SO_2对Co_3O_4/Al_2O_3选择性催化氧化NO的影响

采用流动态原位IR ,TPD及XPS技术研究了NO及SO2 在Co3 O4 /Al2 O3 金属氧化物催化剂表面上的吸附及脱附行为 ,并与该催化剂上模拟烟道气中NO的选择性催化氧化活性相关联 ,考察了SO2 对该反应过程的影响及作用机理 .     

用TPD研究SO2对NO催化氧化过程的影响

 针对活性氧化铝载体及过渡金属氧化物催化剂上SO2增强NO吸附并促进其氧化的实验事实，考察了反应温度对SO2发挥促进作用的影响．结果发现，在50～250℃间存在一适宜的温度范围，能使氧化铝上原本不氧化的NO在SO2气氛中发生氧化．对氧化铝预吸附不同组成的气体及在不同温度下吸附NO－O2－SO2后进行了TPD研究．结果表明，SO2的存在对NO氧化吸附生成NO2高温脱附物种有利．对Co3O4／Al2O3催化剂上吸附SO2－NO2的TPD研究结果显示，SO2先吸附或与NO2共吸附都能使NO2高温物种脱附增强，同时SO2的弱吸附物种转变成强吸附物种或表面硫酸盐物种，意味着弱吸附的SO2能与NO2形成稳定的物种；而后吸附的SO2竞争占据NO2的吸附位．推测表面上弱吸附的SO2与NO－O2或NO2之间形成了多分子的活性物种．     

SO2对NO催化氧化过程的影响(Ⅱ)载体γ-Al2O3与SO2的相互作用

考察了423K时SO2在γ-Al2O3上反复作用对NO氧化过程的影响。结果显示，SO2的存在在一段时间内促进了γ-Al2O3对NO的催化氧化。用TPD，FTIR，XRD，BET及固体酸度测定等多种表征讨论了γ-Al2O3和SO2之间的相互作用。研究表明，SO2在γ-Al2O3表面与NO等吸附物结合形成活性吸附物种是γ-Al2O3在SO2气氛中显示氧化活性的重要原因，但当其表面被强吸附的SO2逐步覆盖后，则活性下降。     

CeO2-La2O3／γ-A12O3催化还原SO2反应机理的研究

采用浸渍法制备了负载型CeO2／γ-A12O3，La2O3／γ-A12O3和CeO2-La2O3／γ-A12O3催化剂，并用XRD和XPS对催化剂进行了表征，在n(SO2)／n(CO)=1／3，载流气体为N2，气体流量为1L／min，催化剂用量为15g的条件下，考察了催化剂催化CO还原SO2反应的性能，研究了催化剂的活化过程、催化活性和反应物配比对活性的影响．结果表明，CeO2-La2O3／γ-A12O3在催化还原SO2反应中的活化温度比单组分催化剂CeO2/γ-A12O3，或La2O3/γ-A12O3，下降了50～100℃，而且具有更高的活性。这可以解释为由CeO2的redox反应与La2O3的COS中间物反应之间的协同作用所致。还对SO2还原反应机理进行了探讨，发现CeO2的redox反应所生成的单质硫是整个过程中COS中间物反应的重要来源。在此基础上，对CeO2-La2O3/γ-A12O3催化CO还原SO2反应提出了redox-COS叠加反应机理。     

硫化NiW/Al2O3催化剂上H2同时催化还原SO2和NOⅠ.NO的分解与还原

 考察了NO在硫化NiW/Al2O3催化剂上分解和还原的规律. 结果表明,在350 ℃以上,NO完全分解,但同时催化剂的晶格硫因氧化而以SO2的形式大量流失,最终导致催化剂完全失活. 在NO分解反应体系中,按化学计量比引入的H2与晶格硫竞争消耗NO分解所生成的Oad,使晶格硫的氧化在一定程度上得到抑制; 氧化的部分晶格硫能通过一系列氧化还原过程重新进入催化剂晶格,导致晶格硫的流失速度和程度得到缓和,催化剂可在较长的时间内保持较高的NO转化活性. 但是,催化剂的活性最终仍会因为大部分晶格硫逐渐流失而大幅度下降.     

CeO2-La2O3/γ-Al2O3催化还原SO2反应机理的研究

 采用浸渍法制备了负载型CeO2/γ-Al2O3,La2O3/γ-Al2O3和CeO2-La2O3/γ-Al2O3催化剂,并用XRD和XPS对催化剂进行了表征,在n(SO2)/n(CO)=1/3,载流气体为N2,气体流量为1 L/min,催化剂用量为15 g的条件下,考察了催化剂催化CO还原SO2反应的性能,研究了催化剂的活化过程、催化活性和反应物配比对活性的影响. 结果表明,CeO2-La2O3/γ-Al2O3在催化还原SO2反应中的活化温度比单组分催化剂CeO2/γ-Al2O3或La2O3/γ-Al2O3下降了50~100 ℃,而且具有更高的活性. 这可以解释为由CeO2的redox反应与La2O3的COS中间物反应之间的协同作用所致. 还对SO2还原反应机理进行了探讨,发现CeO2的redox反应所生成的单质硫是整个过程中COS中间物反应的重要来源. 在此基础上,对CeO2-La2O3/γ-Al2O3催化CO还原SO2反应提出了redox-COS叠加反应机理.     

Pt/Co3O4/3DOM Al2O3：甲苯燃烧的高效催化剂

与硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳以及悬浮颗粒一样,大部分挥发性有机物(VOCs)污染大气环境.控制 VOCs排放有多种方法,其中催化氧化法是一种有效技术,关键在于获得高效催化剂.
　　近年来,负载过渡金属和贵金属催化剂因具有比单纯负载贵金属和单纯负载过渡金属氧化物更好的催化性能而备受关注.在负载贵金属催化剂中,高比表面积载体负载 Pt, Pd或 Rh催化剂得到广泛而深入的研究,尽管这些催化剂成本较高,但是其对 VOCs氧化反应显示了很高的低温催化活性.众所周知,催化活性取决于贵金属和 VOCs的种类,不同负载贵金属催化剂对特定反应会表现出不同的催化活性.负载 Pt催化剂对长链碳氢化合物和芳香族化合物氧化反应表现出更高的活性.相对于负载贵金属催化剂,负载过渡金属氧化物催化剂不仅具有良好的氧化活性,而且价格低廉.迄今已发现许多过渡金属氧化物(如 Co3O4, Cr2O3和 MnO2等)对典型 VOCs氧化反应具有催化活性,其中 Co3O4的催化活性尤为突出.研究表明, Co3O4的性质和分散度是决定其性能的关键因素,制备方法、载体性质和过渡金属氧化物负载量对 Co3O4的物化性质具有重要影响,而且在负载 Pt催化剂中添加金属氧化物能改善其催化性能.尽管多孔氧化铝是一种常用的载体材料,但目前尚无文献报道三维有序大孔-介孔氧化铝负载 Co3O4和 Pt纳米粒子催化剂的制备及其对甲苯氧化反应的催化性能.
　　本文采用聚甲基丙烯酸甲酯微球胶晶模板法、等体积浸渍法和聚乙烯醇保护的硼氢化钠还原法制备了三维有序大孔-介孔(3DOM Al2O3)负载 Co3O4和 Pt (xPt/yCo3O4/3DOM Al2O3, Pt的质量分数(x%)为0-1.4%, Co3O4的质量分数(y%)为0-9.2%)纳米催化剂.通过电感耦合等离子体原子发射光谱、X射线衍射、氮气吸附-脱附、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、选区电子衍射、X射线光电子能谱及氢气程序升温还原等技术表征了催化剂的物化性质,利用固定床微型石英反应器评价了催化剂对甲苯氧化反应的催化活性.结果表明,xPt/yCo3O4/3DOMAl2O3催化剂具有多级孔结构(大孔孔径为180–200 nm,介孔孔径为4–6 nm),比表面积为94?102 m2/g.粒径为18.3 nm的 Co3O4纳米粒子和粒径为2.3?2.5 nm的 Pt纳米粒子均匀分散在3DOM Al2O3表面.在xPt/yCo3O4/3DOM Al2O3催化剂中,1.3Pt/8.9Co3O4/3DOM Al2O3拥有最高的 Oads浓度、最好的低温还原性和最高的甲苯氧化反应催化活性(当空速为20000mL g–1 h–1时,甲苯转化率达90%的反应温度为160oC).基于催化剂的活性数据和结构表征,我们认为,1.3Pt/8.9Co3O4/3DOM Al2O3优异的催化性能与其高分散的 Pt纳米粒子、高的 Oads浓度、好的低温还原性、Pt和 Co3O4纳米粒子间的强相互作用以及多级孔结构相关.     

SO2对NO催化氧化过程的影响V.NiO/γ-Al2O3上SO2的作用机理

采用程序升温脱附(TPD)及漫反射原位红外光谱(DRIFT)技术分析比较了SO2存 在前后，NO—02反应气体在NiO／γ—Al2O3催化剂上所形成吸附物种的变化情况， 发现SO2能促使硝酸盐物种在低温分解并释放出NO2，而且耐热稳定的硝酸盐物种也 比单纯NO-02吸附时多．室温时催化剂表面上的SO2以弱吸附物种为主，特征红外吸 收峰位于1324cm^-1附近，温度升高后表面硫酸盐物种数量增多．关联SO2气氛中 NO2的生成规律后得出，类似于铅室反应中间体的多分子吸附物种[NO2(SO3)x]是产 生N02的活性物种，由SO2在载体或催化剂表面弱碱位吸附后吸引气相NO所产生，解 离O^-起到稳定活性物种和补充弱碱位的作用．同时该物种也是毒性物质SO4^2-的 前驱体，当KO氧化反应发生后催化剂的失活也开始了．     

SO2对NO催化氧化过程的影响V.NiO/γ-Al2O3上SO2的作用机理

采用程序升温脱附(TPD)及漫反射原位红外光谱(DRIFT)技术分析比较了SO2存 在前后，NO—02反应气体在NiO／γ—Al2O3催化剂上所形成吸附物种的变化情况， 发现SO2能促使硝酸盐物种在低温分解并释放出NO2，而且耐热稳定的硝酸盐物种也 比单纯NO-02吸附时多．室温时催化剂表面上的SO2以弱吸附物种为主，特征红外吸 收峰位于1324cm^-1附近，温度升高后表面硫酸盐物种数量增多．关联SO2气氛中 NO2的生成规律后得出，类似于铅室反应中间体的多分子吸附物种[NO2(SO3)x]是产 生N02的活性物种，由SO2在载体或催化剂表面弱碱位吸附后吸引气相NO所产生，解 离O^-起到稳定活性物种和补充弱碱位的作用．同时该物种也是毒性物质SO4^2-的 前驱体，当KO氧化反应发生后催化剂的失活也开始了．     

Cu/Al2O3催化剂的改性及其对NO选择性还原的催化性能

 以 γ-Al2O3 为载体,采用SO2-4进行改性并添加助剂La,再负载上Cu2+, 制备了改性的Cu/Al2O3催化剂(Cu/La/SO2-4/Al2O3),考察了SO2-4改性和助剂La对催化剂在富氧条件下催化丙烯选择性还原NO 反应的影响,并借助红外光谱、X射线衍射、扫描电镜、热重分析、程序升温还原和X射线光电子能谱等方法研究了改性催化剂的性能与结构的关系. 结果表明,改性催化剂的催化活性较高, NO转化率可高达83.7%. 采用SO2-4改性可促进催化剂表面的酸量增加,并促使产生B酸中心; 助剂La可提高Cu物种的分散程度,并提高催化剂的热稳定性和还原性,从而可有效提高催化剂在富氧条件下对丙烯选择性还原NO反应的催化活性和水热稳定性.     

Effect of SO2 on the NO Oxidation over NiO/γAl2O3 Catalyst

NO is the dominant component of NO_x. It can be easily oxidized to NO₂ over active catalysts in the oxidizing exhaust gases. And then, the high reactive NO₂ can be removed completely further through adsorption or absorption approach. However, SO₂,another main contaminant in the exhaust, is well known to poison the oxidative catalysts. A strong deactivation for metal oxides supported on Al₂O₃ was found when catalysts had been exposed to the gas containing 500ppm SO₂. It was also reported that the inhibition effect of SO₂ was enhanced at low temperatures. But recently, some studies declare that the oxidation of propane can be promoted over Pt/γ-Al₂O₃ if a small amount of SO₂ (20 ppm) is present in the feed gas^[1]. Jang et al. have also found that SO₂ has a promoting effect for the oxidation of NO to NO₂ over CO₃O₄/γ-Al₂O₃ catalyst^[2]. These observations are meaningful because the existence of SO₂ in the oxidizing exhaust is often inevitable and the problem of catalyst deactivation by SO₂ has puzzled researchers for a long time.     

Au／Fe2O3／Al2O3催化剂上丙烯选择催化还原NO

以浸渍法制备的Fe2O3/γ-Al2O3为载体,采用均相沉积沉淀方法制备了Au/Fe2O3/Al2O3催化剂.该催化剂在丙烯选择催化还原NO反应中显示出很好的低温催化活性,300℃时NO被选择还原为N2的转化率可达43%,而在Au/Al2O3催化剂上,NO的转化率仅为21%.水蒸气的加入对催化剂活性的影响较小.X射线衍射结果表明,Au和Fe2O3高度分散在Al2O3载体上.吸附氢气的程序升温还原结果表明,Au与Fe2O3之间存在着强相互作用,Au的存在促进了Fe2O3的还原,Au和Fe2O3之间的协同作用可能是Au/Fe2O3/Al2O3催化剂在丙烯选择还原NO反应中具有较高低温催化活性的原因之一.     

Au-Cu/Co3O4双金属催化剂上乙烯完全催化氧化性能

以共沉淀法制得的Co₃O₄为载体, 采用两步法负载Au和Cu制得了一系列Au-Cu/Co₃O₄双金属催化剂, 考察了Au-Cu/Co₃O₄双金属催化剂完全催化氧化乙烯的性能, 并通过X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)和O₂程序升温脱附(O₂-TPD)对催化剂进行了表征. 活性测试结果表明: 负载型Au-Cu/Co₃O₄双金属催化剂的催化性能优于单一金属催化剂Au/Co₃O₄, 并且在Au负载量为4% (w, 质量分数)时, 与AuCu/Co₃O₄和Au₃Cu/Co₃O₄催化剂相比, AuCu₃/Co₃O₄催化剂的催化活性较好, 0 ℃时可催化转化15.3%的乙烯为CO₂和H₂O, 120 ℃时100%催化转化乙烯. XRD和HRTEM表明, AuCu₃/Co₃O₄催化剂中有Au-Cu合金相的生成, 而Au₃Cu/Co₃O₄催化剂中Cu主要以氧化物的形式存在. Au和Cu之间产生相互作用, 使活性相金属的粒径降低. H₂-TPR和O₂-TPD分析结果表明, AuCu₃/Co₃O₄催化剂具有较强的低温可还原能力和可提供的大量表面活性吸附氧物种, 促进了乙烯的完全催化氧化.     

预处理条件对Pt/Al2O3催化还原NO的活性影响

用溶胶-凝胶法制备Al2O3载体,浸渍法制备质量分数为0.5%的Pt/Al2O3催化剂.研究焙烧气氛和温度对选择性催化还原NO反应活性和Pt价态的影响.结果表明,H2焙烧的活性温度区间最宽,随着焙烧温度的升高,温度区间变化很小,523K下O2焙烧的催化剂活性最好,且活性区间向高温方向移动.活性现象用程序升温脱附实验(NO-TPD,NO-O2-TPD)进行了解释.XPS研究表明,523K下O2用焙烧Pt的主要价态是Pt2+,而523K下H2和N2焙烧Pt的主要价态为Pt0.     

N2O在Au/Co3O4和Au/ZnCo2O4催化剂上的分解反应

通过调变HAuCl₄溶液的pH值和Au负载量,用沉积-沉淀法制备了一系列Au/Co₃O₄催化剂,并采用AES、BET、XRD、SEM、XPS和H₂-TPR等技术对催化剂的结构和组成进行了表征,考察了制备条件对其在有氧气氛中催化N₂O分解反应性能的影响规律,得到了催化剂最佳制备条件:HAuCl₄溶液pH值为9,Au负载量为0.29%。催化测试结果表明:虽然ZnCo₂O₄的催化活性优于Co₃O₄,但0.31%Au/ZnCo₂O₄的活性和稳定性低于0.29%Au/Co₃O₄。500℃、在含氧气氛中连续反应10 h, 两者均可完全分解N₂O,但在含氧、含水气氛中0.29%Au/Co₃O₄和0.31%Au/ZnCo₂O₄上的N₂O转化率分别为92%和63%。究其原因,发现Au/Co₃O₄中Au和Co组分间存在协同效应,而Au/ZnCo₂O₄中Au和Co组分间则没有协同效应。     

SO2对NO催化氧化过程的影响Ⅲ.γ-Al2O3载体酸碱性的影响

研究反应温度为423 K时SO2对载体γ-Al2O3上NO氧化过程的影响.在基本弄清了载体对SO2的吸附有利于SO2促进NO氧化反应的基础上,考察了不同浓度的NaOH和H2SO4预处理的γ-Al2O3 对 SO2的吸附能力及对NO的氧化性能.结果显示,与未处理的γ-Al2O3相比,经高浓度(1 mol*L-1)的酸碱处理后γ-Al2O3对SO2的吸附能力发生了显著的变化,但在SO2气氛中对NO的氧化能力都明显减退,尤其是酸处理对γ-Al2O3的吸附和催化性能有破坏作用.低浓度(0.1 mol*L-1)酸碱处理对γ-Al2O3吸附SO2的能力影响不大,但SO2对NO氧化反应的增强效应有明显改善,特别是酸处理后γ-Al2O3上NO的氧化转化率能在较长时间内保持较高水平.说明对于SO2气氛中NO的氧化,载体需要适当的酸碱中心.