;相比于 V2O5-WO3/TiO2催化剂, ZrO2有利于活性组分的分散负载.比较系列 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2的氨吸附情况,发现 WO3的添加增加了 Br?nsted酸的稳定性,其中以9%WO3的效果最显著.催化剂氨吸附中间物种(–NH2)的发现,证实了 WO3添加促进了 NH3的活化,有利于脱硝反应的进行. SCR反应结果显示, V2O5-9%WO3/TiO2-ZrO2催化剂在300–450oC时 NOx转化效率最优,并发现 O2的存在促进了 NOx的转化.采用in situ DRIFTS研究了 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2催化剂脱硝机理,300和350oC时 NH3, NO, NO + O2吸附情况表明,在真实的反应温度下,脱硝过程中的活性中心为 Lewis酸中心, Br?nsted酸中心的 NH4+极易从催化剂表面脱附,无法吸附在催化剂表面,且与 NH3相比, NO只能以 NO2的形式弱吸附在催化剂表面.因此,该催化剂遵循 Eley-Ridel脱硝机理.而 V2O5-9%WO3/TiO2-ZrO2催化剂具有相对较高的脱硝效率,因此用来着重研究 NH3-SCR机理.在 NH3吸附过程中, NH3(1204,1602,3156,3264,3347 cm?1)和活性中产物 NH2(1550 cm?1)在催化剂表面的吸附(恒温300oC)是稳定的;随后通入 NO + O2时, NH3吸附过程中的所有吸收峰(包括 NH2)均逐渐减小(NH3吸附态与 NO结合后分解为 N2和 H2O),同时出现 H2O的振动峰,这证明了 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2催化剂的脱硝反应过程.各类气体吸附情况表明, NO在商业催化剂的吸附状态与 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2催化剂相同;但 NH3吸附结果表明, Br?nsted酸中心和 Lewis酸中心都是催化剂的活性中心; NO + O2的通入使得催化剂表面的 NH3和 NH4+都逐渐消失.这两种催化剂脱硝反应过程差异主要在于催化剂表面活性中心的不同,导致了不同的 NOx脱除路径.通过in situ DRIFTS比较 O2的存在对脱硝反应产生的不同影响来确定 O2的作用.两类催化剂上 O2均参与了 H2O的形成,促进了催化反应的完成;当 O2不存在时, NO的还原受到了极大地抑制,同时也未出现 H2O;两者的脱硝效率大大降低. H2-TPR和 NH3-TPR结果进一步证实 O2的作用主要是氧化 NO及参与催化过程 H2O的形成.     

钛锆复合氧化物载体的制备、物化性质及在催化反应中的应用

 TiO2-ZrO2复合氧化物具有比TiO2和ZrO2更高的比表面积、更好的热稳定性和更强的表面酸碱性,作为催化剂载体已引起很大的研究兴趣并得到了重要的应用. 本文主要介绍了TiO2-ZrO2复合氧化物载体的制备方法以及织构、结构和表面酸碱性等物化性质,并对其在催化反应中的应用进行了综述.     

改性钛锆复合氧化物催化环己酮肟气相Beckmann重 排反应

制备了经SO4^2-,PO4^3-,MoO3,WO3和B2O3改性的钛锆复合氧化物(TiO2-ZrO2)催化剂,并用常压连续流动固定床微型反应器考察了它们对环己酮肟气相Beckmann重排反应制己内酰胺的催化性能。结果表明,在反应温度300℃时,B2O3/TiO2-ZrO2具有较高的己内酰胺选择性(97.0%)和收率(96.7%),且明显高于B2O3/TiO2和B2O3/ZrO2催化剂,用N2吸附和NH3-TPD,CO2-TPD等方法对催化剂的经表面积、孔容、孔分布和表面酸、碱性分别进行了测定,讨论了这些物化性能对催化剂活性、选择性和稳定性的影响。     

TiO2／Al2O3负载量对气相酯交换合成碳酸甲丙酯的影响

采用XRD、N2 physical adsorption、XPS、NH3-TPD和吡啶吸附IR等技术,对碳酸二甲酯和丙醇气固相合成碳酸甲丙酯的TiO2/Al2O3催化剂进行了表征.实验结果表明,TiO2/Al2O3表面的Lewis酸中心是反应的催化活性位,酸性主要来源于Al2O3,TiO2起修饰作用,有利于选择性生成碳酸甲丙酯.随着Ti负载量的增加,TiO2在Al2O3表面由高度分散状态向晶态转变,其比表面积逐渐降低,但是TiO2/Al2O3的表面酸性质没有受到显著影响,L酸量先是增加,而后略有下降.当Ti负载量为5%时,DMC的转化率及MPC的选择性分别达到54.3%和88.1%.     

不同阳离子(NH4+,Na+,K+,Ca2+)溴化物对商用SCR催化剂化学中毒影响机制研究

燃煤飞灰中的碱金属和碱土金属对 NH3-SCR 催化剂的活性有显著的影响. 近年来, 研究者针对碱金属/碱土金属氧化物对 SCR 催化剂中毒作用开展了大量研究. 另一方面, 研究普遍认为, 含溴化合物对提高 SCR 催化剂汞氧化性能具有明显促进作用. 目前为止, 针对碱金属/碱土金属溴化物对 SCR 催化剂影响的系统研究较少. 我们课题组系统研究了不同阳离子的溴化物 (NH4Br, NaBr, KBr 和 CaBr2) 对商用 V2O5-WO3/TiO2催化剂性能的影响.与未中毒样品相比, KBr 中毒后的催化剂 (记为 L-KBr) 上 NOx转化率明显下降, 而 NaBr 和 CaBr2中毒的催化剂 (分别记为 L-NaBr 和 L-CaBr) 上的 SCR 活性也有一定程度的降低. 另外 L-NaBr, L-KBr 和 L-CaBr 催化剂的 N2选择性较差. XPS 结果显示, KBr 中毒后化学吸附氧 (Oα) 比例减小; 同时, KBr 中毒后还原性和表面酸度降低, 这些可能是导致 L-KBr催化剂的活性和 N2选择性变差的主要原因. 对于 L-CaBr 催化剂, 中毒后化学吸附氧 Oα比例有所增加, 这与 H2-TPR 结果显示可还原性增强一致. O2-TPO 结果显示, L-CaBr 催化剂可氧化性降低, 说明 CaBr2中毒还是影响到催化剂表面的氧化还原循环. 催化剂 CaBr2中毒后表面被覆盖减少了反应活性位数量, 但表面酸性的增强可能会抵消活性位点损失带来的负面影响. NH3氧化结果显示, NH3在 L-CaBr 催化剂表面发生过氧化反应, 特别是高温下生成较多 N2O, 降低 N2选择性, 这可能是高温下 L-CaBr 催化剂 SCR 活性和 N2选择性下降的重要原因. CO2-TPD 结果表明, L-KBr 和 L-CaBr 催化剂表面碱性强度增加, 可能有助于增加 NOx物种的吸附量. 基于以上活性评价和表征分析结果, 我们尝试建立了不同溴化物中毒的催化剂表面酸碱性、氧化还原和催化性能之间的关系.     

硫酸化对CeO2-ZrO2催化剂上NH3选择催化还原NO反应的影响

由发电厂等固定源和柴油机等移动源排放的一氧化氮(NO)造成的环境污染问题日益严重.随着严苛的排放法规出台,NO排放控制技术受到越来越多关注.NH3选择性催化还原(SCR)技术是目前去除NO应用最为广泛的方法之一.商业催化剂V2O5-WO3/TiO2在300–400℃温度窗口内显示出优越的NO去除效率,但仍存在一些问题,如钒氧化物的毒性以及在高温时形成N2O和SO3.因此,开发出低钒或无钒的新型催化剂是解决上述问题的关键.CeO2和含铈材料是重要的催化剂载体,具有良好的还原能力和氧存储功能,因而广泛应用于催化领域.CeO2添加到商用催化剂中不仅可以降低钒用量,而且可以提高催化剂抗碱金属中毒能力.CeO2-WO3催化剂在200℃以上时比商用催化剂具有更宽的温度窗口,并展现出较高的抗SO2和碱金属中毒能力.CeO2-ZrO2催化剂通过添加过渡金属元素可以提升其SCR活性,在较宽的温度窗口内具有较高的催化活性.废气中SO2可导致催化剂失活,在实际应用中催化剂硫中毒是较为常见的催化剂失效原因.通常情况下,锰基和铁基催化剂最容易硫中毒.然而CeO2催化剂在硫酸化处理后却展现出良好的SCR活性.催化剂硫酸化主要包括气相、液相和前驱体硫化三种方法.三种方法各有异同,但在催化剂表面形成的硫物种都是SO42–.硫酸化可以增强Ce基催化剂的SCR活性,但是对于硫化引起的催化剂表面酸性、氧化还原性以及NO吸附脱附性质的详细研究报道较少.本文通过液相法对CeO2-ZrO2(CeZr)催化剂进行了硫酸化.XRD结果表明,硫酸化并未对催化剂结晶结构产生影响.TPD和TPR结果表明,硫酸化后催化剂(S-CeZr)表面酸性增强,但抑制了其氧化性.通过原位红外光谱技术系统研究了催化剂在SCR反应过程中表面物种的变化,结果发现,CeZr和S-CeZr的催化机理相同,不同的SCR活性主要是由表面酸性和氧化性引起的.CeO2基催化剂在不同温度窗口遵循不同反应机理.CeZr催化剂具有较强的氧化还原性,使其对NO和NH3具有很强的氧化能力,所以其在低于200℃时具有较好的SCR活性.而S-CeZr催化剂具有更多的Br?nsted酸性位,导致NO不易吸附在催化剂表面,所以其在低温时SCR活性较差,但在高温时(>200℃)具有优良的SCR活性.通过SCR活性和反应机理研究,发现在高温时(>200℃),表面酸性尤其是强酸Br?nsted酸性位在SCR反应中起到决定性作用;而在低温时(<200℃),酸性位对NH3分子较强的键合作用导致NH3难以被氧化,所以较强的酸性位对SCR活性具有抑制作用,而氧化还原性在低温时对SCR反应起到主要作用.同时,在高温时,较高的氧化性可使NH3被O2直接氧化,导致N2选择性降低.     

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.     

Adsorption of 2-chloropyridine on oxides--an infrared spectroscopic study

The adsorption of 2-chloropyridine on SiO(2), TiO(2), ZrO(2), SiO(2)-Al(2)O(3) and H-mordenite has been studied by IR spectroscopy. The different modes of interaction with oxide surfaces, i.e. hydrogen-bonding and adsorption at Br?nsted or Lewis acid sites, was modelled by ab initio calculations at the B3LYP/DZ+(d) level. Adsorption on SiO(2) results in hydrogen bonding to surface hydroxyl groups, whereas the spectra obtained following adsorption on TiO(2) and ZrO(2) display evidence for electron transfer at Lewis acidic surface sites. Protonation of 2-chloropyridine at Br?nsted acidic sites was detected only for adsorption on SiO(2)-Al(2)O(3) and H-mordenite, indicating the presence of Br?nsted acidic sites on these oxide surfaces with pK(a) values 相似文献   

Preparation of TiO2–ZrO2 mixed oxides with controlled acid–basic properties

Titania–zirconia mixed oxides with various ZrO₂ content in TiO₂ (10, 50 and 90 wt.%) were prepared by the sol–gel method. High specific surface areas (77–244 m²/g) were obtained. Acidity determined by NH₃-TPD and FTIR-pyridine adsorption showed that in mixed oxides the number of acid sites is dramatically increased; it varies from 173 μmol NH₃/g for TiO₂ to 1226–1456 μmol NH₃/g for the mixed oxides. FTIR-pyridine adsorption showed the presence of Lewis sites in the catalysts. Basic sites were identified by FTIR-CO₂ adsorption, suggesting the formation of mixed oxides with acid–basic properties. XRD spectra identified anatase in the TiO₂ rich region, amorphous material in the mixed oxide 50–50 TiO₂–ZrO₂ and tetragonal and monoclinic crystalline phases in the ZrO₂ rich region. Activity in the isopropanol decomposition showed a good correlation between the acid–basic properties and the selectivity to propene, acetone and isopropyl ether. The latter was found as a product which mainly depends of the acid sites density.     

TiO2-Al2O3的水热法合成及其负载的NiMoP催化剂上FCC柴油加氢脱硫性能

采用水热法制备了复合氧化物TiO2-Al2O3,研究了水热温度、反应物浓度、聚乙二醇(PEG)平均分子量和浓度对所制样品结构和织构性质的影响,并用X射线衍射、N2吸附-脱附、热重-差热分析、NH3程序升温脱附、吸附吡啶的红外光谱和程序升温还原技术对TiO2-Al2O3及其负载的NiMoP催化剂进行了表征,在中压固定床微反装置上考察了催化剂上FCC柴油的加氢脱硫性能.结果表明,随着水热温度、反应物浓度、PEG分子量和浓度的提高,所制TiO2-Al2O3复合氧化物的比表面积和孔体积均有所提高,在优化的制备条件下分别可高达266m2/g和0.58cm3/g,其负载的NiMoP催化剂的比表面积也高达175m2/g,且其酸性较弱,以L酸为主.由于NiMoP/TiO2-Al2O3催化剂中TiO2的存在降低了活性组分与载体间的强相互作用,使其催化FCC柴油加氢脱硫活性比NiMoP/Al2O3催化剂的高.     

纳米TiO2-SiO2复合氧化物的制备与性质

采用溶胶-凝胶结合CO2超临界干燥方法制备了比表面积大、热稳定性好的纳米TiO2-SiO2复合氧化物.考察了原料组成和焙烧温度对复合氧化物比表面积、热稳定性和酸性的影响,通过加氢脱硫反应考察了该复合氧化物作为加氢精制催化剂载体的可行性.结果表明,采用该方法制备的复合氧化物为纳米颗粒,在n(Ti)/n(Si)=1时,其比表面积和孔容最大;与纯TiO2相比,引入SiO2明显提高了复合氧化物的热稳定性和晶型稳定性;以此复合氧化物为载体的加氢精制催化剂具有很好的低温脱硫活性,TiO2-SiO2复合氧化物载体的酸性特征影响了催化剂的加氢脱硫活性.     

CeO2-TiO2复合氧化物的制备、表征及其对CO氧化的催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了一系列不同n(Ce)/n(Ti)的CeO2-TiO2复合氧化物,对复合氧化物的物相结构、形貌特征、比表面积和氧化还原性质进行了表征,并考察了复合氧化物对CO氧化反应的催化性能.结果表明,n(Ce)/n(Ti)>0.10时,复合氧化物为无定形结构;n(Ce)/n(Ti)=0.10~0.30时,复合氧化物失去CeO2和TiO2各自的特征,形成CeO2-TiO2固溶体,具有较大的比表面积.CeO2-TiO2复合氧化物本身对CO氧化反应的催化活性不如TiO2或CeO2的高,但Pd/CeO2-TiO2比Pd/TiO2或Pd/CeO2具有更高的催化活性.     

Oxidative dehydrogenation of propane over chromium and nickel oxide modified V2O5/ZrO2 catalysts

The effect of addition of chromium and nickel oxides on the physicochemical properties and performance of V₂O₅/ZrO₂ catalysts was studied for the oxidative dehydrogenation of propane. Addition of chromium oxide increased, whereas addition of nickel oxide lowered the activity. Selectivity for propene was lower for the doped catalysts. The selectivity was lowered by higher total acidity as well as the higher concentration of stronger acid sites in doped catalysts.     

高能机械球磨法制备V-Ti-O超细微粒催化剂

负载型V2O5/TiO2氧化物催化剂因具有优良的催化性能而广泛地用于烃类选择性氧化[1,2]和氮氧化物选择性催化还原(SCR)[3]. 迄今,所研究的负载型V2O5/TiO2氧化物催化剂大多是采用浸渍法制备的[2,4～6],通过调整催化剂的组成[2,5]、引入适当的助剂组分[2,6]和选择适宜的反应操作条件[2,5]可进一步优化其催化性能.