锰掺杂六铝酸镧催化剂上甲苯催化燃烧净化研究

采用共沉淀法制备了系列锰掺杂六铝酸镧LaMn_xAl_12-xO₁₉催化剂。XRD表征发现,只有在锰掺杂量为2.0～2.5时,经1200 ℃焙烧处理得到的催化剂中才有完整的六铝酸盐晶相。由UV-vis漫反射、H₂-TPR和BET比表面积分析表明,掺杂的锰离子主要以Mn³⁺形式取代六铝酸盐八面体位置的Al;同时随锰掺杂量增多,催化剂中Mn³⁺/Mn²⁺比例变大,而比表面积却相应减小。O₂-TPD表征也进一步发现,随锰掺杂量增多,催化剂上化学吸附晶格氧量增加,而物理吸附氧分子量减少。在甲苯催化燃烧净化反应中,锰掺杂六铝酸镧催化剂表现出良好的低温催化活性,且锰掺杂量为2.0～2.5时活性最优。推测该反应是遵循Mars-van Krevelen机理,由Mn³⁺和Mn²⁺的协同作用共同促进晶格氧的流动性。     

La取代Ba对Ba1-xLaxMn3Al9O19-α催化剂结构及甲烷催化燃烧性能的影响

采用以尿素水解为基础的水热合成法制备了La和Mn取代的六铝酸盐催化剂(Ba1-xLaxMn3Al9O19-α).在Mn含量达到阈值时,研究了不同量的La取代Ba对Ba1-xLaxMn3Al9O19-α的相组成、结构、热稳定性及甲烷催化燃烧活性的影响.当x≥0.4时,水热合成过程中生成的La2(CO3)3在530-580℃分解,800-900℃时与-γAl2O3反应生成LaAlO3钙钛矿相,可抑制由BaCO3分解而生成的Ba2+的固相扩散,从而阻止了BaAl2O4尖晶石相的生成,使Ba2+在固相中保持较高的分散性,促进了六铝酸盐(-βAl2O3)相的形成.当x<0.4时,BaAl2O4尖晶石相的存在引起催化剂比表面积和催化燃烧活性的降低.La3+取代Ba2+后,六铝酸盐结构发生一定程度的扭变.这种扭变越大,所形成的六铝酸盐催化剂的热稳定性越差.Ba1-xLaxMn3Al9O19-α催化剂的甲烷催化燃烧活性随x的增大而增加,x=0.8时催化剂的活性最佳.     

CeO2/BaMnAl11O19-α催化剂制备及甲烷催化燃烧研究

采用反相微乳液法制备了BaMAl11O19-α (M=Mn, Co, Ce)催化剂,研究了M对催化剂相组成、比表面积和甲烷催化燃烧活性的影响.Mn促进六铝酸盐的形成,Mn基催化剂比表面积虽低,甲烷燃烧活性却较高.Ce 基催化剂的热稳定性高,比表面积大幅度增加,但甲烷催化燃烧活性比Mn基催化剂低.Ce和Mn的共同作用使CeO2/BaMnAl11O19-α催化剂不仅比表面积较大,而且具有较高的甲烷燃烧活性.在100 h连续试验中,CeO2/BaMnAl11O19-α催化剂活性稳定,有望成为催化热汽轮机燃烧器的潜在催化剂之一.     

CeO2／BaMnAl11O19-a催化剂制备及甲烷催化燃烧研究

采用反相微乳液法制备了BaMAl11O19-a(M=Mn，Co，Ce)催化剂，研究了M对催化剂相组成、比表面积和甲烷催化燃烧活性的影响．Mn促进六铝酸盐的形成，Mn基催化剂比表面积虽低，甲烷燃烧活性却较高．Ce基催化剂的热稳定性高，比表面积大幅度增加，但甲烷催化燃烧活性比Mn基催化剂低．Ce和Mn的共同作用使CeO2／BaMnAlO19-a催化剂不仅比表面积较大，而且具有较高的甲烷燃烧活性．在100h连续试验中，CeO2／BaMnAl11O19-a催化剂活性稳定，有望成为催化热汽轮机燃烧器的潜在催化剂之一．     

反相微乳液法制备LaMnAl11O19-α甲烷燃烧催化剂

 在反相微乳液中以碳酸铵共沉淀法制备了LaMnAl11O19-α 甲烷燃烧催化剂,比较了反相微乳液法与普通碳酸铵共沉淀法对催化剂相结构、比表面积、孔结构及其催化甲烷燃烧性能的影响. 结果表明,反相微乳液法制备的催化剂前驱体平均粒径为2.3 nm,而普通碳酸铵共沉淀法得到的催化剂前驱体平均粒径为30.1 nm. 在乙醇超临界干燥阶段,反相微乳液法制备的催化剂前驱体较容易发生铝羟基分子间脱水,形成较为丰富的孔,保持了各组分分布的均匀性,从而促进了六铝酸盐的形成,所得样品具有较大的比表面积和较高的催化甲烷燃烧的活性.     

超声改性的CuO/Al2O3-MgO催化剂结构 及其超低浓度甲烷催化燃烧性能

采用普通浸渍和超声改性的方法分别制备了CuO/Al₂O₃-MgO催化剂,用于超低浓度甲烷的催化燃烧,并利用SEM、XRD、XPS、H₂-TPR等技术对催化剂进行表征,研究了超声改性作用对催化剂的结构和性能的影响.结果表明,与普通浸渍法制备的催化剂相比,在超声改性的CuO/Al₂O₃-MgO催化剂上,甲烷的转化率得到提高,燃烧特征温度降低.随着超声时间的延长和超声功率的增加,催化剂的催化活性均呈现先增大后减小的趋势;催化剂制备的最佳超声工况为功率150 W、时间20 min.超声改性可使催化剂的比表面积和孔容积增大,表面催化活性较高的Cu⁺浓度增加,活性组分CuO由晶相向非晶相转变、分散度增大,晶粒粒径变小、分布更均匀;这使得甲烷催化燃烧的表观活化能下降、催化剂活性得到增强.     

制备方法对锰Mn掺杂钾六铝酸盐催化剂催化甲烷燃烧性能的影响

以甲烷催化燃烧为目标反应,通过共沉淀法、溶胶凝胶法和反相微乳液法制备了Mn掺杂六铝酸盐催化剂,用XRD和TG-DTA技术对催化剂进行了物理性能表征,通过BET模型计算了其比表面积。结果说明3种方法所制备催化剂经1 200℃焙烧4h后均可以形成完整的六铝酸盐晶型,同时都具有高的催化性能和高温稳定性,其中反相微乳液法制备的K2MnAl11O19催化剂具有较高的比表面积和甲烷催化燃烧活性,起燃温度T10%为458℃,至676℃甲烷完全转化。     

Mn2+在铝酸盐中的发光

用金属硝酸盐、稀土氧化物和乙酸锰为原料,用燃烧法合成了Ce³⁺、Tb³⁺、Mn²⁺共激活的铝酸盐绿色荧光粉,在Ce³⁺和Tb³⁺共激活的铝酸盐体系中掺入Mn²⁺后,发射峰中出现锰的特征峰.通过对其结构的分析,对Mn²⁺发光和最佳掺杂量给出了合理的解释.同时研究了不同碱金属和碱土金属离子代替Mg²⁺时,对Mn²⁺发光的影响.     

在类棒状铜锰复合氧化物上甲苯的催化燃烧活性及其失活

大气中的甲苯等挥发性有机物对环境和人体健康具有很大的危害。催化燃烧法是去除大气中挥发性有机物的一种有效方法。本文利用共沉淀法制备的铜锰复合金属氧化物经氢氧化钠水热处理后,获得了高比表面积的类棒状铜锰复合氧化物材料,并考察了其对甲苯的催化燃烧的活性和失活原因。研究表明,样品的后处理温度对甲苯催化燃烧活性影响很大,经500 ℃焙烧的样品比表面积高达221 m²·g^-1,在210 ℃可以实现甲苯的完全燃烧,其催化活性与贵金属催化剂Pd相当。所研制的类棒状铜锰复合氧化物在250 ℃时,运行60 h后甲苯转化率从最初的100%降至83%,通过对新鲜催化剂和反应后催化剂进行X射线光电子能谱分析(XPS)和氢气程序升温还原(H₂-TPR)的分析,发现失活后样品上Mn⁴⁺和Mn³⁺的含量分别由40.4%、55.0%降为29.9%、50.0%,同时Mn²⁺的含量分别由4.60%升高为20.6%,表面氧由34.8%降低到29.2%,表明催化剂的活性位与表面氧和高价态的锰密切相关;另一方面,失活后样品的H₂-TPR上氧化铜的还原峰温度从248 ℃上升至268 ℃,氧化锰的还原峰从311 ℃上升至333 ℃,表明该高活性催化剂的失活可能与其随着反应的进行变得更难还原相关。本研究结果将有助于在大气污染控制中,进一步设计出高活性高稳定性净化大气中挥发性有机物的低温催化燃烧催化剂。     

Ce1-xMnxO2表面性质对催化CO2和甲醇直接合成DMC反应活性的影响

通过共沉淀法制备了一系列Mn掺杂量不同的Ce_1-xMn_xO₂催化剂, 并将其用于催化CO₂和甲醇直接合成碳酸二甲酯(DMC). 通过X射线衍射(XRD)、 氮气吸附-脱附、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线光电子能谱(XPS)和程序升温脱附(TPD)等手段研究了Ce_1-xMn_xO₂表面性质对催化CO₂和甲醇直接合成DMC反应活性的影响. 结果表明, Mn离子进入CeO₂晶格中形成固溶体, 随着Mn掺杂量增加, 催化剂表面弱酸碱位数量逐渐降低, 中强酸碱和强酸碱位数量增加, 催化剂表面氧空位含量呈先增加后减少的变化趋势, 当Mn掺杂量较少时, 催化剂表面Mn²⁺比例较高, 有利于Ce⁴⁺+Mn²⁺→Ce³⁺+Mn³⁺反应的进行, 促进催化剂表面氧空位生成; 进一步提高Mn掺杂量时, 催化剂表面Mn⁴⁺比例提高, 有利于Ce³⁺+Mn⁴⁺→Ce⁴⁺+Mn³⁺反应的进行, 导致催化剂表面氧空位含量减少. 研究发现Ce_1-xMn_xO₂催化剂活性与表面氧空位含量线性相关.     

La促进型六铝酸盐Ba1－xLaxFeAl11O19－δ催化甲烷燃烧性能

用碳酸铵水溶液共沉淀法制备了系列Ba_1－xLa_xFeAl₁₁O_19－δ六铝酸盐型催化剂,并以甲烷燃烧为探针反应考察催化剂的催化活性.La部分取代Ba提高了催化剂的催化甲烷燃烧活性,且随La取代量的增加,催化剂的起燃温度呈规律性变化,镧、钡之间存在最佳配比,活性最好的催化剂为Ba_0.2La_0.8FeAl₁₁O_19－δ,其催化甲烷燃烧的起燃温度仅有495 ℃（V_CH4:V_O2:V_N2=1:4:95）.XRD和SEM结果表明,不同含量镧掺杂的材料经1 200 ℃焙烧5 h后，呈现典型的六铝酸盐结构特征；不同温度的焙烧实验表明掺杂镧能够促进六铝酸盐相的形成.Diffuse UV-Vis表征表明催化剂中的铁呈＋3价,Diffuse UV-Vis, TPR和FT-IR结果表明Ba、La、Fe之间存在协同作用.     

Preparation of heat-resistant BaAl12O19 combustion catalyst by solid-state reaction combined with sub-micron grinding

Heat-resistant barium hexaaluminate combustion catalyst was prepared by a conventional solid-state reaction combined with sub-micron grinding. The barium hexaaluminate thus prepared retained almost the same high surface area at high temperatures as the one prepared by the alkoxide method, exhibiting high activity in the catalytic combustion of methane.     

Effect of Drying Methods on the Structure and Combustion Activity of Mn—Substituted Hexaaluminate Catalysts

Conventional oven drying (COD) and supercritical drying (SCD) methods were applied to the preparation of Mn-substituted hexaaluminate (BaMnA111O19-α) catalysts. The effect of drying methods on phase composition, specific surface area, pore structure, reduction behavior of Mn^3 ions, and combus-tion activity of the samples was investigated. The homogenous mixing of the components in the sol-gel process could be maintained by SCD, and the hexaaluminate phase was almost the only phase of the resulting materials after calcination. H2-TPR revealed that the Mn^3 ions in the sample obtained by SCD were easier to be reduced than that by COD. Moreover, the samples obtained by SCD have higher surface area, narrower pore size distribution, and higher combustion activity than those obtained by COD.     

La0.8Sr0.2FeMn1.5Al9.5O19-δ六铝酸盐气溶胶催化剂的催化性能

采用共沉淀-超临界干燥法制备了混合取代型La0.8Sr0.2FeMn1.5Al9.5O19-δ(LSFMAO)六铝酸盐气溶胶甲烷燃烧催化剂, 并采用XRD、BET、SEM、TPR等技术研究了超临界干燥和高温焙烧对材料结构和催化性能的影响. 超临界干燥处理的前驱物经1200 ℃焙烧后, 得到磁铅石型六铝酸盐气溶胶, 其具有较高的比表面积(16 m2·g-1)和甲烷燃烧活性; 然而高温(1300-1400 ℃)老化导致该六铝酸盐严重烧结, 比表面积和催化活性急剧下降. 研究结果表明, 对一定温度范围内(≤1200 ℃)焙烧的六铝酸盐催化剂, 超临界干燥法有助于改善其热稳定性和催化活性, 但高温(>1200 ℃)老化后, 催化剂的抗热烧结和催化性能主要由材料的组成和固有结构性质决定.     

Mn离子掺杂对K2MnxAl12-xO19-δ催化剂结构及其甲烷燃烧性能的影响

采用反相微乳液-金属醇盐水解法制备了K作为镜面阳离子,锰离子作为活性组分的一系列六铝酸盐催化剂K₂Mn_xAl_12-xO_19-δ(x=0、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0) 。通过X射线衍射、差热 热重和程序升温还原等实验技术及甲烷燃烧,对催化剂的结构和性质进行了考察。主要考察了不同Mn离子的掺杂量对催化剂结构及对甲烷催化燃烧活性的影响。结果表明,K作为镜面阳离子,不但可以形成完整的六铝酸盐,而且所制备的催化剂具有较高的催化活性。不同的Mn离子掺杂对于催化剂的特性有较大的影响。当Mn的掺杂量在六铝酸盐K₂Mn_xAl_12-xO_19-δ结构式中为x=1时,制备的催化剂K₂MnAl₁₁O_19-δ具有较高的催化活性,起燃温度Tl0%为458℃,至676℃甲烷完全转化,Mn掺杂量增多导致晶体结构中出现钙钛矿杂质。     

超临界干燥方法对甲烷燃烧催化剂LaMnAl11O19结构及活性的影响

 摘要：用水热合成法制备了锰取代的六铝酸盐催化剂，并比较了超临界干燥法和普通烘箱干燥法对催化剂结构及甲烷燃烧反应活性的影响．DTA－MS结果表明，超临界干燥过程中，催化剂前驱物中的表面铝羟基部分被乙氧基取代．这种表面修饰作用可保持铝分散的均匀性，使催化剂前驱物中碳酸锰和碳酸镧的分解温度明显降低，且氢氧化铝的脱水温度维持在较适宜的范围内；焙烧后，易形成六铝酸盐相．甲烷燃烧反应结果表明，用超临界干燥方法制得的催化剂对甲烷燃烧反应的催化活性明显高于用普通烘箱干燥方法制得的催化剂．     

钴系尖晶石型复合氧化物的甲烷催化燃烧性能研究

采用共沉淀法合成了钴系尖晶石型Co0.5 M0.5 Co2O4(M=Mg、Zn、Ce)复合氧化物催化剂,考察了其对甲烷催化燃烧反应的催化活性,并运用FT-IR、XRD、BET及H2-TPR等技术对催化剂进行了表征.实验结果表明,Co0.5 Ce0.5 Co2 O4催化剂有较高的催化活性,与CoO. 5Mg0.5 Co2 O4和Co0.5Zn0.5Co2 O4催化剂相比,Co0.5 Ce0.5Co2 O4催化剂有较高的晶格畸变率、较大的比表面积和孔容、较小的晶粒度、较强的氧活动性和较低的甲烷催化燃烧表观活化能.