钾改性Mn/Ce0.65Zr0.35O2催化剂催化氧化甲苯

Volatile organic compounds (VOCs) are both harmful to human health and the environment; however, catalytic combustion offers a promising method for VOC purification because of its high efficiency without secondary pollution. Although manganese-based catalysts have been well studied for VOC catalytic oxidation, their catalytic activity at low temperature must be improved. Alkali metals as promoters have the potential to modulate the electronic and structural properties of the catalysts, improving their catalytic activity. Herein, a Ce_0.65Zr_0.35O₂ support was prepared by co-precipitation and MnO_x/Ce_0.65Zr_0.35O₂ catalysts were obtained through the incipient-wetness impregnation method. The catalytic properties of K-modified MnO_x/Ce_0.65Zr_0.35O₂ for toluene oxidation with different molar ratios of K/Mn were investigated. In addition, the catalysts were characterized by XRD, UV/visible Raman, Hydrogen temperature program reduction (H₂-TPR), Oxygen temperature programmed desorption (O₂-TPD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and in situ diffuse reflectance FTIR spectroscopy (DRIFTS) experiments. The results showed that alkali metal doping with K significantly improved the catalytic activity. In particular, when the molar ratio of K/Mn was 0.2, the monolith catalyst Mn/Ce_0.65Zr_0.35O₂-K-0.2 exhibited the best performance with the lowest complete conversion temperature T₉₀ of 242 ℃ at a GHSV of 12000 h⁻¹. The XRD results suggested that MnO_x was uniformly distributed on the surface of the catalyst and that Mn⁴⁺ partially reduced to Mn³⁺ on the addition of K. The Raman spectrum demonstrated that with increasing K content, both the β- and α-MnO₂ phases coexisted on the Mn/Ce_0.65Zr_0.35O₂-K-0.2 catalyst, increasing the number of surface defect sites. The H₂-TPR experiment results confirmed that Mn/Ce_0.65Zr_0.35O₂-K-0.2 exhibited the lowest reduction temperature and good reducibility. From the O₂-TPD experiments, it was clear that Mn/Ce_0.65Zr_0.35O₂-K-0.2 contained the most surface adsorbed oxygen species and excellent lattice oxygen mobility, which benefitted the toluene oxidation activity. In addition, the XPS results suggested that the content of surface adsorbed oxygen species of the Mn/Ce_0.65Zr_0.35O₂-K-0.2 catalyst was the highest among all the tested samples. In addition, toluene-TPSR in N₂ as measured by in situ DRIFTs analysis demonstrated that available lattice oxygen was present in the Mn/Ce_0.65Zr_0.35O₂-K-0.2 catalyst. Therefore, the Mn/Ce_0.65Zr_0.35O₂-K-0.2 catalyst exhibited the best redox properties and oxygen mobility of the prepared samples and showed excellent activity toward toluene oxidation. Therefore, it was concluded that the addition of an appropriate amount of K improved the redox performance of the catalyst and increased the number of surface defect sites and mobility of the lattice oxygen of the catalyst as well as the concentration of the surface active oxygen species, thereby significantly improving catalytic ability.     

PdO/纳米Ce0.6Zr0.35Y0.05O2上甲烷催化氧化性能研究

采用以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂的改进共沉淀法合成了高比表面积(129 m2·g-1)立方相Ce0.6Zr0.35Y0.05O2(CZY(CTAB)固溶体"菜花"状纳米粒子,并以此为载体利用浸渍法制备了PdO含量为4%～10%的催化剂,考察了其对甲烷氧化反应的催化活性.结果表明,4%～10%PdO/CZY(CTAB表现出很好的催化活性在CH4/O2摩尔比1/4,空速50000 h-1和温度360 ℃的反应条件下,甲烷完全氧化成二氧化碳和水.以CZY-CTAB固溶体纳米粒子作载体担载PdO,可大大地减小甲烷转化率随温度变化的"滞后回线"现象.根据表征结果,认为这一优良催化性能与铈锆钇固溶体对活性相PdO的稳定作用及其较大的比表面积有关.     

不同制备方法对铈锆复合氧化物结构及性能的影响

采用共沉淀法、均相沉淀法以及反相微乳法制备了铈锆复合氧化物.通过XRD,TEM,BET等表征手段来分析所得铈锆氧化物粉体的性质,将制得的粉体涂覆在堇青石蜂窝陶瓷载体上作为涂层,担载一定量的贵金属Pt作为活性组分制得整体催化剂,并在低温水汽变换反应上考察它们的催化性能.分析结果表明3种方法都得到了单相的铈锆固溶体;微乳法制得的纳米级铈锆固溶体粒径分布均匀、平均粒径尺寸为6 nm;所得纳米级铈锆复合氧化物的比表面积大小为微乳法＞均相沉淀法＞共沉淀法.实验结果表明用微乳法制得的铈锆复合氧化物的催化性能要优于其他两种方法.     

添加剂对铈锆复合氧化物性能的影响

制备了铈锆及含有氧化钇、氧化镧和氧化镨的铈锆复合氧化物,并用XRD和BET手段对新鲜及高温老化后的样品进行了表征.结果表明,制备的样品具有单一的立方晶相,并能耐较高的温度;同时,添加剂能增大铈锆复合氧化物的孔径,提高其耐热性能.     

沉淀剂种类对Ru/CeO2氨合成催化剂结构和性能的影响

采用6种沉淀剂通过共沉淀法制备了6种Ru/CeO2氨合成催化剂, 考察了沉淀剂种类对其氨合成性能的影响. 通过X射线衍射、N2吸附-脱附、X射线荧光光谱和H2程序升温还原等表征手段, 对不同沉淀剂影响Ru/CeO2催化剂氨合成性能的原因进行探讨. 结果表明: 采用(NH4)2CO3和NH4HCO3制备的催化剂样品具有较好的氨合成活性, 其中NH4HCO3为最佳沉淀剂, 所制备的催化剂在450 ℃, 10 MPa , 10000 h－1测试条件下, 出口氨浓度为14.46%. 而采用KHCO3, KOH, K2CO3沉淀剂制备的样品的氨合成活性相对较低. 沉淀剂种类不仅明显地影响钌离子和铈离子的共沉淀, 而且会影响载体二氧化铈表面氧的还原. 由NH4HCO3沉淀剂制备的Ru/CeO2催化剂的高活性归因于钌负载量增大、钌粒子分散度提高以及二氧化铈表面氧易还原三者相互作用的结果.     

陈化体系组成对Ce0.65Zr0.35O2储氧材料性能的影响

采用共沉淀法制备了Ce_0.65Zr_0.35O₂(CZ)储氧材料, 在传统的水陈化体系中引入了乙醇, 研究了乙醇的加入对CZ储氧材料性能的影响. 对所制备样品进行了傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、粉末X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、N₂吸附-脱附、储氧量(OSC)和H₂程序升温还原(H₂-TPR)的表征, 并考察了以CZ储氧材料为载体制备的单钯催化剂的三效性能. 结果表明, 乙醇引入陈化体系对样品的结构和性能有显著影响. 以醇水共存体系陈化制备的CZ储氧材料颗粒小、堆积松散、孔径分布宽、孔容大, 具有优异的储氧性能和热稳定性, 经1000 °C焙烧后, 比表面积为29.3 m²·g^-1, 储氧量仍高达520 μmol·g^-1. 以此为载体制备的单钯催化剂, 空燃比操作窗口宽, 对C₃H₈、CO、NO的转化明显优于水陈化体系制备的储氧材料所制备的催化剂.     

Preparation and Characterization of Mesoporous Ce0.5Zr0.5O2 Mixed Oxide

Mesoporous （MSU） Ce0.5Zr0.5O2 mixed oxide with a high specific surface area has been synthesized under weak acidic condition in the presence of an anionic surfactant, sodium dodecylbenzenesulfonate. The effect of the pH value on the formation of mesostructure and the thermal stability of the material has been evaluated. The products were characterized by transmission electron microscopy, powder X-ray diffraction and nitrogen adsorption-desorption measurements. The results showed that the as-prepared Ce0.5Zr0.5O2 mixed oxide possessed a specific surface area of 163.3 m^2·g^-1, which had a cubic fluorite-type structure and possessed specific surface areas of 148.4 and 62.4 m^2·g^-1 after calcination at 500 and 800 ℃ for 2 h, respectively. The material showed excellent thermal stability.     

共沉淀法合成铈锆复合氧化物及表征

以共沉淀法制备了Ce0.8Zr0.2O2复合氧化物. 样品经BET法比表面积测定, XRD, SEM和粒度分布等表征, 结果显示500 ℃时(Ce-Zr)O2即形成单一立方相固溶体, SBET可达到135 m2*g-1, D50为7.17 μm, 经900 ℃老化6 h后, 仍保持相结构不变, SBET还大于40 m2*g-1, 显示了较高的热稳定性.     

沉淀剂对铜锰复合氧化物变换催化剂构效的影响

以CuSO4.5H2O和MnSO4.H2O为原料,KOH和NaOH为沉淀剂制备了铜锰复合氧化物,考察了其变换反应催化性能,利用XRD、低温氮气吸附法、TG、H2-TPR等对所合成样品进行了表征。以KOH和NaOH为沉淀剂所得沉淀终产物的物相组成和织构明显不同,分别为层状结构碱式硫酸铜Cu4SO4(OH)6.H2O及无定形锰氧化物和Cu2+1O和Mn3O4混合物。两种物相组成和织构完全不同的沉淀终产物焙烧后都生成Cu1.5Mn1.5O4固熔体,在变换反应条件下均转化为Cu和MnO,但其催化性能却有明显差异。以NaOH为沉淀剂,得到以Cu2+1O和Mn3O4复合体为主的沉淀终产物,焙烧及还原后保持了较高的织构稳定性,提高了样品的活性和热稳定性。而以KOH为沉淀剂得到以层状结构碱式硫酸铜Cu4SO4(OH)6.H2O和无定形锰氧化物为主的沉淀终产物,在焙烧过程发生的演变极其复杂,削弱了铜锰组分协同效应,造成其活性和热稳定性极差。研究结果表明,NaOH作沉淀剂所制备样品的织构稳定性、催化活性显著高于以KOH作沉淀剂所制备样品,且热稳定性良好。     

Ce0.6Zr0.35Y0.05O2和Pr0.6Zr0.35Y0.05O2催化剂表面上CO氧化和18O-16O交换反应的研究

测定了在Ce0.6Zr0.4O2,Ce0.6Zr0.35Y0.05O2,Pr0.6Zr0.4O2和Pr0.6Zr0.35Y0.05O2 (分别表示为CZ,CYZ,PZ和PYZ)样品表面上的CO氧化反应和18O-16O 同位素交换反应.结果表明: 在CZ和PZ系列固熔中掺杂Y3 离子可以改善晶格氧的迁移速度;PZ和PZY的晶格氧比CZ 和CZY 的晶格氧具有更高的氧化反应活性.其原因是将Y3 掺杂到Ce0.6Zr0.4O2 或Pr0.6Zr0.4O2晶格中,增加了样品的氧空位浓度,从而提高了晶格氧的迁移性质,而PrOx比CeO2具有更低温度的氧化还原性质,因此PZ和PZY的晶格氧比CZ 和CZY 的晶格氧具有更高的氧化反应活性.     

Re/Pt/Ce0.8Zr0.2O2/蜂窝整体催化剂上低温水煤气变换反应动力学研究

采用微分反应器,研究了新型Re/Pt/Ce0.8Zr0.2O2/蜂窝催化剂上低温水煤气变换反应的动力学行为。利用非线性最小二乘法处理正交设计的实验数据,获得了动力学方程的模型参数。所得的结果符合幂函数型动力学方程,经F检验和相关指数检验,实验值和模拟计算值符合较好。在该催化剂上水煤气变换反应的活化能为70kJ/mol,与文献中报道的数值相吻合。该催化剂上反应速率对CO、H2O、H2和CO2的反应级数分别为0.09、0.88、-0.54和-0.11,与传统的Cu基低变催化剂上的反应级数相差较大。这表明,低温水煤气变换反应在两种催化剂上遵循不同的反应机理。     

固-固化学法制备Ce0.75Zr0．25O2氧化物固溶体及其表征

以碳酸铈、氯氧锆和草酸为原料,采用机械力活化固-固化学法制得前驱物,前驱物经热分解获得了相应的目标产物Ce0.75Zr0.25O2氧化物固溶体.对前驱体进行了热重-差热(TG-DTA)测试,分析了在球磨及煅烧过程中可能发生的化学反应.采用X-射线衍射(XRD),透射电镜(TEM)和光电子能谱(XPS)等对产物进行了表征,实验结果表明:产物为单一的立方晶系固溶体,没有单独的氧化锆或氧化铈存在,粉体分散性好,呈圆球状,分布均匀,平均粒径为15.8 nm,比表面积达85.4 m2/g.对机械力活化固相化学反应的机制进行了研究.     

多元醇法制备条件对介孔Ce0.5Zr0.5O2复合氧化物性能的影响

采用多元醇法合成了一系列具有立方萤石结构的介孔Ce0.5 Zr0.5 O2(m-Ce0.5 Zr0.5 O2)复合氧化物,考察了前驱物和PVP浓度、反应时间、焙烧温度和时间等条件对m-Ce0.5 Zr0.5 O2复合氧化物性能的影响,并运用XRD、Raman、BET、FT-IR和TG等手段对样品进行了表征.结果表明,制备条件对m-Ce0.5 Zr0.5 O2复合氧化物的性能具有较大的影响,在前驱物和PVP浓度为0.04 M和0.16 M、反应时间7 h、焙烧温度和时间为673 K和4 h时,所制m-Ce0.5 Zr0.5 O2的性能最好,其比表面积、孔容和平均孔径分别为181 m2·g-1、0.282 cm3.g-1和3.75 nm.活性的测定结果表明,富氢条件下CuO/m-Ce0.5 Zr0.5 O2催化剂的CO氧化活性比CuO/cp-Ce0.5 Zr0.5 O2催化剂有较大幅度的提高.     

Study on methane selective catalytic reduction of NO on Pt/Ce0.67Zr0.33O2 and its application

Monolithic catalysts of Pt/La-Al2O3 and Pt/Ce0.67Zr0.33O2 were prepared to investigate methane selective catalytic reduction (SCR) of NO.The results indicate that Pt/Ce0.67Zr0.33O2 shows high activity and both NO and CH4 can be converted completely at 450 ℃.Meanwhile,NO and CH4 can be converted completely when there exists excess oxygen.The Pt/Ce0.67Zr0.33O2 catalyst were further investigated by using methane as reducing agent to SCR NO in a novel equipment which combined the CH4 selective catalytic reduction of NO with methane combustion.The result shows that the catalyst is high active and the novel equipment is very effective.The conversion of NO is above 92% under the conditions used in this work.The prepared burner and catalysts have great potential for application.     

K-Ce0.5Zr0.5O2催化碳颗粒物燃烧性能

用等体积浸渍法制备了不同K负载量的xKNO₃-Ce_0.5Zr_0.5O₂系列催化剂，用程序升温氧化反应(TPO)考察催化剂对碳颗粒物(soot)燃烧的催化活性. 并采用XRD、BET、FT-IR、XPS等技术对KNO3负载催化剂进行表征. 结果表明KNO₃负载量对催化剂的比表面、表面化学环境有显著的影响；KNO₃能使催化剂对soot的催化燃烧活性有较大提高，且存在最佳负载量，当x=0.5时，催化剂的活性最好，碳颗粒物的起燃温度（Ti）和峰顶温度（Tp）分别为290 ℃和360 ℃. 在反应过程中，KNO₃熔融状态的形成和K₂CO₃的生成，使催化活性明显提高.     

制备条件对Ru/Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2催化剂上CO_2甲烷化反应性能的影响

采用均相法制得Ce0.8Zr0.2O2载体,并以其为载体等体积浸渍制得一系列负载型Ru催化剂。在0.1 MPa、GHSV为10000 h-1、H2/CO2为3.5(物质的量比)的条件下,对催化剂进行评价。借助TG-DSC、BET、H2-TPR等技术对所制备的载体和催化剂进行表征,结果表明,500℃焙烧的载体具有适中的比表面积和孔径并形成了Ce-Zr固溶体,与载体形成弱相互作用的Ru能够显著提高催化剂的活性,适宜的还原方式能促进活性组分的均匀分布。采用500℃焙烧的载体浸渍Ru Cl3溶液,干燥后在400℃焙烧,并使用水合肼和H2两次还原后的催化剂活性最高,在290℃时,H2转化率可达到93.57%。     

Co/Ce0.5Zr0.5O2催化剂的制备及甲烷部分氧化制合成气

利用共沉淀法制备了具有介孔结构的Ce_0.5Zr_0.5O₂固溶体载体,然后浸渍不同质量分数(10%、20%、30%)的活性组分钴,制备了系列Co/Ce_0.5Zr_0.5O₂催化剂。利用N₂物理吸附(BET)、X射线粉末衍射(XRD)、H₂-程序升温还原(H₂-TPR)、扫描电子显微镜(SEM) 、透射电子显微镜(TEM) 、 程序升温氧化(TPO)和热重(TG)等手段对制备和反应后的催化剂进行了表征,研究了它们对甲烷部分氧化制合成气反应的催化性能。研究结果表明,铈锆固溶体负载的钴比较容易被还原,该系列催化剂具有较高的活性和对H₂及CO的选择性,且随Co含量的增加,催化剂的活性和对H₂和CO的选择性得到提高的同时,也增强了催化剂的抗积炭性能。     

可见光响应光催化剂K4Ce2Ta10O30、K4Ce2Nb10O30及其固溶体的电子结构

基于密度泛函理论(DFT), 采用平面波赝势(PWP)以及广义梯度近似(GGA)方法, 对可见光响应的光催化剂K4Ce2Ta10O30、K4Ce2Nb10O30及其固溶体进行电子结构的第一性原理计算. 结果表明, 光催化剂K4Ce2Ta10O30和K4Ce2Nb10O30的导带分别主要由Ta 5d和Nb 4d组成, 处于高能级的电子未占据态的Ce 4f与其有很明显的重迭, 但由于其高度局域特性,不能很好地参与光生电子在导带中的传导, 从而对光催化活性的贡献很小;而其价带则由O 2p与Ta 5d (Nb 4d)的杂化轨道组成, 同时电子占据态的Ce 4f对价带也有一定的贡献, 各个电子轨道对能带结构的贡献决定了该系列可见光响应光催化剂的物理化学和光催化特性. 固溶体系列中随着Nb含量的增加, 其吸收光谱依次红移, 带隙变窄, 导带底变低, 光生电子的还原能力降低. 在固溶体K4Ce2Ta10-xNbxO30(x=2, 5, 8)中, 由于Ce 4f轨道对价带顶的贡献相对较小, 固溶体的价带顶低于K4Ce2Ta10O30、K4Ce2Nb10O30的价带顶, 光生空穴的氧化能力相对较强. 该系列光催化剂的电子结构分析结果与光催化水分解的活性实验结果有很好的一致性.