锰基催化剂在催化柴油炭烟燃烧中的应用

柴油机排放的炭烟颗粒引起了严重的环境污染并对人体健康造成了极大的危害,引起人们的广泛关注。目前,催化净化技术是控制柴油机尾气炭烟颗粒排放最有效和研究最广泛的技术手段之一,其中高性能催化剂的研发是催化净化技术应用最为关键的因素。本文总结了近年来锰基催化剂材料在催化柴油机炭烟燃烧中的研究进展,重点介绍了单组分锰基催化剂、复合结构锰基氧化物催化剂、固定结构锰基氧化物催化剂(钙钛矿型、尖晶石型、水滑石型)等的研究进展,并简述了锰基催化剂材料在同时消除炭烟颗粒和氮氧化物方面的研究进展。最后,提出了锰基催化剂在催化柴油机炭烟燃烧中存在的问题并对其发展前景进行了展望。     

VOCs催化燃烧整体式催化剂及涂层材料研究进展

催化燃烧法是当前处理VOCs最具有发展前景的技术之一,其技术的关键在于催化剂。整体式催化剂具有优异的传质、良好的热稳定性、高比表面积、床层压降低、催化效率高、机械性能好、易于装卸和维修等特点,是目前实现工业VOCs治理最佳的催化剂。本文概述了用于VOCs催化燃烧反应的整体式催化剂及其涂层材料的研究现状,并展望了未来的发展趋势。     

LaMO3(M=Co,Mn)钙钛矿型催化剂上VOCs催化燃烧的研究

研究了LaMO3(M=Co,Mn)钙钛矿型催化剂对VOCs的催化燃烧性能,该类催化剂对单一VOC和混合VOCs均有很好的催化活性,而LaMnO3的催化活性要比LaCoO3的催化活性更好,氧化还原滴定实验表明,LaMnO3催化剂中锰以Mn4+(大约35%)和Mn3+价态存在,而在LaCoO3催化剂中发现钴均以Co3+价态存在;在混合VOCs催化燃烧的试验中,3种有机物的易氧化性依次为正丙醇＞甲苯＞环己烷,达到99%的转化率时,环己烷的反应温度则比甲苯的反应温度要约低40℃.     

纳米晶粒钙钛矿型La_(1-x)Sr_xCoO_3催化剂的制备及其对VOCs催化燃烧的研究

以共沉淀法制备出了纳米晶粒钙钛矿型LaCoO3和La0.8Sr0.2CoO3催化剂,并考察了其对VOCs的催化燃烧性能,实验结果表明该类催化剂对单一VOC和混合VOCs均有很好的催化活性,而La0.8Sr0.2CoO3的催化活性要比LaCoO3的催化活性更好;在混合VOCs催化燃烧的试验中,三种有机物的易氧化性依次为正丙醇>甲苯>环己烷,达到99%的转化率时,环己烷的反应温度则比甲苯的反应温度要低约40℃,同时催化剂100h稳定性试验和表征结果表明,La1-xSrxCoO3(x=0、0.2)钙钛矿型催化剂有着很好的结构稳定性.     

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。     

钙钛矿型催化剂对VOCs催化燃烧的抗毒性和稳定性研究

采用共沉淀法制备了钙钛矿型La0.8Cu0.2MnO3和La0.8Sr0.2MnO3催化剂,考察了两种催化剂对含硫、含氯VOCs气体催化燃烧的抗毒性和稳定性.结果发现,两种催化剂具有良好的抗氯性,但在SO2存在下会出现中毒失活现象,相比较而言,La0.8Sr0.2MnO3比La0.8Cu0.2MnO3具有更好的抗硫性和结构稳定性;采用XRD和XPS分析方法研究催化剂硫中毒机理,发现其失活原因在于催化剂表面生成CuSO4和SrSO4,形成屏蔽效应导致催化剂失活.     

LaMO3(M=Co,Mn)钙钛矿型催化剂上VOCs催化燃烧的研究

研究了LaMO3(M=Co,Mn)钙钛矿型催化剂对VOCs的催化燃烧性能,该类催化剂对单一VOC和混合VOCs均有很好的催化活性,而LaMnO3的催化活性要比LaCoO3的催化活性更好,氧化还原滴定实验表明,LaMnO3催化剂中锰以Mn4 (大约35%)和Mn3 价态存在,而在LaCoO3催化剂中发现钴均以Co3 价态存在;在混合VOCs催化燃烧的试验中,3种有机物的易氧化性依次为正丙醇＞甲苯＞环己烷,达到99%的转化率时,环己烷的反应温度则比甲苯的反应温度要约低40℃.     

纳米涂层对钙钛矿基整体式催化剂催化燃烧VOCs性能的影响

以堇青石蜂窝陶瓷为基体,纳米氧化物(CeO2、γ-Al2O3、SiO2)为涂层载体,通过悬浮涂渍法和溶胶-凝胶法两步制得LaCoO3/CeO2/堇青石、LaCoO3/γ-Al2O3/堇青石、LaCoO3/SiO2/堇青石三种整体式催化剂.通过XRD、SEM、XPS、H2TPR、UT和N2吸附-脱附等技术,对样品的物相、...     

纳米晶粒钙钛矿型La1-xSrx CoO3催化剂的制备及其对VOCs催化燃烧的研究

以共沉淀法制备出了纳米晶粒钙钛矿型LaCoO3和La0.8Sr0.2CoO3催化剂，并考察了其对VOCs的催化燃烧性能，实验结果表明该类催化剂对单一VOC和混合VOCs均有很好的催化活性，而La0.8Sr0.2CoO3的催化活性要比LaCoO3的催化活性更好；在混合VOCs催化燃烧的试验中，三种有机物的易氧化性依次为正丙醇＞甲苯＞环己烷，达到99％的转化率时，环己烷的反应温度则比甲苯的反应温度要低约40℃，同时催化剂100h稳定性试验和表征结果表明，La1-xSrxCoO3（x=0、0.2）钙钛矿型催化剂有着很好的结构稳定性．     

负载型镧锰钙钛矿催化剂上甲烷催化燃烧的研究

研究了甲烷在负载型镧锰钙钛矿催化剂(LCFM／α-Al2O3)上的低温催化燃烧反应．考察了制备方法、焙烧温度列催化剂结构和活性的影响．并进行了100h稳定性实验．实验结果表明用浸渍法、焙烧温度高于800℃就能在载体上生成良好的钙钛矿结构，催化剂具有较低的起燃温度并且在高温条件下具有与非负载型镧锰钙钛矿催化剂相当的活性；100h稳定性实验表明LCFM／a-Al2O3催化剂经历了100h．800℃的连续高温燃烧反应，催化剂仍保持了原有结构和催化活性．并且没有明显积碳．     

VOCs催化燃烧催化剂抗SO2中毒研究进展

在VOCs催化氧化过程中, 二氧化硫易与反应物在催化剂活性位点上产生竞争吸附行为, 且能够与活性物种或载体反应生成硫酸盐使催化剂中毒, 严重影响了催化氧化反应的效率. 我们总结了催化剂的SO₂中毒行为, 概括了目前在贵金属、非贵金属催化剂的设计中应用较为广泛的抗SO₂中毒措施, 如助剂掺杂、双金属体系构建、载体改性、核壳结构设计等, 剖析了催化剂酸性位的增强、结构的稳固、壳层保护等抵御SO₂吸附与反应的原理, 并对VOCs领域内抗SO₂中毒催化剂的设计进行了总结与展望.     

负载型Cu-Mn-Ce催化剂燃烧VOCs反应的载体效应

以MgO,Al2O3,SiO2,TiO2和ZrO2为载体,采用浸渍法制备了负载型Cu-Mn-Ce(CMC)三元复合氧化物催化剂,并用TG,XRD,BET和H2-TPR对催化剂进行了表征,以甲苯和丙酮催化燃烧为模型反应,考察了该催化剂的催化活性。结果表明,纯CMC催化剂的铈基固溶体结构表现出优良的催化活性,当CMC负载在SiO2和Al2O3上后,其大比表面积和表面羟基均不利于CMC活性固溶体结构的形成,另外Mn,Cu等过渡金属与MgO载体发生相互作用而破坏了CMC的活性结构。TiO2和ZrO2则较好地保持了CMC活性固溶体的结构,并显著提高了CMC催化剂的高温热稳定性。     

Ir/ZrO2催化剂对甲烷催化燃烧性能的研究

采用浸渍法制备了ZrO₂为载体负载Ir的催化剂(Ir/ZrO₂), 考察了催化剂的CH₄催化燃烧性能. 采用X射线衍射(XRD), 拉曼光谱(Raman), X射线光电子能谱(XPS), 氢气程序升温还原(H₂-TPR)等技术对催化剂的结构和Ir物种的存在形式进行了表征. 结果表明, Ir/ZrO₂催化剂中Ir是以IrO₂形式存在的, Ir/ZrO₂催化剂的CH₄燃烧表观活性随着Ir负载量的增加而提高, 并且催化剂表现出较高的催化活性和良好的反应稳定性. 在低Ir负载量(≤1%)时, CH₄燃烧的转换频率(TOF)随着Ir粒子的增大而提高|然而高Ir负载量(≥1%)时, TOF随着Ir粒子的增大保持不变.     

高热稳定性Cu-Mn-O催化燃烧催化剂的制备

采用共沉淀法制备Cu-Mn-O前驱体, 以水洗和醇洗的方式去除杂质, 在空气气氛下干燥焙烧获得催化剂. 用BET、 XRD、 SEM对此催化剂的比表面积、晶相结构以及颗粒形貌进行了表征, 并以甲苯催化燃烧为探针反应考察了催化剂的性能. 结果表明, 在500 ℃焙烧, Cu-Mn-O催化剂的比表面积可以达到67.9 m2/g, 颗粒尺寸在100 nm左右并高度分散. 与水洗样品相比, 醇洗样品的活性相CuMn2O4热稳定性得到较大提高, 经700 ℃焙烧的Cu-Mn-O上甲苯完全燃烧温度降低了60 ℃;800 ℃焙烧后, 甲苯完全燃烧温度降低了约50 ℃.     

La_2NiBO_6催化剂的制备及其对甲烷燃烧反应的催化性能

以柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法制备了一系列双钙钛矿型催化剂La_2NiBO_6(B=Mn,Fe,Co,Cu,Ce),其结构经SEM,XRD,N2-BET和H2-TPR表征。以甲烷燃烧反应为模板反应,研究了La_2NiBO_6的催化性能。结果表明:La_2NiCeO_6催化性能最好,起燃温度T_(10%)为461℃,最终转化温度T_(90%)为565℃。     

催化氧化脱除二甲苯的催化剂

二甲苯是一种有毒挥发性有机化合物(Volatile organic compounds, VOCs),也是常见的工业污染物之一。催化氧化法可将二甲苯分解成CO₂和H₂O,有效防止有害气体排放到大气中。催化氧化法脱除二甲苯的关键是催化剂的低温活性和反应稳定性。本文从催化剂的制备方法、构效关系、活性组分之间及其与载体相互作用机制对催化性能的影响等方面,介绍了负载型贵金属催化剂、非贵金属氧化物和钙钛矿型氧化物催化剂用于二甲苯低温氧化的研究进展;比较分析了不同催化剂类型对二甲苯及其他种类VOCs的催化效果的偏向性;介绍了含二甲苯的混合VOCs的研究状况,并对未来催化剂研究的有关问题提出了建议。     

SnCuO催化剂上甲烷的催化燃烧性能

 采用双股并流共沉淀法制备了SnCuO系列催化剂，测定了它们对甲烷燃烧反应的催化活性及抗硫中毒性能，并采用XRD，BET，XPS，DTA－TG和FT－IR等技术对催化剂进行了表征．比表面积和活性测试结果表明，SnCuO系列样品的比表面积均大于纯氧化物，其低温催化活性大\r\n大高于纯氧化物．在Sn／Cu原子数比接近1时，其比表面积最大（超过100m2／g）．具有最大比表面积的样品SnCu4和SnCu5的活性最高．进一步测定了SnCu4样品的抗硫中毒性能．结果发现，在500℃下，反应刚开始时甲烷的转化率为98％，随着SO2的不断通入，催化剂的活性逐渐降低，到12h后基本稳定，此时甲烷转化率仅为50％．采用FT－IR和热重分析方法对SnCu4硫中毒的机理进行了研究，发现其中毒原因在于SnCuO系列催化剂中的CuO与SO2反应几乎完全转化为CuSO4，导致催化剂活性降低．