沸石分子筛材料在消除挥发性有机化合物反应中的吸附与催化性能（英文）

作为空气污染物的主要成分之一,挥发性有机化合物(VOCs)会极大地破坏生态环境并损害人体健康.在众多消除VOCs的方法中,吸附法由于操作简单、成本低廉的优势而在工业上得以广泛应用.催化燃烧法则因去除效率高,适用范围广且无二次污染等优点被认为是VOCs消除最有效的手段之一.目前,活性炭是最常用的VOCs吸附剂,但存在再生困难、抗湿性差、易燃等诸多问题.与活性炭等常规吸附剂相比,沸石分子筛作为VOCs吸附剂其主要优势在于:(1)沸石分子筛的疏水性可调,通过调控分子筛骨架的硅铝比可以调节分子筛的亲疏水性,高硅铝比的沸石分子筛有着优异的疏水性能,从而可以有效降低在一定湿度条件下水对VOCs分子的竞争吸附;(2)均一的孔径分布可以有效地进行分子识别,从而使吸附剂对VOCs的选择性吸附性大大提高;(3)沸石分子筛一般由硅铝构成,本身不可燃且水热稳定性好,因此能够与微波加热等其他手段相结合以降低吸附剂重生能耗,提高操作安全性;(4)沸石分子筛比表面积大,吸附容量高,是作为蜂窝转轮吸附技术中吸附剂的理想材料,而该技术是目前工业大规模消除VOCs的研究热点.因此,沸石分子筛由于其独特的性质,被视为一种简单高效、选择性好的VOCs吸附剂.现阶段,催化燃烧VOCs所使用的催化剂常用金属氧化物作为载体,但是金属氧化物比表面积相对较小且孔道结构不均一,因此严重影响了催化剂对VOCs的催化燃烧效率,限制了催化燃烧活性的提高.而与金属氧化物载体相比,沸石分子筛材料具有均一的孔道结构以及相对较大的比表面积等优点,而将具有较好吸附选择性和吸附容量的沸石分子筛作为载体,负载活性组分后可以实现催化剂催化燃烧性能的显著提高,从而成为VOCs催化燃烧的理想催化剂.本文综述了目前沸石分子筛材料作为吸附剂和催化剂载体的负载型催化剂消除各类VOCs的研究进展.对于沸石分子筛作为VOCs吸附剂,我们小结了影响其吸附容量和吸附选择性的因素,发现分子筛的孔道大小和阳离子类型与VOCs的吸附情况密切相关.在此基础上,进一步简单介绍了分子筛蜂窝吸附转轮技术的研究现状.对于沸石分子筛作为催化剂载体,我们总结了其用于各类VOCs催化燃烧的研究情况,如烷烃类、芳烃类和醛类等.探究了催化性能的影响因素及相应的催化机理,发现分子筛的孔道结构、阳离子类型、硅铝比等都会显著影响沸石分子筛负载型催化剂的催化活性.最后,探讨了沸石分子筛应用于VOCs消除目前所存在的问题,同时展望了该领域未来的研究和发展方向.     

沸石分子筛及其负载型催化剂去除VOCs研究进展

挥发性有机物（VOCs）的排放对自然环境、人类健康产生了严重危害,吸附法和催化氧化法是治理VOCs的有效方法.沸石分子筛含有丰富的微孔,比表面积大,且含有较多的酸位点,具有一定的催化活性,十分适合作为催化剂载体材料,被广泛应用于分离、吸附及催化等领域.本文综述了不同沸石分子筛吸附去除及沸石基负载型催化剂催化氧化去除烷烃、芳香烃、醛类、酮类、酸类、酯类、醇类及氯代烃等VOCs的研究进展.分析表明,沸石吸附剂的孔道结构、硅铝比、表面物理化学性质,VOCs种类、极性、亲水性,对沸石分子筛吸附性能影响较大;沸石载体表面酸碱度,催化剂活性组分种类、分散性,VOCs种类等是影响负载型催化剂催化活性的重要因素;沸石载体和活性组分之间存在协同作用,赋予了负载型催化剂优异的催化活性.沸石负载贵金属催化剂对各类VOCs的催化氧化性能优于沸石负载金属氧化物催化剂,但贵金属价格昂贵,成本较高,通过合理设计多组分金属氧化物催化剂,可显著提高负载型催化剂的催化活性.此外,本文对沸石分子筛及其负载型催化剂去除VOCs的未来研究方向进行了展望.     

介孔硅材料及其负载型催化剂去除挥发性有机物的最新进展

介孔硅材料由于具有大的比表面积,均一的孔结构和大的孔径,常被用于分离、吸附和催化等领域.本文综述了近年来国内外介孔硅材料及其负载型催化剂去除各类挥发性有机物(VOCs)的研究进展,主要包括烃类、甲醇、甲醛、丙酮、苯、甲苯、萘、乙酸乙酯等.讨论了介孔硅材料的结构对VOCs吸附过程的影响;介绍了不同催化剂消除各类VOCs的催化性能及反应机理,并重点评述了甲苯在不同催化剂上的研究进展.分析结果表明,介孔硅材料的表面环境、孔道结构以及宏观形貌是影响VOCs分子在介孔硅材料上吸附的主要因素;贵金属催化剂的应用需要提高其抗中毒性以及降低成本;过渡金属的研究应着重于研发高活性的负载型过渡金属复合氧化物催化剂.最后对国内外介孔硅材料及其负载型催化剂的发展进行了展望,今后催化剂的设计可以从“氧化硅载体”和“介孔孔道”两个方面展开,这将为设计合适的催化剂处理各类VOCs污染物提供一定参考.     

有序多孔过渡金属氧化物及其负载贵金属催化剂对挥发性有机物氧化的催化性能

大部分的挥发性有机物(VOCs)污染环境,危害人身健康.目前,我国虽然已开展了治理 VOCs污染的工作,但还缺乏有效的、拥有自主知识产权的 VOCs治理技术,因此研发新型高效 VOCs处理技术迫在眉睫.催化氧化法是公认的最有效消除 VOCs的途径之一,而高性能催化剂的研发是实现该过程的关键.近年来,人们围绕消除 VOCs的高效且价廉的催化剂的研发开展了卓有成效的工作,许多过渡金属氧化物、混合或复合金属氧化物及其负载贵金属催化剂均被认为是有效的催化氧化材料.与体相材料相比,多孔材料具有发达的孔道结构和高的比表面积,一方面有利于反应物的扩散、吸附和脱附,因而具有更高的催化活性和选择性;另一方面有利于活性组分(如贵金属等)在多孔材料表面的高分散,抑制活性组分的烧结,因而具有更好的催化稳定性.本文简述了近年来多孔金属氧化物在环境污染物消除领域的研究进展,阐述了以有序介孔或大孔过渡金属氧化物、钙钛矿型氧化物和负载贵金属催化剂的制备及其对典型 VOCs(如苯系物、醇类、醛类及酮类等)氧化的催化性能,重点介绍了四类催化材料,包括有序介孔过渡金属氧化物或复合氧化物(Co3O4, MnO2, Fe2O3, Cr2O3和 LaFeO3等)催化剂,有序介孔金属氧化物负载贵金属(Au/Co3O4, Au/MnO2和 Pd/Co3O4等)催化剂,三维有序大孔过渡金属氧化物或复合氧化物(Fe2O3, LaMnO3, La0.6Sr0.4MnO3和 La2CuO4等)催化剂,以及三维有序大孔金属氧化物负载贵金属(Au/Co3O4, Au/LaCoO3, Au/La0.6Sr0.4MnO3和 AuPd/Co3O4等)催化剂的制备及其物化性质与对苯、甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、甲醛、甲烷或氯甲烷等 VOCs氧化的催化性能之间的相关性.借助二氧化硅或聚甲基丙烯酸甲酯微球等硬模板,采用纳米浇铸法可制备出二维或三维的有序单一或多级孔道结构的金属氧化物.研究表明,多孔金属氧化物的催化性能远优于其体相甚至纳米催化剂的.有序多孔材料的优异催化性能与其拥有大的比表面积、高的吸附氧物种浓度、优良的低温还原性、独特的孔道结构、活性组分的高分散以及贵金属与氧化物载体之间的强相互作用等有关.探明影响催化剂活性的因素有利于从原子水平上认识催化过程,为新型高效催化剂的设计与制备奠定基础.本文还指出了此类研究中存在的一些问题,例如利用硬模板法制备多孔材料的缺点是目标催化剂的收率低,硬模板浪费严重,大规模制备多孔催化剂势必增加制备成本,这些问题有待于妥善解决.与此同时,还展望了 VOCs消除技术的未来发展趋势,采用多种技术联用的方法有望最大程度地提高 VOCs的消除效率.     

有序多孔过渡金属氧化物及其负载贵金属催化剂对挥发性有机物氧化的催化性能（英文）

大部分的挥发性有机物(VOCs)污染环境,危害人身健康.目前,我国虽然已开展了治理VOCs污染的工作,但还缺乏有效的、拥有自主知识产权的VOCs治理技术,因此研发新型高效VOCs处理技术迫在眉睫.催化氧化法是公认的最有效消除VOCs的途径之一,而高性能催化剂的研发是实现该过程的关键.近年来,人们围绕消除VOCs的高效且价廉的催化剂的研发开展了卓有成效的工作,许多过渡金属氧化物、混合或复合金属氧化物及其负载贵金属催化剂均被认为是有效的催化氧化材料.与体相材料相比,多孔材料具有发达的孔道结构和高的比表面积,一方面有利于反应物的扩散、吸附和脱附,因而具有更高的催化活性和选择性;另一方面有利于活性组分(如贵金属等)在多孔材料表面的高分散,抑制活性组分的烧结,因而具有更好的催化稳定性.本文简述了近年来多孔金属氧化物在环境污染物消除领域的研究进展,阐述了以有序介孔或大孔过渡金属氧化物、钙钛矿型氧化物和负载贵金属催化剂的制备及其对典型VOCs(如苯系物、醇类、醛类及酮类等)氧化的催化性能,重点介绍了四类催化材料,包括有序介孔过渡金属氧化物或复合氧化物(Co_3O_4,MnO_2,Fe_2O_3,Cr_2O_3和LaFeO_3等)催化剂,有序介孔金属氧化物负载贵金属(Au/Co_3O_4,Au/MnO_2和Pd/Co_3O_4等)催化剂,三维有序大孔过渡金属氧化物或复合氧化物(Fe_2O_3,LaMnO_3,La_(0.6)Sr_(0.4)MnO_3和La_2CuO_4等)催化剂,以及三维有序大孔金属氧化物负载贵金属(Au/Co_3O_4,Au/LaCoO_3,Au/La_(0.6)Sr_(0.4)MnO_3和AuPd/Co_3O_4等)催化剂的制备及其物化性质与对苯、甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、甲醛、甲烷或氯甲烷等VOCs氧化的催化性能之间的相关性.借助二氧化硅或聚甲基丙烯酸甲酯微球等硬模板,采用纳米浇铸法可制备出二维或三维的有序单一或多级孔道结构的金属氧化物.研究表明,多孔金属氧化物的催化性能远优于其体相甚至纳米催化剂的.有序多孔材料的优异催化性能与其拥有大的比表面积、高的吸附氧物种浓度、优良的低温还原性、独特的孔道结构、活性组分的高分散以及贵金属与氧化物载体之间的强相互作用等有关.探明影响催化剂活性的因素有利于从原子水平上认识催化过程,为新型高效催化剂的设计与制备奠定基础.本文还指出了此类研究中存在的一些问题,例如利用硬模板法制备多孔材料的缺点是目标催化剂的收率低,硬模板浪费严重,大规模制备多孔催化剂势必增加制备成本,这些问题有待于妥善解决.与此同时,还展望了VOCs消除技术的未来发展趋势,采用多种技术联用的方法有望最大程度地提高VOCs的消除效率.     

硅改性ZSM－5沸石分子筛的酸性、孔径和择形催化性能的研究

在不同条件下用各种硅改性剂对ＺＳＭ－５沸石分子筛进行改性，并将其用于催化乙苯歧化生成对二乙苯的反应。实验结果表明，在合适条件下用ＳｉＣｌ＿４对ＺＳＭ－５改性后，可以获得高性能形选催化剂。硅改性可以有效地消除催化剂外表面酸中心，并能对分子筛孔道进行微调。根据反应结果和反应物在催化剂中的扩散系数判断，当改性后催化剂的孔道半径与ＮａＺＳＭ－Ｓ沸石孔道半径相近时，其催化选择性最佳。     

硅改性ZSM—5沸石分子筛的酸性,孔径和择形催化性能的研究

在不同条件下用各种硅改性剂对ＺＳＭ－５沸石分子筛进行改性，并将其用于催化乙苯歧化生成对二乙苯的反应。实验结果表明，在合适条件下用ＳｉＣｌ４对ＺＳＭ－５改性后，可以获得高性能形选催化剂。硅改性可以有效地消除催化剂外表面酸中心，并能对分子筛孔道进行微调。根据反应结果和反应物在催化剂中的扩散系数判断，当改性后催化剂的孔道半径与ＮａＺＳＭ－５沸石孔道半径相近时，其催化选择性最佳。     

低硅铝比ZSM-48分子筛合成及其正构十二烷临氢异构催化性能研究

通过静态水热合成法,溴化六甲二铵作为结构导向剂合成出系列低硅铝比的ZSM48沸石分子筛(Si/Al100),所合成样品中最低硅铝比为38.6(ICP-AES),这将拓宽ZSM-48高硅沸石分子筛的应用范围。制备Pt负载双功能催化剂,用于正构十二烷临氢异构催化反应。结果表明,硅铝比的改变可以影响催化剂的活性,投料硅铝比为70的双功能催化剂具有最优的催化性能,但硅铝比改变对异构产物的分布没有明显的影响,其异构产物以支链在中间位的异构体为主。     

SAPO分子筛的酸性及其孔道分布对丁烷异构脱氢反应的影响

 合成了四种磷铝及硅磷铝系列分子筛,并用XRD表征了分子筛的晶体结构,用X荧光光谱测定了其元素组成,用NH3－TPD和物理吸附考察了其酸性和孔道分布．考察了以合成的分子筛为基质制备的催化剂上丁烷异构脱氢反应的性能．结果表明,以弱酸性的SAPO－5分子筛和孔口狭窄的SAPO－34分子筛为载体的催化剂,它们的催化性能较差;以十元环的SAPO－11分子筛为载体的催化剂显示出较高的活性和选择性．同时,考察了不同分子筛催化剂上Pd金属粒子的分散状态,分析了分子筛的酸性和孔道结构对反应性能的影响．     

二维分子筛的制备及其催化应用研究进展

沸石分子筛是一种具有独特孔道结构的硅铝酸盐晶体,因其具有较大的比表面积、优异的孔道择形性、良好的热稳定性以及适宜的酸性质等特点,被广泛应用于催化、吸附、分离等领域。与常规三维沸石分子筛相比,二维分子筛由于其独特的形貌结构带来的可调变的多级孔结构、适宜的表面酸性以及良好的扩散传质性能等优点,已在吸附和催化领域显示出巨大的应用潜力。本文系统总结了二维MFI、SAPO-34、MCM-n、Y型分子筛等的合成以及此类分子筛催化应用研究方面的最新进展。最后,对二维沸石分子筛材料的新合成方法及新应用领域进行了展望。     

用于消除挥发性有机物的有序多孔金属氧化物催化剂的研究进展

综述了近年来国内外用于消除挥发性有机物的有序多孔金属氧化物催化剂的研究进展, 主要包括有序多孔氧化铈、 氧化锰、 氧化钴、 氧化铁、 氧化铬和钙钛矿型氧化物及其负载贵金属或过渡金属氧化物. 讨论了这些催化剂对典型挥发性有机物氧化的催化性能, 并展望了新型高效消除挥发性有机物催化剂的研发前景及技术发展趋势.     

Catalytic abatement of CO and volatile organic compounds in waste gases by gold catalysts supported on ceria-modified mesoporous titania and zirconia

Mesoporous oxides TiO2 and ZrO2, synthesized by surfactant templating via a neutral C13(EO)6–Zr(OC3H7)4 assembly pathway, and ceria‐modified TiO2 and ZrO2, prepared by a deposi‐tion–precipitation (DP) method, featuring high surface areas and uniform pore size distributions were used as supports for gold catalysts. The supported gold catalysts were assessed for the cata‐lytic abatement of air pollutants, i.e., CO, CH3OH, and (CH3)2O. The gold was supported on the mes‐oporous oxides by a DP method. The supports and catalysts were characterized by powder X‐ray diffraction, high‐resolution transmission electron microscopy, N2 adsorption–desorption analysis, and temperature‐programmed reduction technique. A high degree of synergistic interaction be‐tween ceria and mesoporous ZrO2 and TiO2 as well as a positive modification of the structural and catalytic properties by ceria was observed. The ceria additive interacts with the mesoporous oxides and induces a strong effect on the reducibility of the supports. The catalytic behavior of the catalysts was discussed to determine the role of the ceria modifying additive and possible interaction be‐tween the gold nanoparticles and ceria‐mesoporous oxide supports. The gold catalysts supported on ceria‐modified mesoporous ZrO2 displayed superior catalytic activity (~100%conversion of CO at 10 °C and CH3OH at 60 °C). The high catalytic activity can be attributed to the ability of the sup‐port to assist oxygen vacancies formation. The studies indicate that the ceria‐modified mesoporous oxide supports have potential as supports for gold‐based catalysts.     

Recent Advances of Beta Zeolite in the Volatile Organic Compounds(VOCs) Elimination by the Catalytic Oxidations

Volatile organic compounds(VOCs) have become one of the most serious threats to human health and eco-environment due to their volatility, toxicity and diffusivity, etc. Catalytic completely oxidation had been regarded as a highly efficient strategy for the VOCs abatement. Metal or metal oxides supported on zeolite have been considered as superior catalysts for the treatment of VOCs. Among them, Beta zeolites have attracted many attentions due to their unique structure and consequently catalytic properties in the oxidation of VOCs. The progresses and developments made in the understanding and design of Beta zeolites-based catalysts in the completely oxidation of VOCs in the past two decades have been systematically summarized in this review.     

SiO2-Al2O3玻纤载体负载CuO-CeO2对挥发性有机化合物催化燃烧性能研究

采用等体积共浸渍法制备了CuO-CeO₂整体式催化剂,评价了催化剂对乙酸乙酯、异丙醇及甲苯的催化燃烧性能。采用N₂吸附-脱附、X射线衍射（XRD）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）、氨气程序升温脱附（NH₃-TPD）以及挥发性有机化合物脱附等手段对催化剂进行了表征。表征数据显示,氧化铜以高分散态均匀分散存在于载体表面,氧化铈则是小的纳米颗粒,氧化铈颗粒粒径随着Cu/Ce物质的量比的减小而增大。添加铈氧化物会显著增加总酸量,特别是路易斯酸酸位的量,同时增强了乙酸乙酯和异丙醇的吸附量,吸附量的增加提高了催化剂对乙酸乙酯和异丙醇的催化燃烧性能。从甲苯的催化燃烧实验可以看出,大量添加CeO₂稍微增加了甲苯的吸附容量,减弱了催化剂的还原性、降低了活性氧的含量,最终导致甲苯的低转化率。催化行为由氧化铜、氧化铈以及载体三者之间的共同作用决定,这三者的协同作用不仅影响着表面氧的活性同时影响着催化剂对甲苯的吸附能力。     

Mixed oxides of transition metals as catalysts for total ethanol oxidation

Oxides of transition metals could be suitable alternatives to catalysts based on noble metals in the oxidation processes used for the abatement of volatile organic compounds. Mixed oxides of transition metals can exhibit good efficiency and thermal stability, as well as being inexpensive. In this work, oxide catalysts containing various combinations of Cu, Co, Ni, Mn, and Al, grained or supported on oxidised aluminium foil Al₂O₃/Al, were studied in terms of their chemical and physical properties, including their chemical composition, porous structure, phase composition, reducibility, and activity in total ethanol oxidation. Ternary co-precipitated catalysts in the form of grains obtained from layered double hydroxide-like precursors were highly active, especially those containing manganese. Deposition of the selected precursors on an anodised aluminium foil-support afforded less active catalysts, mainly because the required metal molar ratios were not achieved, and insufficient amounts of metals were deposited. However, by controlling the preparation conditions (pH), higher loading of active components and higher catalytic activity were obtained.     

Cooperative Catalysis for Selective Alcohol Oxidation with Molecular Oxygen

The activation of dioxygen for selective oxidation of organic molecules is a major catalytic challenge. Inspired by the activity of nitrogen‐doped carbons in electrocatalytic oxygen reduction, we combined such a carbon with metal‐oxide catalysts to yield cooperative catalysts. These simple materials boost the catalytic oxidation of several alcohols, using molecular oxygen at atmospheric pressure and low temperature (80 °C). Cobalt and copper oxide demonstrate the highest activities. The high activity and selectivity of these catalysts arises from the cooperative action of their components, as proven by various control experiments and spectroscopic techniques. We propose that the reaction should not be viewed as occurring at an ‘active site’, but rather at an ‘active doughnut’–the volume surrounding the base of a carbon‐supported metal‐oxide particle.     

锰基氧化物与冷等离子体协同催化氧化VOCs研究进展

挥发性有机化合物(VOCs)对环境的严重污染和对人体的危害引起了人们的重视。冷等离子体与催化剂耦合形成的协同效应可显著提高VOCs低温转化速率,减少二次污染和降低能耗,具有较好的应用前景。协同催化效果主要取决于催化剂物化性能,可通过调控催化剂的组成、粒径和结构改善协同催化活性。锰基氧化物因其具有较高的储氧能力、稳定的晶体结构、较好的氧气活化性能和良好的抗中毒能力等优点而被广泛应用于冷等离子体协同催化净化VOCs的应用研究。通过金属离子掺杂调控锰基氧化物的离子价态、氧迁移率和氧气吸附量,是改善催化剂与等离子体协同催化性能主要方法。本文总结了近年来锰基氧化物与冷等离子体协同催化氧化VOCs的研究进展,主要包括氧化锰晶型、分散度和掺杂金属离子对协同催化氧化VOCs的活性影响趋势及反应机理。分析冷等离子体与锰基氧化物催化剂协同氧化VOCs中存在的问题并对其发展前景进行了展望。     

Tuning the Reactivity of Ultrathin Oxides: NO Adsorption on Monolayer FeO(111)

Ultrathin metal oxides exhibit unique chemical properties and show promise for applications in heterogeneous catalysis. Monolayer FeO films supported on metal surfaces show large differences in reactivity depending on the metal substrate, potentially enabling tuning of the catalytic properties of these materials. Nitric oxide (NO) adsorption is facile on silver‐supported FeO, whereas a similar film grown on platinum is inert to NO under similar conditions. Ab initio calculations link this substrate‐dependent behavior to steric hindrance caused by substrate‐induced rumpling of the FeO surface, which is stronger for the platinum‐supported film. Calculations show that the size of the activation barrier to adsorption caused by the rumpling is dictated by the strength of the metal–oxide interaction, offering a straightforward method for tailoring the adsorption properties of ultrathin films.