磷钼酸和钛硅纳米复合氧化物构筑高活性氧化脱硫催化剂

采用溶胶凝胶法合成了钛硅纳米复合氧化物(TiO₂-SiO₂),并以其为载体用原位合成技术或浸渍法负载Keggin结构磷钼酸(HPMo)制备了复合催化剂,使用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、紫外可见光谱仪(UV-Vis)、X射线衍射光谱(XRD)和比表面分析仪(BET)等测试手段对催化剂的结构进行表征。 结果表明,采用原位法合成的催化剂为纳米粒子,纳米晶骨架内存在微孔和介孔共存的孔道结构。 原位合成技术或浸渍法制备的催化剂中HPMo保持Keggin骨架结构。以模拟油品(二苯并噻吩、苯并噻吩或噻吩的正辛烷溶液)的氧化脱硫为探针反应,在选定的条件下:硫含量为200.0 g/g的正辛烷溶液和无水乙醇各10.0 mL,反应温度60 ℃,催化剂质量0.15 g,n(H₂O₂)∶n(S)=5∶1,二苯并噻吩的脱除率高于96.0%,产物中硫含量低于10.0 μg/g。 在相同的实验条件下,受电子云密度的影响,脱硫由易到难的顺序为二苯并噻吩>苯并噻吩>噻吩。 催化剂循环使用4次后活性未见明显降低,是一类绿色的模型有机硫化物氧化脱除工艺用催化剂。     

CeO_2改性SiO_2-CuO复合氧化物的制备和表征以及催化氧化脱硫性能

采用不同方法、不同负载量、不同焙烧温度制备CeO_2改性的SiO_2-CuO-CeO_2复合氧化物催化剂,并对其进行X射线衍射分析、扫描式电子显微镜、TG-DSC、N_2吸附-脱附和H_2-TPR等表征.在温和条件(65℃、常压)下,以过氧化氢为氧化剂,乙腈为溶剂,苯并噻吩(BT)为模型硫化物,考察SiO_2-CuO-CeO_2复合氧化物催化剂的氧化脱硫性能,确定复合氧化物的最佳制备工艺条件.结果表明,适量的添加CeO_2可以提高CuO在SiO_2上的分散度、比表面积和孔径,提高复合氧化物的活性;溶胶-凝胶法制备的SiO_2-0.1CuO-0.02CeO_2复合氧化物,在500℃下焙烧,催化剂活性最高,脱硫率最高为81.6%.催化剂的重复使用5次,脱硫率仍可达到60.0%.     

乙烷部分氧化制C2氧化物用Fe-A1-P-O催化剂的研究 Ⅱ．Fe-A1-P-O催化剂的吸附及催化性能

用化学吸附-IR，化学吸附-TPD和微反技术研究了超细Fe-Al-P-O催化剂的化学吸附性能及对乙烷部分氧化反应的催化性能．结果表明，乙烷能够以-CH3中的H原子吸附于催化剂表面P=O键的端氧上形成分子吸附态，并且随着吸附温度的升高，对乙烷的吸附强度逐渐增大；乙烯则主要是以C=C双键吸附在催化剂的Lewis酸位：Fe3 上．乙烷部分氧化反应的主要产物为乙烯和COx，但在反应物中引入氢的条件下，乙烷部分氧化反应的性能大为改善，并可生成乙醇和乙醛等含氧化合物．     

铈钛混合氧化物负载磷钨酸吸附-分解NOx性能

通过软化学途径合成了铈钛混合氧化物(CeO2-TiO2)载体材料,并分别通过等体积浸渍法和机械研磨法负载磷钨酸(H3PW12O40)。采用FTIR、XRD、SEM和BET比表面积测定对CeO2-TiO2及负载型多酸催化剂进行了表征;考察了负载量、负载方法、吸附温度等因素对催化剂吸附NOx效率的影响;选取吸附性能最佳的催化剂进行了NOx催化分解实验,探讨了NOx吸附-分解机理。结果表明:相对于等体积浸渍法,机械研磨法更适合此类载体负载H3PW12O40,其NOx吸附效率均高于H3PW12O40及载体本身;在0~60%的负载量范围内,随着H3PW12O40负载量的增加,负载型催化剂吸附NOx的效率呈先升后降趋势,负载量为40%时NOx吸附效率最佳,达90%;吸附过程中NOx与催化剂活性组分H3PW12O40发生作用,生成NOH+;H3PW12O40二级结构中结晶水对催化剂吸附NOx有重要作用;当温度从150℃升至450℃时,被吸附的NOx发生分解,分解产物的组成与N2的收率均受升温速率的影响,升温速率越快,N2收率越高。向吸附分解NOx后的催化剂床层通入含有水蒸气的空气,可有效补充NOx分解过程中H3PW12O40失去的结晶水,从而恢复催化剂优良的NOx吸附分解性能,实现催化剂的有效再生利用。     

铈基复合氧化物的结构及其对HCl催化氧化性能的影响

采用氨水共沉淀法制备了一系列铈基复合氧化物(Ce0.9M0.1O2,M=Cu、Cr、Zr、Ti、La),借助XRD、Raman、N2吸附-脱附、ESEM和H2-TPR等手段对复合氧化物的结构进行了表征,并考察了其在HCl催化氧化制Cl2过程中的性能.结果显示:Cu、Cr和Zr掺杂能显著减小复合氧化物晶粒尺寸,提高复合氧化物的比表面积和孔容,并提供更多的低温可还原氧物种.而La和Ti的掺杂可以获得较大的表面氧空位浓度以及增加高温可还原氧物种数目.复合氧化物结构和表面性质的变化显著影响了其HCl催化氧化活性,在430℃下铈基复合氧化物催化剂活性顺序为:Ce0.9Cu0.1O2Ce0.9Cr0.1O2Ce0.9Zr0.1O2Ce0.9Ti0.1O2Ce O2Ce0.9La0.1O2,低温可还原氧物种数目直接与催化剂活性有关.反应动力学测试显示催化剂低温可还原氧物种有利于HCl在催化剂表面的吸附和活化,而催化剂表面的氧空位可以促进氧分子的吸附和活化.     

功能化含磷钼酸介孔硅材料的制备及其在深度氧化脱硫中的应用

随着全球工业的快速发展,化石燃料的消耗量日益增加,从而导致有毒污染物的排放量随之增加.燃料油中的含硫化合物燃烧后会形成SOx.SOx排放到大气中会形成酸雨污染环境.因此,超清洁燃料的生产迫在眉睫.目前主要的脱硫工艺为加氢脱硫(HDS).HDS能够有效脱除燃油中的硫醚、硫醇和二硫化物等含硫化物,但对于芳香族硫化物及其衍生物(如苯并噻吩、二苯并噻吩和4,6-二甲基二苯并噻吩等)的脱除效果较差,而且HDS需要在高温、高压且有合适催化剂存在的条件下进行反应.因此,开发操作简单、反应条件温和、能够高效脱除芳香族硫化物及其衍生物的脱硫工艺已成为目前研究的热点.催化氧化脱硫(CODS)能够在温和条件下高选择性脱除芳香族硫化物及其衍生物,作为HDS的有效补充,在深度脱硫领域的应用得到了广泛认可.目前适用于CODS的催化剂有分子筛、甲酸、过氧化物酶、氧化钼和杂多酸等.其中,含钼(VI)催化剂在CODS中表现出良好的性能,得到了广泛的研究和应用.在CODS中,催化剂载体同样起着重要作用.从实际应用角度出发,无定形二氧化硅在制备过程及经济性方面存在着不可替代的优势.到目前为止,无定形SiO2负载磷钼酸(HPMo)作为CODS催化剂的研究鲜有报道.本课题组以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为介孔模板剂,以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,通过沉淀法直接合成了功能化含HPMo介孔复合材料HPMo-SiO2.采用XRD,FT-IR,31P-NMR和XPS等测试手段对所制备的材料进行了表征.结果表明,作为催化活性位点的钼以磷钼酸的形式存在,磷钼酸的Keggen结构在负载过程中没有遭到破坏,并且活性磷钼酸能够均匀分散在二氧化硅载体上.HPMo-SiO2的比表面积为365.0 m2/g,总孔容为1.237 cm3/g,平均孔径为12.91 nm.本文系统研究了模型油脱硫反应条件、催化剂循环使用次数及催化反应动力学.结果表明,HPMo-SiO2具有高效的脱硫活性,在反应温度为55oC,催化剂与模型油质量比为0.7%,反应时间为10 min的条件下,二苯并噻吩(DBT)脱除率可达100%;在反应温度为60oC,催化剂与模型油质量比为1.0%,反应时间为30 min的条件下,苯并噻吩(BT)脱除率可达100%.同等反应条件下,DBT的反应活性大于BT.DBT及BT的氧化脱除反应均符合表观一级动力学模型,且DBT脱除反应的表观活化能小于BT脱除反应.所制备的催化剂经过10次循环使用,DBT脱除率仍可以达到95.2%(BT为95.7%),说明所制备的HPMo-SiO2催化剂具有高活性和强稳定性.通过气质联用及微库仑仪对反应产物进行了分析,结果表明,BT和DBT的氧化产物分别为苯并噻吩砜(BTO2)和二苯并噻吩砜(DBTO2),且氧化产物全部被催化剂吸附,油品中没有含硫化合物的存在,因此不需要后续的氧化产物分离操作,提高了整个脱硫工艺的经济性,并且有效减少了分离操作带来的油品损失.     

溶胶-凝胶法制备MoO3-CeO2-SiO2氧化脱硫催化剂

采用溶胶.凝胶法制备了MoO3-CeO2-SiO2复合氧化物催化剂,通过X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱对催化剂进行了表征.在温和条件(40℃,常压)下,以过氧化羟基异丙苯(CHP)为氧化剂,甲苯为溶剂,二苯并噻吩(DBT)为模型硫化物,在固定床流动反应器上考察了该复合氧化物催化剂的氧化脱硫反应性能,并研究了催化剂中Mo/Si和Ce/Si摩尔比对反应活性的影响.结果表明,Mo物种主要以MoO3的形式存在,最佳Mo/Si和Ce/si摩尔比分别为0.1和0.02.适量CeO2的引入可以提高SiO2上MoO3的分散度.不含CeO2的催化剂中钼主要以高价态的钼离子(Mo6+)存在,添加CeO2后,可能有一定量的低价态的钼离子(MO3+)生成,MoO3-CeO2-SiO2催化剂高的氧化脱硫活性可能与Mo5+的存在有关.     

铁铈复合氧化物催化剂SCR脱硝反应动力学研究

利用共沉淀法制备了铁铈复合氧化物催化剂,在积分实验系统上考察了NO初始浓度、NH₃/NO比及O₂浓度对其SCR脱硝活性的影响;并借助微分系统探讨了其SCR脱硝的催化反应动力学,构建了铁铈复合氧化物催化剂的催化脱硝反应动力学模型.实验结果表明,NO初始浓度越高,每克催化剂的NO转化率越高;随着NH₃/NO比的增加,NO转化率先迅速增加后趋势减缓,最终趋于稳定;O₂在NH₃-SCR反应中起着重要的作用;在175~225 ℃下,Fe_0.95Ce_0.05O_z催化剂的NO和NH₃反应级数分别为1级和0级,O₂的反应级数接近0.5级,该反应的表观活化能为42.6 kJ/mol.     

铁氧化物/金磁性核壳纳米粒子的制备及其富集与SERS研究

本文用种子生长法制备铁氧化物/金磁性核壳纳米粒子, 并利用SERS对其磁场靶向性进行了检测.     

铈基复合氧化物催化碳烟燃烧的性能及其H2-TPR研究

采用溶胶-凝胶法或浸渍法制备了不同金属离子掺杂的铈基复合氧化物催化剂,并采用热重法考察其催化碳烟燃烧的活性,借助H₂-TPR(程序升温还原)手段探讨了催化剂氧化还原性对碳烟燃烧性能的影响. 结果表明,过渡金属的掺杂促使催化剂在低温下提供更多的表面氧和晶格氧,显著降低了碳烟的氧化温度,催化剂于200~400℃释放的活性氧数量对于碳烟燃烧性能提高至关重要; 而结构性助剂金属、碱金属或碱土金属的掺入可提高中温活性氧数量,虽然对碳烟起燃温度无明显改善,但加快了碳烟的燃烧速率.     

磷钨酸-尿素/四氧化三铁磁性氧化脱硫催化剂反应性能

制备了铁磁性Fe₃O₄基质,并引入磷钨酸尿素复合物制备了有机硫化物氧化催化剂(HPW-Urea/Fe₃O₄),并通过IR、XRD、Raman和TG等技术手段测定了磁性催化剂的物理化学和热学性质。 研究结果表明,在Fe₃O₄上引入HPW-Urea后,磷钨酸尿素复合物以Keggin结构存在于载体Fe₃O₄上,且和载体之间是化学键作用。 在以有机硫化物乙硫醇的正己烷溶液的H₂O₂氧化反应中,磷钨酸尿素复合物的引入提高了磁性Fe₃O₄对乙硫醇的氧化活性,并探讨了尿素在活性改善中的作用。     

Polyoxometalate/Cellulose Nanofibrils Aerogels for Highly Efficient Oxidative Desulfurization

Polyoxometalate (POM) presents great potential in oxidative desulfurization (ODS) reaction. However, the high dissolubility of POM in common solvents makes it difficult to recycle. Besides, the small specific surface area of POM also limits the interaction between them and the substrate. Depositing polyoxometalates onto three-dimensional (3D) network structured materials could largely expand the application of POM. Here, the surfaces of cellulose nanofibrils (CNFs) were modified with very few (3-Aminopropyl) trimethoxysilane (APTS) to endow positive charges on the surfaces of CNFs, and then phosphotungstic acid (PTA) was loaded to obtain the aerogel A-CNF/PTA as the ODS catalyst. FT-IR indicated the successful deposition of PTA onto aminosilane modified CNF surfaces. UV-VIS further suggested the stability of PTA in the aerogels. BET and SEM results suggested the increased specific surface area and the relatively uniform 3D network structure of the prepared aerogels. TGA analysis indicated that the thermal stability of the aerogel A-CNF/PTA50% was a little higher than that of the pure CNF aerogel. Most importantly, the aerogel A-CNF/PTA50% showed good catalytic performance for ODS. Catalysis results showed that the substrate conversion rate of the aerogel A-CNF/PTA50% reached 100% within 120 min at room temperature. Even after five cycles, the substrate conversion rate of the aerogel A-CNF/PTA50% still reached 91.2% during the dynamic catalytic process. This work provides a scalable and facile way to stably deposit POM onto 3D structured materials.     

Dawson磷钼钒酸的合成、脱硫与微波辅助空气再生

采用乙醚萃取法制备了Dawson结构磷钼钒酸H6+n[P2Mo18-nVnO62](n=1～4),考察了不同钒原子取代数目、吸收温度、H2S气体浓度、杂多酸吸收剂浓度等条件下,4种杂多酸水溶液对H2S的吸收效率,发现其中H7[P2Mo17VO62]吸收剂具有最佳脱硫性能。采用微波辅助空气再生的方法对脱硫后的H7[P2Mo17VO62]吸收剂强化再生,通过红外、X射线能谱着重对吸收前、微波再生前后的H7[P2Mo17VO62]吸收剂进行了表征,并通过测定氧化还原电位、化学需氧量(COD)分析了再生前后吸收剂的氧化还原情况,结果表明,H2S还原V(Ⅴ)之后又进一步还原了Mo(Ⅵ),微波能够活化氧气从而促进脱硫后吸收剂的再生,是优于单纯空气再生的一种新的再生方法。     

Effect of Calcium Oxide Additive on the Performance of Iron Oxide Sorbent for High-Temperature Coal Gas Desulfurization

The effect of calcium oxide additive in iron oxide sorbent for hot gas desulfurization was investigated by XRD and TPR techniques.XRD characterization showed that CaO was highly dispersed after the calcination of sorbents.Calcium sulfate formed in the desulfurization was decomposed and regenerated to CaO by reacting with CO before the next sulfidation process.Calcium participated in every sulfidation/regeneration cycle and contributed to the enhancement of sulfur capacity.The TPR results showed that the reduction temperature of the sorbent increased with the increase of the content of calcium.Calcium played a role of retarding reduction.Therefore,the addition of calcium oxide additive will benefit the utilization of iron oxide sorbent in strongly reducing atmospheres.     

Effect of Calcium Oxide Additive on Sorbent for High-Temperature the Performance of Iron Oxide Coal Gas Desulfurization

The effect of calcium oxide additive in iron oxide sorbent for hot gas desulfurization was investigated by XRD and TPR techniques. XRD characterization showed that CaO was highly dispersed after the calcination of sorbents. Calcium sulfate formed in the desulfurization was decomposed and regenerated to CaO by reacting with CO before the next sulfidation process. Calcium participated in every sulfidation/regeneration cycle and contributed to the enhancement of sulfur capacity. The TPR results showed that the reduction temperature of the sorbent increased with the increase of the content of calcium. Calcium played a role of retarding reduction. Therefore, the addition of calcium oxide additive will benefit the utilization of iron oxide sorbent in strongly reducing atmospheres.     

H2WO4/GO的制备及其超声-氧化脱除模拟油中的硫化物

以钨酸和氧化石墨烯为原料,利用浸渍法将钨酸负载到氧化石墨烯上制得H₂WO₄/GO。采用XRD、FT-IR、SEM、BET表征确定H₂WO₄/GO的形态及其结构。以H₂WO₄/GO作为催化剂,H₂O₂作为氧化剂,乙腈作为萃取剂超声氧化脱除模拟油中的二苯并噻吩（DBT）。实验表明,在模拟油为5 mL,钨酸的负载量为30%（质量分数）,催化剂为0.02 g,乙腈为1 mL,H₂O₂/S（mol ratio）为8,反应温度为50℃,超声功率为150 W的最佳反应条件下,二苯并噻吩（DBT）、4,6-二甲基二苯并噻吩（4,6-DMDBT）、苯并噻吩（BT）的脱除率分别达到96.6%、81.2%、72.8%。同时,考察了催化剂的循环使用性能,并对超声氧化脱硫机理进行了研究。     

多酸结构对纳米钛硅TS-1沸石催化氧化脱硫性能的影响

采用浸渍法合成了纳米钛硅TS-1沸石负载的钼系列多金属氧酸盐(POM)复合催化剂,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、固体紫外漫反射(UV-Vis)、X-ray粉末衍射(XRD)、氮气吸附脱附(BET)、³¹P和²⁹Si魔角核磁共振(MAS-NMR)等对催化剂的结构进行表征。 研究结果表明,在低温焙烧或烘干条件下,负载后催化剂多酸的结构保持,钼酸铵高温(550 ℃)焙烧后转变为三氧化钼。 以有机硫化物噻吩(TH)、苯并噻吩(BT)和二苯并噻吩(DBT)的正辛烷溶液为模拟油品评价了催化剂的氧化脱硫性能。 实验结果表明,纳米TS-1沸石载体上不同结构多酸作为脱硫催化剂对硫化物的脱除活性顺序为:Keggin型Mo-POM＞Anderson型Mo-POM＞Dawson型Mo-POM＞Mo-金属氧化物。以上述负载的多酸为催化剂,在反应条件为:V(模拟油)=V(乙醇)=10.0 mL,m(催化剂)=0.2 g,n(H₂O₂)∶n(S)=10∶1,温度60 ℃,硫化物按照由易到难的脱除顺序为TH＞DBT＞BT,与常规的TS-1沸石或者多酸催化剂的脱除顺序存在明显差异。 这是纳米TS-1沸石对于有机硫分子氧化反应的择形效应和POM催化氧化脱硫的电子云密度影响综合作用的结果。 Keggin型Mo-POM催化剂具有良好的循环使用性能,是一类制备方法简单、催化活性高且稳定性好的绿色环保型催化剂。     

Electrochemical‐Reduction‐Assisted Assembly of a Polyoxometalate/Graphene Nanocomposite and Its Enhanced Lithium‐Storage Performance

Herein, we present an electrochemically assisted method for the reduction of graphene oxide (GO) and the assembly of polyoxometalate clusters on the reduced GO (rGO) nanosheets for the preparation of nanocomposites. In this method, the Keggin‐type H₄SiW₁₂O₄₀ (SiW₁₂) is used as an electrocatalyst. During the reduction process, SiW₁₂ transfers the electrons from the electrode to GO, leading to a deep reduction of GO in which the content of oxygen‐containing groups is decreased to around 5 %. Meanwhile, the strong adsorption effect between the SiW₁₂ clusters and rGO nanosheets induces the spontaneous assembly of SiW₁₂ on rGO in a uniformly dispersed state, forming a porous, powder‐type nanocomposite. More importantly, the nanocomposite shows an enhanced capacity of 275 mAh g^?1 as a cathode active material for lithium storage, which is 1.7 times that of the pure SiW₁₂. This enhancement is attributed to the synergistic effect of the conductive rGO support and the well‐dispersed state of the SiW₁₂ clusters, which facilitate the electron transfer and lithium‐ion diffusion, respectively. Considering the facile, mild, and environmentally benign features of this method, it is reasonable as a general route for the incorporation of more types of functional polyoxometalates onto graphene matrices; this may allow the creation of nanocomposites for versatile applications, for example, in the fields of catalysis, electronics, and energy storage.