xK/MgAlO型催化剂催化碳烟燃烧的机理研究

通过等体积浸渍法制备了不同K掺杂量的镁铝水滑石复合氧化物(xK/MgAlO),利用X射线衍射光谱及暂态响应、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱及程序升温等技术比较了焙烧和未焙烧的MgAlO形貌结构和晶型的异同,在含硫气氛中研究了K对镁铝水滑石复合氧化物形貌结构和催化碳烟燃烧性能的影响,阐明了反应过程中K掺杂的xK/MgAlO型催化剂降低碳烟起燃温度的关键机制。结果表明,焙烧后的镁铝水滑石3R层状结构消失,出现了尖晶石相,层状结构坍塌变为球形颗粒状;掺杂钾后的催化剂(K/MgAlO)表面活性氧与晶格氧的比例增大,使得氧空位的数量增多,有效提高了催化剂的催化反应活性。在模拟烟气实验中发现掺杂量x=7的(7K/MgAlO)催化剂在含SO_2的混合气中使碳烟的起燃温度降低了127℃,且对NO_x的转化率显著增强。     

适宜氧空位诱导α-MnO2高效催化消除碳烟研究

柴油机排放的碳烟颗粒对人类和自然产生了严重的威胁,开发高活性低成本的碳烟燃烧催化剂是解决这一问题的关键。本文采用不同煅烧气氛（空气、真空和氮气）成功制备了含有不同浓度氧空位的α-MnO2催化剂（记为M-Air-500,M-Va-500,M-N-500,M-N-450）。M-Va-500和M-N-500催化剂在500 ℃煅烧会失去过多晶格氧,导致晶相结构发生改变,出现Mn3O4相,这与XRD和HRTEM结果一致。XPS和Soot-TPR的结果说明,适量的表面氧空位能够吸附并活化氧气分子,催化剂表面的化学吸附氧提高了催化剂的催化性能。H2-TPR结果说明适量的氧空位能够加快晶格氧的迁移,提高可移动氧物种丰度,增强催化剂的氧化能力。结合催化活性测试结果可以得出：在保持α-MnO2晶相结构的前提下,氧空位越多,催化剂表面的化学吸附氧越多,催化活性越好。     

CuZnMgAl水滑石衍生金属氧化物对废水中Pb(Ⅱ)的吸附

采用共沉淀法合成了不同物质的量之比的CuZnMgAl水滑石(CuZnMgAl-HT),采用X射线衍射仪和热分析仪分析了其晶体结构和热稳定性;将CuZnMgAl-HT的焙烧产物作为吸附剂,测定了其对废水中Pb(Ⅱ)的吸附性能.结果表明,最佳吸附条件为温度30℃,pH 6.0,初始浓度80mg/L,水滑石前体Cu、Zn、Mg、Al的金属物质的量之比为1∶1∶4∶2,吸附时间40min时,相应的吸附率可达95.23%.     

纳米LDH对环氧树脂燃烧的抑烟作用

水滑石;阻燃;纳米LDH对环氧树脂燃烧的抑烟作用     

CuZnAl类水滑石衍生复合氧化物催化环己醇脱氢反应的研究

采用共沉淀法合成了不同CuZnAl配比的类水滑石,通过不同温度焙烧制备其衍生复合氧化物.采用X-射线衍射(XRD)、差热热重(TG-DTA)、N2吸附-脱附和CO2程序升温脱附法(CO2-TPD)对类水滑石和衍生复合氧化物进行了表征.将所得复合氧化物用于环己醇脱氢制备环己酮的反应中考察其催化活性.实验结果表明:CuZnAl类水滑石衍生复合氧化物对该反应具有很高的催化活性,在反应温度220℃时以CuZnAl[n(Cu)/n(Zn)/n(Al)=1.34/0.66/1.0]类水滑石为前躯体,400℃焙烧所得的衍生复合氧化物表现出最佳的催化活性,环己醇转化率高达94.9%,环己酮的选择性近100%.     

水滑石负载 Au 纳米粒子的制备及其催化醇氧化反应

 采用离子交换法和 NaBH4 还原法制备了 Mg-Al-水滑石 (LDH) 负载的 Au 纳米粒子 (Au/LDH) 催化剂. X 射线衍射和透射电镜结果表明, Au 粒子较均匀地分散在水滑石表面, 载体仍保持层状结构. 在温和的反应条件下, Au/LDH 对一系列醇的氧化反应表现出优异的催化性能, 如在室温常压下进行分子 O2 氧化 1-苯基乙醇的反应, 底物转化率和苯乙酮选择性都接近 100%, 而且催化剂经过多次循环使用后, 其活性未见下降. 可见, Au/LDH 催化剂在醇氧化反应中具有良好的应用前景.     

多孔纳米片状石墨相氮化碳的制备及其可见光催化

以三聚氰胺和硫脲为前驱体,通过简易的氧气刻蚀制备了多孔纳米片状氮化碳。相比于三聚氰胺制备的薄片状氮化碳(MCNS),以硫脲制备的多孔纳米片状的g-C_3N_4(TCNS)片层更薄,其单片厚度约为30 nm,且TCNS的层状结构明显,能带隙约为3.03 eV,高于石墨相氮化碳(2.77 eV),更宽的禁带赋予载流子更强的氧化还原能力。较大的比表面积(114 m~2·g~(-1))可以提供更多的活性位点,同时纳米片状结构可以促进电子与空穴的有效分离和转移,且能有效地降低光生载流子的复合率,因而TCNS具有更高的光催化活性。     

多孔纳米片状石墨相氮化碳的制备及其可见光催化

以三聚氰胺和硫脲为前驱体,通过简易的氧气刻蚀制备了多孔纳米片状氮化碳。相比于三聚氰胺制备的薄片状氮化碳（MCNS）,以硫脲制备的多孔纳米片状的g-C₃N₄（TCNS）片层更薄,其单片厚度约为30 nm,且TCNS的层状结构明显,能带隙约为3.03 eV,高于石墨相氮化碳（2.77 eV）,更宽的禁带赋予载流子更强的氧化还原能力。较大的比表面积（114 m²·g^-1）可以提供更多的活性位点,同时纳米片状结构可以促进电子与空穴的有效分离和转移,且能有效地降低光生载流子的复合率,因而TCNS具有更高的光催化活性。     

MnO_x-CeO_2上表面氧性质及其催化碳烟燃烧性能

运用TPO,XRD,BET,O2-TPD,H2-TPR,XPS等技术,研究了在CeO2中引入不同Mn含量对催化剂表面氧性质的影响,并重点探讨了吸附于氧空位上的原子吸附氧O-与催化碳烟燃烧活性的关联。结果表明:将Mn中引入CeO2后,MnOx-CeO2晶格中可形成较CeO2更多的氧空位,并有利于氧的活化和迁移,生成了较多原子吸附氧O-;MnOx(0.4)-CeO2在碳烟起燃温度区间有最多的原子吸附氧O-,其碳烟起燃活性最高,对应的起燃温度是346℃,比无催化剂时降低了111℃,比CeO2降低了35℃。     

K改性NiAl类水滑石衍生复合氧化物催化分解N2O

制备了Ni/Al=4.1(原子比)的NiAl类水滑石,焙烧获得NiAl复合氧化物,浸渍K2CO3溶液制备了K改性NiAl复合氧化物催化剂,其中K/Ni=0.05~0.2(原子比),用于N2O催化分解反应.通过元素分析、XRD、BET、H2-TPR、XPS等技术表征了催化剂的组成结构,考察了NiAl类水滑石的预处理方式、...     

Cu-Mg/Al复合氧化物催化碳颗粒物燃烧性能的研究

恒定二价与三价阳离子比为3(nM2+/nM3+=3),采用共沉淀法制备不同Cu含量的系列水滑石前驱物, 800 ℃焙烧4 h形成复合氧化物(CuO质量百分数分别为0％、5％、10％、15％、20％、30％、40％)用作柴油车排放碳颗粒物燃烧的催化剂,并采用XRD、BET、TG-DSC、FT-IR、TPR等表征手段研究了Cu、Mg含量对材料前驱物物化性能的影响及对其衍生复合氧化物催化碳颗粒物燃烧性能的影响．结果表明,Cu、Mg含量对材料的热稳定性、比表面和催化氧化活性有显著的影响. Mg有助于提高催化剂的热稳定性; Cu含量增加,催化剂比表面下降,但比表面不是影响催化剂活性的主要因素. CuO含量为15％时,催化剂具有最好的催化活性和稳定性,碳颗粒物的起燃温度(T10)和半转化温度(T50)分别为336 ℃和409 ℃.在CuO含量≤30％时可以形成结构完整的水滑石前驱物, CuO含量为40％时出现Cu(OH)2杂相; CuO含量< 20％时,经高温焙烧可得到均匀的复合氧化物, CuO含量≥20％时出现CuO偏析． TPR结果表明焙烧温度和复合氧化物的组成决定了材料的可还原性能．     

CeO2-ZrO2催化材料对汽油车颗粒物的催化燃烧

采用共沉淀的方法合成了一系列不同CeO₂和ZrO₂质量比的催化剂（wCeO₂-（1-w）ZrO₂）并用于汽油车颗粒物的催化燃烧。采用程序控制以10 ℃·min^-1的升温速率,从室温升到850 ℃氧化测试催化剂的燃烧活性。同时,对催化剂进行了X射线衍射（XRD）、拉曼（Raman）光谱、氮气-吸脱附比表面（N₂-BET）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）分析、储氧能力（OSC）、氢气-程序升温还原（H₂-TPR）表征。经过800 ℃焙烧后,70%CeO₂-30%ZrO₂样品表现出最好的活性性能,其T_m（活性测试燃烧反应中燃烧产物浓度达到最大峰值铈所对应的燃烧温度）从空白样品的719 ℃降低到625 ℃。同时,70%CeO₂-30%ZrO₂样品也表现出优异的热稳定性能。催化燃烧性能与催化剂的结构、表面组成特性以及氧化还原性能有关。XRD和拉曼光谱表明富铈样品具有典型的立方相结构,富锆样品具有四方相结构。XPS表明不同催化剂的Ce中Ce³⁺的摩尔比例及表面氧与晶格氧的比例存在明显差异,其导致催化性能不同。同时,70%CeO₂-30%ZrO₂样品具有最大的储氧能力及最优异的还原性能。此外,焙烧温度的升高,70%CeO₂-30%ZrO₂样品在结构、表面组成和氧化还原能力并没有出现明显的下降和破坏,表明70%CeO₂-30%ZrO₂样品具有优良的热稳定性能。     

La2-xKxCuO4类钙钛矿复合氧化物对柴油车排放碳颗粒物催化燃烧性能的研究

使用溶胶-凝胶法制备了纳米级不同K取代量的La2-xKxCuO4催化剂，通过H2-TPR，XRD，FT-IR和SEM等多种分析方法对催化剂进行了表征，利用程序升温氧化反应（TPO）就催化剂对碳颗粒物燃烧的催化活性进行了评价。结果表明：以K^＋部分取代La2CuO4中的La^3＋，La2-XKXuO4催化剂对soot催化燃烧的活性明显提高，其中K^＋的取代量对La2CuO4的晶形和活性都产生不同的影响；当x=0．2时，La1.8K0.2CuO4催化剂上呈四方晶相，soot的起燃温度下降到320℃。     

Diesel Soot Combustion over Mn2O3 Catalysts with Different Morphologies: Elucidating the Role of Active Oxygen Species in Soot Combustion

Catalytic diesel soot combustion was examined using a series of Mn₂O₃ catalysts with different morphologies, including plate, prism, hollow spheres and powders. The plate‐shaped Mn₂O₃ (Mn₂O₃‐plate) exhibited superior carbon soot combustion activity compared to the prism‐shaped, hollow‐structured and powdery Mn₂O₃ under both tight and loose contact modes at soot combustion temperatures (T₅₀) of 327 °C and 457 °C, respectively. Comprehensive characterization studies using scanning electron microscopy, scanning transmission electron microscopy, X‐ray diffraction, X‐ray photoelectron spectroscopy, temperature‐programmed reduction and oxygen release measurements, revealed that the improved activity of Mn₂O₃‐plate was mainly attributed to the high oxygen release rate of surface‐adsorbed active oxygen species, which originated from oxygen vacancy sites introduced during the catalyst preparation, rather than specific surface‐exposed planes. The study provides new insights for the design and synthesis of efficient oxidation catalysts for carbon soot combustion as well as for other oxidation reactions of harmful hydrocarbon compounds.     

K-Ce0.5Zr0.5O2催化碳颗粒物燃烧性能

用等体积浸渍法制备了不同K负载量的xKNO₃-Ce_0.5Zr_0.5O₂系列催化剂，用程序升温氧化反应(TPO)考察催化剂对碳颗粒物(soot)燃烧的催化活性. 并采用XRD、BET、FT-IR、XPS等技术对KNO3负载催化剂进行表征. 结果表明KNO₃负载量对催化剂的比表面、表面化学环境有显著的影响；KNO₃能使催化剂对soot的催化燃烧活性有较大提高，且存在最佳负载量，当x=0.5时，催化剂的活性最好，碳颗粒物的起燃温度（Ti）和峰顶温度（Tp）分别为290 ℃和360 ℃. 在反应过程中，KNO₃熔融状态的形成和K₂CO₃的生成，使催化活性明显提高.     

Ce_(1-x)Fe_xO_2复合氧化物的结构及其催化碳烟低温燃烧性能

用水热法制备了不同摩尔比的系列Ce1-xFexO2复合氧化物碳烟燃烧催化剂.采用X射线粉末衍射(XRD)、比表面积(BET)、拉曼光谱(Raman)、H2程序升温还原(H2-TPR)及程序升温氧化反应(TPO)等技术考察了Fe含量对催化剂结构和性能的影响,重点探讨了催化剂表面性质和体相结构与催化活性和稳定性之间的关系.结果表明,Fe3+较难进入CeO2晶格中,部分Fe2O3分散在CeO2表面.铈铁固溶体(氧空位)有利于氧的吸附活化,而表面氧化铁对提高催化剂的抗老化能力起着重要作用.Ce0.8Fe0.2O2有最高的Fe3+掺杂量,有良好分散性的表面Fe2O3,显示出最好的催化活性和稳定性,催化碳烟的起燃温度(Ti)和生成CO2的峰值温度(Tp)分别为262和314℃.Ce0.8Fe0.2O2高温老化后的Ti和Tp仍较低,分别为292和392℃.     

Ce1-xFexO2复合氧化物的结构及其催化碳烟低温燃烧性能

用水热法制备了不同摩尔比的系列Ce1-xFexO2复合氧化物碳烟燃烧催化剂. 采用X射线粉末衍射(XRD)、比表面积(BET)、拉曼光谱(Raman)、H2程序升温还原(H2-TPR)及程序升温氧化反应(TPO)等技术考察了Fe含量对催化剂结构和性能的影响, 重点探讨了催化剂表面性质和体相结构与催化活性和稳定性之间的关系. 结果表明, Fe3+较难进入CeO2晶格中, 部分Fe2O3分散在CeO2表面. 铈铁固溶体(氧空位)有利于氧的吸附活化, 而表面氧化铁对提高催化剂的抗老化能力起着重要作用. Ce0.8Fe0.2O2有最高的Fe3+掺杂量, 有良好分散性的表面Fe2O3, 显示出最好的催化活性和稳定性, 催化碳烟的起燃温度(Ti)和生成CO2的峰值温度(Tp)分别为262和314 ℃. Ce0.8Fe0.2O2高温老化后的Ti和Tp仍较低, 分别为292和392 ℃.     

VmTi和KnV0.04Ti担载氧化物催化剂的表征与催化燃烧柴油炭黑的性能

用FTIR和UV-Vis研究了2个系列不同V和K负载量的VOx/TiO2和K-VOx/TiO2催化剂结构的变化;并使用程序升温氧化反应技术对这两种催化剂催化柴油炭黑燃烧活性进行了考察.结果表明,当VOx/TiO2催化剂中n(V)∶n(Ti)=0.04时,催化剂活性最好(tm=389℃).添加K能显著改善VOx/TiO2催化剂活性,n(K)∶n(V)∶n(Ti)=0.04∶0.04∶1时,炭黑燃烧的反应温度最低(tm=343℃).FTIR和UV-Vis结果表明,当VOx/TiO2催化剂n(V)∶n(Ti)>0.04∶1时,催化剂表面有V2O5形成,由于V2O5氧化能力较弱,因而催化剂的活性反而降低.而当K-VOx/TiO2催化剂中n(K)∶n(V)达到1∶1时,由于形成的KVO3物种与TiO2载体有很好的协同作用,所以催化剂活性最好.     

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.     

K-Ce_(0.5)Zr_(0.5)O_2催化碳颗粒物燃烧性能

用等体积浸渍法制备了不同K负载量的xKNO3-Ce0.5Zr0.5O2系列催化剂,用程序升温氧化反应(TPO)考察催化剂对碳颗粒物(soot)燃烧的催化活性.并采用XRD、BET、FT-IR、XPS等技术对KNO3负载催化剂进行表征.结果表明KNO3负载量对催化剂的比表面、表面化学环境有显著的影响;KNO3能使催化剂对soot的催化燃烧活性有较大提高,且存在最佳负载量,当x=0.5时,催化剂的活性最好,碳颗粒物的起燃温度(T)i和峰顶温度(Tp)分别为290℃和360℃.在反应过程中,KNO3熔融状态的形成和K2CO3的生成,使催化活性明显提高.