Cu-V-O氧化物催化燃烧甲苯的活性和抗硫性

采用溶胶-凝胶法制备一系列不同Cu/V比例的Cu-V-O催化剂,利用XRD、BET、H₂-TPR等手段对催化剂进行了表征,并考察其催化燃烧甲苯的活性和抗硫性。结果表明,适量的Cu掺杂会提高催化剂比表面积,而且Cu-V可以形成Cu₃V₂O₈晶型结构,使V₂O₅晶格氧活动增加,提高催化剂氧化-还原能力。其中,Cu_0.15V_0.85催化剂表现出最佳的活性和抗硫性;通过TiO₂负载可以进一步提高催化剂对甲苯的催化燃烧活性和抗硫性。     

Zr/Ti摩尔比对锶锆钛复合氧化物在可见光下光催化性能的影响

通过分步沉积法制备了不同Zr/Ti 摩尔比的锶锆钛(SZT)复合氧化物催化剂, 以X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱等表征手段考察不同Zr/Ti 摩尔比下SZT催化剂的结构形态, 以可见光下光催化降解亚甲基蓝为模型反应考察样品的光催化活性. 结果表明: Zr/Ti 摩尔比<1 时SZT催化剂发生Zr⁴⁺与Ti⁴⁺同质替换, 引起晶格缺陷, 光催化活性小幅提高; Zr/Ti 摩尔比≥1 时SZT催化剂产生SrZrO₃/Ti_nO_2n-1 (n=4, 9)的新晶相, Ti_nO_2n-1 (n=4, 9)的存在有利于光生电子-空穴的传导与分离, 可大幅提高催化剂光催化活性. 其中, SZT-5/5 表现出最高的光催化活性, 其一级反应速率常数达到0.2133 min^-1, 是同等光照条件下纯SrTiO₃样品(0.0158 min^-1)的13.5倍.     

可见光下高催化活性不同结构Sr/TiO2催化剂的制备和表征

采用分步沉积法制备不同Sr/Ti 摩尔比例的Sr/TiO₂催化剂, 以X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶变换红外(FT-IR) 光谱、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis RDS)等手段对样品进行了表征, 以可见光催化降解亚甲基蓝为模型反应考察样品光催化活性. 结果表明, 催化剂的活性和结构随Sr/Ti 摩尔比(n(Sr)/n(Ti))的变化而变化, 当n(Sr)/n(Ti)≤3/2 时, 催化剂呈由TiO₂和SrTiO₃组成的球状结构; 而当n(Sr)/n(Ti)在3/2 与4/1 之间时, 催化剂呈片状结构, 且随着n(Sr)/n(Ti)增大, 催化剂组成由SrTiO₃ 和Sr₂₄ 变为Sr₂₄和Sr(OH)₂·H₂O; 当n(Sr)/n(Ti)=9/1 时, 催化剂呈以Sr(OH)₂·H₂O为主的针状结构. 其中, n(Sr)/n(Ti)=4/1的样品表现出最高的光催化活性, 一级反应速率为SrTiO₃钙钛矿催化剂的5.0倍, 商用P25的86.7倍.     

制备方法对SrTiO_3可见光光催化活性的影响

采用分步沉积法、溶胶-凝胶法和共沉淀法分别制备了SrTi-F,SrTi-S和SrTi-C三种SrTiO3复合氧化物,XRD,UV-V is,BET,SEM,TEM和EDX对样品进行了表征,并考察了SrTiO3降解亚甲基蓝的可见光光催化活性。结果表明,SrTi-S和SrTi-C样品表现为纯钙钛矿晶相,SrTi-F样品除钙钛矿晶相外还掺杂有少量的Sr2TiO4杂晶相。光催化活性测试表明,SrTi-F表现出最高的活性,其一级反应速率常数是商用P25样品的4.6倍。杂晶相Sr2TiO4的存在有利于SrTiO3复合氧化物光生电子和空穴的传导,可提高催化剂光催化活性。     

VPO催化剂制备条件对其催化甲苯氨氧化反应性能的影响

 用浸渍法制备了负载型钒磷氧(VPO)催化剂,并以甲苯氨氧化合成苯甲腈为探针反应,考察了载体、还原剂、P/V比和V2O5负载量对催化剂性能的影响. 结果表明,大比表面积SiO2负载的VPO催化剂性能稳定,在高温下也具有较好的选择性. 采用不同还原剂制备的催化剂在反应一段时间后活性趋于一致,表明催化剂活性中心是在反应气氛下形成的. P/V比对催化剂活性和结构影响较大,P的加入破坏了V2O5的晶型结构,使磷酸盐物种从催化剂体相向表面聚集,减少了催化剂表面存在的过度氧化物种O-和O-2的数量,选择性氧化物种晶格氧(O2-)起主要氧化作用,提高了催化剂的选择性. V2O5负载量增大,催化剂活性提高,但生成苯甲腈的选择性降低. 表面单分子层覆盖的VOx可能是反应的活性位和选择性位.     

纳米晶粒钙钛矿型La_(1-x)Sr_xCoO_3催化剂的制备及其对VOCs催化燃烧的研究

以共沉淀法制备出了纳米晶粒钙钛矿型LaCoO3和La0.8Sr0.2CoO3催化剂,并考察了其对VOCs的催化燃烧性能,实验结果表明该类催化剂对单一VOC和混合VOCs均有很好的催化活性,而La0.8Sr0.2CoO3的催化活性要比LaCoO3的催化活性更好;在混合VOCs催化燃烧的试验中,三种有机物的易氧化性依次为正丙醇>甲苯>环己烷,达到99%的转化率时,环己烷的反应温度则比甲苯的反应温度要低约40℃,同时催化剂100h稳定性试验和表征结果表明,La1-xSrxCoO3(x=0、0.2)钙钛矿型催化剂有着很好的结构稳定性.     

载体硫酸化对柴油机尾气催化剂Pt/Ce-Zr活性和稳定性的影响

近年来,随着大气环境污染问题日益严重,汽车尾气排放受到政府越来越严苛的控制.柴油车排气成分主要包括碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、微粒(PM)和二氧化硫(SO2),因此常用的尾气后处理系统有颗粒捕获器(DPF)、氧化型催化转换器(DOC)以及NOx选择还原系统(SCR),在处理尾气时三者联合使用.其中柴油机氧化型催化剂(DOC)是汽车尾气后处理装置的重要组成部分,主要用于氧化CO,HC和NO,可以将CO和HC氧化成无害的CO2和H2O,将NO氧化成NO2,为后续SCR反应提供条件.柴油机排气温度一般较低(150?400°C),特别是在冷启动阶段,排气温度可降低到100°C左右,要求催化剂具有良好的低温催化活性.此外,由于柴油中存在少量含硫有机化合物,经过燃烧分解,使得柴油机尾气中含有少量SO2,对催化剂又有钝化作用,因此催化剂的抗硫性也是需要关注的重点.本文采用浸渍法制备Pt/Ce-Zr-SO42?催化剂,考察了催化剂载体硫酸化以及Pt和H2SO4的负载顺序对催化剂催化氧化C3H6和CO的活性及抗硫性的影响,并且对Pt/Ce-Zr-SO42?催化剂进行了一系列表征,探究其物理化学性质.结果表明,SO42?的添加能有效提高催化剂活性.Pt/CZ-10S对C3H6和CO的T90(转化率为90%时的温度)相较于Pt/CZ催化剂降低了约75°C,另外,Pt/CZ-10S催化剂也表现出较好的抗硫稳定性,在含硫尾气中240°C反应20 h后,其对C3H6和CO的转化率仍保持在95%以上.CO-TPD和XPS分析结果显示,Ce-Zr-SO42?载体上Pt的分散度增加,增加的Pt颗粒可以产生更多新的活性位点(Pt&+-(SO42?)&?couples),从而表现出优异的催化活性.此外,硫酸化后催化剂表面酸性的变化也是其抗硫性能提高的原因.     

Fe-V/TiO_2催化剂NH_3选择性催化还原柴油车尾气NO_x

采用浸渍法制备了一系列不同Fe/V比例的Fe-V/TiO2催化剂,考察了催化剂在模拟柴油车尾气中催化还原NOx的催化性能,采用TG、XRD、H2-TPR、NH3-TPD和Raman光谱对催化剂进行了表征。结果表明,当Fe引入后,能显著降低V2O5在高温下的挥发,减轻了钒系催化剂在移动源的生物毒性危害。其中,Fe/V比为1∶1(Fe1-V1/TiO2)的催化剂形成了FeVO4活性中心,表现出最好的催化活性,在220~420℃NOx转化率可达到90%以上。此外,Fe1-V1/TiO2催化剂高温热稳定性较好,并且具有较强的抗硫性能。     

Cr改性钒基催化剂对NH3低温选择性催化还原NOx的影响

火电厂和机动车辆等的NOx排放量与日俱增, NOx的治理已成为环境保护的重要组成部分.以NH3作为还原剂的选择性催化还原(SCR)技术是目前消除NOx最为高效的方法之一.该反应最为典型的催化剂是V2O5–WO3(MoO3)/TiO2,催化活性窗口为250–400 oC.国外通常将SCR系统置于省煤器之后,此时烟气温度在300 oC以上,催化剂能保持较高的活性,但易受到烟气中高浓度烟尘、SO2和碱金属等的影响,寿命相对较短.此外,高温工艺中副产物硫酸铵的堵塞也是一个不可忽视的问题.因此,将SCR脱硝装置设在脱硫除尘之后成为一种优选技术之一,但烟气温度会降至250 oC以下,而常规的钒基催化剂不能满足低温活性要求.通过添加助剂或改变载体可改善钒基催化剂的低温活性,同时保持其高效的抗硫能力.
　　本文以Cr和V为活性组分, TiO2为载体,采用浸渍法制备了铬钒钛(Cr–VOx/TiO2)系列催化剂,考察了它们的低温脱硝活性和抗水抗硫性,并通过N2吸附-脱附、X射线衍射、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)、H2程序升温还原(H2-TPR)和X射线光电子能谱等手段对催化剂进行了表征,分析了Cr–V催化剂的作用机制.
　　结果显示,当n(Cr)：n(V)为0.2：0.8,活性组分负载量为10 wt%时, Cr–VOx/TiO2催化剂表现出最佳的低温催化活性;当反应温度为160°C时, NOx转化率达到90%以上,明显优于其他催化剂,同时活性窗口(160–300°C)得到拓宽. NH3-TPD结果表明, VOx/TiO2催化剂表面呈中弱酸性,随着Cr的添加,钒基催化剂的NH3脱附峰向高温拓宽,说明其表面强酸量有所增加, Cr0.2–V0.8/TiO2在160–300°C范围内均出现了NH3的脱附峰,此时催化剂表面弱酸量最大.当n(Cr)：n(V)大于0.2：0.8时,催化剂表面出现强酸位,这种强酸位不利于NH3脱附,从而不利于SCR反应的进行.因此适量Cr的添加有助于提高钒基催化剂表面弱酸及中性酸量. H2-TPR结果发现,助剂Cr的添加使得催化剂表面氧量增加,这可能是由于Cr的添加形成了较多的氧空穴和未饱和的化学键.催化剂表面化学吸附氧是氧化还原反应最活跃的氧物种,在SCR反应中,表面氧可作为NO的吸附介质参与到催化剂表面反应中,可有效提高SCR反应速率.通过考察活性组分负载量对催化剂活性的影响,发现不同负载量催化剂的催化活性依次为10 wt%>20 wt%>50 wt%>5 wt%. XPS分析发现,当负载量为10 wt%时,催化剂表面非计量的钒离子和化学性质活跃的自由电子最多,因此表现出最佳的SCR活性;当负载量过高时,大量氧化物堆积烧结形成V2O5和Cr2V4O13,覆盖了钒离子活性位点,降低了催化剂脱硝效率.
　　催化剂在220°C表现出良好的抗硫性,在通入100 ppm SO212 h后NOx的转化率仍可达99%以上,并未出现硫中毒现象.同时该催化剂也表现出较好的抗水性,在通入10 vol%水蒸气12 h后, NOx转化率仍能达85%以上.     

高热稳定性Cu-Mn-O催化燃烧催化剂的制备

采用共沉淀法制备Cu-Mn-O前驱体, 以水洗和醇洗的方式去除杂质, 在空气气氛下干燥焙烧获得催化剂. 用BET、 XRD、 SEM对此催化剂的比表面积、晶相结构以及颗粒形貌进行了表征, 并以甲苯催化燃烧为探针反应考察了催化剂的性能. 结果表明, 在500 ℃焙烧, Cu-Mn-O催化剂的比表面积可以达到67.9 m2/g, 颗粒尺寸在100 nm左右并高度分散. 与水洗样品相比, 醇洗样品的活性相CuMn2O4热稳定性得到较大提高, 经700 ℃焙烧的Cu-Mn-O上甲苯完全燃烧温度降低了60 ℃;800 ℃焙烧后, 甲苯完全燃烧温度降低了约50 ℃.