PdO-CeO2复合氧化物催化剂的CO低温氧化

采用共沉淀法制备了一系列不同Pd含量的PdO-CeO2复合氧化物催化剂,并考察了该催化剂的CO低温氧化反应催化性能.运用X射线衍射(XRD),物理吸附(BET),CO化学吸附,程序升温还原(TAR),脉冲反应等技术对催化剂进行了表征.XRD结果表明,焙烧温度从400 ℃升高到800℃,有利于CexPd1-xO2-δ固溶体的形成.然而焙烧温度升至1000℃时,导致Pd从固溶体中析出.催化剂的CO氧化活性(TOF)与CexPd1-xO2-δ固溶体的含量存在一定的对应关系.随着CexPd,1-xO2-δ固溶体含量的增加,CO氧化的TOF值大,可见CexPd1-xO2-δ固溶体的形成对CO氧化活性有着主要的贡献.在催化剂焙烧温度相同的条件下,催化剂的CO氧化活性与Pd粒子大小无对应关系.脉冲反应进一步说明PdOx的CO氧化活性高于金属Pd.     

CO2对Cu-Ce-O催化剂催化氧化CO活性的影响

用CO作为探针研究CeO。的表面性质,以及研究CO和CO。与CeO。的相互作用,已有不少报导［‘－’1．Br。ysse等人发现CO在CeO。上的吸附,总伴随着催化剂的还原和COZ的生成;CO。在CeO。上的吸附不总是可逆的,CO。的存在会降低其对CO的催化氧化活性,对反应有抑制的影响,甚至会使表面中毒问．也有报导在CO或COZ气氛下,有证据表明CeO。有不利干活性的碳酸盐物种形成;反应中生成的C（）。也可能吸附在表面上形成稳定的碳酸盐,从而抑制反应的继续进行k‘］．＊0。对O;－O－（）催化剂在催化氧化以）中的影响报导比较少问．…     

CO在纳米CeO2负载的Pd-Cu催化剂上的低温催化氧化

用溶胶一凝胶法制得了平均晶粒度为15nm的CeO2粉体,并用浸渍法制备了Pd-Cu/纳米CeO2催化剂;通过XRD、SEM和HRTEM等表征手段研究了纳米CeO：粉体和Pd-Cu/纳米CeO2催化剂的性能;考察了催化剂对CO的低温催化氧化活性。结果表明：纳米CeO2粉体负载的Pd-Cu催化剂对CO的低温催化氧化活性明显优于一般CeO2颗粒负载的Pd-Cu催化剂,其CO完全氧化的最低温度比Pd-Cu,热分解法CeO2催化剂低约70℃,比Pd-Cu,工业CeO：催化剂低约130℃。因此,纳米CeO2粉体作载体可极大地提高Pd-Cu催化剂的CO氧化性能。     

ZrO2基复合金属氧化物催化剂上CO2温和氧化乙苯制苯乙烯

苯乙烯(SM)是聚合物化学中最重要的单体之一,由其生产的聚合物产品(如PS,SBR和ABS等)具有独特的性能,因而SM的需求逐年增加.乙苯(EB)催化脱氢工艺提供了90％的SM需求,该过程在K促进的氧化铁催化剂上于600-650℃进行.这是一个吸热且体积增大的反应,因此需要绝热反应器和大量的过热过饱和蒸汽以提供热量和降低反应分压,从而有利于反应平衡向SM方向移动,也可避免或消除积碳.同时,也造成大量潜热被浪费;热点也降低了整个反应活性和催化剂寿命.在蒸汽中加入空气或富氧空气,使得副产H2与O2反应,产生的热量可供随后乙苯脱氢反应,同时H2的移除也有利于提高EB单程转化率,并保持高的SM选择性.但是,该过程需要2个催化剂,反应器的设计和催化剂的装填比较复杂,且存在爆炸的危险.因此,人们尝试了多种氧化剂和新型的催化剂.最近也有人提出软氧化剂的概念.这为开发新催化体系提供了可能.相对于O2,CO2的氧化性很弱,但可用作温和氧化剂去除脱氢单元中副产的H2,降低了反应温度,且不影响反应活性和选择性;同时,具有较大的经济性和环保性,在工业上也是切实可行的.除了负载型的碱金属促进的氧化铁催化剂外,各种金属或金属氧化物也用于催化CO2氧化EB脱氢反应中,如Fe,Cr,V和La的氧化物为活性金属,碳材料、MgO、SiO2、Al2O3、Ga2O3、ZrO2、TiO2、水滑石类化合物及分子筛为载体.Park课题组研究了Fe,V和Cr基催化剂,即设计氧化还原的催化剂表面以解离CO2,产生的O用于逆水汽反应.其中以Al2O3负载的V和V-Sb氧化物催化剂性能最为突出;但存在积碳失活和V物种的深度还原等问题.为了进一步提高催化剂性能,该课题组开发了多种ZrO2基复合氧化物催化剂,包括MnO2-ZrO2,TiO2-ZrO2,CeO2-ZrO2和SnO2-ZrO2.这些催化剂具有酸碱特性,在反应中表现出较高的催化性能.因此,本文简要总结了用于CO2氧化EB脱氢反应的ZrO2基催化剂最新研究进展.研究发现,在CO2氧化EB脱氢制SM反应中,CO2在提高催化剂活性和稳定性方面起着非常重要的作用,可被定义为软氧化剂:氧化催化剂表面以保持其表面氧含量,移除催化剂表面产生的积碳和副产物H2,为反应体系提供较高的热容以克服反应平衡限制,从而达到较高的转化率.ZrO2基复合金属氧化物是具有改善的织构特性的纳米粒子,且具有酸碱两性和氧化还原性能.改性可提高催化体系的热稳定性和活性.其中CeO2-V2O5/TiO2-ZrO2催化剂具有恰当的氧化还原性和酸碱两性,二者协同作用,因而催化性能最佳.氧化还原稳定剂Sb的添加进一步提高了其催化性能.碱金属和碱土金属可优化其酸碱性,增加比表面积,从而提高反应活性和选择性以及CO2转化率.继续加强抑制积碳和促进CO2活化方面的研究,可有望进一步提高单程转化率(75％以上)、选择性(98％)和CO2转化率(30％).总之,CO2氧化EB脱氢制SM是一个高度经济性和环境友好的新过程,在未来有望满足SM日益增长的需求.另外,该过程的开发可减少CO2排放,其副产的CO还可用于多种化工过程.然而,该过程仍面临诸多挑战:如何抑制积碳,单程转化率和催化剂寿命有待进一步提高.这些挑战也给我们未来的研究提供了方向.深入理解反应机理、积碳机理和CO2的活化过程也有利于我们开发出更适合工业应用的催化剂.     

CO在纳米CeO2负载的Pd-Cu催化剂上的低温催化氧化

用溶胶-凝胶法制得了平均晶粒度为15nm的CeO2粉体,并用浸渍法制备了Pd-Cu/纳米CeO2催化剂;通过XRD、SEM和HRTEM等表征手段研究了纳米CeO2粉体和Pd-Cu/纳米CeO2催化剂的性能;考察了催化剂对CO的低温催化氧化活性.结果表明纳米CeO2粉体负载的Pd-Cu催化剂对CO的低温催化氧化活性明显优于一般CeO2颗粒负载的Pd-Cu催化剂,其CO完全氧化的最低温度比Pd-Cu/热分解法CeO2催化剂低约70℃,比Pd-Cu/工业CeO2催化剂低约130℃.因此,纳米CeO2粉体作载体可极大地提高Pd-Cu催化剂的CO氧化性能.     

CuxCe1-xO2-x/SBA-15/堇青石整体式催化剂及其CO催化氧化性能

以堇青石蜂窝陶瓷为载体,CuxCe1-xO2-x/SBA-15为催化活性组分,制备了一系列10%~60%Cu0.5Ce0.5O1.5/SBA-15/堇青石和50%CuxCe1-xO2-x/SBA-15/堇青石(x=0~1)整体式催化剂,采用低温氮吸附-脱附、XRD、XPS和H2-TPR对催化剂进行了表征,在微型固定床反应器中评价了催化剂的CO催化氧化活性。结果表明:整体式催化剂仍然保持SBA-15的介孔结构,催化剂中除了堇青石的物相外,还有CuO和CeO2物相,催化剂表面的Cu以Cu2+和Cu+两种状态存在,Ce以Ce4+状态存在,催化剂表面的氧化还原性能与Cu0.5Ce0.5O1.5的含量和Cu、Ce的比例有一定的关系,50%Cu0.5Ce0.5O1.5/SBA-15/堇青石催化剂具有最好催化活性,CO可以在140℃完全转化。     

CO2选择性氧化甲烷制C2烃催化剂La2O3/ZnO的氧化还原和CO2吸附性能

Ｌａ２Ｏ３／ＺｎＯ催化剂体系在以二氧化碳作为氧化剂的甲烷氧化偶联反应中具有很高的Ｃ２烃选择性和稳定性．采用ＣＯ２－ＴＰＤ－ＭＳ和ＴＰＲ技术考察了Ｌａ２Ｏ３／ＺｎＯ对ＣＯ２的吸附性质及其氧化还原行为．结果表明：（１）Ｌａ２Ｏ３／ＺｎＯ催化剂体系存在着强、弱两种碱中心，其中弱碱中心数量随样品中Ｌａ２Ｏ３含量增加而减少，强碱中心强度随样品中Ｌａ２Ｏ３含量增加而增强．（２）由于组分相互作用，高温下，Ｌａ２Ｏ３／ＺｎＯ易产生晶格氧空位，使之对ＣＯ２的吸附增强，吸附后的ＣＯ２与晶格氧作用形成立方晶型Ｌａ２Ｏ２ＣＯ３．（３）Ｌａ２Ｏ３／ＺｎＯ表面的Ｌａ３＋和Ｚｎ２＋可以部分被还原，由于组分间的相互作用，使得二者的还原都较单一组分存在时更难．（４）Ｈ２－ＣＯ２－Ｈ２氧化还原循环实验表明，Ｌａ２Ｏ３／ＺｎＯ表面被部分还原后，ＣＯ２可以将部分被还原的表面再氧化．在此基础上对Ｌａ２Ｏ３／ＺｎＯ催化剂上甲烷与ＣＯ２转化为Ｃ２烃的机制也进行了讨论．     

PrOy-ZrO2固溶体的结构表征和CO氧化性能

采用共沉淀法制备了不同Pr/Zr比的PrOy-ZrO2固溶体,用激光拉曼光谱(Raman)、X-射线粉末衍射(XRD)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等技术对固溶体进行了物相结构表征并选择CO氧化作为模型反应考察了固溶体的催化性能。结果表明,随着Pr含量的增加,无定形ZrO2转化为晶相ZrO2的温度提高、热效应下降,而PrOy-ZrO2固溶体的物相结构从单斜相逐步向四方和立方相转变。XRD和Raman光谱得到的物相结构的差别是PrOy-ZrO2固溶体的表层和体相结构不一致造成的,PrOy-ZrO2固溶体表层更易生成低对称性的物相,而且也容易生成非晶相的物相。CO氧化实验表明PrOy-ZrO2固溶体的催化活性与样品的组成有很大关系,其中高温区和低温区分别是PZ-30和PZ-50的CO氧化活性最高。     

Ir/CeO2催化剂的表征和CO氧化性能

采用浸渍法制备了Ir/CeO2催化剂,考察了催化剂的CO氧化活性。随着Ir负载量的增加,Ir/CeO2催化剂的CO氧化活性先上升后下降,当Ir的负载量为1%时,催化剂的活性最高。Ir/CeO2催化剂中Ir以IrO2的形式存在,当低负载量(≤1%)时以高分散形式存在;高负载量(>1%)时以晶相IrO2的形式存在。随着Ir负载量增加,Ir粒子逐渐变大,反应比速率和反应转换频率(TOF)逐渐下降,表明小粒子上具有更高的CO反应活性。同时也发现金属态Ir催化剂的CO氧化活性高于氧化态IrOx催化剂。     

CexZr1-xO2/Co/C-N催化CO2加氢性能研究

将不同比例的铈锆前驱体负载到ZIF-67,氮气气氛焙烧制备CexZr1-xO2/Co/C-N催化剂,对催化剂进行了XRD,H2-TPR、XPS表征,并在固定床反应器评价其CO2加氢制甲醇性能。XRD结果表明,在铈中加入适量锆形成铈锆固溶体,铈锆固溶体与钴物种较强的相互作用力可以阻止表明金属Co的氧化。但过量加入的锆又会削弱这一作用力,部分金属Co被氧化为Co3O4。H2-TPR结果表明适量的锆的加入改善催化剂的还原性能,催化剂还原温度降低。XPS证实了25%Ce0.67Zr0.33O2/Co/C-N催化剂中含有更多的氧空穴及氮含量,氧空穴和碱性氮都有利于CO2的解离吸附。优化后的25%Ce0.67Zr0.33O2/Co/C-N 催化剂在225 oC,2 MPa,GHSV = 6 L/gcat/h反应条件下取得最高甲醇时空收率,为3.0 mmol/gcat/h。     

CuO-CeO_2的固相反应法制备及其催化CO低温氧化性能

采用固相化学反应法制备了一系列CuO-CeO_2催化剂,并用X-射线衍射(XRD)、程序升温还原(H_2-TPR)和氮吸附等技术对样品进行了表征,利用微反-色谱装置考察了其催化CO低温氧化反应的活性,研究了CuO含量和催化剂焙烧温度对CuO-CeO_2催化活性的影响。结果表明,随着CuO含量的增加,CuO-CeO_2的催化活性提高,至不小于15%时达到稳定;随焙烧温度的升高,CuO-CeO_2的催化活性先提高,至650℃时达到最大,之后又降低。CuO-CeO_2的催化活性与其CuO的还原性之间有较好的对应关系。     

光还原催化剂Pt/TiO2富氢条件下CO优先氧化反应

用光还原法来提高富氢条件下CO优先氧化(PROX)催化活性和CO2选择性,分别对有无氢气时CO氧化反应参数进行了详尽研究.X射线光电子能谱(XPS)表征结果显示,在光还原催化剂表面产生了部分氧空穴,可为化学吸附H提供活性中心.针对光还原Pt/TiO2催化剂上CO优先氧化反应提出了一种可能的双功能反应机理.     

一锅法合成Ce_xZr_(1-x)O_2固溶体催化剂用于热化学循环分解CO_2制CO

采用一锅蒸发诱导自组装法(EISA)制备了一系列不同铈锆物质的量比的铈锆固溶体催化剂,用TGA研究了其热化学循环分解CO_2制CO的催化性能,并采用XRD、Raman光谱、H2-TPR、XPS、SEM和N_2吸附-脱附等手段对催化剂的物相结构、还原性能和表面化学性质进行了表征分析,用热重分析(TGA)研究了铈锆固溶体对热化学循环分解CO_2制CO的催化性能。结果表明,随着Ce/Zr物质的量比增加,铈锆固溶体催化剂的CO_2高温分解活性先增大后减小。Ce/Zr物质的量比为1的Ce_(0.5)Zr_(0.5)O_2催化剂由于具有较多的晶格缺陷和氧空穴,氧迁移能力强,催化活性高,而Ce/Zr物质的量比为3的Ce_(0.75)Zr_(0.25)O_2催化剂具有相对稳定的氧空穴数,循环稳定性好。循环反应后,所有的催化剂均出现了一定程度的烧结,且富锆固溶体发生了相分离,这可能会影响催化剂的性能。     

Pt/TiO2催化剂上CO氧化反应动力学研究

利用沉积沉淀法制备了Pt/TiO₂催化剂, 将其在不同温度下焙烧, 以得到不同颗粒尺寸的Pt. 并将这些样品用于CO催化氧化反应以及反应动力学研究. 结果表明: 焙烧温度对催化剂有明显影响, Pt 颗粒尺寸随着焙烧温度的升高而增加; 与此同时, CO催化活性随焙烧温度的升高呈先增加后降低的趋势, 其中, 400℃焙烧的样品表现出最高的催化活性. 反应动力学结果表明, 催化剂上CO氧化反应表观速率方程为r=5.4×10^-7p_CO^0.17p_O2^0.36,说明在该催化剂上CO氧化遵循Langmuir-Hinshelwood机理. 同时, 对催化剂进行了CO化学吸附红外光谱和O₂化学吸附表征. 结果表明, 随着焙烧温度的升高, 催化剂上CO和O₂吸附量均呈现先升高后降低的趋势, 这与反应结果和反应动力学方程一致, 说明反应受到催化剂表面上CO和O₂吸附浓度的影响. 而在400℃焙烧的催化剂上, CO和O₂吸附量均最高, 因此其反应活性也最好. 这可能是焙烧过程影响了Pt 和TiO₂之间的相互作用引起的.     

La2O3助剂对Au/TiO2催化氧化CO性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2以及La2O3-TiO2载体, 再用沉积沉淀法制备Au/TiO2和Au/La2O3-TiO2催化剂, 并对催化剂的CO氧化反应活性进行测试. 结果表明, La2O3助剂可以显著提高催化剂催化氧化CO的活性. X射线衍射(XRD)、程序升温脱附(TPD)、N2吸附-脱附(BET)表征结果表明, La2O3助剂不仅提高了催化剂比表面积, 抑制了TiO2晶粒尺寸的长大, 并且增强了TiO2的晶格应变, 在O2气氛吸附过程中主要在TiO2表面形成O-物种. 原位傅立叶变换红外(FT-IR)结果进一步表明, La的掺杂不仅提高了吸附在Au活性位CO的氧化速率, 还使TiO2表面形成第二种活性位, 从而显著提高了催化活性.     

P123软模板对CuO-CeO2结构及其CO催化氧化性能的影响

采用软模板水热法制备了不同Cu/Ce物质的量之比的CuO-CeO₂(n_Cu:n_Ce=1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3)催化剂。考察了n_Cu:n_Ce和制备方法(软模板水热法和无模板共沉淀法)对CuO-CeO₂催化剂低温催化氧化CO性能的影响,并采用XRD、N₂-吸附脱附、TEM、H₂-TPR和XPS等表征手段对催化剂的结构、氧化还原特性和表面化学状态等进行了分析。结果表明,随着nCu:nCe的增加,CuO-CeO₂催化剂的CO催化氧化活性先升高后降低。当n_Cu:n_Ce=5:5时,催化剂在100℃时CO转化率即达到90%以上。采用软模板水热法制备的CuO-CeO₂催化剂大的比表面积、狭窄的孔道分布结构、活性CuO物种高的分散状态和CuO与CeO₂之间存在强相互作用是其具有优异的CO催化氧化活性的主要原因。     

Effect of Addition of Base on Ceria and Reactivity of CuO/CeO2 Catalysts for Low-Temperature CO Oxidation

In this work, we have reported the influence of the addition of base (KOH) on the physicochemical property of ceria synthesized by alcohothermal process, and the alcohothermal mechanism was also put forward. Furthermore, the prepared CeO2 was used as the support to prepare CuO/CeO2 catalysts via the wet impregnation method. The samples were characterized by N2 adsorption-desorption, X-ray powder diffraction (XRD), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), and temperature-programmed reduction by H2 (H2-TPR). The catalytic properties of the CuO/CeO2 catalysts for low-temperature CO oxidation were studied using a microreactor-GC system. The crystal size of CeO2-A was much smaller than that of CeO2-B, and the corresponding copper oxide catalysts exhibited higher catalytic activity than that of the CeO2-B-supported catalysts under the same reaction conditions. The alcohothermal mechanism indicated that KOH plays a key role in determining the physicochemical and catalytic properties of ceria-based materials.