负载型钴锰复合氧化物臭氧辅助催化降解低浓度甲醛的性能研究

制备了负载型钴锰复合氧化物Co-MnOx/ZSM-5催化剂,采用浸渍法将催化剂负载到堇青石蜂窝陶瓷上,在密封舱内进行催化降解甲醛研究,考察了室温下臭氧辅助催化降解室内低浓度甲醛的特性。同时,也探讨了催化剂制备工艺对催化剂活性的影响。实验结果表明：在500oC煅烧温度条件下制备的10% Co-MnOx/ZSM-5催化剂具有最高的催化活性。通过XRD、BET、TEM、XPS和TG-DSC等手段的表征结果表明,其高活性可能是主要来自于形成的CoMnO3晶相和Mn4 与Mn3 价态共存。     

过渡金属改性的ZSM-5催化剂应用于甲硫醚转化制甲硫醇（英文）

负载过渡金属的ZSM-5催化剂用于催化甲硫醚(DMS)转化成甲硫醇(MT)的反应.实验结果表明,催化剂的甲硫醚转化率提高和甲硫醇选择性降低的趋势一样,都是以下顺序:Co/ZSM-5Mo/ZSM-5Ni/ZSM-5W/ZSM-5.表征结果表明,由于过渡金属阳离子(W6+、Ni2+、Co3+、Mo6+)比Al3+活泼,而改性过程中W6+、Ni2+、Co3+、Mo6+分别代替了部分Al3+,使得改性催化剂对DMS和MT的化学吸附作用更强.过渡金属的引入使得ZSM-5总酸度增强,提高了C―S键的裂解能力,从而改进了催化转化DMS的能力.研究结果发现,在转化DMS的过程中,金属活性位和酸性位之间通过强的协同效应起作用.     

微波加热制备泡沫镍负载La3+掺杂纳米TiO2及其光催化降解甲醛的性能

 采用常规加热和微波加热方法制备了两种泡沫镍负载La3+掺杂的纳米TiO2光催化剂,以甲醛光催化降解为模型反应,考察了制备方法和掺杂La3+对催化剂催化性能的影响,并采用扫描电镜、透射电镜、 X射线衍射和能量分散式光谱分析对催化剂进行了表征. 结果表明,微波加热法制备的纳米TiO2具有典型的锐钛矿型晶体结构,其粒径均匀且明显小于常规加热法制备的催化剂. 泡沫镍负载1.5%La3+掺杂的TiO2的光催化性能得到明显改善,反应90 min后甲醛的降解率仍达到93%. 在实验中发现催化剂有失活现象,但经简单清洗后其活性能够恢复.     

制备方法对Mn-Ce/ZSM-5催化剂低温选择性催化还原NO性能的影响

采用浸渍法、氨水共沉淀法和机械混合法制备了Mn-Ce/ZSM-5催化剂, 并研究了其对氨选择性催化还原(NH\-3-SCR)NO反应的催化性能. 结果表明, 采用氨水共沉淀法制备的Mn-Ce/ZSM-5催化剂显示出优越的NH₃-SCR催化活性, 不仅具有好的低温催化活性和宽的反应温度窗口, 而且具有高的热稳定性. 铈的含量对催化活性也存在着明显的影响. 采用X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)和等离子体发射光谱(ICP)等技术对不同方法制备的Mn-Ce/ZSM-5催化剂的体相和表面结构进行了表征. 结果发现, Mn-Ce/ZSM-5催化剂中Ce主要以Ce⁴⁺的形态出现, 并与锰有较强的协同作用. Mn以多种氧化物的形态共存, 采用氨水共沉淀法制备更有利于低价态的锰氧化物Mn₂O₃, Mn₃O₄等的形成, 并且更易于氧物种(O_1s)在催化剂表面富集, 这可能是导致氨水共沉淀法所制备的Mn-Ce/ZSM-5样品活性最佳的原因.     

Mn/beta与Mn/ZSM-5催化剂对氨选择性催化还原NO的低温催化活性比较: 锰前驱体的影响

氮氧化物(NOx)作为主要的大气污染物之一,给环境和人类带来一定危害,其主要源于汽车、轮船以及工厂中液态(汽油和柴油)或固态(煤)化石原料的燃烧.目前,选择性催化还原法(SCR)因技术相对成熟且经济有效,被广泛应用于氮氧化物脱除.催化剂是该技术的关键,而典型的商业钒系催化剂(V2O5-WO3/TiO2和V2O5-MoO3/TiO2)存在工作窗口温度窄(300–400 ℃)、V2O5的生物毒性以及较高的SO2氧化性能等缺点,因此开展高效且环境友好催化剂的研究工作迫在眉睫.近年来,锰基催化剂因其丰富的价态变化以及氧化形态而受到科研工作者的广泛关注.研究者已经对锰前驱体做了大量研究,但是关于不同锰前驱体制备得到的催化剂的活性物种组成以及催化活性往往存在着不同观点.因此进一步开展对锰前驱体研究仍有必要.同时,二氧化钛载体比表面积较小,并不是制备锰基催化剂的理想载体.分子筛载体因其比表面积大、特殊的孔道结构以及丰富的酸位等特点引起了研究者的关注.用于制备锰基催化剂的分子筛载体主要有ZSM-5,Beta,USY和SAPO等,其中ZSM-5系列催化剂是研究热点.另一方面,研究发现Beta分子筛具有良好的水热稳定性,被认为是理想的NH3-SCR催化剂载体.研究者对比了不同金属负载的Beta分子筛与ZSM-5分子筛的催化活性,结果表明,Fe/beta的催化活性高于Fe/ZSM-5和Fe/ZSM-11; Cu/beta的催化活性与Cu/ZSM-5相当,均表现出较高的活性.而关于Mn/ZSM-5的研究已有大量文献报道,但关于Mn/beta的研究相对较少.另外,关于不同锰前驱体在Beta以及ZSM-5分子筛载体表面的物化性质差异也少有报道.本文以H/beta和H/ZSM-5分子筛作为载体,采用硝酸锰、乙酸锰和氯化锰三种前驱体,通过湿法浸渍制备了Mn/beta和Mn/ZSM-5两类NH3-SCR催化剂,并在固定床管式反应器中对比评价了两类催化剂的催化活性.凭借氮气等温吸附/脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、X射线荧光(XRF)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)以及X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂进行了表征,系统分析了不同前驱体在两种载体表面形成的活性组分以及理化性质对催化性能的影响.催化剂活性评价结果表明,对于Mn/beta和Mn/ZSM-5催化剂,在220–350 ℃反应温度区间内,乙酸锰和硝酸锰制备的催化剂NO脱除率均在80%以上.其中Mn/beta-Ac在240 °C时达到最高的NO脱除率97.5%,并且在220–350 ℃温度区间内保持着90%以上的活性,具有最宽的活性温度窗口.同时,在两系列锰基催化剂中,乙酸锰制备的催化剂均表现出最佳的催化活性,且对于同一种前驱体制备的催化剂,Mn/beta催化剂的NH3-SCR活性优于Mn/ZSM-5.BET数据显示,负载锰物种之后,催化剂的比表面积和孔体积均明显减小,但相对于Mn/ZSM-5催化剂,Mn/beta催化剂仍保持着优良的织构性质.XRD、XRF及H2-TPR结果表明,氯化锰前驱体主要产生少量的结晶Mn3O4并且大部分保持以MnCl2的形式存在,这也是此类催化剂表现出较差的低温催化活性的原因.结合XPS表征分析了催化剂的表面性质.结果表明,硝酸锰前驱体主要产生结晶MnO2和少量未分解的硝酸锰,乙酸锰前驱体主要产生高度分散的无定形MnO2和Mn2O3混合物以及结晶Mn3O4.进一步结合NH3-TPD分析结果以及活性评价结果可以得出: 丰富的无定形MnOx(MnO2和Mn2O3)物种、较高的表面锰含量和表面活性氧基团以及适当含量的弱酸位有利于提升催化剂的低温NH3-SCR催化活性.     

臭氧催化氧化脱除低浓度甲醛的新方法

甲醛作为一种典型的室内挥发性有机污染物,对人体健康危害很大.目前,在可用于室内甲醛脱除的诸多方法之中,臭氧催化氧化法因可于室温下使用廉价的金属氧化物催化剂实现对甲醛的高效脱除,从而受到了科研工作者的广泛关注.然而,考虑到室内甲醛的浓度极低,且存在着长期缓慢释放的特点,传统的臭氧催化氧化法应用于实际的室内甲醛脱除不仅会造成能量的浪费,而且还易因未完全分解臭氧的连续释放带来二次污染问题.为了提高臭氧催化氧化脱除甲醛过程的臭氧利用率,降低能耗,并有效缓解未分解臭氧引起的二次污染,本文将一种循环的甲醛存储-臭氧催化氧化新方法应用于室内低浓度甲醛的脱除.该新方法包含甲醛存储与臭氧催化氧化两个过程,在存储阶段低浓度甲醛吸附存储于催化剂表面,而在臭氧催化氧化阶段臭氧将存储的甲醛氧化为CO2与H2O,并重新释放催化剂表面的吸附位.因负载型氧化锰具有优良的臭氧分解能力,本研究以Al2O3负载的MnOx为催化剂,通过研究前驱体及担载量对甲醛脱除反应的影响,筛选出了最优的MnOx/Al2O3催化剂,并对相对湿度的影响规律进行了考察,最后通过低浓度甲醛存储-臭氧催化氧化循环实验验证了该甲醛臭氧催化氧化新过程的可靠性.我们采用传统的等体积浸渍法,基于不同的前驱体制备MnOx/Al2O3催化剂.XRD表征结果表明,乙酸锰为前驱体制得的MA/Al2O3催化剂中MnOx相主要为Mn3O4(粒径约为6.0 nm);而硝酸锰前驱体所得MN/Al2O3催化剂中则含有MnO2与Mn2O3相,且其MnOx颗粒粒径较大,约为9.5 nm.XPS测试结果表明,MA/Al2O3催化剂含有Mn2+,Mn3+及Mn4+,其中Mn3+与Mn4+的含量分别为75%与12%;而MN/Al2O3催化剂则仅含有Mn3+与Mn4+,含量分别为35%与65%.上述XRD与XPS结果相一致,说明以乙酸锰为前驱体所得催化剂的分散度较高且易形成低氧化态的Mn.甲醛存储-臭氧催化氧化实验结果表明,与Al2O3及MN/Al2O3相比,MA/Al2O3催化剂具有更高的甲醛存储与催化氧化脱除性能.基于MA/Al2O3催化剂,不同Mn负载量下的甲醛存储与臭氧催化氧化实验结果表明,Mn负载量为10 wt%时MA/Al2O3的性能最佳.因而,进一步的实验中我们均选用最优的10 wt%MA/Al2O3为催化剂,其在50%相对湿度下的甲醛存储量为26.9μmol/mL,臭氧催化氧化阶段碳平衡为92%,CO2选择性为100%.相对湿度的影响结果(23℃)则表明,由于水分子与甲醛分子间存在着竞争吸附作用,甲醛存储容量随相对湿度的增加而降低;但因相对湿度增加可建立利于甲醛氧化的新途径,故臭氧催化氧化性能随相对湿度增加而增强.综合考虑,10 wt%MA/Al2O3上甲醛存储-臭氧催化氧化的最优相对湿度为50%.为验证所提出新方法的实用性,我们基于10 wt%MA/Al2O3开展了甲醛存储-臭氧催化氧化的4次循环实验.4次循环实验中的甲醛存储以及臭氧催化氧化处理的规律可基本保持一致.50%相对湿度下,低浓度甲醛(15×10-6)在空速为27000 h-1时的穿透时间为110 min,而在臭氧催化氧化阶段(150×10-6臭氧,空速15000 h-1)仅需约50 min即可实现对存储甲醛的氧化脱除(碳平衡大于92%,CO2选择性100%),表明该新方法较传统的臭氧催化氧化方法臭氧用量可节省60%.     

Mn/beta与Mn/ZSM-5催化剂对氨选择性催化还原NO的低温催化活性比较:锰前驱体的影响（英文）

氮氧化物(NO_x)作为主要的大气污染物之一,给环境和人类带来一定危害,其主要源于汽车、轮船以及工厂中液态(汽油和柴油)或固态(煤)化石原料的燃烧.目前,选择性催化还原法(SCR)因技术相对成熟且经济有效,被广泛应用于氮氧化物脱除.催化剂是该技术的关键,而典型的商业钒系催化剂(V_2O_5-WO_3/TiO_2和V_2O_5-MoO_3/TiO_2)存在工作窗口温度窄(300–400 oC)、V_2O_5的生物毒性以及较高的SO_2氧化性能等缺点,因此开展高效且环境友好催化剂的研究工作迫在眉睫.近年来,锰基催化剂因其丰富的价态变化以及氧化形态而受到科研工作者的广泛关注.研究者已经对锰前驱体做了大量研究,但是关于不同锰前驱体制备得到的催化剂的活性物种组成以及催化活性往往存在着不同观点.因此进一步开展对锰前驱体研究仍有必要.同时,二氧化钛载体比表面积较小,并不是制备锰基催化剂的理想载体.分子筛载体因其比表面积大、特殊的孔道结构以及丰富的酸位等特点引起了研究者的关注.用于制备锰基催化剂的分子筛载体主要有ZSM-5,Beta,USY和SAPO等,其中ZSM-5系列催化剂是研究热点.另一方面,研究发现Beta分子筛具有良好的水热稳定性,被认为是理想的NH_3-SCR催化剂载体.研究者对比了不同金属负载的Beta分子筛与ZSM-5分子筛的催化活性,结果表明,Fe/beta的催化活性高于Fe/ZSM-5和Fe/ZSM-11;Cu/beta的催化活性与Cu/ZSM-5相当,均表现出较高的活性.而关于Mn/ZSM-5的研究已有大量文献报道,但关于Mn/beta的研究相对较少.另外,关于不同锰前驱体在Beta以及ZSM-5分子筛载体表面的物化性质差异也少有报道.本文以H/beta和H/ZSM-5分子筛作为载体,采用硝酸锰、乙酸锰和氯化锰三种前驱体,通过湿法浸渍制备了Mn/beta和Mn/ZSM-5两类NH_3-SCR催化剂,并在固定床管式反应器中对比评价了两类催化剂的催化活性.凭借氮气等温吸附/脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、X射线荧光(XRF)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)、氨气程序升温脱附(NH_3-TPD)以及X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂进行了表征,系统分析了不同前驱体在两种载体表面形成的活性组分以及理化性质对催化性能的影响.催化剂活性评价结果表明,对于Mn/beta和Mn/ZSM-5催化剂,在220–350°C反应温度区间内,乙酸锰和硝酸锰制备的催化剂NO脱除率均在80%以上.其中Mn/beta-Ac在240°C时达到最高的NO脱除率97.5%,并且在220–350°C温度区间内保持着90%以上的活性,具有最宽的活性温度窗口.同时,在两系列锰基催化剂中,乙酸锰制备的催化剂均表现出最佳的催化活性,且对于同一种前驱体制备的催化剂,Mn/beta催化剂的NH_3-SCR活性优于Mn/ZSM-5.BET数据显示,负载锰物种之后,催化剂的比表面积和孔体积均明显减小,但相对于Mn/ZSM-5催化剂,Mn/beta催化剂仍保持着优良的织构性质.XRD、XRF及H_2-TPR结果表明,氯化锰前驱体主要产生少量的结晶Mn_3O_4并且大部分保持以MnCl_2的形式存在,这也是此类催化剂表现出较差的低温催化活性的原因.结合XPS表征分析了催化剂的表面性质.结果表明,硝酸锰前驱体主要产生结晶MnO_2和少量未分解的硝酸锰,乙酸锰前驱体主要产生高度分散的无定形MnO_2和Mn_2O_3混合物以及结晶Mn_3O_4.进一步结合NH_3-TPD分析结果以及活性评价结果可以得出:丰富的无定形MnO_x(MnO_2和Mn_2O_3)物种、较高的表面锰含量和表面活性氧基团以及适当含量的弱酸位有利于提升催化剂的低温NH_3-SCR催化活性.     

M/ZSM-5(M=Cu、Mn、Fe、Ce、Ti)催化氧化甲苯性能研究

以ZSM-5分子筛为载体，采用浸渍法负载Cu、Mn、Fe、Ce、Ti制备一系列金属氧化物催化剂，利用SEM、XRD、N₂吸附-脱附、XPS、H₂-TPR对催化剂的理化性质进行了表征，并考察了催化剂的催化氧化甲苯性能。结果表明，Cu/ZSM-5表面粗糙，金属元素分布均匀，具有较好的孔径结构、良好的低温还原性和丰富的吸附氧物种，且负载量为5%的Cu/ZSM-5表现出优异的甲苯催化活性和最佳的抗硫性，在SO₂环境下t₉₀为224℃(GHSV=24000 h^-1)。原位红外测试结果表明，甲苯的降解遵循以下途径，甲苯首先被吸附在催化剂表面形成吸附态甲苯，随后在催化剂作用下依次被转化为苯甲醛和苯甲酸，再经过开环反应形成马来酸、羧酸等小分子有机物，最终被氧化为CO₂和H₂O。     

MnO2/ZSM-5上臭氧协同催化去除甲醛的性能研究

采用浸渍法制备了不同MnO2负载量的催化剂,用BET分析、X射线衍射等手段对其进行了分析,并考察了在MnO2/ZSM-5催化剂上臭氧协同催化去除甲醛的性能.结果显示:相对于单一的MnO2和ZSM-5,MnO2/ZSM-5复合催化剂具有更高的催化活性,其中10%MnO2/ZSM-5性能最佳,一次性去除效率可达到47%左右,制备所得到的催化剂有较强的稳定性,连续工作120h去除效率基本不变.     

纳米Pd/ZSM-5的原位法制备及催化肉桂醛加氢

采用共沸精镏辅助的原位法成功合成了高度分散的Pd纳米颗粒负载在ZSM-5中（Pd/ZSM-5-IS）分子筛催化剂。通过XRD、TEM、XPS等手段对Pd/ZSM-5-IS的样品进行了表征,并考察反应压力、反应温度、反应时间对肉桂醛加氢催化性能的影响。结果表明：原位法制备的Pd/ZSM-5-IS催化剂比浸渍法制备的Pd/ZSM-5-IM催化剂具有更高的催化稳定性,其主要归因于Pd纳米颗粒进入ZSM-5的晶内介孔有效防止活性位点的损失和聚集。当反应温度为80℃,反应压力为1 MPa,反应时间为3 h时为最佳反应条件,肉桂醛的转化率为87.23%,苯丙醛的选择性为76.68%。     

纳米Pd/ZSM-5的原位法制备及催化肉桂醛加氢

采用共沸精镏辅助的原位法成功合成了高度分散的Pd纳米颗粒负载在ZSM-5中(Pd/ZSM-5-IS)分子筛催化剂。通过XRD、TEM、XPS等手段对Pd/ZSM-5-IS的样品进行了表征,并考察反应压力、反应温度、反应时间对肉桂醛加氢催化性能的影响。结果表明:原位法制备的Pd/ZSM-5-IS催化剂比浸渍法制备的Pd/ZSM-5-IM催化剂具有更高的催化稳定性,其主要归因于Pd纳米颗粒进入ZSM-5的晶内介孔有效防止活性位点的损失和聚集。当反应温度为80℃,反应压力为1 MPa,反应时间为3 h时为最佳反应条件,肉桂醛的转化率为87.23%,苯丙醛的选择性为76.68%。     

过渡金属改性的ZSM-5催化剂应用于甲硫醚转化制甲硫醇

负载过渡金属的ZSM-5 催化剂用于催化甲硫醚（DMS）转化成甲硫醇（MT）的反应. 实验结果表明,催化剂的甲硫醚转化率提高和甲硫醇选择性降低的趋势一样,都是以下顺序：Co/ZSM-5>Mo/ZSM-5>Ni/ZSM-5>W/ZSM-5. 表征结果表明,由于过渡金属阳离子（W⁶⁺、Ni²⁺、Co³⁺、Mo⁶⁺）比Al³⁺活泼,而改性过程中W⁶⁺、Ni²⁺、Co³⁺、Mo⁶⁺分别代替了部分Al³⁺,使得改性催化剂对DMS和MT的化学吸附作用更强. 过渡金属的引入使得ZSM-5总酸度增强,提高了C―S键的裂解能力,从而改进了催化转化DMS的能力. 研究结果发现,在转化DMS的过程中,金属活性位和酸性位之间通过强的协同效应起作用.     

富氧条件下Co/ZSM-5催化剂对C_3H_8选择还原NO_x的性能

采用多种物理化学手段研究了在模拟的轻型柴油车尾气中不同Co担载量及Cu掺杂的Co/ZSM-5催化剂的Co组分分散状态、可还原性、NO吸附脱附性质对C3H8选择性催化还原NOx性能的影响。结果表明,浸渍法制备的Co/ZSM-5催化剂上既有外表面上的Co3+和Co2+物种,也有孔内的Co2+离子。富氧条件下Co/ZSM-5催化剂上C3H8选择性催化还原NOx的活性主要与ZSM-5载体孔外表面分散的CoOx物种中的钴离子可还原能力和NO吸附脱附性能密切相关。Co/ZSM-5催化剂上适宜的Co担载量约为4.0wt%,低担载量时随Co担载量增加,表面CoOx物种中钴离子可还原能力增强,C3H8选择性催化还原NOx的低温转化活性增加;高担载量时,随Co担载量增加,单位Co离子的NO吸附量的减少以及催化剂表面活性中心数的减少,导致了Co/ZSM-5催化剂NOx的转化率和催化剂比速率(k)的下降。孔外表面Co3O4晶体的存在使催化剂表面产生较强的NO吸附,并在高温时有利于C3H8的氧化燃烧,使C3H8选择性催化还原NOx的活性降低。     

担载型Co/ZSM-5催化剂表面Co组分结构与柴油车NO_x净化性能

在摸拟轻型柴油车尾气的反应装置上,结合多种物理化学手段研究了富氧条件下Co/ZSM-5催化剂上Co组分分散状态及其C3H8选择性催化还原NOx性能.结果表明,浸渍法制备的Co/ZSM-5催化剂,ZSM-5表面Co的分散容量约为4.5%,当Co担载量高于4.5%时,Co物种开始在分子筛表面聚集形成Co3O4晶体,发生在Co3O4晶体上强的NOx吸附脱附,对富氧条件下C3H8选择性催化还原NOx是不利的.催化剂上孔内的钴物种主要以Co2+离子形式存在,而孔外表面既存在Co3+物种,也存在Co2+物种,Co3+的相对量随Co担载量的增加而增大.在催化剂孔外表面形成的以Co3+和Co2+结合的含有Co-Co键的低聚态Co Ox物种具有较合适的NOx吸附脱附性能和较强的氧化还原性,是富氧条件下C3H8选择性催化还原NOx反应的主要活性中心,反应需要在相邻的两个Co2+和Co3+活性位上完成.     

双金属Ce-Mn/ZSM-5催化剂的制备及NH3-SCR脱硝性能研究

采用浸渍法制备了铈锰复合氧化物分子筛催化剂(Ce-Mn/ZSM-5),在固定床反应器上考察不同Ce/Mn质量比对分子筛催化剂选择催化还原NO的影响,利用XRD、TEM、NH_3-TPD、H_2-TPR、in-situ DRIFTS等手段对催化剂进行了表征分析。结果表明,双金属改性的Ce-Mn/ZSM-5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Ce/Mn质量比为0.4时,催化剂具有最佳的脱硝效率,在265-465℃脱硝率均可达到80%以上,在370℃时,NO的转化率最高可达97.28%。锰和铈物种高度分散于催化剂表面,未改变ZSM-5的晶体结构,且构成协同作用。0.4Ce-Mn/ZSM-5具备丰富的酸性位、良好的氧化还原性能,该配比有助于催化剂的催化活性和稳定性的提高,在NH_3-SCR反应过程同时遵循E-R机理和L-H机理。     

分子筛负载Cu–Mn双金属柴油机尾气脱硝催化剂的稳定性（英文）

近年来柴油车尾气排放了大量的氮氧化物(NO_x),其治理技术目前主要基于选择性催化还原(SCR).但是,由于柴油车尾气的温度波动范围较宽,氧气浓度高,汽油车三效催化剂不能用于柴油车尾气脱硝,因此开发一种有效的SCR催化剂去除柴油机尾气中的NO_x至关重要.Cu/分子筛催化剂在尾气温度高于200°C时表现出高的脱硝活性,但低温(200°C)催化活性仍有待提高.此外,当柴油颗粒过滤器再生时催化剂处于高温高湿环境,而且柴油车尾气中有未完全燃烧的碳氢化合物(HCs)存在.因此,水热稳定性和抗HCs失活性也是催化剂性能的一个重要指标.Cu–Mn共负载可以有效提高催化剂在200°C以下对NO_x的脱除性能,但其稳定性尚未讨论.本文采用离子交换法将Cu–Mn双金属体系负载在ZSM-5和SAPO-34上,考察了Cu–Mn双金属催化剂去除柴油车尾气NO_x的效果,以及催化剂的温度敏感性、水热稳定性和抗HCs性能.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、N_2吸脱附、~(27)Al固体核磁共振(~(27)Al NMR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段分析了催化剂活性和稳定性差异的原因,探讨了影响稳定性的关键因素.研究发现,当Cu/Mn比为3:2时,200°C时Cu–Mn/ZSM-5和Cu–Mn/SAPO-34的NO_x转化率分别达到65%和90%.当催化剂水热老化处理后,或在反应气体中通入C_3H_6后,Cu–Mn/SAPO-34对NO_x的去除率比Cu–Mn/ZSM-5稳定.SEM和物理结构分析结果表明,水热老化处理和含C_3H_6气氛的SCR反应后,Cu–Mn/ZSM-5发生了明显的团聚,且BET比表面积和孔容减小;而Cu–Mn/SAPO-34未发生团聚现象,且保持较好的物理结构.因此,Cu–Mn/ZSM-5的团聚以及物理结构的破坏可能是其稳定性低的原因之一.XRD结果表明,水热老化处理后Cu–Mn/ZSM-5晶体结构无明显变化,Cu–Mn/SAPO-34的结晶度有所提高.含C_3H_6气氛的SCR反应后,两种催化剂仍然保持分子筛结构的特征峰,表现出较好的晶型结构,C_3H_6不会对催化剂的结晶度和晶体结构产生破坏作用.结合SEM图像发现水热老化处理提高了Cu–Mn/SAPO-34的结晶度并提高其低温活性.27Al NMR结果表明,两种催化剂在水热老化处理和含C_3H_6气氛的SCR反应后,四面体配位Al的峰面积几乎没有明显的改变,表明反应后催化剂并未发生明显的脱铝现象,仍然保持较好的结构稳定性.这与之前研究中Cu/ZSM-5反应后四面体配位的Al原子明显减少的结果不同.因此,Mn的加入可以缓解催化剂的脱铝,提高稳定性.XPS结果表明,水热老化处理和含C_3H_6气氛的SCR反应均使得Cu–Mn/ZSM-5上八面体配位的Cu~(2+)明显降低,Cu~+和八面体配位的Cu~(2+)之间的氧化还原循环受到明显抑制.而在Cu–Mn/SAPO-34表面,Cu原子浓度高度稳定,SCR反应中Cu~+和Cu~(2+)保持良好的氧化还原循环.因此,稳定的物理结构和Cu物种是催化剂稳定性的两个重要因素.     

Fe-Cu/ZSM-5催化剂的NH_3-SCR脱硝性能

通过浸渍法制备了Fe和Cu含量比不同的系列Fe-Cu/ZSM-5催化剂,利用XRD、H2-TPR、NH3-TPD和原位DRIFTS等技术对催化剂进行了表征,并对其NH3-SCR脱硝性能进行了研究。结果表明,双金属改性的Fe-Cu/ZSM-5催化剂活性温度窗口拓宽,其中,Fe-Cu/ZSM-5 1∶4催化剂脱硝性能优异,250-450℃下脱硝效率均超过90%,335℃时脱硝效率达到最大值96.46%。铜和铁物种能以无定型氧化物良好分散于载体表面,双金属负载改性催化剂保留了ZSM-5的晶体结构。Fe-Cu/ZSM-5 1∶4催化剂具备丰富的酸性位、良好的氧化还原性能,一定温度条件下NH3-SCR反应过程中同时存在E-R机理和L-H机理,且E-R机理反应起始温度低于L-H机理;200℃为催化脱硝反应的起活温度。     

制备方法对Mn/ZSM-5催化剂结构及低温SCR性能影响

本文探讨了采用离子交换法和浸渍法制备的Mn/ZSM-5催化剂并采用多种表征手段分析了催化剂表面性能与SCR活性之间的关系.结果表明:离子交换法制备的催化剂,其表面MnOx物种的分散性优于浸渍法制备的催化剂,含有更多的四价Mn4+物种,因而有利于催化剂表面吸附氧的富集,MnOx物种的氧化还原性能更好,促进低温活性提高.但...     

三维有序介孔二氧化锰制备及其甲醛催化氧化性能

空气中的甲醛主要来源于化工、建材、涂料、装潢材料以及机动车尾气.甲醛具有光化学活性,对人体具有致癌致畸作用.高浓度甲醛对人体健康和空气环境危害极大,室内低浓度甲醛对人体也有很大伤害.因此,消除室内、机动车尾气以及工业生产过程中的甲醛非常必要.目前,去除甲醛的方法主要有吸附法、光催化法和催化燃烧法.其中,催化燃烧法具有去除效率高、起燃温度低、适用范围广、设备操作简单以及无二次污染等优点,因而非常适用于去除高浓度和低浓度甲醛.该方法的核心是催化剂的制备和筛选.近年来,用于甲醛催化燃烧的催化剂主要是负载型贵金属和金属氧化物.由于贵金属催化剂成本较高,所以金属氧化物催化剂备受关注.MnO2种类繁多,既包括人工合成的棒状、线状、管状、球状和孔状等形貌,还包括自然界存在的α,β,γ和δ等类型.其中,介孔MnO2因具有较大的比表面积和特殊的孔道而应用于乙醇、甲苯、苯等挥发性有机物的催化氧化反应.目前,尚未见三维(3D)有序介孔MnO2催化氧化甲醛的报道.本文以合成的3D有序介孔KIT-6分子筛为硬模板剂,采用纳米浇筑法制备出3D有序介孔MnO2材料.为了比较,采用水热法合成了α-MnO2和p-MnO2纳米棒.采用X射线粉末衍射、N2吸附-脱附、透射电子显微镜和X射线能谱(XPS)等方法对催化剂进行了表征.在微型固定床石英管反应器上评价了催化剂催化甲醛氧化活性,采用气相色谱(GC)联接热导检测器(TCD)和质谱检测器(MSD)检测产物和反应物的含量.表征结果表明,3D-MnO2复制了KIT-6硬模板的三维有序立方对称介孔结构(ia3d),且具有金红石型β-MnO2晶相,属软锰矿,具有较大的比表面积和双孔分布介孔结构,最大孔径分别位于3.7和11.4nm处.3D-MnO2样品具有清晰的孔道结构,而α-MnO2和p-MnO2纳米棒为无孔的一维纳米单晶材料.另外,3D-MnO2表面暴露了较多的(110)晶面,有利于增加表面Mn4+离子.XPS结果证实3D-MnO2表面存在较多的Mn4+离子,这些Mn4+离子为甲醛催化反应提供了丰富的活性位,有利于提高甲醛氧化活性.评价结果表明,3D-MnO2具有良好的低温催化性能,于130℃即可将甲醛完全转化成CO2和H2O;而在同样条件下,α-MnO2纳米棒和β-MnO2纳米棒分别在140和180℃才能完全转化甲醛.3D-MnO2具有良好的甲醛催化性能主要归因于特殊的介孔结构、较大的比表面积和较多的表面Mn4+离子.     

Mo／ZSM-5催化剂上NO催化还原反应机理与动力学研究

采用浸渍法制备了Mo/ZSM-5催化剂样品,并以氨为还原剂对其NO选择性催化还原活性、以及NO转化的反应速率进行测定.结果表明,在Mo/ZSM-5催化剂上不会发生NO氧化成NO2的反应,也没有N2O生成,然而有少量的NO分解反应发生.在氧气存在条件下,Mo/ZSM-5催化剂上NO-NH3-O2的SCR反应遵循LH机理.NO、O2和NH3首先吸附在Mo/ZSM-5表面,吸附态NO物种与吸附NH3物种直接反应生成氮气,气相氧的作用是加强NO吸附、补充催化剂表面吸附氧物种.并由此推导出NO转化的速率方程式,分别计算和模拟了在不同O2浓度、NO浓度和反应温度条件下NO的反应速率rNO值及其变化关系.结果表明,理论模拟值能够与实验值很好地吻合,所推测的机理能够很好地描述Mo-ZSM-5催化剂上NO选择性催化还原行为.