改性钒钛基SCR催化剂的研究进展

钒钛基选择性催化还原催化剂是目前燃煤电厂应用最为广泛的脱硝催化剂. 由于传统钒钛基催化剂存在低温脱硝效率低?热稳定性差?单质汞氧化效率低?二氧化硫氧化?氨逃逸?碱金属中毒等问题, 人们开始尝试通过对传统 SCR 催化剂进行改性, 以期改善其综合性能. 本文从 (1) 拓宽催化剂的反应温度窗口, 尤其是向低温区扩展, (2) 提高催化剂的热稳定性, (3) 协同氧化单质汞, (4) 控制氨逃逸, (5) 降低 SO2至 SO3的转化率和 (6) 提高催化剂抗碱金属中毒性能等方面综述了改性钒钛基 SCR 催化剂的研究进展, 总结了其催化性能和相关影响机理.研究表明, 某些金属及非金属的改性可以增加钒钛基 SCR 催化剂的表面酸度?活性位点及氧化还原性能, 非金属的掺杂还可以抑制 TiO2载体由锐钛矿向金红石型转化?增加表面氧空位, 从而改善了钒钛基催化剂的低温脱硝性能; 硅?钨?钡和稀土金属等的添加也可抑制 TiO2的金红石化过程, 锆?钾则改变了钒氧化物的存在形态, 抑制其高温聚合, 提高了钒钛基催化剂的热稳定性; 贵金属?过渡金属?金属氯化物及非金属的改性改变了钒钛基催化剂的汞氧化机制, 均可有效促进低氯甚至无氯条件下钒钛基催化剂对单质汞的氧化; 贵金属钌及助剂钼添加的钒钛基催化剂可在维持较高脱硝效率的同时, 实现单质汞及逃逸氨的高效去除, 在 SCR 尾部将逃逸氨选择性氧化生成无害的氮气和水; 被铜?氧化钡?氧化硅等物质改性后, 更多的钒以低价态存在, 使催化剂的氧化还原性能降低, 并抑制了二氧化硫的吸附, 从而减少了三氧化硫的生成;由于具有高储氧能力和氧化还原特性, 还可降低碱金属的吸附量, 铈的掺杂可提高钒钛基催化剂的抗碱金属中毒性能. 此外, 本文还汇总了包括贵金属 (如银?钌)?过渡金属 (如锰?铁?铜?锆等)?稀土金属 (铈?镨) 等金属?金属氯化物 (如氯化铜?氯化钙) 及非金属 (氟?硫?硅等) 改性钒钛基 SCR 催化剂的优缺点. 基于前人研究及作者观点, 改性组分的掺杂有利于进一步提高钒钛基催化剂的综合性能, 具有巨大的发展潜力, 也是在现有基础上实现多污染物控制的方法之一.     

过渡金属基MOF材料在选择性催化还原氮氧化物中的应用

选择性催化还原(SCR)技术是目前应用最广泛的工业脱硝技术,研发具有优良活性和抗毒化性能的催化剂体系是研究学者关注的重点。过渡金属氧化物和金属有机骨架(MOF)材料因其优良的氧化还原性能在脱硝领域受到了广泛关注和研究,且研究学者发现将过渡金属氧化物与MOF材料结合能够进一步提高催化剂的脱硝活性。本文综述了近年来主要应用于NH₃-SCR反应的系列单过渡金属基MOF脱硝催化剂和复合过渡金属基MOF脱硝催化剂的研究进展,阐述了过渡金属基MOF脱硝催化剂抗水抗硫中毒性能和热稳定性的强化方法,并展望了未来过渡金属基MOF脱硝催化剂的主要研究方向：综合利用不同过渡金属氧化物的特点并结合金属氧化物间的强相互作用,制备得到具有优良脱硝活性、抗水抗硫性能和热稳定性的新型过渡金属基MOF脱硝催化剂,进一步通过实验和仿真模拟相结合制备高效过渡金属基MOF脱硝催化剂以满足工业化需求。     

Mo掺杂Ce/石墨烯（GE）催化剂的制备及脱硝性能

采用浸渍法制备了不同负载量Mo掺杂Ce/GE催化剂,对其脱硝性能进行了测试,初步探明了Mo掺杂Ce/GE催化剂促进SCR活性增强的内在机制。结果表明,Mo的添加使nCe3+/(nCe3++nCe4+)比率增加、表面吸附氧(Oβ)含量增加及催化剂酸性位点增加,从而提高催化剂的脱硝活性。与5Ce/GE和5Mo/GE相比,5Ce-5Mo/GE催化剂脱硝性能更加优异。当Mo负载量为5%时,催化剂脱硝活性最好,在250℃时NOx转化率达到了99%。此外,5Ce-5Mo/GE催化剂具有较好的抗硫性能。     

改性钒钛基SCR催化剂的研究进展（英文）

钒钛基选择性催化还原催化剂是目前燃煤电厂应用最为广泛的脱硝催化剂.由于传统钒钛基催化剂存在低温脱硝效率低、热稳定性差、单质汞氧化效率低、二氧化硫氧化、氨逃逸、碱金属中毒等问题,人们开始尝试通过对传统SCR催化剂进行改性,以期改善其综合性能.本文从(1)拓宽催化剂的反应温度窗口,尤其是向低温区扩展,(2)提高催化剂的热稳定性,(3)协同氧化单质汞,(4)控制氨逃逸,(5)降低SO_2至SO_3的转化率和(6)提高催化剂抗碱金属中毒性能等方面综述了改性钒钛基SCR催化剂的研究进展,总结了其催化性能和相关影响机理.研究表明,某些金属及非金属的改性可以增加钒钛基SCR催化剂的表面酸度、活性位点及氧化还原性能,非金属的掺杂还可以抑制TiO_2载体由锐钛矿向金红石型转化、增加表面氧空位,从而改善了钒钛基催化剂的低温脱硝性能;硅、钨、钡和稀土金属等的添加也可抑制TiO_2的金红石化过程,锆、钾则改变了钒氧化物的存在形态,抑制其高温聚合,提高了钒钛基催化剂的热稳定性;贵金属、过渡金属、金属氯化物及非金属的改性改变了钒钛基催化剂的汞氧化机制,均可有效促进低氯甚至无氯条件下钒钛基催化剂对单质汞的氧化;贵金属钌及助剂钼添加的钒钛基催化剂可在维持较高脱硝效率的同时,实现单质汞及逃逸氨的高效去除,在SCR尾部将逃逸氨选择性氧化生成无害的氮气和水;被铜、氧化钡、氧化硅等物质改性后,更多的钒以低价态存在,使催化剂的氧化还原性能降低,并抑制了二氧化硫的吸附,从而减少了三氧化硫的生成;由于具有高储氧能力和氧化还原特性,还可降低碱金属的吸附量,铈的掺杂可提高钒钛基催化剂的抗碱金属中毒性能.此外,本文还汇总了包括贵金属(如银、钌)、过渡金属(如锰、铁、铜、锆等)、稀土金属(铈、镨)等金属、金属氯化物(如氯化铜、氯化钙)及非金属(氟、硫、硅等)改性钒钛基SCR催化剂的优缺点.基于前人研究及作者观点,改性组分的掺杂有利于进一步提高钒钛基催化剂的综合性能,具有巨大的发展潜力,也是在现有基础上实现多污染物控制的方法之一.     

V2O5-WO3/TiO2-ZrO2脱硝催化剂中 ZrO2和 WO3的促进作用：催化性能、形态及反应机理

商业选择性催化还原(SCR)催化剂成分主要有 V2O5, WO3和 TiO2,但适用温度窗口较窄(300?400℃),使得实际操作过程中活性较低.目前,过渡金属广泛应用于催化剂制备中以提高其催化活性.相比于纯 TiO2和 ZrO2载体, TiO2-ZrO2具有较高的热稳定性以及较多的酸位,虽然有关 TiO2-ZrO2为载体的催化剂研究较多,但未与商业催化剂进行对比研究.而针对 NH3-SCR脱硝机理的实验研究也存在一些争议,主要原因归为以下两方面：(1)多数催化剂不同会直接导致催化剂的活性酸位不同;(2)不同 NH3-SCR脱硝催化剂的起活温度不同.同时, NH3和 NO在反应温度的吸附情况仍需要进一步研究.因此,有必要深入探究 NH3-SCR脱硝机理,以解决现行研究中存在的问题.本文首先采用共沉淀法制备摩尔比为1：1的 TiO2-ZrO2固溶体,并分步浸渍不同质量比的 WO3和1%V2O5,最终得到一系列1%V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2.然后通过 X射线衍射(XRD)和比表面积测试(BET)、程序升温还原(TPR)、原位漫反射红外光谱(in situ DRIFTS)研究了 WO3和 ZrO2对催化性能的影响以及 V2O5-WO3/TiO2-ZrO2催化剂的反应机理. N2物理吸附结果表明, WO3的添加使得催化剂孔结构的热稳定性有所提高,同时随着 WO3含量增加催化剂的比表面积逐渐减小,但仍高于 V2O5/TiO2-ZrO2催化剂; ZrO2对催化剂比表面积增大效果比较明显.结合 XRD结果表明, WO3能促进金属氧化物在载体上的分散;相比于 V2O5-WO3/TiO2催化剂, ZrO2有利于活性组分的分散负载.比较系列 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2的氨吸附情况,发现 WO3的添加增加了 Br?nsted酸的稳定性,其中以9%WO3的效果最显著.催化剂氨吸附中间物种(–NH2)的发现,证实了 WO3添加促进了 NH3的活化,有利于脱硝反应的进行. SCR反应结果显示, V2O5-9%WO3/TiO2-ZrO2催化剂在300–450oC时 NOx转化效率最优,并发现 O2的存在促进了 NOx的转化.采用in situ DRIFTS研究了 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2催化剂脱硝机理,300和350oC时 NH3, NO, NO + O2吸附情况表明,在真实的反应温度下,脱硝过程中的活性中心为 Lewis酸中心, Br?nsted酸中心的 NH4+极易从催化剂表面脱附,无法吸附在催化剂表面,且与 NH3相比, NO只能以 NO2的形式弱吸附在催化剂表面.因此,该催化剂遵循 Eley-Ridel脱硝机理.而 V2O5-9%WO3/TiO2-ZrO2催化剂具有相对较高的脱硝效率,因此用来着重研究 NH3-SCR机理.在 NH3吸附过程中, NH3(1204,1602,3156,3264,3347 cm?1)和活性中产物 NH2(1550 cm?1)在催化剂表面的吸附(恒温300oC)是稳定的;随后通入 NO + O2时, NH3吸附过程中的所有吸收峰(包括 NH2)均逐渐减小(NH3吸附态与 NO结合后分解为 N2和 H2O),同时出现 H2O的振动峰,这证明了 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2催化剂的脱硝反应过程.各类气体吸附情况表明, NO在商业催化剂的吸附状态与 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2催化剂相同;但 NH3吸附结果表明, Br?nsted酸中心和 Lewis酸中心都是催化剂的活性中心; NO + O2的通入使得催化剂表面的 NH3和 NH4+都逐渐消失.这两种催化剂脱硝反应过程差异主要在于催化剂表面活性中心的不同,导致了不同的 NOx脱除路径.通过in situ DRIFTS比较 O2的存在对脱硝反应产生的不同影响来确定 O2的作用.两类催化剂上 O2均参与了 H2O的形成,促进了催化反应的完成;当 O2不存在时, NO的还原受到了极大地抑制,同时也未出现 H2O;两者的脱硝效率大大降低. H2-TPR和 NH3-TPR结果进一步证实 O2的作用主要是氧化 NO及参与催化过程 H2O的形成.     

Ho改性的Mn-Ce/TiO2催化剂低温脱硝性能的评价和表征

作为引起酸雨、光化学烟雾、雾霾等大气污染问题的主要根源,氮氧化物(NOx)的防治已成为亟待解决的问题.选择性催化还原技术作为最成熟有效的脱硝技术,目前已经被广泛应用于各燃煤电厂.低温脱硝催化剂具有优秀的低温活性,使得脱硝装置可以安放在脱硫装置和除尘装置下游,受到了学者广泛的研究.目前低温脱硝催化剂的研究主要是对催化剂进行改性以提高催化剂的性能,已有许多研究报道了Sn、Ni、Co、Zr、Cr、Ni等对催化剂的改性影响.Ho作为一种改性元素被应用于光催化领域,能提高TiO2的光催化能力.但Ho应用于脱硝领域的研究鲜有报道,其氧化物具有酸性位点有助于脱硝反应,因此研究Ho对低温SCR催化剂的改性作用具有重要意义.本文采用浸渍法制备Ho掺杂的Mn-Ce/TiO2催化剂,研究了Ho的掺杂对于Mn-Ce/TiO2催化剂低温脱硝性能的影响,同时还研究了烟气中的SO2和H2O对催化剂活性的影响,并利用XPS、XRD、H2-TPR、NH3-TPD等表征方法从物理性质和化学性质两方面对Ho改性的影响机理进行了研究.研究发现,Ho的掺杂能提高Mn-Ce/TiO2催化剂的脱硝能力,有助于催化剂N2选择性的提高.分析表明,Ho的掺杂有助于催化剂比表面积的提升,且能提高催化剂的酸性,有利于催化剂对NH3的吸附,从而提高催化剂的性能.XPS表征结果表明Ho掺杂后的催化剂具有更高的化学吸附氧浓度和较高的Mn4+/Mn3+比例, 使得脱硝反应更容易进行.改性后催化剂的抗水抗硫实验结果表明,Ho的掺杂能够提高催化剂的抗水抗硫性能.XRD结果表明,抗水抗硫实验后催化剂表面形成了硫酸铵盐,硫酸铵盐的形成会堵塞催化剂表面的活性位,限制脱硝反应的进行,从而影响催化剂的脱硝活性.同时,400°C下进行再生实验后的催化剂活性有所恢复,但是未能达到抗水抗硫实验前的活性,表明在抗水抗硫实验中催化剂表面形成了除硫酸铵盐以外的其他硫酸盐类.结合XPS和XRD表征结果,推断生成的盐类物质为硫酸锰和硫酸铈,从而导致再生后的催化剂的脱硝活性无法恢复到最初的活性水平.由此可以看出,硫酸盐的形成是催化剂在含硫气氛中失活的主要原因.     

Cr负载V2O5-WO3/TiO2催化剂的低温NH3-SCR脱硝活性

采用浸渍法制备了一系列不同Cr负载量的CrO_x-V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂, 研究了Cr改性对该催化剂脱硝活性及抗硫性能的影响. 结果表明, Cr的引入使V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂的低温NO_x去除效果和抗硫性能显著提升. Cr的负载量为3%(以Cr₂O₃计算质量分数)时, 催化剂具有最佳的低温脱硝活性和N₂选择性. 结构表征结果表明, 改性催化剂中Cr元素主要以Cr³⁺形式存在, Cr的引入使催化剂的氧化性能明显提升, 并使表面弱酸位点、 强酸位点和催化剂表面吸附氧数量增多. XPS分析结果表明, Cr能使催化剂中V⁵⁺/V⁴⁺比例降低, 促进催化剂中自由电子的迁移. In situ DRIFTs表征结果显示, Cr的引入能促进NO与吸附在Brönsted酸位点上的NH₃在低温条件下反应, 从而使催化剂具有更好的低温脱硝活性. UV-Vis光谱分析结果表明, CrO_x负载量提高会显著增加高价态Cr的烧结聚集. 同时, 提出了一种选择性催化还原(SCR)反应中Cr-V协同催化的机理.     

电厂烟气脱硝催化剂V2O5-WO3/TiO2失活机理研究

分别以某电厂失活和新鲜的烟气选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂为研究对象,模拟测试催化剂的脱硝效率,并采用扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱(SEM-EDX)、X荧光光谱(XRF)、X光电子能谱(XPS)、氮气吸脱附、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和热重分析(TG)等手段对催化剂的微观结构和表面形态进行表征,探讨了SCR催化剂的失活机制。结果表明,380℃下失活催化剂的脱硝效率(35.0%)和比表面积(1.05 m²/g)明显低于新鲜催化剂(88.2%,72.50 m²/g)。与新鲜催化剂相比,失活催化剂中V⁵⁺的比例由17.4%升高到32.2%,并且表面出现了大量的Al₂(SO₄)₃。另外,SEM和XRD结果表明,失活催化剂出现了烧结。催化剂表面V价态的改变、高温烧结和表面Al₂(SO₄)₃相的大量生成是催化剂失活的主要原因。     

新型CeO2/HBEA催化剂上NH3低温还原NO活性及抗毒性能研究

采用等体积浸渍法制备了CeO2/HBEA催化剂,用于NH3选择性催化还原NO.考察了CeO2负载量、焙烧温度、氧浓度、空速、以及SO2和水蒸气等因素对催化剂活性的影响,并运用BET、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)、傅里叶红外(FTIR)等手段对该催化剂进行表征,研究了催化剂的晶相、微观形貌与抗毒机制.结果显示:CeO2/HBEA催化剂具有良好的脱硝活性,高活性温度窗口在220～400℃,当反应温度为220℃、空速为12 000 h-1时,NO的转化率达96.49%.H2O的存在对催化剂的脱硝活性无明显影响.SO2一定程度抑制该催化剂的低温脱硝活性,但随着温度的升高,其脱硝活性得到一定恢复.所制备的CeO2/HBEA催化剂有良好的低温活性,能适应较高的空速,且具有较强的抗硫性和抗水中毒性能,有一定的应用前景.     

铁基催化剂用于氨选择性催化还原氮氧化物研究进展

氨选择性催化还原NO_x技术可以有效控制氮氧化物的排放。V_2O_5-WO_3(MoO_3)/TiO_2脱硝催化剂虽然已经工业化应用,但其工作温度偏高,不能满足低温宽工作温度窗口等工况的需要。因此,开发具有宽工作温度窗口的低温脱硝催化剂成为研究热点。其中,铁基催化剂因其具有良好的氧化还原性,以及储量丰富、价格低廉、无毒无害等特点,使其在低温氨选择性催化还原(NH_3-SCR)反应中得到了广泛研究。基于Fe_2O_3在NH_3-SCR催化体系中所起的作用不同,从Fe_2O_3作为载体、助剂、活性组分以及新型结构的铁基催化剂等方面系统地介绍了近年来铁基催化剂在NH_3-SCR反应中的最新研究进展。此外,还总结了铁基催化剂的NH_3-SCR反应机理以及抗水抗硫性,并对该领域未来可能的发展方向进行了展望。     

Dichroism of absorption and polarization of phosphorescence of molecules of the closed form of nitrobenzospirothiopyran

The spectral-polarization characteristics of absorption and phosphorescence of molecules of the initial form of nitro-substituted indolinospirobenzothiopyran were studied in oriented polyethylene films and in solutions with different polarity. An oscillator model of the electron transitions responsible for the formation of absorption and luminescence spectra was suggested. It was established that the principal differences in the spectral and photophysical properties of the compound studied and its oxygen-containing analog are associated with the fact that the electronegativity of the S atom is lower than that of the O atom. Translated fromIzvestiya Akademii Nauk. Seriya Khimicheskaya, No. 6, pp. 1143–1146, June, 1997.     

非那雄胺合成工艺改进

非那雄胺能抑制5α-还原酶的活性,明显降低二氢睾酮水平,是一种治疗良性前列腺增生的有效药品。该合成工艺以甾烯酮酸为原料,将其与氯化亚砜反应,无须分离即与叔丁胺反应得17β-酰胺化合物,再氧化开环,环合,氢化,脱氢合成了非那雄胺。经元素分析、IR、1HNMR、13CNMR、MS分析表征了其结构。该法无须使用昂贵的2,2-二吡啶二硫化物和剧毒药品苯亚硒酸酐,且以乙酸铵代替氨气,降低了对设备的要求和腐蚀,更适用于工业生产。     

Determination of heats of detonation and influence of components of composite explosives on heats of detonation of high explosives

The heats of detonation of 20 simple high explosives and explosive mixtures were determined by means of an adiabatic detonation calorimeter designed by the authors. The results indicated that the performance of the instrument was reliable and the experimental data were very accurate. For explosive mixtures, there was a linear accumulative relationship between the heats of detonation of the explosive mixture and its components. Accordingly, the heats of detonation of explosive mixtures could be calculated directly from the heats of detonation of simple explosives and the characteristic heats of other components. The experiments showed that the gold or brass shell of the cylindrical charge could be substituted by a thick-walled porcelain shell, which had the advantage of cheapness.

     

Synthesis of phenolic components of Grains of Paradise

Two vanilloids, (5E)-8-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)oct-5-en-4-one (1) and 4-[3-hydroxydecyl]-2-methoxyphenol (2), isolated from the dried seeds of Grains of Paradise (Aframomum melegueta), were synthesized; the latter compound was made as the S-enantiomer and the material derived from the seeds was found to be a 1:1.7 mixture of the R and S isomers. The synthetic route used should allow the preparation of analogs having extended alkyl chains and consequently different lipophilicity, and 3, a homolog of 2, was also prepared.     

Summary of development of the theory of stability of colloids and thin films

In this review, the research of the author in the field of colloidal systems is summarized. The factors influencing colloidal stability are systematized and analyzed. Examples are presented to illustrate the practical utilization of the theory of stability of colloids and thin films.This review was prepared on the basis of the works of the author, which were awarded the State Premium for 1991 in the field of science and technology, chemistry section.Institute of Physical Chemistry, Russian Academy of Sciences, 117915 Moscow. Translated from Izvestiya Akademii Nauk, Seriya Khimicheskaya, No. 8, pp. 1708–1717, August, 1992.     

Study of hydration of two cements of different strengths

Main hydration products of two cement pastes, i.e. CSH-gel, portlandite (P) (and specific surface S) were studied by static heating, and by SEM, TEM and XRD, as a function of cement strength (C-33 and C-43) hydration time (th) and subsequent hydration in water vapour.Total change in mass on hydration and air drying, M_o, increased with strength of cement paste and with hydration time. Content of water escaping at 110 to 220°C, defined as water bound with low energy, mainly interlayer and hydrate water, was independent on cement strength but its content increased with (th). Content of chemically bound (zeolitic) water in CSH-gel, escaping at 220-400°C, was slightly dependent on strength and increased with (th). It was possibly derived from the dehydroxylation of CSH-gel and AFm phase. Portlandite water, escaping at 400-500°C, was independent on cement strength and was higher on longer hydration. Large P crystals were formed in the weaker cement paste C-33. Smaller crystals were formed in C-43 but they increased with (th). Carbonate formated on contact with air (calcite, vaterite and aragonite), decomposed in cement at 600-700^oC. It was high in pastes C-33(1 month) and C-43(1 month), i.e. 5.7 and 3.3%, respectively; it was less than 1% after 6 hydration months (low sensitivity to carbonation) in agreement with the XRD study showing carbonates in the air dry paste (1month), and its absence on prolonged hydration (6 months) and on acetone treatment. Water vapour treatment of (6 months) pastes or wetting-drying increased this sensitivity.Nanosized P-crystals, detected by TEM, could contribute to the cement strength; carbonate was observed on the rims of gel clusters.This revised version was published online in November 2005 with corrections to the Cover Date.     

氯氧化镁生成热的研究

用氧化镁氯化镁水溶液制备了8水合氯氧化镁[nMg(OH)2·MgCl2·8H2O], 并测定了其在盐酸中的溶解热, 实验结果表明, 氯氧化镁溶解热与n值呈线性关系, 根据溶解热求出5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O和3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O的生成热分别为-7727.1和5888.1kJ·mol^1^-。     

Thermodynamics of the formation of oxosulfides of rare-earth elements

The enthalpies of solution of several oxosulfides of rare-earth elements and the high-temperature enthalpies of oxosulfides and oxosulfates of lanthanum and yttrium were measured using solution calorimetry and high-temperature microcalorimetry techniques. Standard enthalpies of formation and some thermodynamic properties of oxosulfides and oxosulfates were calculated. Translated fromIzvestiya Akademii Nauk. Seriya Khimicheskaya, No. 2 pp. 294–297, February, 1997.     

恶臭嗅辨实验室建设探讨

针对恶臭测试的环境影响问题,提出了解决的实例方案,并对方案的要点及优缺点进行讨论,此方案在实际操作中具有较好的效果。