Fe3O4纳米催化剂的制备及其F-T合成性能研究

基于溶剂热合成体系,制备了不同形貌的Fe₃O₄微球和纳米片催化剂,考察了水热合成条件对Fe₃O₄晶粒形貌的影响,并研究了Fe₃O₄纳米催化剂的费托合成(F-T)性能。结果表明,成核和晶体生长速率是控制Fe₃O₄晶体形貌的关键。与传统的沉淀铁催化剂相比,Fe₃O₄纳米催化剂更容易还原和向活性相转变,因此,具有更高的F-T反应活性、低碳烯烃选择性及C₅₊选择性;Fe₃O₄微球催化剂比纳米片催化剂更易维晶粒的稳定,具有更高的反应活性和稳定性。     

费托合成铁基催化剂中Fe3O4含量对CO2选择性的影响

本研究以共沉淀法制备的α-Fe₂O₃催化剂为前驱体,通过调变碳化温度和碳化时间制备了不同物相组成的系列催化剂,采用XRD、M?ssbauer谱、XPS和Raman光谱等技术考察了催化剂体相和表面物相组成,在此基础上研究了不同条件下(不同CO转化率和H₂O分压)催化剂的物相组成与催化剂性能之间的关系,重点探究了费托合成条件下CO₂生成的活性相。结果表明,升高碳化温度和延长碳化时间有利于Fe₃O₄向碳化铁转变。在典型的费托合成条件下,催化剂的活性受到碳化铁含量和积炭程度的共同影响。当H₂O分压较低时,动力学因素限制了水煤气变换(WGS)反应的进行,CO₂选择性仅受CO转化率的影响,Fe₃O₄含量变化对CO₂选择性无明显影响;而在较高的H₂O分压下,随着催化剂中Fe₃O₄含量增加,CO     

ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极的制备及光电催化降解苯酚的研究

采用阳极氧化法和电沉积法制备出具有可见光响应的ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极.用环境扫描电子显微镜(ESEM)、X-射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对制备的ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极的表面形貌和结构进行了表征.结果表明,该方法成功地将ZnFe2O4纳米颗粒均匀分散在TiO2纳米管中,分布在管口处的较少.同时,详细讨论了反应物浓度、沉积时间、循环次数、沉积电压对ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极性能的影响.通过在可见光下降解苯酚评价了复合电极的光催化活性,实验结果表明:由于ZnFe2O4和TiO2之间的协同效应,复合电极的光响应范围扩展到了可见光区域,光电催化活性提高1.5～2倍.     

活性炭/CoFe2O4复合物的制备及其对亚甲基蓝的吸附性能

通过低温回流法制备了具有磁分离响应的活性碳(AC)与CoFe₂O₄的复合物AC/CoFe₂O₄（MAC）。采用批式吸附实验法对MAC吸附溶液中偶氮染料亚甲基蓝（MB）的吸附动力学过程及吸附平衡进行了研究,考察了溶液初始pH值对MAC吸附MB的影响。结果表明,MAC吸附MB的过程很快,20 min几乎达到平衡。MAC吸附MB过程可以用准二级动力学方程描述。等温吸附过程服从Langmuir方程,MAC对MB的饱和吸附容量为120.48 mg/g。在较低pH值时,MB吸附量较小。随着pH值的升高,MAC对MB的吸附量增大。     

纳米CoFe2O4催化剂催化转化乙醇制氢

采用溶胶-凝胶法制备了纳米CoFe_2O_4催化剂并用于乙醇裂解和部分氧化制氢反应. CoFe_2O_4催化剂对乙醇催化裂解反应表现出较低的催化活性, 其主要原因可能是催化剂表面积碳以及催化剂粒径的长大. 而纳米CoFe_2O_4催化剂对乙醇部分氧化制氢反应具有良好的催化性能. TPR和XRD结果表明尖晶石结构的CoFe_2O_4相在乙醇部分氧化反应过程中发生了结构变化, 部分生成了CoFe合金相. 另外, 催化剂的粒径没有明显增大. 推测纳米CoFe_2O_4催化剂具有良好催化性能是尖晶石结构的CoFe_2O_4和合金相的协同作用所致.     

焙烧及还原温度对 Co-Pt-ZrO2/γ-Al2O3催化剂费托合成反应性能的影响

采用浸渍法制备了Co-Pt-ZrO₂/γ-Al₂O₃催化剂,对其进行了BET、XRD和TPR等表征,并在浆态床反应器上考察了焙烧温度和还原温度对催化剂费托合成反应性能的影响。结果表明,焙烧温度过高,容易造成Co物种和载体间的相互作用增强,使部分氧化钴颗粒聚集或烧结,导致催化剂的F-T合成反应活性和C₅₊烃选择性降低。还原温度较低时,钴物种不能充分还原,CO加氢活性低,甲烷选择性高,重质烃选择性低;还原温度过高,则可能造成活性物种的烧结,反而降低了催化剂的活性和重质烃选择性。在原料气n(H₂)/n(CO)=2.0、483 K、2.4 MPa和空速3.6 L/(gcat·h)的条件下,31.08%Co～0.11%Pt～7.16%ZrO₂/Al₂O₃催化剂在673 K焙烧。纯H₂下653 K还原后,其费托性能最佳;CO转化率为27.0%,C₅₊的选择性为83.0%。     

中空多壳层CoFe2O4的制备及锂离子电池性能研究

以二元金属氧化物CoFe₂O₄为研究对象,通过次序模板法制备了CoFe₂O₄中空多壳层结构(HoMS)材料;对其形貌、结构进行了表征;考察了壳层结构与电化学性能之间的关系.电化学测试结果表明,双壳层-核CoFe₂O₄中空球具有最高的放电比容量(1354.4 mA·h/g)、优异的倍率性能和循环稳定性,其独特的结构优势和最优的空腔体积占有率使其在多次循环过程中能始终保持结构和电化学性质的稳定.     

ZrO2修饰Al2O3纳米片负载钴催化剂的制备及其费托反应性能研究

通过水热法合成了Al₂O₃纳米片（Al₂O₃-CN）,采用浸渍法制备20%（质量分数）钴基催化剂,并应用于费托合成反应。制备的Al₂O₃-CN（226 m²/g）与商业氧化铝（Al₂O₃-C,249 m²/g）具有相近的比表面积,但Al₂O₃-CN孔尺寸分布更加集中。浸渍钴后,与Co/Al₂O₃-C催化剂相比,Co/Al₂O₃-CN催化剂表现出较高的还原度及更均匀的钴颗粒粒径分布。因此,Co/Al₂O₃-CN催化剂表现出更高的CO转化率和低的甲烷选择性。为了进一步提高Co/Al₂O₃-CN的催化性能,采用不同含量ZrO₂对Al₂O₃-CN进行修饰。表征结果表明,随着ZrO₂修饰量的增加,Al₂O₃-CN载体比表面积变化不明显,孔体积和孔径增大;相对应催化剂的钴颗粒粒径减小,活性位点数目增加。在相同反应条件下,经ZrO₂修饰催化剂CO转化率进一步提高,甲烷选择性降低。     

水热合成Co3O4的制备参数调变及其催化分解N2O性能

以十六烷基三甲基溴化胺（CTAB）为模板剂,通过调变CTAB浓度水热合成了氧化钴前驱体,焙烧制得棒状形貌的Co₃O₄,在其表面浸渍K₂CO₃溶液制得K改性的Co₃O₄催化剂,用于N₂O分解。用X射线衍射（XRD）、N₂物理吸附（BET）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）和O₂程序升温脱附（O₂-TPD）等技术对催化剂进行了表征,考察了CTAB/钴及尿素/钴物质的量比等制备参数对Co₃O₄催化分解N₂O活性的影响。结果表明,CTAB浓度为0.05 mol/L、CTAB/钴离子物质的量比为1、尿素/钴离子物质的量比为4时,所制备的Co₃O₄催化剂具有较高的N₂O分解活性,而K改性可以进一步提升其催化性能。K改性的Co₃O₄在有氧有水气氛中400℃下进行N₂O分解反应,50 h后N₂O转化率仍保持在91%以上。     

一维Bi2Fe4O9纳米棒阵列的无模板水热合成

以物质的量的比为1：1的Bi（NO₃）₃·5H₂O和Fe（NO₃）₃·9H₂O为反应原料,以NaOH为矿化剂,利用水热法在Ti基板上成功制备出一维Bi₂Fe₄O₉纳米棒阵列。对该纳米棒阵列分别进行XRD、FE-SEM、HR-TEM和UV-Vis测试,得到Bi₂Fe₄O₉纳米棒的直径为100nm,长度为3~4μm,并表现出良好的光吸收性能,禁带宽度约为1.9eV,对甲基紫溶液的光降解率达到86%,其活性明显高于市售P25（TiO₂）。该纳米棒阵列的生长方式完全遵循奥斯瓦尔德熟化（Ostwald ripening）单晶生长机理。     

Continuous hydrothermal synthesis of CoFe2O4 nanoparticles

We have investigated the continuous hydrothermal synthesis and crystallization of spinel CoFe₂O₄ via the reaction of ferric nitrate and cobalt nitrate with sodium hydroxide. The reaction was carried out in water at temperatures ranging from 475 to 675 K and pressures of 25 MPa. The relative solubility of the precipitating cations was found to play a critical role in attaining the correct product. It was found necessary to control pH and temperature in order to prevent premature precipitation of iron in the reactor. Two variations of the continuous hydrothermal technique were examined—cold mixing and hot mixing. The cold mixing experiments produced a product with less impurity than the hot mixing experiments. Furthermore, the cold mixing configuration was successful in producing uniform nanoparticles of CoFe₂O₄. A mechanism of particle formation was postulated involving the precipitation of metal hydroxides at ambient conditions, dissolution of the hydroxides as temperature is increased followed by rapid precipitation of metal oxides at elevated temperatures. The hot mixing experiments, on the other hand, simply involve the precipitation of metal oxides due to the addition of the hot hydroxide solution. In both cases, very fine particles of CoFe₂O₄ are produced in the range of the processing conditions investigated.     

磁性TiO2/CoFe2O4纳米复合光催化材料的制备

以磁性CoFe2O4为核,采用改进的溶胶-凝胶法,制备了磁性TiO2/CoFe2O4纳米复合光催化材料.利用VSM(振动样品磁强计)技术对其磁性能进行了研究,结果表明:由该法所得的TiO2/CoFe2O4纳米复合光催化材料的饱和磁化强度虽稍弱于纯CoFe2O4纳米材料,但其矫顽力则优于CoFe2O4.TEM、XRD、UV-Vis等的结果表明,该纳米复合材料中的TiO2为锐钛矿结构;与TiO2相比,纳米复合材料对光的吸收拓展到了整个紫外-可见区,且吸收强度大大增强.对染料废水光催化降解的模拟研究表明,该复合材料在紫外光下,6 h可以使亚甲基蓝染料溶液的脱色率达95%,且重复使用3次时染料溶液的脱色率仍能保持在90%,明显优于纯TiO2.     

A high-efficient amperometric hydrazine sensor based on novel electrospun CoFe2O4 spinel nanofibers

HeterojunctionFe_2O_3 nanoparticles(NPs), NiFe_2O_4 nanofibers(NFs), and CoFe_2O_4 NFs were synthesized by electrospinning and the subsequent thermal treatment processes. Characterization results indeed display the three-dimensional net-like textural structures of these as-electrospun spinel-type MFe_2O_4 NFs. The MFe_2O_4 NFs-based film configurations possess abundant micro/meso/macropores on their surface. These structures could afford more accessible transport channels for effective reduction of the mass transport resistance and improvement of the density of exposed catalytic active sites. All these advantages are responsible for the enhanced electro-catalytic performance of these MFe_2O_4 NFs in hydrazine oxidation. When used for hydrazine detection, CoFe_2O_4 NFs show the best catalytic efficiency.For example, the CoFe_2O_4 NFs possess a large sensitivity of 1327 mA cmà2(mmol Là1[à1in the linear range of 0.01 to 0.1 mmol Là1and 503 mA cmà2(mmol Là1)à1in the linear range of 0.1 to 11 mmol Là1, a response time of shorter than 3 s, good reproducibility and remarkable long-term stability. The superior catalytic efficiency, excellent stability, low cost, and ease of fabrication render CoFe_2O_4 NFs very promising materials in developing an electrochemical device that directly detects hydrazine.     

CoAl2O4/Al2O3载体对钴基费托催化剂反应性能影响的研究

通过浸渍和高温焙烧,制得表面附着CoAl₂O₄微晶颗粒的改性Al₂O₃载体,并采用等体积浸渍法制备负载型Co基催化剂。结合 N₂物理吸附、XRD、H₂-TPR、XPS及H₂化学吸附等表征手段,研究改性载体及其负载钴基催化剂的织构特征;采用费托合成反应评价其催化性能。结果表明,Al₂O₃改性后,表面CoAl₂O₄的存在有效减少了载体与活性组分Co的相互作用,显著提高了催化剂的还原度和催化活性。载体的改性量在20%左右达到最佳值,继续增加,催化剂还原度和活性基本不再升高。载体改性促使催化剂CH₄选择性有所降低,C₅₊选择性略有提高。     

Fischer-Tropsch synthesis over Ru/Al2O3 catalysts

Fischer-Tropsch syntheses (FTS) were carried out in a slurry phase over Ru/Al₂O₃ catalysts using hexadecane as a solvent. The outcome of the FTS was dependent on the oxide support, calcination temperature, synthesis gas composition and sulfur content. The addition of Mn/Na to Ru/Al₂O₃ was effective in raising the initial activity and C5+ selectivity, but after 20 hours, the performance of the modified catalyst was similar to that of the unmodified catalyst. An additional investigation involving the use of fresh vs used catalysts demonstrated that an agglomeration of the metallic Ru, at least in part, does occur during the reaction.     

Effect of Al2O3 Binder on the Precipitated Iron-Based Catalysts for Fischer-Tropsch Synthesis

A series of iron-based Fischer-Tropsch synthesis (FTS) catalysts incorporated with Al2O3 binder were prepared by the combination of co-precipitation and spray drying technology. The catalyst samples were characterized by using N2 physical adsorption, temperature-programmed reduc-tion/desorption (TPR/TPD) and Mossbauer effect spectroscopy (MES) methods. The characterization results indicated that the BET surface area increases with increasing Al2O3 content and passes through a maximum at the Al2O3/Fe ratio of 10/100 (weight basis). After the point, it decreases with further increase in Al2O3 content. The incorporation of AI2O3 binder was found to weaken the surface basicity and suppress the reduction and carburization of iron-based catalysts probably due to the strong K-Al2O3 and Fe-Al2O3 interactions. Furthermore, the H2 adsorption ability of the catalysts is enhanced with increasing Al2O3 content. The FTS performances of the catalysts were tested in a slurry-phase continuously stirred tank reactor (CSTR) under the reaction conditions of 260℃, 1.5 MPa, 1000 h-1 and molar ratio of H2/CO 0.67 for 200 h. The results showed that the addition of small amounts of Al2O3 affects the activity of iron-based catalysts to a little extent. However, with further increase of Al2O3 content, the FTS activity and water gas shift reaction (WGS) activity are decreased severely. The addition of appropriate Al2O3 do not affect the product selectivity, but the catalysts incorporated with large amounts of Al2O3 have higher selectivity for light hydrocarbons and lower selectivity for heavy hydrocarbons.     

助剂对Co/Al2O3催化剂浆态床费托合成反应性能影响

考察了ZrO₂、Ru或Pt助剂对Co/Al₂O₃催化剂结构及浆态床费托合成反应性能的影响。实验结果表明,添加ZrO₂助剂可阻止或降低难还原铝酸钴的形成、促进催化剂的还原、提高Co/Al₂O₃催化剂对费托合成反应的催化活性、降低甲烷选择性并提高C₅₊烃选择性。H₂-TPR表征结果表明,少量Ru或Pt助剂均能降低Co-ZrO₂/Al₂O₃催化剂中钴物种还原温度(Co₃O₄→CoO和CoO→Co⁰),提高催化剂的还原度,催化剂呈现出良好的CO加氢反应活性。此外,催化剂组分间浸渍次序对费托合成反应性能有重要影响,载体γ-Al₂O₃先浸渍Zr组分,可有效抑制难还原化合物形成;Co、Ru组分共浸渍加强了Co和Ru组分密切接触程度,更利于钴物种的还原;Co、Pt组分依次浸渍更利于活性组分的均匀分布,催化剂具有最佳的费托合成反应性能。     

Fe3O4@PI催化剂的制备及其费托合成性能

分别采用水热、水热-包覆、球磨法制备了Fe_3O_4、聚酰亚胺(PI)改性的Fe_3O_4@PI和Fe_3O_4-PI催化剂用于费托合成反应,对比研究了PI改性及其含量变化对Fe基催化剂催化CO加氢产物分布的影响规律。结合XRD、SEM、TEM、H_2-TPR、COTPD、FT-IR、XPS、TG和接触角实验等手段对催化剂样品进行了表征。结果表明,Fe_3O_4、Fe_3O_4@PI和Fe_3O_4-PI样品均为球形颗粒; PI改性促进了Fe_3O_4的还原,亲水性增强。Fe_3O_4@PI样品中,PI均匀包覆于Fe_3O_4表面,具有较好的热稳定性;与Fe_3O_4、Fe_3O_4-PI相比,Fe_3O_4@PI样品CO吸附增强。在CO加氢反应中,与Fe_3O_4相比,PI改性的Fe_3O_4@PI和Fe_3O_4-PI样品催化活性下降,二次加氢能力受到抑制,烯烃选择性提高; Fe_3O_4@PI样品烯烃选择性增加明显,烯烷比(O/P)由改性前的0.50提高至2.15;适宜含量的PI改性促进C5+烃生成。     

Al2O3助剂对Co/SiC催化剂F-T反应性能的影响

分别采用沉淀法、尿素水解法制备Al₂O₃/SiC复合载体,采用等体积浸渍法制备Co/Al₂O₃-SiC催化剂。结合N₂吸附、XRD、H₂-TPR、XPS等表征手段,研究Al₂O₃助剂对钴基催化剂物相结构、还原行为以及F-T合成性能等的影响。结果表明,氧化铝加入后增强了载体与钴物种之间的相互作用,提高了钴物种的分散度,降低了钴物种的还原度。尿素水解法引入Al₂O₃后,载体与钴物种具有适中的相互作用,表现出较高的反应活性。沉淀法制备的载体负载钴物种后由于较强的金属-载体相互作用,表现出较优的稳定性。     

基于CoFe2O4载氧体的生物质化学链气化热力学分析及实验研究

对基于CoFe₂O₄载氧体的生物质化学链气化反应进行了热力学分析,研究了载氧体添加量、温度及水蒸气含量对气化反应特性的影响。同时应用热重分析仪对CoFe₂O₄和生物质的气化反应特性进行了实验研究,并利用XRD对反应前后载氧体的物相组成进行分析。热力学研究表明,CoFe₂O₄在气化反应中能够提供晶格氧,有效促进生物质气化,提高碳转化率。随着反应温度升高,合成气中H₂和CO的含量增加,CO₂的含量减少。随着水蒸气含量增加,H₂和CO₂含量会增加,CO含量减少。添加水蒸气能够提高合成气中H₂和CO的比值,改善合成气的品质。热重实验及XRD结果表明,钴优先于铁被还原,钴与铁存在协同作用,钴能够促进铁的进一步还原。随着载氧体添加量的增加,载氧体被还原的程度会降低,载氧体与生物质的最佳质量比为0.8。