常温常压湿式催化氧化染料废水的Mo-Cu-Fe-O新型复合催化材料

染料广泛应用于纺织厂、皮革厂以及染发等各个领域.染料废水具有成分复杂、浓度高、色度大和生物难降解等特性,因此传统的处理方法难以将其完全降解.高级氧化技术已成为国内外广泛应用的染料废水处理技术之一,特别是湿式催化氧化(CWAO)技术.然而,CWAO工艺中反应往往需要高温(通常为200-280℃)和高压(通常为2-9 MPa),制约了其广泛应用.因此,人们致力于研发具有高催化活性的催化剂,通过改变反应历程和降低反应的活化能,使反应在常温常压条件下进行.本课题组曾采用钼酸盐浸渍于Zn/Al LDHs溶液中成功制备了Mo/Zn-Al LDHs催化剂,该催化剂能在常温常压下湿式催化氧化降解阳离子红GTL有机废水.Mo/Zn-Al LDHs催化剂中Mo作为主催化成分,Zn-Al LDHs作为载体.Cu-Fe LDHs本身作为一种催化剂,与Mo相结合能有效提高催化剂的活性及稳定性,因此本文采用浸渍法制备了Mo-Cu-Fe-O新型复合催化材料,采用X射线衍射、氢气程序升温还原、循环伏安法和氧气程序升温脱附等表征手段研究了Mo-Cu-Fe-O材料的结构及氧化还原特性.以阳离子红GTL、结晶紫和酸性红为染料废水代表,研究了常温常压下Mo-Cu-Fe-O催化降解染料废水的催化活性.结果表明,在中性条件下Mo-Cu-Fe-O对阳离子型染料废水具有良好的催化活性.循环使用七次后该样品对阳离子红GTL和酸性红的脱色率分别达到91.5%和92.8%,然而对酸性红阴离子型染料废水基本无催化活性.在常温常压CWAO过程中产生的羟基自由基能有效降解阳离子GTL废水,其废水毒性随着反应的进行逐渐减小.     

改性二氧化钛负载贵金属Ru催化剂催化降解苯胺溶液

苯胺类废水污染物具有结构复杂、浓度高、不易生物降解、生物毒性大等特点,传统的苯胺降解措施存在着许多弊端,很难达到排放标准.催化湿法氧化技术(CWAO)主要针对降解高浓度难降解的有机废水,表现出降解效率高、反应时间短、对生物毒性物质的废水降解效果良好等优点,越来越受到人们的重视.但催化剂在使用过程中,需要在高温高压下进行,且有机物降解产生了有机酸,使得催化剂的活性组分流失和载体的物理化学性质发生变化,导致其催化活性下降.因此,需要开发出一种降解活性高,性能稳定的催化剂成为此技术在工业中广泛应用的关键.本文采用溶胶凝胶法对二氧化钛进行改性,制备了Ti0.9Zr0.1O2和Ti0.9Ce0.1O2载体,采用过量浸渍法将三氯化钌负载到载体表面制备了2%Ru/Ti0.9Zr0.1O2和2%Ru/Ti0.9Ce0.1O2催化剂.在高温高压反应条件下,以苯胺为催化湿法氧化污染物,对不同催化剂湿法降解苯胺进行比较研究,系统地探究了催化降解的反应温度和反应压力对苯胺降解的影响.此外,利用HPLC-MS鉴定出催化降解产生的中间产物,确定了催化降解的反应路径图.在改性的催化剂中,2%Ru/Ti0.9Zr0.1O2催化剂表现出最高的催化降解活性和稳定性.在初始苯胺浓度4 g/L,催化剂浓度4 g/L,反应温度180℃,O2压力1.5 MPa下,反应时间5 h后,苯胺完全转化,COD转化率达88.3%.并且催化剂进行三次循环试验后,苯胺转化率仍接近100%.X射线衍射和N2物理吸附结果表明,Ce,Zr掺杂到TiO2晶格中形成了共溶体,其晶格尺寸更小,比表面积和孔体积更大.负载贵金属后,并未出现其他晶相,说明贵金属均匀分散在载体表面.透射电镜结果表明,贵金属负载在改性TiO2上表现出较好的分散性和较小的颗粒尺寸,为催化降解苯胺提供更多的催化活性位点,而Ru/TiO2催化剂表面,贵金属发生团聚现象且颗粒尺寸大.X射线光电子能谱结果表明,Ce,Zr的掺杂使得TiO2表面活性氧和四价Ru的含量增加,更多的表面活性氧成为催化降解苯胺的直接原因.H2程序升温还原结果表明,在300?400oC处还原峰对应于催化剂载体晶格氧的还原,改性后,其还原峰增至2倍,即使在贫氧环境下,改性催化剂可以及时从载体中释放晶格氧,为催化降解苯胺提供更多的活性氧.     

载体效应对Pt催化剂在一甲胺湿式氧化中的催化性能影响研究

采用浸渍法制备了Pt/AC,Pt/ZrO2,Pt/Al2O3催化剂,并研究了其对一甲胺湿式氧化(CWAO)反应的催化性能.结果表明:载体对Pt的催化活性具有十分明显的影响,当Pt负载到活性炭(AC)载体表面时具有最佳的催化活性,其次是氧化锆,而当Pt负载到氧化铝载体表面时,其催化活性最低.一甲胺在Pt/AC,Pt/ZrO2,Pt/Al2O3催化剂表面被矿化所需最低温度分别为200,250和280℃.Pt/AC催化剂优异的催化活性主要归因于Pt与载体间的弱相互作用、活性炭的大比表面积以及载体自身具有一定的催化活性.     

以乙酸为模型反应物的Ti-Ce复合氧化物湿式氧化催化剂的研制

催化湿式氧化(catalytic wet air oxidation, CWAO)为高浓度难降解有机废水提供了一种有效可行的处理技术[1～8],它可使难降解有机物分子在相对较低的反应温与压力下降解矿化或生成易生物处理的小分子有机物.     

MoVBiTeO/SiO2对丙烷选择氧化制丙烯醛反应的催化性能

用浸渍法制备了一系列不同Mo/V比的MoVBiTeO/SiO2催化剂,并用X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱、程序升温还原和红外光谱等方法对催化剂的结构、氧化还原性质和酸性进行了表征,考察了催化剂对丙烷选择氧化制丙烯醛反应的催化性能.结果表明,Mo与V组分之间存在较强的相互作用,调变了催化剂的结构,并形成了氧化还原循环(V5 Mo5 V4 Mo6 ),促进了催化剂中电子和O物种的传递,使催化剂的低温可还原性增强,催化活性提高.Mo组分有利于形成L酸位,而V组分有利于形成B酸位.这可能是丙烯醛选择性随Mo/V比增大而逐渐提高的原因之一.当Mo/V摩尔比为6时,催化剂具有最高的丙烯醛收率(9.7%).     

改性二氧化钛负载贵金属Ru催化剂催化降解苯胺溶液（英文）

苯胺类废水污染物具有结构复杂、浓度高、不易生物降解、生物毒性大等特点,传统的苯胺降解措施存在着许多弊端,很难达到排放标准.催化湿法氧化技术(CWAO)主要针对降解高浓度难降解的有机废水,表现出降解效率高、反应时间短、对生物毒性物质的废水降解效果良好等优点,越来越受到人们的重视.但催化剂在使用过程中,需要在高温高压下进行,且有机物降解产生了有机酸,使得催化剂的活性组分流失和载体的物理化学性质发生变化,导致其催化活性下降.因此,需要开发出一种降解活性高,性能稳定的催化剂成为此技术在工业中广泛应用的关键.本文采用溶胶凝胶法对二氧化钛进行改性,制备了Ti_(0.9)Zr_(0.1)O_2和Ti_(0.9)Ce_(0.1)O_2载体,采用过量浸渍法将三氯化钌负载到载体表面制备了2%Ru/Ti_(0.9)Zr_(0.1)O_2和2%Ru/Ti_(0.9)Ce_(0.1)O_2催化剂.在高温高压反应条件下,以苯胺为催化湿法氧化污染物,对不同催化剂湿法降解苯胺进行比较研究,系统地探究了催化降解的反应温度和反应压力对苯胺降解的影响.此外,利用HPLC-MS鉴定出催化降解产生的中间产物,确定了催化降解的反应路径图.在改性的催化剂中,2%Ru/Ti_(0.9)Zr_(0.1)O_2催化剂表现出最高的催化降解活性和稳定性.在初始苯胺浓度4 g/L,催化剂浓度4 g/L,反应温度180°C,O_2压力1.5 MPa下,反应时间5 h后,苯胺完全转化,COD转化率达88.3%.并且催化剂进行三次循环试验后,苯胺转化率仍接近100%.X射线衍射和N2物理吸附结果表明,Ce,Zr掺杂到TiO_2晶格中形成了共溶体,其晶格尺寸更小,比表面积和孔体积更大.负载贵金属后,并未出现其他晶相,说明贵金属均匀分散在载体表面.透射电镜结果表明,贵金属负载在改性TiO_2上表现出较好的分散性和较小的颗粒尺寸,为催化降解苯胺提供更多的催化活性位点,而Ru/TiO_2催化剂表面,贵金属发生团聚现象且颗粒尺寸大.X射线光电子能谱结果表明,Ce,Zr的掺杂使得TiO_2表面活性氧和四价Ru的含量增加,更多的表面活性氧成为催化降解苯胺的直接原因.H_2程序升温还原结果表明,在300-400oC处还原峰对应于催化剂载体晶格氧的还原,改性后,其还原峰增至2倍,即使在贫氧环境下,改性催化剂可以及时从载体中释放晶格氧,为催化降解苯胺提供更多的活性氧.     

纳米碳管负载金属镍催化叶绿素加氢反应

用等体积浸渍法制备了纳米碳管负载金属镍催化剂，采用电镜(TEM）、红外光谱（IR）对催化剂的形貌、结构进行了表征.并考察了常温常压下不同Ni负载量的催化剂对叶绿素加氢反应的性能.结果表明，纳米碳管负载镍催化剂在催化反应过程中保持高分散态，不会发生团聚.而经过硝酸氧化后的纳米碳管负载镍催化剂在催化反应中表现出高的活性.当Ni负载量为7％时，催化活性最好，叶绿素分子开环生成各种小分子.     

M/Al2O3-CeO2（M=Pt-Ru，Ru，Pt）催化剂在甲胺催化湿式氧化中的活性与选择性

采用浸渍法制备了M/Al₂O₃-CeO₂（M=Pt-Ru,Ru,Pt）催化剂,并将其用于甲胺的催化湿式氧化反应（CWAO）.结果表明,Pt-Ru/Al₂O₃-CeO₂具有最佳活性和选择性.运用程序升温还原、X射线光电子能谱、X射线衍射、透射电子显微镜、N₂吸附和CO化学吸附等技术对催化剂的物化性质进行了表征.Pt组分的引入可有效提高双金属催化剂活性组分的分散度,从而明显提高了其催化性能.升降温过程中总有机碳（TOC）转化率与N₂选择性迟滞效应表明,甲胺CWAO遵循化学吸附-脱附机理.     

载体酸性对Mo/HZSM-5-Al2O3催化剂上烯烃歧化反应性能的影响

在固定床反应器上考察了Mo/HZSM-5-Al2O3催化剂上乙烯与2-丁烯歧化制丙烯反应的性能.结合X射线衍射、NH3程序升温脱附、吡啶吸附红外光谱、H2程序升温还原和程序升温氧化等表征结果发现,载体酸性的差异导致催化剂酸性和 Mo物种落位方式不同.载体酸性较强时,催化剂积炭严重,反应稳定性差;载体酸性较弱时,Mo物种...     

Co/Bi催化剂催化湿法氧化降解垃圾渗滤液中的氨氮

采用催化湿法氧化(CWAO)技术,以Co/Bi为催化剂,对垃圾渗滤液中氨氮(NH₃-N)进行降解处理,并利用GC-MS检测了垃圾渗滤液中含氮有机物的相对含量.结果表明,随着反应温度的升高,CWAO对NH₃-N的降解能力逐渐增强,在220,240,260和280℃条件下,NH₃-N降解规律符合一级动力学反应(r>0.93,n=6).在升温过程(20～300℃)中,NH₃-N浓度变化经历了先升后降两个阶段,并在220℃时达到最大值.GC-MS检测结果表明,在第一阶段,垃圾渗滤液中几种含氮有机物因催化氧化而生成NH₃-N;第二阶段,NH₃-N逐渐被氧化降解,达到了CWAO技术同时降解有机物和NH₃-N的目的.同时,选取垃圾渗滤液中一种含氮有机物2-巯基苯并噻唑进行含氮有机物氮降解机理的验证实验.     

层状粘土负载的金催化剂制备及其常温催化氧化活性

为了研究粘土的性质对其负载的金催化剂在CO常温氧化反应中的催化活性的影响,将金溶胶分别负载到类水滑石(LDHs)和经过壳聚糖改性的蒙脱石(CS-MMT)表面,得到纳米金颗粒呈高度分散状态的金催化剂样品.通过XRD、XRF、TEM、XPS等手段表征了金催化剂样品的物相、金的含量、金颗粒的粒径分布及金的存在价态,测试了催化剂样品对CO的常温转化率.结果表明:Au0是粘土负载的金催化剂对CO常温氧化反应的主要活性物种,碱性载体LDHs负载的金催化剂样品1.83%Au/Mg Al-CO32--LDHs表面只检测到Au0,金颗粒的平均粒径为2.6 nm,对CO的常温转化率能够达到100%,而酸性载体CS-MMT负载的金催化剂样品1.71%Au/CS-MMT表面同时存在氧化态和金属态的金,且Auδ+/Au0=1.1,金颗粒的平均粒径为2.1 nm,对CO的常温转化率仅为25%.     

丙烷选择氧化催化剂Mo-V-Zr-O的研究

研究了Zr添加量对Mo-V-O基催化剂丙烷选择氧化制丙烯醛催化性能的影响.对催化剂的BET、X射线衍射、H2-程序升温还原、NH3-程序升温脱附和异丙醇分解表征结果表明,Zr的添加改变了催化剂的物相结构、氧化还原性和酸碱性质,从而影响催化剂的催化性能,其中Mo2VZr0.5Ox催化剂表现出较好的催化活性和丙烯醛选择性.     

SnO2的制备及催化臭氧氧化活性

采用沉淀法制备了SnO2催化剂,以SnO2催化臭氧氧化降解糖蜜酒精废水脱色为探针反应,对催化剂的活性进行了评价.采用X射线衍射、红外光谱及热分析(TG-DSC)等技术对催化剂进行表征,研究了沉淀剂及焙烧温度等制备参数对SnO2催化臭氧氧化活性的影响.结果表明,SnO2催化剂对臭氧氧化降解糖蜜酒精废水脱色具有较高的催化活性,反应60 min后,糖蜜酒精废水的脱色率从单独臭氧氧化的43.04%提高到60.24%.沉淀剂对SnO2催化剂的活性影响很大,其中以氨水为沉淀剂制备的SnO2催化剂去羟基化反应程度高,所制得的催化剂活性最大.催化剂适宜的焙烧温度为723 K.SnO2吸附吡啶的红外光谱表明,催化剂表面存在L酸中心.臭氧在SnO2表面吸附的红外光谱表明,通过臭氧的末端氧原子与表面羟基及L酸中心成键,生成的活性氧可氧化降解糖蜜酒精废水.     

纳米碳管负载金属镍催化叶绿素加氯反应

用等体积浸渍法制备了纳米碳管负载金属镍催化剂，采用电镜（TEM）、红外光谱（IR）对催化剂的形貌、结构进行了表征，并考察了常温常压下不同Ni负载量的催化剂对叶绿素加氢反应的性能。结果表明，纳米碳管负载镍催化剂在催化反应过程中保持高分散态，不会发生团聚，而经过硝酸氧化后的纳米碳管负载镍催化剂在催化反应中表现出高的活性，当Ni负载量为7％时，催化活性最好，叶绿素分子开环生成各种小分子。     

偶氮染料吸附和光催化氧化动力学

以甲基橙和酸性大红两种偶氮染料为模拟污染有机物,对它们的暗吸附和光催化氧化行为进行研究.实验结果表明,两种偶氮染料的吸附受溶液酸碱度影响很大,酸性（pH=3）条件下,两种染料吸附量都很大,酸性大红吸附量更大；近中性（pH≈6）时两种染料的吸附显著减少；碱性（pH=9）条件下两种染料不发生吸附.光催化反应结果显示,碱性条件或酸性条件下两种染料降解速度都很快.说明在不同酸碱度条件下,光催化反应按不同机理进行.酸性条件下,反应在催化剂表面进行,在碱性介质中,光催化氧化在溶液中进行.提出了一个碱性条件下的动力学方程,经过进一步简化,可以得到表观一级方程,形式上和准一级L-H方程十分相似,但其含义不同.     

湿式催化氧化处理含高浓度甲醛的草甘膦废水

草甘膦结晶母液经蒸发或纳滤浓缩回收后,产生大量含有高浓度甲醛的废水,常规的废水处理方法难以达到回用或排放要求.以过量溶液浸渍法制备的Pt-Bi-CeO2/AC为催化剂,采用湿式催化氧化法处理2.5%的HCHO溶液,HCHO去除率高达99.9%以上,COD去除率达到96.6%.采用Pt-Bi-CeO2/AC催化剂对含低浓度草甘膦(PMG,50 mg/L)的生产废水直接进行湿式催化氧化处理,催化剂使用23次后,HCHO去除率稳定在85%左右,COD去除率稳定在87%左右,催化剂具有良好的稳定性.湿式催化氧化处理后的废水可直接回用于PMG生产.采用固定床湿式催化氧化装置处理HCHO溶液以及PMG生产废水,处理效果也非常理想,连续使用720 h,催化剂的稳定性能良好.通过XRD、N2吸附-脱附、HRTEM、ICP-OES和XPS等分析手段对催化剂进行了系统表征.     

Mo对非晶态合金Ni-B/薄水铝石催化剂上噻吩加氢脱硫性能的影响

采用浸渍-化学还原法制备了一系列不同Mo含量的Ni-Mo-B/薄水铝石非晶态合金催化剂样品.以噻吩加氢脱硫为探针反应,考察了样品的催化性能,并采用X射线衍射、差示扫描量热法、电感耦合等离子体发射光谱、程序升温还原、程序升温脱附、X射线光电子能谱和透射电镜等技术对样品进行了表征.结果表明,Mo的添加促进了Ni活性物种的分散,提高了催化剂的热稳定性,降低了催化剂的还原温度;同时,催化剂的吸氢强度减弱,酸性增强,从而显著提高了催化剂活性.当催化剂中Mo/Ni质量比为12%时活性最高,于220oC反应时,噻吩转化率达到73.9%.     

Ce_xMn_(1-x)O_2复合氧化物的制备及催化湿式氧化降解高浓度有机酸的应用

利用水热法制备CeO_2和一系列不同Ce/Mn原子比的Ce_xMn_(1-x)O_2复合氧化物的纳米球,对其进行XRD、XPS、SEM、H_2-TPR和N_2吸附-脱附的表征,并通过催化湿式氧化降解丁酸对催化活性进行测试,结果表明Ce_(0.2)Mn_(0.8)O_2对丁酸的降解呈现出优异的催化性能.该催化剂对高浓度的醋酸、丁酸以及两者混合酸的降解也具有高的催化活性,在185℃、0.9 MPa O_2条件下反应2 h,醋酸、丁酸以及两者混合酸COD(化学需氧量)的去除率分别高达89.8%、99.5%和99.4%.最后,对该催化剂催化湿式氧化降解丁酸、醋酸以及丁酸和醋酸的混合酸进行了动力学和稳定性方面的研究.     

Co、Mo掺杂对Ni／ZnO—ZrO2催化剂催化噻吩加氢脱硫性能的影响

采用固相合成法制备了ZnO—ZrO2载体,并采用浸渍法制备了镍基催化剂,以噻吩加氢脱硫反应为探针考察了Co、Mo的掺杂对Ni／ZnO—ZrO2催化性能的影响．采用NH,吸附红外光谱（IR）、程序升温脱附（TPD）、程序升温还原（TPR）、X射线衍射（XRD）等技术对催化剂进行了表征．研究结果表明,ZnO－ZrO2复合载体对噻吩加氢脱硫反应有一定的活性,反应温度为400℃时噻吩转化率为6．4％;Co的加入提高了Ni／ZnO-ZrO2的催化活性,噻吩转化率可达97．3％;相反,Mo的掺杂则降低了Ni／ZnO—ZrO2的催化活性,噻吩转化率为65．0％．这是由于Co的掺杂使活性组分Ni分散度提高,氧化态的Ni变得容易还原,在同样的还原条件下催化剂表面有更多的活性中心;而Mo掺杂则使Ni／ZnO—ZrO2催化剂中氧化态的Ni变得难以还原,部分以NiO形式存在,活性中心数量减少．三种催化剂表面均存在L酸中心,Co掺杂使Ni／ZnO-ZrO2催化剂表面弱酸中心和中等强度酸中心的强度及数量均增大．No掺杂则减弱了催化剂表面弱酸中心和中强酸中心的强度．对其酸量则影响不大．     

Ru/Mn-Ce/TiO2催化剂催化湿式氧化丁二酸的反应活性和动力学研究

在二氧化钛载体中通过掺杂Ru，Mn，Ce制备了一系列用于催化湿式氧化的催化剂，利用XRD，TEM，BET等手段对催化剂进行了表征．在反应温度T=210～270℃，氧分压Po2=2．1MPa条件下，在间歇式高压反应釜中对丁二酸进行了降解实验．催化剂在反应中有很高的催化活性．催化剂在30min内对丁二酸降解的COD去除率为54．4～98．3％．Ru及Mn，Ce的氧化物对催化活性都有促进作用．建立了丁二酸催化湿式氧化的一级分段动力学模型．基于COD的一段及二段反应的活化能分别为43．74kJ／mol和54．28kJ／mol．