单一金属氧化物同时催化去除碳颗粒和NOx

制备了系列金属氧化物催化剂, 研究了富氧条件下单一金属氧化物同时催化去除碳颗粒和NOx的活性, 考察了碳颗粒与催化剂之间的接触方式对催化活性的影响, 并分析了碳颗粒和NOx催化同时去除的路径. 结果表明, Cr、Mn、Co和Ni金属氧化物催化剂对碳颗粒和NOx同时去除具有较高的催化活性, 并且在催化剂与碳颗粒之间“松散接触”方式下依然具有较高的活性; 其同时催化去除碳颗粒和NOx的路径为, 催化剂催化NO氧化成NO2, NO2促进碳颗粒氧化去除, 而碳颗粒氧化的中间物CO还原NO, 促进NOx还原去除.     

等离子体在同时去除NOx和碳烟催化反应中的作用

采用程序升温反应(TPR)技术,研究了等离子体辅助同时催化去除富氧柴油机尾气中NO_x和碳烟(soot)的反应特性.研究结果表明,等离子体提高了同时去除NO_x-soot的催化反应活性,降低了碳烟的燃烧温度,使碳烟起燃温度从300 ℃降到280 ℃,燃尽温度从425 ℃降到380 ℃;同时,等离子体辅助提高了NO_x转化为N₂的效率,使催化选择性从1.12％提高到1.53％.本文还分别研究了在NO和O₂的环境中,有或没有等离子体作用下,碳烟在催化作用下的去除特性.等离子体作用使得NO在和O₂共存、只有NO和只有O₂存在的各种条件下,碳烟的催化燃烧活性都有不同程度的提高,促进了N₂的生成.此外,本文也对等离子体辅助同时催化去除NO_x-soot的机理进行了探讨.     

钴铝复合氧化物同时催化去除碳烟和氮氧化物

以稳态共沉淀法合成的含Co类水滑石为前驱物, 制备了具有介孔结构的复合氧化物催化剂(CAO), 采用程序升温反应技术评价了催化剂同时去除碳烟和氮氧化物的性能, 并用ICP, BET, SEM和XPS等手段分析了材料结构和催化性能的关联. 结果表明, 催化剂呈现钴尖晶石相, 材料表面除了存在与金属键合的晶格氧外, 还有大量的吸附氧. Co/Al摩尔比和焙烧温度影响催化剂的活性, 当Co/Al摩尔比为4和焙烧温度为800 ℃时制备的4CAO-800是一种综合性能良好的催化剂, 具有较低的起燃温度(t_i=290 ℃), 生成N₂的选择性较高(S_N2/C=3.5%). 在同时去除碳烟和NO_x反应中, 碳烟的催化燃烧过程可能存在溢流机理和氧化还原机理协同作用.     

K/LiCoO2的制备及其同时催化去除碳烟和NOx的性能研究

采用溶液燃烧法和浸渍法制备了铜铁矿结构的钴酸锂(LiCoO2)及其负载K的系列催化剂样品,并通过XRD、NOx-TPD、H2-TPR、程序升温反应等对其进行了结构表征与性能评价.结果表明LiCoO2是一种能有效同时去除碳烟(PM)和NOx的催化剂;K负载可提高其催化活性,其中10%K/LiCoO2具有最低的PM起燃温度(246℃)和最大NOx→N2转化率(35.9%);催化剂表面生成的O2-/O-活性氧物种以及较强的NOx吸附存储能力可能是K/LiCoO2催化活性提高的原因.     

类水滑石衍生CuAlO催化剂同时去除碳颗粒和氮氧化物

以共沉淀法合成的含Cu类水滑石为前驱物, 制备了具有介孔结构的CuAlO复合氧化物催化剂, 采用程序升温反应技术评价了催化剂同时去除碳颗粒物(soot)和氮氧化物的性能, 并系统分析了反应条件对催化活性的影响. 结果表明, 在紧接触和松接触两种条件下, CuAlO都有较高的同时去除碳颗粒物和NOx的催化活性, 当催化剂与soot由紧接触变为松接触时, 起燃温度(Ti)由260 ℃升高到314 ℃, NO转化为N2的最大转化率(XN2-max)值由40.4%下降为29.2%; soot含量不同对Ti影响不大, Ti都在260 ℃左右; NO浓度或O2浓度增加, Ti下降, O2浓度从2.5%增至7.5%时对XN2-max影响不大, 都在40%左右; 反应气流速增大, soot起燃温度Ti基本不变, 都在260 ℃左右, 而XN2-max随气速增加而减小, 当气速从20 mL·min-1升至80 mL·min-1时, XN2-max由40.4%下降至21.6%, 但生成N2的量基本相同, 这取决于催化剂的选择性. 催化剂经重复使用后活性下降, 可能是由于反应过程中生成的中间产物吸附于催化剂表面, 覆盖了催化剂表面的活性位.     

Ru系双贵金属催化同时去除碳颗粒和NO_x

用等体积浸渍法制备了一系列Ru系双贵金属催化剂(Ru-M/Zr O2,M为Rh、Ir、Pd、Au、Pt),采用程序升温表面反应(TPSR)技术研究了其催化同时去除碳颗粒和NOx的活性,并考察了含硫含水条件对其活性的影响.结果表明,Ru系双贵金属催化同时去除碳颗粒和NOx的活性受贵金属组合的影响较为明显,Ru-Rh/Zr O2、Ru-Ir/Zr O2和Ru-Pd/Zr O2对碳颗粒和NOx同时去除表现了较高的协同活性,Tpeak低于510℃,η高于35%,其协同催化路径为:Ru催化NO氧化成NO2,Rh、Pd或Ir催化NO2与碳颗粒反应,使碳颗粒迅速氧化,同时NOx迅速还原.含硫含水条件对Ru系双贵金属催化去除碳颗粒具有促进作用,对Ru系双贵金属催化去除NOx具有抑制作用.与其他双贵金属催化剂相比,Ru-Rh/Zr O2和Ru-Ir/Zr O2表现了较强的抗硫抗水性能,而Ru-Pd/Zr O2的抗硫抗水性能最差.     

溶液燃烧法制备LiCoO_2及其同时催化去除碳烟和NO_x性能研究

采用溶液燃烧法和盐助溶液燃烧法制备铜铁矿结构(ABO2)的钴酸锂(Li Co O2)系列催化剂,通过XRD、BET、ICP、XPS、H2-TPR、程序升温反应等手段对其进行了结构表征与性能评价.研究了溶液燃烧法中燃料尿素以及助剂无机盐Na Cl的用量对所制备的催化剂性能影响.实验结果表明,在尿素过量100%时所制备的催化剂结晶程度及催化氧化性能较好,起燃温度达到270℃,N2的转化率达到36.9%.适量助剂Na Cl的引入显著地提高了催化剂比表面积,增加了催化剂表面活性物种,增强了催化剂的氧化还原能力,进而提升催化剂的活性.其中50%质量分数的Na Cl添加量制备的催化剂具有最低的碳烟起燃温度(246℃),但添加Na Cl对NOx的转化率影响不大.     

Ce基复合氧化物同时催化去除碳烟-NO_x的性能研究

我们采用柠檬酸配合法制备了Ce基复合氧化物催化剂,分别在热重分析仪(TG)和管式反应器中测试了其氧化碳烟及同时脱除NOx的催化活性;并利用XRD、BET、H2-TPR、XPS表征手段考察其结构.其中,Co0.1/C e La0.05复合氧化物同时催化去除碳烟和NOx的性能最佳,碳烟脱除率为50%的反应温度为301℃,N2产率为41.4%.实验结果表明,Co主要以氧化物形式均匀分散在Ce-La固溶体表面,Co3+与Co2+价态共存,离子间的变价有利于提高催化剂的氧化还原性能,有效降低了碳烟的起燃温度.La的引入增大了催化剂的比表面积,抑制了Ce O2晶粒长大,进而提高了N2产率.部分La和Co形成了微量的La Co O3,形成了更多氧空位,有利于提高催化氧化碳烟的活性.     

钴锰复合金属氧化物同时去除室内甲醛和低浓度臭氧

采用原位浸渍法将钴锰复合金属氧化物Co-Mn Ox负载于堇青石蜂窝陶瓷上,考察了不同制备条件下,该催化剂在室内环境下同时去除甲醛和低浓度臭氧的性能.结果显示,钴锰摩尔比为1∶1,煅烧温度为773 K时,制备的样品催化活性最高,并且其甲醛去除率受环境湿度的影响不明显.XRD、BET、TEM、EDS、XPS、ICP等表征手段表明,这种较高的催化活性可能来自于形成的钙钛矿Co Mn O3晶相结构以及Co、Mn在催化剂中表现出的混合价态.我们同时利用原位红外技术对反应机理进行了探讨,结果表明:甲酸是甲醛臭氧催化氧化反应的主要中间产物.     

金属氧化物纳米催化的形貌效应

纳米结构催化剂的设计与制备是多相催化的核心问题之一．提高催化活性的传统方法是减小催化剂粒子的尺寸以暴露更多的表面活性位,即纳米催化中的尺寸效应,但这种方法往往带有一定程度的经验性和随机性．近年来,随着纳米材料科学的快速发展,在溶液体系中通过自下而上的合成技术已经可以在纳米尺度上有效调变固体催化剂粒子的形貌．通过纳米催化材料的形貌可控合成,可选择性地暴露高活性或特定能量晶面,从而大幅度提升催化反应活性、选择性和稳定性,也就是纳米催化中的形貌效应,这也是当前纳米催化研究的热点之一．本文以作者近年来研究的C0304、CeO2和Fe2O3为重点,总结了纳米结构金属氧化物在多相催化反应中的形貌效应,分析了氧化物暴露品面的化学性质对催化性能的作用机制．这种基于形貌效应的纳米催化不仅加深了在纳米尺度甚至原子层次上对催化剂构一效关系的认知,而且对设计和开发实用高效催化剂也具有重要的理论价值．     

贵金属催化剂上氢气选择性催化还原NOx

NO_x的控制对于改善大气环境质量具有重要意义,而氢气选择性催化还原(H₂-SCR)NO_x作为一种高效环保的脱硝技术而备受关注。本文总结概述了近年来贵金属催化剂在H₂-SCR脱硝反应中的研究进展,首先介绍了H₂-SCR反应机理,在此基础上分别论述了影响贵金属催化剂性能的因素(如活性组分、载体类型、助剂添加及组分存在形式等)及催化剂结构与性能的构效关系。最后,针对目前存在的问题展望了H₂-SCR脱硝未来的发展方向。     

Ag-ZSM-5催化剂上CH4选择催化还原NOx的研究

摘要研究Ag-ZSM-5催化剂上CH₄选择性催化还原NO_x的反应性能,采用TPD和TPSR技术研究NO和O₂共吸附于Ag-ZSM-5催化剂表面形成的吸附物种及其和CH₄之间的反应。结果表明,Ag-ZSM-5催化剂上CH₄选择性还原NO_x活性和选择性较高。NO和O₂共吸附在Ag-ZSM-5催化剂上形成的NO₃(s)吸附物种能被CH₄还原生成N₂.在NO₃(s)和O₂共存的体系中,CH₄能优先并选择性还原NO₃(s)生成N₂.     

超微粒La-Co氧化物催化剂对柴油机尾气碳黑催化燃烧性能的研究

用有机酸络合法制备了Co3O4，NiCo2O4和LaCo2O43种催化剂。通过程序升温氧化反应(TPO)技术对这3种催化剂进行模拟柴油碳黑催化燃烧反应的活性评价。研究发现以Co3O4为活性成分的催化剂能显著降低碳黑燃烧的温度。以Ni和La部分取代Co3O4后形成的复合氧化物NiCo2O4和混合氧化物LaCo2O4能改进Co3O4的氧化活性。但是NiCo2O4不能改进碳黑在松散接触时的燃烧活性；而混合氧化物LaCo2O4由于形成了超微粒含缺陷的LaCoO3钙钛矿型结构，它具有良好的低温氧化活性和表面原子移动性，因而能显著改进碳黑在松散接触时的燃烧活性。     

以金属氧化物及钙钛矿结构化合物为活性组分的ZSM-5催化剂上NOx选择性还原研究

研究了在水蒸汽存在条件下,以ＮＨ３为还原剂,金属／ＺＳＭ－５催化剂和负载于ＺＳＭ－５上的钙钛矿结构催化剂上的ＮＯｘ选择性催化还原（ＳＣＲ）性能。实验结果表明,当反应气中通入水蒸汽时,各样品的催化活性均下降,同时伴随着Ｎ２选择性的增加。而Ｃｕ－ＺＳＭ－５样品却表现出独特的性能,在所有测定样品中具有最高的ＮＯｘ转化率（在４５０℃时达到６９％）,当有水蒸汽存在时,其活性没有下降,反而有所增加,４５０℃时     

SnO2—Al2O3复合氧化物催化剂的一氧化氮选择催化还原性能

采用双股并流共沉淀方法制备的锡铝复合氧化物,对有氧条件C3H6选择还原NO反应有较高的催化活性和较宽的反应温度区间。具有最佳配比（Sn:Al(摩尔比）＝1：1.94）的锡铝复合氧化物样品,在反应温度350℃时可使NO转化率达71％,XRD、H2－TPR及NH3－TPD的研究结果表明,锡与铝难以形成氧化物固溶体, 而SnO2是以微晶形态分散于无定形的Al2O3上,Al2O3的中等强度酸性与SnO2微晶适度的氧化还原性能相结合,使锡铝复合氧化物具有较高的催化活性。