负载型V_2O_5/TiO_2催化剂表面分散状态和性质对氨选择性催化还原NO性能的影响(英文)

采用多种物理化学手段研究了不同负载量V2O5/TiO2催化剂的VOx物种分散状态、表面酸性、可还原性及其选择性催化还原(SCR)NO性能.结果表明,V2O5在锐钛矿TiO2表面的实测单层分散容量约为1.14mmol V/100m2TiO2,与"嵌入模型"的估算值相符,表明分散态的钒离子应键合在TiO2表面的八面体空位上.随着V2O5负载量的增加,V2O5/TiO2催化剂上NO转化频率(TOF)先急剧增加,至0.70mmol V/100m2TiO2(略超过分散容量的一半)时达到极大(约8.3×10-3s-1),然后又急剧下降;同时,孤立VOx物种可能倾向于分散在相邻的八面体空位上,且通过V-O-V化学键相连形成聚合的VOx物种,V-O-V键所占比例增加而V-O-Ti键所占比例减小,催化剂表面单位钒离子的Brnsted酸中心量增加,故催化剂的TOF急剧增加.随着负载量进一步增加,虽然催化剂表面单位钒离子的Brnsted酸中心量仍缓慢增加,但V-O-Ti键所占比例减少,导致钒离子的可还原性下降,另外,分散容量以上时晶相V2O5的形成也导致钒离子表面利用率下降,从而导致催化剂的TOF下降.桥式Brnsted酸位(V-O(H)-V)也是SCR反应活性中心之一,不同负载量V2O5/TiO2催化剂上SCR活性与表面VOx物种的分散状态、表面酸性和钒离子可还原性密切相关.     

负载型V2O5/TiO2催化剂表面分散状态和性质对氨选择性催化还原NO性能的影响（英文）

采用多种物理化学手段研究了不同负载量V2O5/TiO2催化剂的VOx物种分散状态、表面酸性、可还原性及其选择性催化还原(SCR)NO性能.结果表明,V2O5在锐钛矿TiO2表面的实测单层分散容量约为1.14mmol V/100m2TiO2,与"嵌入模型"的估算值相符,表明分散态的钒离子应键合在TiO2表面的八面体空位上.随着V2O5负载量的增加,V2O5/TiO2催化剂上NO转化频率(TOF)先急剧增加,至0.70mmol V/100m2TiO2(略超过分散容量的一半)时达到极大(约8.3×10-3s-1),然后又急剧下降;同时,孤立VOx物种可能倾向于分散在相邻的八面体空位上,且通过V-O-V化学键相连形成聚合的VOx物种,V-O-V键所占比例增加而V-O-Ti键所占比例减小,催化剂表面单位钒离子的Brnsted酸中心量增加,故催化剂的TOF急剧增加.随着负载量进一步增加,虽然催化剂表面单位钒离子的Brnsted酸中心量仍缓慢增加,但V-O-Ti键所占比例减少,导致钒离子的可还原性下降,另外,分散容量以上时晶相V2O5的形成也导致钒离子表面利用率下降,从而导致催化剂的TOF下降.桥式Brnsted酸位(V-O(H)-V)也是SCR反应活性中心之一,不同负载量V2O5/TiO2催化剂上SCR活性与表面VOx物种的分散状态、表面酸性和钒离子可还原性密切相关.     

V_2O_5/CeO_2催化剂上甲醇氧化一步法合成二甲氧基甲烷

采用溶胶-凝胶法制备了V2O5/CeO2催化剂,并用于甲醇氧化一步法合成二甲氧基甲烷(DMM)反应中.考察了V2O5含量对钒氧化物的存在状态、催化剂表面酸性、氧化-还原性及其催化甲醇氧化反应性能的影响.结果表明,V2O5含量为15%时钒氧化物呈单层分散,小于15%时以孤立或聚合态存在,大于20%时出现V2O5晶体,达到30%时出现CeVO4.当V2O5含量为15%时,较高的钒氧化物分散度使催化剂具有较强的氧化还原能力和较多的酸性中心,从而使催化剂具有较高的活性和DMM选择性.     

V2O5/MO-Al2O3（M = Mg，Ca，Sr，Ba）催化剂用于正丁烷催化氧化脱氢反应

采用浸渍法制备了不同V2O5担载量的V2O5/MO-Al2O3(M = Mg, Ca, Sr, Ba)催化剂,钒物种的前驱体为偏钒酸铵.对制备的催化剂进行了一系列表征,并对催化剂上正丁烷选择性氧化脱氢制取丁烯进行了反应研究.表征结果(包括比表面积、X射线衍射、傅里叶红外光谱、氢气程序升温还原和拉曼光谱)显示,不同碱土金属元素掺杂的催化剂显示不同的钒价态信息和催化性能.其中掺杂Ca, Sr, Ba的催化剂,正钒酸盐相很难被还原,因此催化剂的氧化还原循环难以建立,导致以上三种催化剂在正丁烷氧化脱氢反应中活性较低.然而, Mg掺杂的催化剂却显示出较高的催化活性和选择性.实验结果表明：在Mg掺杂的载体上担载5% V2O5的催化剂上600°C时可获得高达30.3%的正丁烷转化率和64.3%的烯烃总选择性.这与V2O5担载量为5%时,在获得高度分散的钒氧化合物物种时可使MgO晶相稳定存在密切相关.     

TiO2和ZrO2担载的钒氧化物对柴油炭黑催化燃烧的原位紫外激光拉曼光谱研究

利用紫外激光拉曼（UV-Raman）光谱表征了担载TiO2或ZrO2表面的钒氧化物催化剂的分子结构,采用原位UV—Raman光谱考察了V4/TiO2和V4/ZrO2催化剂对柴油炭黑催化燃烧的真实反应状态．结果表明：随着反应温度的升高,TiO2发生了从锐钛矿相到金红石相的晶相转移;然而,ZrO2载体没有观察到明显的相转移过程发生．担载钒氧化物的结构也与钒的载量有关,当钒的载量m（m是每100个载体金属离子中所含的钒离子数）等于4时,钒氧化物在TiO2或ZrO2载体上达到了单层饱和分散,此时催化剂的氧化还原能力最强．所以,在TiO2或ZrO2担载的钒氧化物催化剂中,V4／TiO2和V4／ZrO2是各自系列催化剂中对炭黑燃烧活性最高的催化剂．在炭黑的催化燃烧过程中,原位UV—Raman光谱检测到表面含氧络合物（SOC）的形成,而且SOC主要以羧基功能团的形态存在．反应气体中NO的存在能够促进SOC的生成．     

V_2O_5/MO-Al_2O_3(M=Mg,Ca,Sr,Ba)催化剂用于正丁烷催化氧化脱氢反应（英文）

采用浸渍法制备了不同V2O5担载量的V2O5/MO-Al2O3(M=Mg,Ca,Sr,Ba)催化剂,钒物种的前驱体为偏钒酸铵.对制备的催化剂进行了一系列表征,并对催化剂上正丁烷选择性氧化脱氢制取丁烯进行了反应研究.表征结果(包括比表面积、X射线衍射、傅里叶红外光谱、氢气程序升温还原和拉曼光谱)显示,不同碱土金属元素掺杂的催化剂显示不同的钒价态信息和催化性能.其中掺杂Ca,Sr,Ba的催化剂,正钒酸盐相很难被还原,因此催化剂的氧化还原循环难以建立,导致以上三种催化剂在正丁烷氧化脱氢反应中活性较低.然而,Mg掺杂的催化剂却显示出较高的催化活性和选择性.实验结果表明:在Mg掺杂的载体上担载5%V2O5的催化剂上600°C时可获得高达30.3%的正丁烷转化率和64.3%的烯烃总选择性.这与V2O5担载量为5%时,在获得高度分散的钒氧化合物物种时可使MgO晶相稳定存在密切相关.     

TiO_2和ZrO_2担载的钒氧化物对柴油炭黑催化燃烧的原位紫外激光拉曼光谱研究

利用紫外激光拉曼(UV-Raman)光谱表征了担载TiO2或ZrO2表面的钒氧化物催化剂的分子结构,采用原位UV-Raman光谱考察了V4/TiO2和V4/ZrO2催化剂对柴油炭黑催化燃烧的真实反应状态.结果表明:随着反应温度的升高,TiO2发生了从锐钛矿相到金红石相的晶相转移;然而,ZrO2载体没有观察到明显的相转移过程发生.担载钒氧化物的结构也与钒的载量有关,当钒的载量m(m是每100个载体金属离子中所含的钒离子数)等于4时,钒氧化物在TiO2或ZrO2载体上达到了单层饱和分散,此时催化剂的氧化还原能力最强.所以,在TiO2或ZrO2担载的钒氧化物催化剂中,V4/TiO2和V4/ZrO2是各自系列催化剂中对炭黑燃烧活性最高的催化剂.在炭黑的催化燃烧过程中,原位UV-Raman光谱检测到表面含氧络合物(SOC)的形成,而且SOC主要以羧基功能团的形态存在.反应气体中NO的存在能够促进SOC的生成.     

氧化钛负载脱硝催化剂的碱中毒过程：氧化钒的保留和氧化钨的牺牲

V2O5-WO3/TiO2催化剂目前已广泛用于电厂和工业锅炉燃烧废气脱硝,但燃烧原料煤及石油中含有的杂质元素碱金属与碱土金属元素可吸附在催化剂上,不仅会减少催化剂酸性位的数量,还会与催化活性元素结合生成惰性物种,导致催化剂失活。因此,已有许多有关钒钨钛催化剂碱中毒的研究,从催化剂的氧化还原能力、酸性位损失及表面孔结构等方面进行了讨论。但这些研究大多集中在碱中毒对活性组分V2O5的影响及中毒催化剂的活性变化,很少涉及催化剂中WO3的作用,也缺乏有关不同活性元素与钾盐反应的实验证据。本文采用过量浸渍法制备了不同钒和钨含量的钒钨钛催化剂,研究了氯化钾对其氨法选择性催化还原(NH3-SCR)活性的失活效应。利用感应耦合等离子体、N2吸附、拉曼光谱、H2程序升温还原、NH3吸附红外光谱和NH3氧化活性等手段对新鲜和中毒催化剂的性质进行了表征,特别探讨了V2O5和WO3对催化剂抗碱中毒能力的贡献。
　　催化剂活性测试结果表明, V2O5含量越高,活性温度窗口越宽,而且含有WO3的三元催化剂活性高于V2O5/TiO2二元催化剂。催化剂的BET比表面积和孔结构取决于TiO2载体,随活性组分配比变化不大,说明催化剂物理结构性质并非影响活性的主要因素。原位红外光谱及H2程序升温还原测试结果表明,随V2O5含量提高,催化剂表面Br?nsted酸性位数量及氧化还原能力提高。作为反应的主要活性物种, V2O5在碱中毒处理后变成惰性的偏钒酸钾KVO3,使催化剂中Br?nsted酸性位减少,热稳定性下降,并削弱了催化剂的氧化还原能力,因此低钒含量的催化剂容易严重中毒失活。在高钒负载量(3%)时,部分V2O5在碱中毒后得以保留,从而使催化剂保持了一定的脱硝催化活性。
　　另外, WO3能给催化剂表面提供热稳定的酸性位,虽然WO3自身的氧化还原能力差,但其能改善V2O5的分散性,从而提高V2O5-WO3/TiO2催化剂的活性。除此之外, WO3在催化剂碱中毒过程中还能扮演牺牲剂,与钾反应生成钨酸钾(K2WO4),即在V2O5与钾离子结合形成KVO3的同时,部分WO3也会与钾反应形成K2WO4,可以使三元催化剂保留更多的活性V物种。因此,在所研究的催化剂中,高钒负载量的V2O5-WO3/TiO2催化剂表现出最好的抗碱中毒能力。
　　活性影响因素分析表明,对于新鲜催化剂,其表面吸附的NH3量足够多,催化剂活性与表面酸性相关度不大,脱硝效率主要取决于催化剂的氧化还原能力。但是,对于碱中毒处理后的催化剂,其表面吸附NH3的能力大大削弱,这时脱硝效率除了受催化剂氧化还原能力影响,在很大程度上也依赖于催化剂的表面酸性。     

不同孔道结构的氧化硅负载钒氧化物催化丙烷氧化脱氢

采用固定床微型反应装置,结合催化剂的原位电子自旋共振光谱、程序升温表面反应和紫外漫反射光谱等技术,研究了丙烷氧化脱氢的介孔氧化硅负载钒氧化物催化剂的性能和表面氧物种的状态及其反应性.结果表明,催化剂载体孔结构是影响钒氧物种分散状态乃至催化性能的一个重要因素.SBA-15负载钒氧化物催化剂因具有较大的比表面积和较大的孔径,不仅具有较高的丙烷氧化脱氢催化活性,而且具有较高的丙烯选择性.复合型钒氧化物催化剂表面与V离子相连的晶格氧物种是丙烷氧化脱氢牛成内烯的主要活性物种,载体表面高度分散的钒氧物种具有较高的丙烷氧化脱氢催化活性.负载型钒氧化物催化剂晶格氧物种是丙烷氧化脱氢转化为丙稀的主要活性物种,CO_2分子可以再生钒氧化物催化剂的晶格氧物种,同时它对丙烯的深度氧化作用较弱,因此在负载型钒氧化物催化剂上CO_2氧化丙烷可高选择性地生成丙烯.     

VOx/SBA-15催化剂上甲苯气相部分氧化

采用等体积浸渍法制备了不同负载量的VOx/SBA-15催化剂。UV-Vis和H2-TPR等表征结果表明,在较低钒负载量下,钒物种的分散程度较高,主要以孤立的VO4 3－以及少量聚合体V－O－V形式存在;钒负载量较高时会有大量的聚合体V－O－V甚至晶相V2O5出现,而且,催化剂的酸性随着钒物种的高度分散而降低。甲苯气相部分氧化反应结果表明,随着钒负载量的提高,苯甲醛的选择性先升后降,CO、CO2等选择性逐渐提高。这是由于催化剂存在大量的聚合体V－O－V和晶相V2O5时,聚集态钒物种表面较多的酸量促使苯甲醛深度氧化。在相同钒负载量下,催化剂VOx/SBA-15的钒物种分散状态优于VOx/MCM-41和VOx/SiO2,从而使得催化剂VOx/SBA-15呈现较高的苯甲醛选择性。     

TiO2–ZrO2的表征及其异丙醇催化转化性能

用共沉淀法制备了TiO2-ZrO2复合氧化物. 采用N2吸附、XRD、TEM、NH3和CO2吸附量热、NH3吸附红外对TiO2-ZrO2体系的结构及酸碱性等进行了表征. 结果表明: 与单纯的氧化物相比, 形成的复合氧化物为无定形物相, 有介孔结构, 表面积明显提高, 可达218 m2·g-1; 初始吸附热差别不大, 但具有更多的表面B酸位; 随着TiO2掺入量的增大, 复合氧化物表面碱位减少. 异丙醇催化转化, 在无氧条件下, ZrO2、TiO2和TiO2-ZrO2复合氧化物上丙烯的选择性大于90%, 说明这些氧化物具有强的表面酸性; 在有氧条件下, ZrO2和TiO2丙酮的选择性达到70%～85%, 主要体现为氧化还原性; 而在复合氧化物上丙烯选择性增大到70％左右, 丙酮的选择性下降为30%左右, 表明生成的复合氧化物表面上的氧化还原性削弱, 酸性增强.     

介孔氧化铝负载钒催化剂上丙烷氧化脱氢制丙烯

 采用浸渍法制备了介孔氧化铝 (m-Al2O3) 负载钒催化剂 (V/m-Al2O3), 并考察了其催化丙烷氧化脱氢制丙烯反应活性. 通过 N2 吸附-脱附、透射电镜、X 射线粉末衍射、紫外-可见漫反射光谱、氢-程序升温还原和氨-程序升温脱附对催化剂进行了表征. 结果表明, 介孔氧化铝具有大比表面积、窄孔径分布和两维六方相结构, 在其上负载适量的 V 可实现 V 活性物种的高分散及催化剂的弱酸性, 从而有利于提高丙烷转化率和丙烯选择性. 与共合成法制备的含 V 介孔氧化铝 V/m-Al2O3(C) 和浸渍法制备的 V/?-Al2O3 相比, V/m-Al2O3 表现出更高的催化活性. 这与载体较弱的酸性和较大的比表面积以及 V 物种的高分散有关.     

Modification of Cr/SiO2 for the dehydrogenation of propane to propylene in carbon dioxide

Summary Dehydrogenation of propane to propylene in carbon dioxide was investigated over promoted Cr/SiO2. The results showed that the catalysts were effective for the reaction and CO2 in the feed promoted the catalytic activity. XRD, TPR and microcalorimetric adsorption techniques were used to study the structure and surface acidity of the catalysts. It was found that the surface acidity decreased with the increase of K in the Cr/SiO2 and led to the increase of selectivity toward propylene. A propane conversion of 31% with 91% selectivity to propylene over the 5%Cr-0.4%K/SiO2 catalyst was observed at 923 K with CO2 /C3H8 molar ratio of 3.6.     

一种新型高比表面积 TiO2载体在 NH3选择性催化还原反应中对 V2O5分散性的促进作用

A titania support with a large surface area was developed, which has a BET surface area of 380.5 m2/g, four times that of a traditional titania support. The support was ultrasonically impregnated with 5 wt%vanadia. A special heat treatment was used in the calcination to maintain the large sur‐face area and high dispersion of vanadium species. This catalyst was compared to a common V2O5‐TiO2 catalyst with the same vanadia loading prepared by a traditional method. The new cata‐lyst has a surface area of 117.7 m2/g, which was 38%higher than the traditional V2O5‐TiO2 catalyst. The selective catalytic reduction (SCR) performance demonstrated that the new catalyst had a wid‐er temperature window and better N2 selectivity compared to the traditional one. The NO conver‐sion was>80%from 200 to 450 °C. The temperature window was 100 °C wider than the traditional catalyst. Raman spectra indicated that the vanadium species formed more V‐O‐V linkages on the catalyst prepared by the traditional method. The amount of V‐O‐Ti and V=O was larger for the new catalyst. Temperature programmed desorption of NH3, temperature programmed reduction by H2 and X‐ray photoelectron spectroscopy results showed that its redox ability and total acidity were enhanced. The results are helpful for developing a more efficient SCR catalyst for the removal of NOx in flue gases.     

The co-effect of Sb and Nb on the SCR performance of the V2O5/TiO2 catalyst

The effect of the Sb and Nb additives on the V(2)O(5)/TiO(2) catalyst for the selective catalytic reduction (SCR) of NO with NH(3) was investigated. The experimental results show that either Nb or Sb can improve the activity of V(2)O(5)/TiO(2) catalyst. Higher Nb loading led to higher N(2) selectivity. The co-doping of Sb and Nb showed higher improving effect than the single doping of Sb or Nb. The V(2)O(5)/TiO(2) catalyst doped with Sb and Nb had a better H(2)O resistance than the V(2)O(5)/TiO(2) catalyst. The addition of Sb and Nb also enhance the resistance of the V(2)O(5)/TiO(2) catalyst to K(2)O poisoning. The catalysts were characterized by BET, XRD, TEM, and XPS. The results showed that the active components of V, Sb, and Nb were well interacting with each other. The coexistence of Sb and Nb will enhance the redox ability and surface acidity and thus promote the SCR performance.     

SiO2改性的V2O5-MoO3/ TiO2催化剂抗碱中毒性能研究

以陶瓷为骨架,用溶胶凝胶法和浸渍法制备了V₂O₅-MoO₃/ TiO₂催化剂,并用SiO₂进行改性。采用浸渍法模拟碱K中毒,研究了SiO₂改性前后催化剂中毒脱硝效率的变化,并通过BET、H₂-TPR、NH₃-TPD等技术手段对催化剂进行了表征。结果表明,加入SiO₂后,催化剂的比表面积明显提高。SiO₂改性后新鲜催化剂还原温度向低温方向迁移10 ℃左右,氧化还原能力得到了提高,其表面酸强度和酸量也得到较大的提高。反应评价结果表明,SiO₂改性可以提高催化剂抗碱中毒的性能。     

Dispersion state and catalytic properties of vanadia species on the surface of V_2O_5/TiO_2 catalysts

The dispersion state and catalytic properties of anatase-supported vanadia species are studied by means of X-ray diffraction (XRD), laser Raman spectroscopy (LRS), H2 temperature-programmed reduction (TPR) and the selective oxidation of o-xylene to phthalic anhydride. The almost identical values of the experimental dispersion capacity of V2O5 on anatase and the surface vacant sites available on the preferentially exposed (001) plane of anatase suggest that the highly dispersed vanadium cations are bonded to the vacant sites on the surface of anatase as derived by the incorporation model. When the loading amount of V2O5 is far below its dispersion capacity, the dispersed vanadia species might mainly consist of isolated VOx species bridging to the surface through V-O-Ti bonds. With the increase of V2O5 loading the isolated vanadia species interact with their nearest neighbors (either isolated or polymerized vanadia) through bridging V-O-V at the expenses of V-O-Ti bonds, resulting in the increase of the ra     

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%.