钙铝层状双氢氧化物的改性及表征

采用离子交换法,将铝酸三钙(C3A)投加至十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)溶液中,通过调节pH值和反应温度,制备出插入SDS阴离子的钙铝层状双氢氧化物(CaAl-SDS-layered double hydroxide,CaAl-SDS-LDH)。通过X射线衍射、红外光谱、透投射电镜及热重-差热分析等手段对样品分析表征。结果表明,在SDS浓度为0.2mol·L-1,pH值11,合成温度25℃为最佳合成工艺条件,所得CaAl-SDS-LDH层间距为2.79nm,SDS阴离子在层间以双分子层的形式垂直于层板形成交错有序的排布;CaAl-SDS-LDH中有机物质量分数为40%。经SDS改性后的CaAl-SDS-LDH具有层状结构,晶粒尺寸较小,粒径分布集中,晶粒有序度较高。     

酸预处理对于 Fe-ZSM-5和 Fe-beta分子筛催化消除 N2O的影响

作为六大温室气体之一, N2O的增温潜能是 CO2的310倍,甲烷的21倍,目前仍然以0.80 ppb/年的速度增长,但是减排成本很低,因此对 N2O的消除具有重要意义.在工业中金属修饰的微孔分子筛因其优良的催化活性,高水热稳定性,低成本等优点而成为研究重点.但是微孔分子筛狭窄的微孔孔道限制了金属前驱体的进入,导致活性金属含量低,进而限制了活性的提高.因此采用一定的改性手段减小分子筛颗粒尺寸,缩短微孔孔道长度或者扩大微孔孔道来增加活性铁物种的含量进而提高分子筛催化活性.
　　本文选用商用的 ZSM-5和 beta分子筛作为母板分子筛,按照3 g ：50 mL比例将分子筛母板与1.0 mol/L的 HNO3在室温下混合,分别搅拌0,2和24 h,然后采用液相离子交换法负载金属铁制备得到 Fe-ZSM-5和 Fe-beta.通过 X射线衍射、N2物理吸吸脱附、电感耦合等离子原子发射光谱仪、扫描电镜、透射电镜、NH3程序升温脱附及紫外漫反射(UV-vis)等手段对不同时间处理的分子筛的形貌、酸性和铁物种等物理化学性质进行表征.对两种催化剂催化消除 N2O的反应性能进行了测试.结果显示,温和的酸处理下分子筛脱除了部分 Al,其中, ZSM-5分子筛的表现为由外向内逐层刻蚀,颗粒尺寸减小,孔道长度缩短,但是由于 MFI型分子筛较高的稳定性,酸处理对分子筛孔道大小的改变并不明显,而对于 beta分子筛,首先是其中大量无定形物种的去除,然后对孔道进行修饰,使之略微扩大,但是对颗粒尺寸的影响不大.
　　 ICP结果显示,商用 ZSM-5和 beta分子筛经过温和的酸处理改性后, Si/Al比增大,负载 Fe的含量明显增加,各催化剂催化消除 N2O的活性也出现了不同程度的提高. Fe-ZSM-5和 Fe-beta分子筛上 N2O完全转化温度分别向低温段移动了10–15和30°C. UV-vis谱图显示,分子筛中存在着不同种类的铁物种,通过分峰计算发现,孤立的 Fe3+铁离子和低聚态的 Fex3+Oy均是催化活性铁物种,其含量的增加部分也解释了活性提高的原因.