铁系催化剂上乙苯与CO2氧化脱氢反应

采用浸渍法和溶胶-凝胶法制备了三种含Mg,Fe和Al量相同的Fe2O3-MgO/γ-Al2O3,Fe2O3/MgAl2O4和MgFe0.1Al1.9O4催化剂,在580°C考察了它们催化乙苯与CO2氧化脱氢反应性能,并采用X射线衍射,表面元素分析,H2-程序升温还原和CO2-程序升温脱附等技术对催化剂体相及表面性质进行了表征.结果表明,催化剂制备方法影响Fe物种的存在形态,进而影响催化剂的稳定性和活性.采用浸渍法制备的Fe2O3/MgAl2O4催化剂含有高度分散的Fe2O3活性物种,该物种具有较好的初活性,但是稳定性较差;而采用溶胶-凝胶法制备的MgFe0.1Al1.9O4催化剂中,Fe物种主要以同晶取代的形式存在于尖晶石骨架中,因而具有较高的乙苯与CO2氧化脱氢催化活性和稳定性.     

TiO_2助剂对乙苯脱氢催化剂性能的影响

研究了TiO_2助剂对乙苯脱氢催化剂的结构和其催化性能的影响以及对催化剂中铁钾尖晶石活性相形成的作用,并对催化剂的物理化学性质进行了表征.表征结果表明,引入适量的TiO_2能显著促进催化剂中活性相K_2Fe_(22)O_(34)的形成,减小CeO_2的晶粒尺寸,提高其在催化剂中的分散性;另一方面,添加助剂TiO_2后可以降低CeO_2和活性相K_2Fe_(22)O_(34)的还原温度,为反应提供更多的氧缺位和酸碱中心,提高了催化剂乙苯脱氢反应的活性.     

三维有序介孔二氧化锰制备及其甲醛催化氧化性能

空气中的甲醛主要来源于化工、建材、涂料、装潢材料以及机动车尾气.甲醛具有光化学活性,对人体具有致癌致畸作用.高浓度甲醛对人体健康和空气环境危害极大,室内低浓度甲醛对人体也有很大伤害.因此,消除室内、机动车尾气以及工业生产过程中的甲醛非常必要.目前,去除甲醛的方法主要有吸附法、光催化法和催化燃烧法.其中,催化燃烧法具有去除效率高、起燃温度低、适用范围广、设备操作简单以及无二次污染等优点,因而非常适用于去除高浓度和低浓度甲醛.该方法的核心是催化剂的制备和筛选.近年来,用于甲醛催化燃烧的催化剂主要是负载型贵金属和金属氧化物.由于贵金属催化剂成本较高,所以金属氧化物催化剂备受关注.MnO2种类繁多,既包括人工合成的棒状、线状、管状、球状和孔状等形貌,还包括自然界存在的α,β,γ和δ等类型.其中,介孔MnO2因具有较大的比表面积和特殊的孔道而应用于乙醇、甲苯、苯等挥发性有机物的催化氧化反应.目前,尚未见三维(3D)有序介孔MnO2催化氧化甲醛的报道.本文以合成的3D有序介孔KIT-6分子筛为硬模板剂,采用纳米浇筑法制备出3D有序介孔MnO2材料.为了比较,采用水热法合成了α-MnO2和p-MnO2纳米棒.采用X射线粉末衍射、N2吸附-脱附、透射电子显微镜和X射线能谱(XPS)等方法对催化剂进行了表征.在微型固定床石英管反应器上评价了催化剂催化甲醛氧化活性,采用气相色谱(GC)联接热导检测器(TCD)和质谱检测器(MSD)检测产物和反应物的含量.表征结果表明,3D-MnO2复制了KIT-6硬模板的三维有序立方对称介孔结构(ia3d),且具有金红石型β-MnO2晶相,属软锰矿,具有较大的比表面积和双孔分布介孔结构,最大孔径分别位于3.7和11.4nm处.3D-MnO2样品具有清晰的孔道结构,而α-MnO2和p-MnO2纳米棒为无孔的一维纳米单晶材料.另外,3D-MnO2表面暴露了较多的(110)晶面,有利于增加表面Mn4+离子.XPS结果证实3D-MnO2表面存在较多的Mn4+离子,这些Mn4+离子为甲醛催化反应提供了丰富的活性位,有利于提高甲醛氧化活性.评价结果表明,3D-MnO2具有良好的低温催化性能,于130℃即可将甲醛完全转化成CO2和H2O;而在同样条件下,α-MnO2纳米棒和β-MnO2纳米棒分别在140和180℃才能完全转化甲醛.3D-MnO2具有良好的甲醛催化性能主要归因于特殊的介孔结构、较大的比表面积和较多的表面Mn4+离子.     

纳米Fe2O3-K2O催化剂的制备及其催化乙苯脱氢性能

采用浸渍-热分解法制备了纳米Fe2O3-K2O催化剂,并在常压和520～580℃的条件下,考察了其对乙苯催化脱氢反应的催化性能.结果发现,纳米Fe2O3-K2O催化剂表现出很好的活性和稳定性.在550℃,N2/H2O/乙苯摩尔比为30.7/10/1和WHSV=0.43h-1的条件下,纳米Fe2O3-K2O催化乙苯脱氢的转化率为71.9%,苯乙烯选择性为91.1%.透射电子显微镜和X射线衍射测试结果表明,氧化铁的粒径为10～14nm.催化剂的尖晶石结构和高比表面积是其表现出高催化性能的主要原因.     

三维有序大孔Al2O3制备的新方法及表征

以聚苯乙烯胶晶为模板,用Al(NO3)3•9H2O为前驱物,使用柠檬酸为配体,成功地制备了孔径为250～350 nm的三维有序大孔Al2O3材料.SEM观察表明,所得大孔材料孔结构规则排列,孔与孔之间通过小孔相连,形成了一个三维有序排列的蜂窝状结构.实验发现,以Al(NO3)3•9H2O为前驱物,加入柠檬酸可以防止团聚粒子的产生,有利于三维有序结构的形成.前驱物浓度在0.5～0.8 mol•L－1范围内均能得到较好的三维有序大孔结构.在1 100 ℃焙烧2 h后,Al2O3大孔材料仍能保持完整的规则孔结构特征,表现出较高的热稳定性.     

CO2 气氛下 MCF 负载氧化钒催化剂上乙苯脱氢反应

 以介孔氧化硅泡沫 MCF 为载体合成了一系列负载型氧化钒催化剂 (V 含量为 2%?10%). 采用 N2 吸附、X 射线衍射和 H2 程序升温还原对 V/MCF 催化剂的结构和织构性质进行了表征, 并评价了催化剂在 CO2 气氛下的乙苯脱氢性能. V/MCF 催化剂具有较高的乙苯脱氢活性, 其中 V 含量为 6% 的催化剂具有最高的反应活性. V/MCF 催化剂的乙苯脱氢活性显著高于 V/MCM-41, 这是由于前者具有较高的可还原性以及较好的扩散性能. CO2 气氛下的乙苯转化率明显高于 N2 气氛下的, 这归因于 CO2 与乙苯发生氧化脱氢, 并通过逆水煤气变换反应在线除去脱氢反应生成的氢.     

三维有序大孔钙钛矿 LaFeO3 催化剂的制备及其催化炭黑颗粒燃烧性能

 采用水油两相双引发剂的无皂乳液聚合法制备了羧基改性的聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 聚合物微球, 并以此为模板, 采用胶体晶体模板法制备了三维有序大孔 (3DOM) 钙钛矿 LaFeO3 催化剂. 同时采用柠檬酸络合燃烧法制备了纳米钙钛矿 LaFeO3 催化剂. 通过傅里叶红外光谱、扫描电镜、X 射线衍射和激光粒度仪等方法对样品进行了表征. 采用程序升温氧化反应评价了催化剂对模拟柴油机炭黑颗粒催化燃烧的活性. 结果表明, 制备的羧基改性 PMMA 聚合物微球固含量约为 10%, 表面羧基含量约为 3 mmol/g. 微球粒径分布均匀, 且可通过调节反应条件得到不同的粒径, 可控范围在 300~700 nm. 所制得的 3DOM 钙钛矿 LaFeO3 催化剂以六方有序的方式排列, 其孔径及孔径收缩率分别为 300 nm 和 32%, 大孔孔壁平均厚度约 50 nm. 该催化剂对炭黑颗粒催化燃烧的 T10, T50, T90 和 SmCO2 分别为 340, 412, 458 oC 和 99.8%, 性能优于纳米 LaFeO3 催化剂.     

MgFe0.1Al1.9O4 的合成及其催化乙苯与 CO2 的氧化脱氢反应

 以柠檬酸为络合剂, 采用溶胶-凝胶法制备了具有尖晶石结构的 MgFe_0.1Al_1.9O₄ 催化剂, 并将其用于催化乙苯与 CO₂ 氧化脱氢反应. 运用 X 射线衍射、X 射线能量色散光谱分析、红外光谱、热重-差热、N₂ 吸附-脱附和 H₂ 程序升温还原等技术对催化剂进行了表征. 结果表明, 在 650 ºC 以上焙烧即可制得结构确定、组成均一的 Mg-Fe-Al-O 复合氧化物催化剂, 其中 Fe 物种主要以同晶取代的形式存在于尖晶石骨架中. 随着焙烧温度的升高, 尖晶石结晶度提高, Fe 物种还原能力下降, 催化剂晶粒度增大, 比表面积降低. 700 ºC 焙烧制备的 MgFe_0.1Al_1.9O₄ 具有较好的催化乙苯与 CO₂ 氧化脱氢反应活性和稳定性.     

含稀土铕配合物三维有序大孔材料的制备及其荧光性能

采用物理吸附的方法将稀土配合物嵌入三维有序大孔聚合物材料的孔内,组装了发光性能良好的含邻菲罗林-铕配合物的三维有序大孔聚合物材料(3DOM/Eu(Phen)2).并通过扫描电镜、红外光谱和荧光光谱对3DOM/Eu(Phen)2组装体进行了表征.结果表明:组装体的结构保持了三维有序大孔材料的结构特征,在紫外灯的照射下,发出稀土离子的特征谱线,与纯配合物相比,其激发光谱发生蓝移,荧光寿命延长.     

磺酸功能化三维有序大孔材料的制备与催化性能研究

采用模板法, 用正硅酸乙酯和3-巯丙基-三甲氧基硅烷的混合溶胶, 在聚苯乙烯胶晶间隙中原位转化, 除去模板后用双氧水将巯基氧化成磺酸基, 首次成功地制备了大孔规整排列的3DOM SiO₂-SO₃H材料. 样品用SEM, EDS, FT-IR等方法进行了测试表征. 结果表明, 所得到材料的三维大孔结构规整性十分好, 大孔孔径大约250 nm, 并由大约80 nm的小孔相连; 磺酸基很好地嵌入孔壁基质中, 吡啶吸附测定显示了典型的质子酸特征, 而且酸中心随硫含量增加而增多. 对乙酸与正丁醇的酯化反应显示了良好的催化性能, 磺酸含量越大, 催化活性越高. 这一研究为开发新型高效的固体酸催化剂提供了很有意义的结果.     

胶晶模板法制备3DOM尖晶石型LiMn2O4及表征

通过乳液聚合获得粒径为280 nm左右的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球, 从其母液中离心沉降制得胶晶模板. 将LiNO3, Mn(Ac)2·4H2O和柠檬酸按摩尔比1∶2∶2配成前驱物的醇水混合溶液, 填充于PMMA胶晶模板间隙中, 经干燥和焙烧氧化成孔制得了三维有序大孔(3DOM)锂锰氧化物. 实验结果表明, 当n(Li)/n(Mn)=0.6, 前驱液浓度在0.6~1.0 mol/L之间和升温速率为2 ℃/min时, 分别在300与600 ℃下两段恒温焙烧2~3 h有利于目标产物的形成. SEM测试结果表明, PMMA胶晶模板和3DOM锂锰氧化物均为面心立方紧密堆积, 排列规则有序, 大孔直径在200~240 nm之间, 孔壁厚度在30~45 nm之间. 产物经XRD晶相测定和EDTA, KMnO4滴定分析确证为正尖晶石型LiMn2O4.     

三维有序大孔Fe2SiO4/SiO2@C锂离子电池负极纳米玻璃陶瓷-碳复合材料制备及电化学性能

以聚苯乙烯（PS）胶晶作为铸模,采用纳米铸造工艺及后续煅烧的方法合成了三维有序大孔Fe₂SiO₄/SiO₂@C纳米玻璃陶瓷锂离子电池负极材料。溶胶-凝胶工艺产生的凝胶在650℃氩气氛炉中煅烧后,Fe₂SiO₄纳米晶体从含铁元素的SiO₂基玻璃中结晶析出,形成由Fe₂SiO₄纳米晶体、铁离子（Fe³⁺）修饰的玻璃态SiO₂和非晶碳组成的三维有序大孔纳米玻璃陶瓷。在50 mA·g^-1电流密度下进行充放电时,其放电容量可达450 mAh·g^-1以上,电流密度增加到250 mA·g^-1时可逆放电容量仍旧稳定地保持在260 mAh·g^-1,而具有同样有序大孔结构和含碳量的非晶态SiO₂@C材料的放电比容量在50 mA·g^-1电流密度时仅为15 mAh·g^-1。这些结果表明,Fe₂SiO₄纳米晶体及Fe³⁺有助于SiO₂基玻璃陶瓷实现可逆储锂过程。     

3DOM TiO_2-ZrO_2复合材料制备与多模式光催化降解有机污染物

采用溶胶-凝胶结合煅烧后处理方法,以聚苯乙烯(PS)胶球和EO20PO70EO20(P123)作为双模板剂制备了三维有序大孔复合材料3DOM Ti O2-Zr O2.通过XRD、UV-Vis/DRS、XPS、SEM以及氮气吸附-脱附等测试手段对其组成、结构与表面形貌进行了表征.同时,研究了3DOM Ti O2-Zr O2在多模式光催化条件下对有机污染物的降解情况.结果表明,3DOM Ti O2-Zr O2复合材料呈现的开放通透、整齐有序的"蜂巢状"大孔结构不仅有利于有机污染物分子的输入与输出,而且其良好的晶型结构与较高的BET比表面积进一步增强了其在紫外光、微波辅助以及模拟日光光催化降解甲基橙中的活性.同时,该复合材料对多种类型结构的有机污染物均显示一定程度的降解.     

三维有序大孔Fe_2SiO_4/SiO_2@C锂离子电池负极纳米玻璃陶瓷-碳复合材料制备及电化学性能

以聚苯乙烯(PS)胶晶作为铸模,采用纳米铸造工艺及后续煅烧的方法合成了三维有序大孔Fe_2SiO_4/SiO_2@C纳米玻璃陶瓷锂离子电池负极材料。溶胶-凝胶工艺产生的凝胶在650℃氩气氛炉中煅烧后,Fe_2SiO_4纳米晶体从含铁元素的SiO_2基玻璃中结晶析出,形成由Fe_2SiO_4纳米晶体、铁离子(Fe3+)修饰的玻璃态SiO_2和非晶碳组成的三维有序大孔纳米玻璃陶瓷。在50 m A·g~(-1)电流密度下进行充放电时,其放电容量可达450 m Ah·g~(-1)以上,电流密度增加到250 m A·g~(-1)时可逆放电容量仍旧稳定地保持在260 m Ah·g~(-1),而具有同样有序大孔结构和含碳量的非晶态SiO_2@C材料的放电比容量在50 m A·g~(-1)电流密度时仅为15 m Ah·g~(-1)。这些结果表明,Fe_2SiO_4纳米晶体及Fe~(3+)有助于SiO_2基玻璃陶瓷实现可逆储锂过程。     

三维有序大孔尖晶石型Li1.6Mn1.6O4的制备及锂离子筛吸附特性

用LiNO3、Mn(Ac)2•4H2O和柠檬酸的混合溶液填充聚甲基丙烯酸甲酯胶体晶体模板, 在空气中氧化焙烧, 制备出三维有序大孔尖晶石型锂锰氧化物Li1.6Mn1.6O4. 前驱体经过0.1 mol/L盐酸脱锂后获得相应的三维有序大孔锂离子筛, 其大孔直径和孔壁厚度分别为240 nm和50 nm左右. XRD测试结果表明, Li1.6Mn1.6O4、锂离子筛和吸锂后的样品均保持尖晶石结构. 三维有序大孔材料呈现彼此连通的孔道空间, 缩短了Li+的平衡吸附时间, 前驱体脱锂率在80 ℃时达到95%, 而锰的溶损率在低于60 ℃时小于2.5%. 溶液温度对Li+的交换能力影响很大, 升高温度, Li+与H+的可逆交换程度增大, Li+的最大吸附容量为56.7 mg/g, 但处于锰16d八面体缺陷位置的氢难于被交换. pH滴定和分配系数(Kd)分析表明, 该固体酸在Li+, Na+和K+共存溶液中对Li+的吸附具有较高的选择性.     

松散接触下 Au-Ce强相互作用对 Au/CeO2/3DOM Al2O3催化剂催化柴油炭烟燃烧活性的影响

与汽油发动机相比,柴油发动机具有热效率高、CO2排放低、寿命长、续航距离远和经济性好等优点,可大大缓解能源短缺,降低 CO2排放量.因此,机动车柴油化是当前发展趋势.然而,柴油发动机在使用过程中会排放大量炭烟颗粒物,对人体危害极大.因此,控制炭烟颗粒排放成为环境催化研究的重点之一.
　　炭烟颗粒物催化燃烧反应是典型的固(炭烟颗粒)-固(催化剂)-气(O2)多相催化反应.三维有序大孔氧化物(3DOM)具有大孔径和内部贯通的孔道结构,能有效提高炭烟颗粒与催化活性中心的接触性能.同时,纳米 Au颗粒在大孔氧化物表面的负载可有效提高催化剂本征活性,但纳米 Au颗粒催化剂热稳定性较差. CeO2具有较好的储放氧性能,可与贵金属活性组分发生相互作用,从而提高贵金属纳米颗粒的分散度和稳定性.因此,本文从柴油炭烟颗粒物催化燃烧反应本质出发,设计制备了高炭烟燃烧催化活性的3DOM氧化物担载 Au基催化剂,研究了 Au与 CeO2强相互作用对炭烟燃烧活性的影响.
　　采用胶体晶体模板法制备3DOM Al2O3载体,由微孔膜氨沉淀法制备 CeO2/3DOM Al2O3催化剂,以还原-沉积法制备 Au/3DOM Al2O3和 Au/CeO2/3DOM Al2O3催化剂,并利用扫描电镜、N2物理吸附-脱附、X射线衍射、透射电镜、紫外漫反射光谱、H2程序升温还原和 X射线光电子能谱等手段对催化剂形貌、比表面积、物理化学性质和氧化还原性进行了表征.结果表明,在 CeO2/3DOM Al2O3中, Al3+可进入到氧化铈晶格内,形成 Al-Ce-O固溶体,产生氧空位,这有利于氧物种转移.此外, Au/CeO2/3DOM Al2O3催化剂中 Au和 CeO2之间的强相互作用能增加 Au纳米颗粒表面活性氧物种数量,从而促进柴油炭烟燃烧反应.纳米颗粒 Au的担载使得催化柴油炭烟燃烧的起燃温度明显降低,其中 Au/CeO2/3DOM Al2O3催化剂表现出最高的催化活性,T10,T50和T90分别为273,364和412oC.     

溶胶-凝胶法制备用于CO2气氛下乙苯脱氢反应的高活性Cr2O3-SiO2催化剂

 采用溶胶-凝胶法制备了Cr2O3-SiO2催化剂，考察了催化剂对CO2气氛下乙苯脱氢制苯乙烯反应的催化性能. 结果表明，溶胶-凝胶法制备的Cr2O3-SiO2催化剂上乙苯脱氢活性是常规的Cr2O3/SiO2负载型催化剂的2倍，Cr2O3-SiO2催化剂中Cr6+的含量较高是其具有高活性的主要原因.