铜负载量对LNT催化剂CuO-K2CO3/TiO2结构与性能的影响

采用连续浸渍法制备了一系列非贵金属稀燃NO_x阱(LNT)催化剂CuO-K₂CO₃/TiO₂,考察了Cu负载量对催化剂结构和NO_x储存还原性能的影响.发现8% (w) CuO-K₂CO₃/TiO₂催化剂的催化性能最佳,其对NO_x的储存量达到1.559 mmol·g^-1,对NO_x的还原效率高达99%,且在NO_x还原过程中无副产物N₂O产生.应用粉末X射线衍射(XRD),高分辩透射电子显微镜(HR-TEM), CO₂程序升温脱附(CO₂-TPD),扩展X射线吸收精细结构(EXAFS),氢气程序升温还原(H₂-TPR)和原位漫反射红外光谱(in-situ DRIFTS)等技术详细表征了催化剂的结构.结果表明,不同Cu负载量的催化剂中,铜物种均主要以CuO相存在.铜的负载量直接影响铜物种、钾物种的存在状态,高分散的CuO相与表面K₂CO₃之间存在较强相互作用,这种相互作用不仅有利于NO_x的储存,而且有利于增强催化剂的稳定性. in-situ DRIFTS结果表明, NO_x储存过程中产生的两个负峰(1436和1563 cm^-1)缘于碳酸盐的分解,这间接证明了碳酸盐作为储存介质参与到NO_x储存反应中. EXAFS结果表明,经过15个稀燃/富燃循环测试,催化剂中的CuO相仍保持稳定.基于以上表征结果,提出了CuO和K₂CO₃在催化剂表面的分布模型,并探讨了NO_x储存还原的可能机理.     

低温等离子体协同Cu-Mn-Ce-Zr/TiO2催化降解甲苯

以TiO₂为载体,采用等体积浸渍法制备了负载型Cu_xMn_1-xCe_0.75Zr_0.25/TiO₂(x=1.0、0.75、0.5、0.25、0)负载型催化剂,采用XRD、H₂-TPR、O₂-TPD和XPS等方法对催化剂进行了表征,并通过低温等离子体协同催化剂对大流量的甲苯模拟废气进行了催化降解反应研究。结果表明,Cu和Mn单主金属催化剂的活性优于Cu-Mn双主金属催化剂,其原因是双金属催化剂中Mn的添加减弱了Cu与助剂Ce之间的相互作用,使得催化剂的晶格氧减少,低温还原性能降低。在反应初期,甲苯降解主要依赖于催化剂的活性,具有较好的低温还原性以及丰富的氧空穴和晶格氧含量的CuCe_0.75Zr_0.25/TiO₂的活性最好;Mn具有较强的O₃分解能力,当等离子体比能密度(SED)增加到一定值后,等离子体与催化剂的协同作用增强,从而使得MnCe_0.75Zr_0.25/TiO₂催化剂活性高于CuCe_0.75Zr_0.25/TiO₂,强化了甲苯的脱除。     

Cu、Mn、Ce改性V2O5-WO3/TiO2/堇青石催化剂Urea-SCR脱除NO

采用硅胶为黏结剂,在堇青石蜂窝陶瓷上以涂覆法依次负载Cu、Mn、Ce改性的纳米TiO₂粉末、W改性的V₂O₅粉末得到复合催化剂,在120～550 ℃用尿素选择性催化还原(Urea-SCR)氮氧化物时显示良好活性。与商业催化剂V₂O₅-WO₃/TiO₂相比,添加Cu、Mn、Ce后,催化剂脱硝活性显著提高,活性温度窗口明显拓宽。结果表明,催化剂的高活性与催化剂表面适度的酸碱性、高比值的V⁴⁺/V⁵⁺以及良好的氧化还原性能和锐钛矿相的TiO₂、丰富的表面裂纹的存在等因素有关。     

球形表面富锰MnxCo3−xO4−ƞ尖晶石型催化剂选择性催化还原NOx研究

采用共沉淀法制备了高比表面积的Mn_xCo_3−xO₄球形催化剂,研究了NH₃选择性催化还原NO_x性能。Mn-Co金属氧化物具有尖晶石结构,随着Co含量的增加,晶体结构由四方相转变为立方相。高浓度的表面活性氧物种和变价元素的强有效电子转移(Co³⁺ + Mn³⁺ ↔ Co²⁺ + Mn⁴⁺)有利于提高Mn_xCo_3−xO₄ (x = 1.0、1.5、2.0)尖晶型石催化剂的氧化还原能力,催化剂表面的Mn富集作用形成了氧缺陷结构和丰富的表面活性位点,进一步促进SCR脱硝反应,呈现出优异的催化性能。Co_tet(CoMn)_octO₄晶体结构中,Mn离子(Mn³⁺和Mn⁴⁺,以三价锰为主)和部分Co离子被配置到八面体中心,这些物种作为活性位点存在着较强的电子转移交互作用,该构型对促进低温脱硝活性和保护活性位点耐受SO₂毒害具有重要的意义。Mn-Co尖晶石表面的NH₃-SCR脱硝反应过程主要遵循Eley-Rideal反应机理,即吸附态NH₃与气态NO (或NO₂)的反应路径。随着反应温度的增加,反应生成的NH₄NO₃中间体很可能转化为NH₄NO₂物种,进而分解为N₂,提高了催化剂的氮气选择性。     

微波辅助催化氧化苯高性能催化剂实验研究

采用传统浸渍法制备分子筛负载过渡金属和稀土元素催化剂,通过微波辅助催化氧化苯性能实验考察其催化活性。研究表明,天津科密欧的5A分子筛为优良的催化剂载体,分子筛负载铜-锰-铈催化剂对苯的完全燃烧温度为230℃,铜(Cu)锰(Mn)双金属催化剂中晶相与非晶相Cu_1.5Mn_1.5O₄尖晶石提高了催化剂的催化活性,稀土铈(Ce)的助催化效果显著;30 h的连续性实验表明,Cu-Mn-Ce/分子筛催化剂具有良好的稳定性和高的催化活性。催化剂的比表面积和表面形貌表征表明,催化剂比表面积和孔径受高温煅烧和氧化反应而增大,从而有助于苯的吸附与氧化降解;X射线衍射表明,实验前后分子筛结构未发生明显变化,铜锰主要以二价和三价的氧化物形态分布于催化剂表面。     

Cu-Mn-O催化剂的结构对丙烷还原NO反应的性能影响

以尿素为沉淀剂, 分别用水热法和均相沉淀法制备了一系列Cu-Mn-O氧化物催化剂, 并对催化剂进行了BET, XRD, XPS和FT-IR等表征, 考察了Cu-Mn-O催化剂在无氧条件下对丙烷还原去除NO的催化反应性能. 结果表明, Cu-Mn-O体系的物相组成与制备方法和焙烧温度有关, 并影响丙烷还原NO反应的催化性能. 当焙烧温度在500～600 ℃时, 水热法制备的样品中的主要物相是Cu_1.5Mn_1.5O₄和CuMn₂O₄|而尿素均相沉淀法样品中的主要物相为类尖晶石Cu_1.5Mn_1.5O₄|当焙烧温度在700～900 ℃时, 水热法样品中的主相为尖晶石CuMn₂O₄, 而均相沉淀法中仍是Cu_1.5Mn_1.5O₄相. 因此, 对水热法而言, 当焙烧温度由600 ℃增加到700 ℃时, 发生了Cu_1.5Mn_1.5O₄到CuMn₂O₄的相变, 这一相变不仅影响晶粒度和比表面积, 并提高了丙烷还原NO反应的催化活性. 根据XRD, XPS的实验结果和尖晶石结构的特征, 得到了详细的Cu_1.5Mn_1.5O₄和CuMn₂O₄的结构式, 并根据得到的结构式在一定深度上解释了二者催化性能的差别. XRD结果显示在无氧条件下进行丙烷还原NO反应后, 反应温度为600 ℃时, 催化剂中的主相尖晶石结构遭到破坏, 分解为MnO, CuO和Cu的混合物. 这些由尖晶石分解而成的混合物在无氧条件下仍对催化反应有优异的催化活性(NO转化率达到40%). 在本工作中, 用FT-IR表征了反应后的催化剂表面, 发现了大量的NO₂吸附物种和少量的NO₃吸附物种. 这是C₃H₈还原NO反应的中间产物, 从而进一步为“协同反应机理”提供了依据.     

不同晶相TiO2负载Cu2O催化甲醛乙炔化反应

分别以金红石相和锐钛矿相TiO₂为载体, 采用液相还原-沉积法制备了Cu₂O/TiO₂催化剂. 采用氮气物理吸附-脱附(N₂-physisorption)实验、 氢气程序升温还原(H₂-TPR)、 X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 CO红外光谱(CO-IR)及高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等技术, 研究了不同晶相TiO₂载体对Cu₂O/TiO₂结构及其催化甲醛乙炔化反应性能的影响. 结果表明, 以金红石相TiO₂为载体的催化剂炔化活性明显高于以锐钛矿相TiO₂为载体的催化剂, 原因在于金红石相TiO₂主要暴露(110)晶面, 其与铜物种的配位环境及较高的空位密度形成了更多的Cu—O—Ti结构物种, 表现为Cu₂O与TiO₂之间强的相互作用. 这导致Cu₂O高效转变为乙炔亚铜活性物种, 并保持了较高的分散度与稳定性, 抑制了过度还原物种金属Cu的生成, 进而使催化剂表现出较高的催化性能.     

V2O5-CuO/TiO2催化剂中低温选择性催化NOx还原研究

浸渍法制备了一系列V₂O₅-CuO/TiO₂催化剂,考察中低温(200~300℃)条件下,以氨为还原剂选择性催化还原NO_x的活性,并利用比表面积及微孔孔隙分析仪(BET)、X射线衍射(XRD)对催化剂进行微观表征和分析。结果表明,500℃焙烧的2V16Cu/TiO₂催化剂展示了最佳的中低温催化活性和较宽的活性温度范围,在空速6.0×10⁴ h^-1、225℃条件下,NO_x转化率达97.3%,250℃时达到100%,温度升至300℃,催化活性仍保持在100%。XRD结果表明,随着Cu负载量的增加,逐渐显现CuO的特征峰。结合活性评价数据说明,CuO是VCu/TiO₂催化剂的主要活性组分之一,是降低SCR催化反应温度的重要因素。BET结果表明,CuO的负载对钒钛催化剂的表面结构有较大影响。耐硫性实验结果表明,添加钒氧化物制备的2V16Cu/TiO₂催化剂的抗硫性能有所改善。     

铜锰复合低温NH3-SCR整体催化剂的制备及其性能研究

以堇青石蜂窝陶瓷为载体,采用溶胶-凝胶法在其表面不同质量比交替负载Mn-Ce-O/TiO₂和Cu-Ce-O/TiO₂得到多层复合催化剂,用于NH₃选择性催化还原NO。活性测试表明,在两种活性层的共同作用下,复合催化剂有很好的低温活性和很宽的活性温度窗口。以氨气为还原剂,NO浓度为1025mg/m³,空速12600h^-1时,在250℃下NO的转化率就可以达到95%;200℃~300℃下,NO的转化率高于80%。对比实验表明,在此条件下复合催化剂的催化效果明显优于Mn-Ce-O/TiO₂/CC和Cu-Ce-O/TiO₂/CC单活性相催化剂。BET、XRD、XPS及TPR测试表明,催化剂的高活性与其较大的比表面积、较高含量的无定形分布活性组分、锐钛矿型TiO₂、丰富的表面裂纹及良好的氧化还原性能有关。     

CuO修饰的Cu1.5Mn1.5O4尖晶石型复合氧化物对CO氧化的协同催化

铜锰复合氧化物是常用的氧化反应催化剂,一般认为铜锰尖晶石是活性组分;同时氧化铜和氧化锰也具有催化活性,但性能较差.研究表明,发现Cu1.5Mn1.5O4和CuO的协同效应能促进CO的催化氧化.催化剂以柠檬酸络合法制备,采用氮气吸附-脱附、XRD、H2-TPR、TEM、CO-TPD和O2-TPD等手段对系列催化剂进行了表...     

OL负载Cu催化剂及其催化氧化CO及乙酸乙酯性能

采用氧化还原法合成了层状锰氧化物(OL),并以OL为载体采用离子交换法制备了不同Cu负载量的Cu_x/OL催化剂。利用X射线衍射(XRD)、电子扫描电镜(SEM)、N_2吸附/脱附、H_2~-程序升温还原(H_2-TPR)、TG(热重)、X射线光电子能谱(XPS)、O_2-程序升温脱附(O_2-TPD)等技术对所制催化剂进行结构和织构表征,并对其催化氧化CO及乙酸乙酯活性进行了评价。结果表明,OL具有典型的层状锰氧化物结构,适量掺杂Cu对OL的结构和织构影响不大,但Cu的掺杂明显影响Cu_x/OL的还原性、氧移动性及催化剂表面Cu~(2+)/CuO、(Mn~(2+)+Mn~(3+))/Mn~(4+)和Oads/Olatt的比例。Cu_x/OL的催化性能与以上因素密切相关。在Cu_x/OL样品中,Cu_5/OL催化剂具有最佳的催化活性(CO催化氧化,T_(50)=70°C和T_(90)=100°C;乙酸乙酯催化氧化T50=160°C,T90=200°C)。同时,Cu_5/OL催化剂具有最佳的还原性能、氧移动性能和最多的Cu~(2+)、(Mn~(2+)+Mn~(3+))和表面吸附氧浓度。Cu_x/OL催化性能与铜锰之间相互作用、还原性和氧移动性能密切相关。     

改性Cu-Mn/SAPO-34催化剂在SCR脱硝反应中的特性研究

采用浸渍法制备了系列铜锰复合氧化物分子筛催化剂(Cu-Mn/SAPO-34),在固定床反应器上考察不同Cu/Mn质量比对分子筛催化剂选择催化还原NO的影响,利用XRD、NH_3-TPD、H_2-TPR、XPS等手段对催化剂进行了表征分析。结果表明,双金属改性的Cu-Mn/SAPO-34催化剂在NH_3-SCR反应中表现出较为优异的催化活性,具有较宽的活性温度窗口。当Cu/Mn质量比为1∶4时,催化剂具有最宽的活性温度窗口,NO_x转化率在250℃已达到85.39%,在300-400℃转化率均达到96%以上,450℃时仍能达到90%。铜和锰物种高度分散于催化剂表面,未改变SAPO-34的晶体结构,且构成协同作用。Cu-Mn共同负载促进了Cu~(2+)向Cu~+的转变,增加了高价态Mn~(4+)和Mn~(3+)的比例,有利于提高低温活性,促进催化反应的进行。Cu-Mn/SAPO-34/1∶4具备丰富的酸性位、良好的氧化还原性能和抗SO_2/H_2O性能,该配比有助于催化剂的催化活性和稳定性的提高。     

顺序浸渍法制备V-W/x(Mn-Ce-Ti)/y(Cu-Ce-Ti)/堇青石urea-SCR催化剂及其性能研究(英文)

用溶胶凝胶法制备了Mn-Ce/TiO2(用M表示)和Cu-Ce/TiO2(用C表示)催化剂,将M相、C相和V2O5-WO3(用V表示)用顺序浸渍法依次负载到堇青石蜂窝陶瓷载体(CC)上。用尿素选择性催化还原NOx(SCR)的转化率作为衡量指标对一系列的整体催化剂性能进行评价。催化剂的物理化学性能用N2吸附、CO2-TPD、NH3-TPD、XRD、XPS和H2-TPR等进行表征。结果表明,当M相优先于C相负载到CC上时,在0.01%SO2和10%H2O存在的情况下,V/3C/3M/CC复合催化剂仍比C相或M相单独负载到堇青石上表现出较高的活性,并且微量的SO2有利于催化剂活性的提升。XRD分析结果表明,Cu-Ce负载到TiO2溶胶上有助于锐钛矿相的形成,Mn-Ce负载到TiO2上有助于金红石相的形成。比表面积只与M或C相的负载量有关而与负载顺序无关。M或C相能够增加催化剂表面不同强度的酸性位。H2-TPR研究结果表明,V和Cu或Mn之间的相互作用提高了V的还原能力,进而增加了耗氢量。由XPS分析可知,催化剂表面较高的V4+/V5+比值和大量化学吸附氧的存在有利于催化剂活性的提升。     

偏压控制Cu2O和Cu在TiO2表面的生长及其光电化学性质

基于TiO2/Ti电极在含Cu2+溶液中的循环伏安图,调节电沉积的沉积电压,我们在TiO2平整表面制备出Cu2O和/或Cu颗粒.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征,发现Cu2O和Cu有不同的生长机制:Cu2O颗粒在TiO2表面分散结晶,而Cu颗粒是在已生长的颗粒上成核,从而形成堆积颗粒结构.这是由于在Cu2O/TiO2界面和Cu/TiO2界面形成不同的能带结构,使得电子的转移方式不同.与纯TiO2光阳极比较,可以观察到Cu2O/TiO2和Cu/TiO2异质结构的光电流均有显著增强.特别地,存在一个电压区间使得Cu2O和Cu同时生长在TiO2表面,此时对应的光电流比较稳定并且能达到最大.紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱、电化学阻抗谱(EIS)和光电流-电压特性曲线均显示,Cu2O和Cu明显有助于光的可见光吸收,同时Cu/TiO2在光电转换过程中显示更宽波段的可见光利用率.此外,开路电压的增加、有效的电荷分离和电极/电解质界面上载流子的快速迁移也增强了材料的光电化学性质.     

K促进的纳米片状水滑石衍生CoAlO金属氧化物催化碳烟燃烧

采用水热法合成了负载K的纳米片状水滑石衍生CoAlO金属氧化物,其表现出优异的催化碳烟燃烧活性.氢气-程序升温还原（H₂-TPR）实验结果表明,K与Co之间的相互作用提高了催化剂的氧化还原性能.X射线光电子能谱（XPS）分析结果表明,K的负载增大了表面Co²⁺/Co³⁺的比例,促进了氧空位的产生,提高了催化剂对气相氧的吸附能力.碳烟-程序升温还原（Soot-TPR）实验结果表明,K的负载增加了表面吸附氧数量.动力学实验结果表明,K的负载增加了单位质量催化剂上的活性氧数量、反应速率和转化频率（TOF）,从而提高了催化剂的本征活性.另外,碳烟颗粒可以分散在纳米片的层间,与活性位点的接触效率得到提高,也有利于提高催化碳烟燃烧活性.     

LiMn_2O_4/TiO_2催化剂上甲烷氧化偶联反应性能的研究

采用固相反应法制备了具有尖晶石结构的LiMn_2O_4/TiO_2系列催化剂,探讨了TiO_2、Li/TiO_2、Mn/TiO_2、LiMn_2O_4及LiMn_2O_4/TiO_2等不同组成催化剂的甲烷氧化偶联反应性能,采用XRD、XPS、CO_2-TPD和H_2-TPR等表征方法对该系列催化剂进行了分析。结果表明,具有尖晶石结构的LiMn_2O_4化合物具有较高的甲烷氧化偶联催化活性,在775℃、0.1MPa、7200mL/(h·g),CH_4∶O_2(体积比)为2.5的条件下,甲烷转化率可达25.8%,C2选择性可达43.2%。TiO_2的存在不仅进一步提高了甲烷转化率和C2选择性,还有效抑制了甲烷完全氧化形成CO_2的过程。负载8%LiMn_2O_4的LiMn_2O_4/TiO_2催化剂性能达到最优,此时甲烷转化率达到31.6%,C2选择性为52.4%,CO_2选择性降低到26.3%。考察了不同焙烧温度对催化剂活性的影响,850℃为LiMn_2O_4/TiO_2催化剂的最佳焙烧温度。     

Cu-V-O氧化物催化燃烧甲苯的活性和抗硫性

采用溶胶-凝胶法制备一系列不同Cu/V比例的Cu-V-O催化剂,利用XRD、BET、H₂-TPR等手段对催化剂进行了表征,并考察其催化燃烧甲苯的活性和抗硫性。结果表明,适量的Cu掺杂会提高催化剂比表面积,而且Cu-V可以形成Cu₃V₂O₈晶型结构,使V₂O₅晶格氧活动增加,提高催化剂氧化-还原能力。其中,Cu_0.15V_0.85催化剂表现出最佳的活性和抗硫性;通过TiO₂负载可以进一步提高催化剂对甲苯的催化燃烧活性和抗硫性。