化学链制氢中Fe2O3/LaFeO3载氧体的性能研究

采用柠檬酸络合法制备Fe₂O₃/LaFeO₃复合氧化物,将该氧化物作为化学链制氢过程的载氧体,在反应温度为900 ℃、常压下,对Fe₂O₃/CH₄（剂烷比）、进水量、金属负载量进行了考察。结果表明,剂烷比为2：1、进水量为0.1 mL、质量分数15%Fe时载氧体性能最好,甲烷转化率达到60%,单次循环氢气产量为45 mL。将该评价结果与XRD和H₂-TPR表征结果进行关联发现,反应过程的活性位不是金属氧化物,而是吸附氧,而且吸附氧越容易还原,甲烷转化率和氢气产量越高。通过连续60次还原-氧化循环发现,该载氧体上甲烷转化率和氢气产量比较稳定,循环后仍然保持钙钛矿结构。     

负载催化剂SmMn2O5/γ-Al2O3负载量对NO氧化的影响

贵金属催化剂对NO_x催化氧化具有优异的催化性能,但催化剂成本较高,而负载型催化剂及非贵金属催化剂受到了广泛的关注。 本文中采用水热法和浸渍法分别制备了SmMn₂O₅纯相催化剂和SmMn₂O₅/γ-Al₂O₃负载催化剂,探索了活性成分SmMn₂O₅含量对NO催化氧化的影响。 对负载SmMn₂O₅不同质量分数(5%~100%)的复合催化剂进行了扫描电子显微镜、比表面积、孔径分布、程序升温还原和程序升温脱附的表征以及NO催化氧化的研究。 当SmMn₂O₅负载量小于50%(35%、25%、15%、5%)时,负载量为25%的催化剂显示出最低的燃点温度(260 ℃),继续增加负载量到50%和75%,与负载25%的复合催化剂相比,起燃温度降低10 ℃,仅高于纯相催化剂40 ℃。 该探索对于SmMn₂O₅催化剂的有效利用将具有一定的指导作用,并为负载型非贵金属催化剂的设计提供一定的思路。     

Co/HZSM-5催化剂中Co的相态和价态表征及其与一步法合成苯乙烯活性之间的关系

金属的脱氢能力与其存在的价态和相态有很大关系.我们曾采用金属负载HZSM-5分子筛催化剂研究了苯和乙烯在无氧存在下一步合成苯乙烯的反应,发现Co/HZSM-5,Fe/HZSM-5和Zn/HZSM-5是较好的催化剂,并提出反应是经过中间物乙苯脱氢生成苯乙烯的机理^[1].魏铨等采用XPS技术对Co/HZSM-5催化剂中Co存在的相态和价态做了一些研究工作^[2].本工作结合XRD、TPR和DRS方法对不同温度下焙烧及还原的Co/HZSM-5中Co的相态和价态及其与一步法合成苯乙烯反应活性之间的关系进行了研究。     

Co/Fe/Al2O3/cordierite催化C3H6选择性还原NO的实验研究

采用溶胶凝胶法和浸渍法制备了负载于蜂窝陶瓷上的Co/Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂,在陶瓷管流动反应器上对其催化C₃H₆选择性还原NO的性能进行了测试。结果表明,该催化剂表现出最优脱硝性能,在模拟烟气条件下,当反应温度为550 ℃时可实现97%的脱硝效率。Co的引入可显著增强Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂抗SO₂和H₂O的能力。在模拟烟气中同时引入0.02% SO₂和3% H₂O后,1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite的脱硝性能受影响甚微,当反应温度高于500 ℃时1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite催化C₃H₆还原NO的效率均可达到90%以上;相比之下,未经Co修饰的催化剂Fe/Al₂O₃/cordierite脱硝性能受到了严重的抑制,在整个反应温度区间（200-700 ℃）内,其催化C₃H₆还原NO的效率最高不足50%。XRD和SEM表征结果表明,经过适量的Co修饰后的1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite表面变得更疏松,且形成了以钴铁和钴铝双金属氧化物为主要成分的球状晶粒。H₂-TPR结果表明,相比于Fe/Al₂O₃/cordierite,1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite有更好的低温还原性能。Py-FTIR结果表明,Co的引入可使催化剂表面的Lewis酸明显增加,且生成了Brønsted酸。N₂吸附-脱附表征结果表明,Co可增大催化剂的比表面积。     

气相色谱法研究配位化合物的热稳定性(Ⅶ)——Ni(Ⅱ)、Co(Ⅱ)草酸配合物的热分解及产物的催化性能

镍(Ⅱ)、钴(Ⅱ)草酸配合物在氢气中热分解时产生CO₂和CO,并发生加氢催化反应.CoC₃O₄和NiC₂O₄的分解产物CO₂加氢活性很快降低;K₂O等具有分散金属的作用。CoC₂O₄/Al₂O₃和K₂^{[Co(C₂O₄)₂]}/Al₂O₃体系具有Al₂(C₃O₄)₃的分解特征。C₂O₄^2-在Al₂O₃表面能形成表面配合物,在Al₂O₃表面Co(Ⅱ)的还原较为困难。     

不同载体Ni基催化剂生物质热解气甲烷化反应性能

采用浸渍法制备了Ni金属负载在不同载体(SiO2、ZrO2、CeO2、Al2O3和Al2O3-CeO2)表面形成的催化剂,研究了水蒸气和载体对生物质热解气甲烷化反应性能的影响。结果表明,随着水蒸气量的增加CO转化率逐渐增大,而甲烷选择性呈现先增加后降低的变化趋势,当nw ater/ngas比值为0.26时达到最大。载体Al2O3相比SiO2、ZrO2和CeO2具有更大的比表面积和Ni金属分散度,促进了生物质热解气甲烷化反应活性和选择性。相比于Ni-Al2O3催化剂,Al2O3-CeO2复合载体具有更多的镍金属负载量活性金属分散度,以及最好的低温甲烷化反应性能。在300℃的低温条件下,Ni-Al2O3-CeO2催化剂的CO转化率达到97%,CH4增长率达到110%。     

The mechanism of reduction of iron oxide by hydrogen

Precipitated iron oxide samples were characterized using temperature-programmed reduction. H₂ was used as the reduction agents. The two-stage reduction was observed: Fe₂O₃ was reduced to Fe₃O₄ and then reduced to metallic Fe. The activation energy for the two reduction steps of iron oxide are 89.13 and 70.412 (kJ mol⁻¹), respectively. The simulation by reduction models of the TPR patterns presents well fitting of unimolecular model for Fe₂O₃→Fe₃O₄ reduction and two-dimensional nucleation according to Avarmi–Erofeev model for Fe₃O₄→Fe.     

Effect of metal oxide additives on the thermal decomposition of perchlorates, oxalates and hydroxides

The effects of -Fe₂O₃ and -Al₂O₃ additives on the thermal decomposition of perchlorates, oxalates and hydroxides were investigated by means of DTA, TG and X-ray techniques. It was found that the oxide additives catalytically promoted the decomposition of perchlorates (NaClO₄, KClO₄ and Mg(ClO₄)₂) and resulted in a lowering of the initial decomposition temperature (T_i). On the other hand, the oxides showed no significant effect on the decomposition of oxalates (FeC₂O₄ and CuC₂O₄) and hydroxides (Mg(OH)₂ and Al(OH)₃).

The thermal decomposition of KClO₄ was chosen to compare the catalytic effect of twelve metal oxides. The results indicated that the transition metal oxides such as Cr₂O₃, -Fe₂O₃ and CuO markedly accelerated the decomposition; these oxides resulted in a solid-phase decomposition before fusion of KClO₄, and the initial decomposition temperature (T_i) of KClO₄ with oxides was about 100–200°C lower than that without catalyst. The oxides such as -Al₂O₃ and MgO resulted in a slight lowering of the temperature of the fusion and promoted the molten-phase decomposition of KClO₄, but their effects were not so remarkable as those of the transition metal oxides. The modified catalytic mechanisms of transition metal oxides were proposed by considering the electron transfer and the oxygen-abstraction models.     

载体对Ni_2P催化剂加氢脱氮反应性能的影响

使用TiO2、Al2O3以及TiO2-Al2O3复合载体考察了载体对磷化镍催化剂活性相和加氢脱氮性能的影响。不同钛铝原子比的TiO2-Al2O3复合载体采用原位-溶胶凝胶法制备,负载的磷化镍催化剂采用等体积浸渍法和H2原位还原法制备。以喹啉为模型化合物在固定床反应器上对催化剂的加氢脱氮性能进行评价,采用XRD、N2吸附、TEM和H2-TPR等技术对催化剂和载体进行了表征。结果表明,制成的复合载体基本保留了最初引入的γ-Al2O3的孔特征,分散在γ-Al2O3表面的TiO2以锐钛矿晶型存在。不同载体对催化剂的H2还原行为有显著影响,所形成的活性物种也不相同。Al2O3中引入TiO2可以减弱P物种和Al2O3之间的相互作用,有利于Ni2P活性相的生成和催化活性的提高。当Ti/Al的原子比为1∶8时,Ni2P/TiO2-Al2O3催化剂比Ni2P/TiO2、Ni2P/Al2O3催化剂具有更高的加氢脱氮活性。     

助剂CuO和La2O3对NiO/α-Al2O3甲烷催化部分氧化制合成气引发过程的影响

采用分步浸渍法制备了NiO/α-Al₂O₃、NiO-CuO/α-Al₂O₃和NiO-La₂O₃/α-Al₂O₃三种催化剂,运用程序升温表面反应（TPSR）技术考察了助剂CuO和La₂O₃对NiO/α-Al₂O₃甲烷催化部分氧化（CPOM）反应引发过程的影响。结果表明,无论是否经过预还原处理,NiO/α-Al₂O₃催化剂在CH₄/O₂混合气氛下进行程序升温表面反应（CH₄/O₂-TPSR）时,即使升高到910℃也不能引发CPOM反应。添加助剂CuO或La₂O₃后,NiO-CuO/α-Al₂O₃和NiO-La₂O₃/α-Al₂O₃催化剂在CH₄/O₂-TPSR过程中均可以引发CPOM反应。原因分别是CuO促进了CH₄对NiO的还原以及抑制了O₂对Ni0的再氧化,La₂O₃减小了Ni晶粒粒径和还原时扩散阻力促进NiO的还原。     

氧化铁负载铂纳米簇催化卤代硝基苯本体氢化性质研究

复相金属催化剂中的载体效应研究具有重要意义。我们以结构不同的氧化铁载体吸附"非保护型"Pt金属纳米簇制备了具有相同Pt纳米簇的Pt/Fe_3O_4、Pt/γ-Fe_2O_3和Pt/α-Fe_2O_3催化剂,考察了其在无溶剂条件下(本体条件)催化邻氯硝基苯(o-CNB)选择性氢化反应的性能,发现三种铂/氧化铁催化剂的催化选择性远高于商购铂/碳催化剂,Pt/γ-Fe_2O_3和Pt/α-Fe_2O_3的催化选择性明显高于Pt/Fe_3O_4,而Pt/Fe_3O_4的催化活性较Pt/α-Fe_2O_3高50%。铂/氧化铁对不同卤代硝基苯的本体选择性氢化反应表现出优良的催化性能,相应卤代苯胺产物的选择性均可达到99%以上。考察了温度、氢气压力对Pt/Fe_3O_4催化o-CNB本体氢化性能的影响。本工作为理解氧化铁负载金属纳米簇催化剂的特殊催化性质,进而发展高效金属纳米簇基催化体系提供了新的基础。     

稀土金属氧化物对Y分子筛吸附脱硫性能的影响

以Y分子筛为母体,采用浸渍法制备了Y₂O₃/Y、CeO₂/Y和La₂O₃/Y三种吸附剂.以脱除正辛烷中的苯并噻吩为探针反应,考察了稀土金属氧化物负载量、吸附温度、吸附时间和剂油比对吸附剂脱硫性能的影响.结果表明,稀土金属氧化物最佳负载量为5%(质量分数),所得吸附剂在50 ℃、1 h、剂油比1∶30条件下,脱硫率均达到60%以上.甲苯的存在明显降低了吸附剂的脱硫性能.稀土金属氧化物在吸附过程中发生流失,在相同的条件下,三种稀土金属氧化物中,Y₂O₃的流失量最小,而CeO₂的流失量最大,CeO₂的流失量是Y₂O₃的10倍.     

高指数晶面结构氧化铁化学链燃烧反应活性及深层还原反应机理

采用密度泛函理论计算和实验研究形貌可控制备氧化铁作为高效载氧体用于化学链燃烧的可行性. 首先从理论上对比分析Fe₂O₃高指数晶面[104]和低指数晶面[001]的反应活性及深层还原反应机理. 表面反应结果显示, Fe₂O₃[104]氧化CO的反应活性远高于Fe₂O₃[001], Fe₂O₃[104]被还原成为低价的铁氧化物或单质, 这些低价的铁氧化物或单质可被O₂氧化再生. 载氧体和CO深层反应结果显示Fe₂O₃[104]可被CO彻底还原成Fe单质, Fe₂O₃[104]释放氧能力强, 反应活性高; 而Fe₂O₃[001]还原到一定程度后反应能垒高, 抑制表面进一步还原, 释放氧能力有限. 最后, 实验结果进一步证明了Fe₂O₃[104]作为载氧体用于化学链燃烧的高反应活性及稳定性.     

新型核壳结构纳米催化剂的三效催化活性及热稳定性

从Pd纳米粒子出发制备了具有核壳结构的新型纳米Pd@SiO₂/Ce_0.4Zr_0.6O₂三效催化剂及作为参比的Pd/Ce_0.4Zr_0.6O₂催化剂, 采用X射线衍射、 透射电子显微镜、 氢气程序升温还原和氮气低温吸附-脱附等技术对催化剂的物化性质进行了表征, 研究了Pd@SiO₂/Ce_0.4Zr_0.6O₂和Pd/Ce_0.4Zr_0.6O₂催化剂的三效反应催化活性和热稳定性. 结果表明, SiO₂壳层可以抑制Pd粒子的团聚, 同时还能抑制Pd物种的再分散, 减少Pd的流失. 具有核壳结构的纳米Pd@SiO₂/Ce_0.4Zr_0.6O₂催化剂具有更好的三效催化活性和更高的热稳定性.     

Synthesis and study of Bi2Ti2O7/TiO2 composites as efficient visible-light-active photocatalysts in the reduction of aqueous Cr(VI)

In this work, Bi_2Ti_2O_7/TiO_2 composites were synthesized and studied as potential visible-light-activated photocatalysts in the reduction of aqueous Cr(VI). Bi_2Ti_2O_7/TiO_2 composites with tunable compositions were synthesized via a solvothermal-calcination two-step method, simply by changing the molar ratios of Bi(NO_3)_3·5H_2O to tetrabutyl titanate in the reactants. The compositions, structures and optical properties of the as-synthesized Bi_2Ti_2O_7/TiO_2 composites were characterized by X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy and UV–vis diffuse reflectance spectra. The photocatalytic activity of the as-synthesized Bi_2Ti_2O_7/TiO_2 composites was tested in the reduction of aqueous Cr(VI)under visible-light(λ420 nm) irradiation, and compared with that of TiO_2 nanoparticles. It was observed that the as-synthesized Bi_2Ti_2O_7/TiO_2 composites exhibited much higher photocatalytic activity than TiO_2 nanoparticles, and the most efficient composite(300 mg) can achieve the complete reduction of Cr(VI) in 300 mL of 50 mg/L K_2Cr_2O_7 aqueous solution under visible-light(λ420 nm)irradiation in 90 min.     

TiO_2-Al_2O_3载体的制备方法对其负载的磷化镍催化剂加氢脱氮反应性能的影响

采用共沉淀法和原位溶胶-凝胶法制备了TiO2-Al2O3复合载体,其负载的磷化镍催化剂采用等体积浸渍法和H2原位还原法制备.通过N2吸附(BET)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、程序升温还原(TPR),X射线光电子能谱(XPS)和等离子体发射光谱(ICP-AES)表征技术对催化剂进行了表征,并通过喹啉的加氢脱氮反应评价了催化剂的加氢脱氮性能.结果表明,原位溶胶-凝胶法制成的复合载体基本保留了原有的γ-Al2O3的孔特征,具有较大的比表面积和较宽的孔分布,TiO2主要以表面富集的形式分散在管状的γ-Al2O3表面,其负载的磷化镍催化剂还原后所形成的活性相为Ni2P和Ni12P5;而共沉淀法制成的复合载体比表面积较小,孔径分布更加集中,TiO2趋于在块状的Al2O3表面均匀分散,其负载的磷化镍催化剂具有更好的可还原性,还原后所形成的活性相为Ni2P.不同的载体制备方法和不同的钛铝比对催化剂加氢脱氮性能影响较大,当n(Ti)/n(Al)=1/8时,共沉淀法载体负载的催化剂表现出最佳的加氢脱氮性能,在340℃,3 MPa,氢油体积比500,液时空速3 h-1的反应条件下,喹啉的脱氮率可以达到91.3%.     

Cu/Co/Mn基氧载体释氧动力学及机理研究

以溶胶凝胶法制备了CuO/CuAl₂O₄、Co₃O₄/CoAl₂O₄以及Mn₂O₃/Al₂O₃氧载体,在流化床反应器中CO₂气氛下研究了不同温度下氧载体释氧特性,并通过分析得到各氧载体的释氧动力学机理函数、活化能及指前因子等重要参数。释氧过程中,氧载体CuO/CuAl₂O₄中CuO、CuAl₂O₄均为活性相,释氧后转化为Cu₂O及CuAlO₂,而Co₃O₄/CoAl₂O₄及Mn₂O₃/Al₂O₃中CoAl₂O₄和Al₂O₃均为惰性相,仅有Co₃O₄和Mn₂O₃参与释氧并分别转化为CoO和Mn₃O₄。三种氧载体的释氧过程均可由成核-核生长机理描述,释氧初期氧载体经化学反应形成新的活性核心,随后活性核心聚集形成还原态的氧载体团簇。各氧载体释氧的机理函数G(x)有不同的表达式,CuO/CuAl₂O₄、Co₃O₄/CoAl₂O₄、Mn₂O₃/Al₂O₃释氧的活化能E分别为226.37、130.06和65.90 kJ/mol,相对应的指前因子A分别为2.99×10⁶、4.96×10³和27.37 s^-1。     

γ-Al2O3对SCR脱硝催化剂V2O5-WO3/TiO2的改性研究

采用溶胶凝胶法制备了不同γ-Al₂O₃含量的钛铝复合载体,以此为载体采用浸渍法负载V₂O₅和WO₃制备了一系列催化剂。采用X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、程序升温还原(H₂-TPR)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)等表征技术对催化剂表面形态进行分析,同时在模拟氨气选择性催化还原NO(NH₃-SCR)的反应条件下,对催化剂的脱硝反应活性和SO₂抗中毒进行考察。结果发现,TiO₂和γ-Al₂O₃之间的协同作用使得V₂O₅-WO₃/TiO₂-γ-Al₂O₃催化剂的脱硝效率及活性窗口明显优于单一载体制备的催化剂,表现出了良好的热稳定性和抗SO₂毒化能力,特别是V₂O₅-WO₃/TiO₂-15% γ-Al₂O₃在310~460 ℃,NO的转化率均在80%以上,反应窗口最宽。各种表征结果表明,TiO₂-γ-Al₂O₃复合载体中γ-Al₂O₃高度分散在TiO₂上,复合载体具有较大的比表面积,同时具有较强的还原能力。     

Selective Oxidation of CO in Excess H2 over Ru/Al2O3 Catalysts Modified with Metal Oxide

The Ru/Al_2O_3 catalysts modified with metal oxide(K_2O and La_2O_3)were prepared via incipient wetness impregnation method from RuCl_3·nH_2O mixed with nitrate loading on Al_2O3 support. The activity of catalysts was evaluated under simulative conditions for the preferential oxidation of CO (CO-PROX)from the hydrogen-rich gas streams produced by reforming gas,and the performances of catalysts were investigated by XRD and TPR.The results showed that the activity temperature of the modified catalysts Ru-K_2O/Al_2O3 and Ru-La_2O_3/Al_2O_3 were lowered approximately 30℃compared with pure Ru/Al_2O_3,and the activity temperature range was widened.The conversion of CO on Ru-K_2O/Al_2O_3 and Ru-La_2O_3/Al_2O_3 was above 99% at 140-160℃,suitable to remove CO in a hydrogen-rich gas and the selectivity of Ru-La_2O_3/Al_2O_3 was higher than that of Ru-K_2O/Al_2O_3 in the active temperature range. Slight methanation reaction was detected at 220℃and above.     

H2O2、金属离子等对Cr(Ⅵ)离子光催化还原及对敌敌畏农药光催化氧化的影响

以Cr(Ⅵ)离子、敌敌畏农药作为污染物的代表,研究了H₂O₂、金属离子等对Cr(Ⅵ)离子光催化还原及对敌敌畏农药光催化氧化的影响.结果表明,加入少量的H₂O₂对Cr(Ⅵ)离子的光催化还原起阻碍作用,对敌敌畏农药的光催化氧化起促进作用;加入少量的Cu²⁺对Cr(Ⅵ)离子光催化还原及对敌敌畏农药的光催化氧化均起促进作用;加入Zn²⁺、Na⁺对Cr(Ⅵ)离子及敌敌畏农药的光催化降解均无明显的影响;加入甲醇、甲苯对Cr(Ⅵ)离子的光催化还原起促进作用,对敌敌畏农药的光催化氧化起阻碍作用.探讨了H₂O₂、金属离子等对Cr(Ⅵ)离子光催化还原及对敌敌畏农药光催化氧化影响的机理.