Temperature-programmed reduction of V2O5 and coprecipitated V2O5−TiO2 by hydrogen

Temperature-programmed reductions (TPR) with H₂ of both pure V₂O₅ and coprecipitated V₂O₅?TiO₂ systems with different titanium concentrations was performed. The original and the reduced samples following each TPR step were characterized by X-ray diffraction, Fourier transform infrared analysis and scanning electron microscopy. Within the temperature range in which TPR analysis was carried out (100–600°C) the V₂O₅ phase was reduced in two or three steps, while no variation in the TiO₂ phase (anatase or rutile) was observed. In the first reduction step only superficial reduction of the oxides was detected. In the following steps, the H₂ reacted with oxygen atoms of the V=O and V?O?V bonds. This led to important changes in the structure and morphology of the system. The experimental evidence allowed the conclusion that titanium stabilizes certain phases of vanadium oxides in which vanadium appears as V(+4) or as a mixture of V(+4) and V(+5). Moreover, when moderate and high titanium concentrations were used, the reduction temperature of the bulk V₂O₅ decreased markedly.     

NO 和 NO2 在 V2O5/AC 催化剂表面的反应行为

 采用程序升温脱附、在线质谱和原位漫反射红外光谱等手段, 比较了 NO 和 NO2 在 V2O5 及 V2O5/AC 催化剂表面的选择催化还原 (SCR) 反应行为. 结果表明, 氨以质子态 NH4+和共价态 NH3 分子两种形态吸附于纯 V2O5 表面, V=O 为氨的主要吸附活性位. 无氧状态下, NO 和 NO2 皆可与吸附于 V2O5 表面的 NH3 反应, 并且 NO2 与吸附态 NH3 的反应活性高于 NO. 但在 V2O5/AC 催化剂表面, 同样在无氧条件下, NO 几乎不与吸附态 NH3 反应, 而 NO2 却可以反应并生成 N2. 在 V2O5/AC 表面, NO 很容易被气相 O2 氧化为 NO2, 然后参与 SCR 反应. 可见, NO2 是 NO 在 V2O5/AC 表面发生 SCR 反应的中间体.     

氨再生条件对V2O5/AC同时脱硫脱硝活性的影响

对烟气同时脱硫脱硝过程中吸附SO2后的活性炭载V2O5（V2O5/AC）催化 吸附剂在含NH3气氛下的再生条件进行了考察,发现3%～5%NH3/Ar气氛、300℃、60min再生可有效恢复V2O5/AC的脱硫活性,并明显提高其脱硝活性。基于对SO2和NO的脱除率、再生后V2O5/AC的硫质量分数以及FT IR谱图分析发现,NH3的存在对V2O5/AC所吸附硫的脱附行为没有明显影响,但可显著改变V2O5/AC的表面化学性质,有利于烟气脱硫;NH3还可在V2O5/AC表面储存,显著促进脱硝。     

V2O5-CeO2/TiO2催化剂上低温氨选择性催化还原NO的性能

考察了V2O5-CeO2/TiO2催化剂中V、Ce活性组分的担载量和焙烧温度对催化剂低温催化还原NO活性的影响及其在单独SO2、H2O和两者共存气氛下的抗毒化性能。结果表明,焙烧温度400℃下制备的5V30Ce/TiO2催化剂具有良好的低温催化还原NO活性,空速为10000h-1,165℃时NO转化率达99.2%;500℃以下低焙烧温度时,添加的Ce不与V相互作用,在催化剂表面主要以CeO2形式存在,有利于增大催化剂比表面积,增强V2O5在催化剂上的分散度,提高催化活性。而在500℃以上较高焙烧温度下,Ce与V会形成CeVO4,对活性提高不利。催化剂具有良好的低温抗水中毒性能,但受SO2毒化作用明显,其在SO2、H2O共存气氛下中毒程度较单独SO2下浅。     

铜掺杂五氧化二钒的制备及电化学性质

采用沉淀法于300 和600 ℃制备了结晶状的Cu0.04V2O5材料. 扫描电镜显示, 300 ℃时制备的样品具有多孔特征, 而600 ℃时制备的样品具有很高的结晶度. X射线研究表明, 少量铜掺杂不会改变V2O5的正交晶体结构. 红外光谱研究表明, 300 ℃时制备的Cu0.04V2O5样品含有少量水. 热失重分析确定了样品中所含水分是以吸附水的形式存在, 1 mol材料分子吸附水的摩尔数约为0.18 mol. 铜掺杂显著改善了V2O5的结构稳定性, 进而提高了材料的充放电循环性能. 于600 ℃制备的样品在C/5.6倍率下具有160 mAh·g-1的可逆比容量, 但提高放电倍率明显降低了材料的循环性能. 于300 ℃制备的样品在C/5.6倍率时的循环性能不如600 ℃样品, 但该材料在C/1.9倍率时仍具有100 mAh·g-1左右的可逆比容量. 两种材料在电化学性能上的差异与材料的微结构有关. 低温样品在较高放电倍率时良好的循环性能得益于其多孔的微结构, 而高温样品由于其较高的结晶度而表现出优异的低倍率充放电性能.     

V2O5-WO3/TiO2催化剂氨法SCR脱硝反应动力学研究

In this work, a kinetic study of the selective catalytic reduction of NO with NH3 has been carried out. After proving the operating condition that the effect of intraphase diffusion and interphase mass-transfer processes can be ignored, the selective catalytic reduction of NO with NH3 on the catalytic activity of V2O5-WO3/TiO2 has been carried out with fixing the feed gas flow rate and composition （ NO, NH3, O2 ） while varying the catalyst loading. Based on the experimental results of NO removal efficiency, the empirical catalytic reaction rate equation of NO with NH3 has been obtained using differential analysis. The experimental result is further proved by the graphic integral method at the temperature from 320℃to 400 ℃ The reaction order is 1 to NO and zero to NH3. The reaction follows the Eley-Rideal mechanism model.     

Reactivity of T-Nb2O5 or H-Nb2O5 towards V2O5. Synthesis in the solid state and properties of V4Nb18O55

The IR spectrum of V₄Nb₁₈O₅₅ has been compared with the IR spectra of selected niobates of known structures to show structural relations between these compounds. This comparison shows that V₄Nb₁₈O₅₅ has crystal structure related to T-Nb₂O₅, W16Nb18O94 and Ba₂NaNb₅O₁₅. On the other hand, reaction between V₂O₅ and H-Nb₂O₅ yields a solid solution of V₂O₅ in VNb₉O₂₅. It has been proposed two models of synthesized solid solution with formulas V_1+xNb_9-xO₂₅ or V_1+xNb₉O_25+5x/2.Independently of Nb₂O₅ polymorph, used for synthesis, the metastable compound VNbO5 cannot be synthesized in the solid state below 650°C      

同时脱除烟气中硫和硝的V2O5/AC催化剂研究

通过在固定床微反应器上对同时脱硫脱硝催化剂的研究,发现将V2O5担载在活性焦(AC)上制得的V2O5/AC催化剂可在200 ℃同时脱除烟气中的SO2和NO,其活性明显高于纯AC。V2O5/AC催化剂的脱硫脱硝活性与催化剂中钒的质量分数有关,随着V2O5质量分数从0.5%增至9%,硫容从3%增加到12%,脱硝率在V2O5质量分数为0.5%到3%时脱硝率稳定在60%左右,继续增加V2O5质量分数,脱硝率降低。程序升温脱附 (TPD) 和红外光谱 (FTIR) 表征结果显示在脱硫脱硝过程中,催化剂表面有H2SO4, 铵盐和VOSO4生成, VOSO4的质量分数随催化剂中V2O5质量分数的提高而升高。使用后的催化剂可通过5%NH3在300 ℃再生,再生后催化剂的脱硝活性明显增加,NO转化率从新鲜样的67%提高到接近100%,对SO2的吸附也比新鲜样有所增加。     

介质阻挡放电等离子体与吸附在CuZSM-5上的NO或NO/O2的相互作用

采用吸附和程序升温脱附(TPD)技术研究了介质阻挡放电等离子体对CuZSM-5催化剂上吸附的氮氧化物作用.实验表明,介质阻挡放电等离子体使催化剂表面吸附的NO及Cu活性位上吸附的NOx物种脱附,并引发表面化学反应生成新的氮氧化物.对于NO/N2体系,介质阻挡放电等离子体与吸附在CuZSM-5上NO作用,主要生成N2O和O2.在富氧体系NO/O2/N2,则生成较大量的N2O、NO2和NO.等离子体预处理活性下降的CuZSM-5,可明显提高其催化分解NO活性.对比有或无介质阻挡放电等离子体预处理NO或NO/O2饱和吸附的CuZSM-5上的NO-TPD结果表明,等离子体提高催化剂活性的原因与其使催化剂Cu活性位上吸附的NOx物种脱附有关.     

过渡金属（Cu，Fe，Mn，Co）改性高分散V2O5/TiO2作为高效NH3-SCR脱硝催化剂

选择性催化还原(SCR)是目前固定源及移动源中控制NOx排放最为有效的技术手段之一.工业上应用最广泛的商业SCR催化剂是钒基催化剂.钒基催化剂经钨(钼)改性后具有较好的活性、稳定性和抗水抗硫性能,但在应用过程中仍存在N2选择性较低、活性温度窗口(300–400 oC)较窄及高温下V2O5极易流失等不足,且钨(钼)的价格十分昂贵.因此,用廉价组分提高钒基催化剂的催化性能在实际工业应用中仍具有重要意义.研究发现,很多非贵金属(如Cu, Fe, Mn, Co, Ce, Zr, Nb, Sn, La等)都可以代替钨(钼)用来提高钒基催化剂的选择性、活性温度窗口和(热)稳定性能等.引入的金属通常以氧化物或钒酸盐形式存在,并与活性组分钒物种有很强的相互作用,从而提高钒物种的氧化还原性能及分散度,同时增大表面酸性位数量,抑制锐钛矿向金红石相转变.近年来很多研究发现,经金属改性的钒基催化剂以钒酸盐形式存在时可有效提高催化剂活性和 N2选择性,尤其可显著提高催化剂的(热)稳定性.本文采用浸渍法以廉价易得、储量丰富的过渡金属改性钒基催化剂,得到高度分散的M-V/TiO2(M = Cu, Fe, Mn, Co)脱硝催化剂.结果发现, Cu-V/TiO2和Fe-V/TiO2催化剂表现出较好的催化活性和N2选择性以及优异的稳定性和抗H2O/SO2性能,其中Cu-V/TiO2的工作温度窗口扩展到225–375oC. X射线衍射、拉曼光谱和EDX-mapping表征结果证明,钒物种及引入的金属高度分散在TiO2载体表面,并生成了钒酸盐.氢气程序升温还原结果表明,钒酸盐的形成导致钒物种的还原峰向低温区移动,有利于催化剂氧化还原性能的提升. X射线光电子能谱结果表明, Cu-V/TiO2催化剂表面具有更多的活性氧物种(Oα),且具有较强的电子间相互作用,是SCR活性提高的关键原因之一. NH3程序升温脱附和原位红外光谱实验结果表明,金属的引入可以提高酸量和酸强度; Cu-V/TiO2催化剂表面主要为Lewis酸性位,而Fe-V/TiO2催化剂表面主要为Br?nsted酸性位,两者可能导致不同的SCR反应机理,但均可以提高催化剂在高温下的N2选择性.综上所述,过渡金属改性的钒基催化剂中Cu-V/TiO2具有最好的活性和N2选择性以及较强的稳定性和抗H2O/SO2性能,可能得益于其表面更多的活性氧物种和更多更强的酸性位.     

脱硫脱硝后V2O5/AC在含NH3气氛中的再生及硫资源化的耦合过程研究

V2O5/AC具有很好的烟气同时脱硫脱硝能力,脱硫过程包括其对烟气中SO2的吸附、吸附饱和后SO2从其上的脱附（再生）及脱附出SO2的资源化。考察了同时脱硫脱硝后的V2O5/AC在含NH3气氛中的再生和硫资源化的耦合过程。研究了NH3注入量、再生温度、再生时间和尾气循环流量对再生效率、硫回收率及二次脱硫脱硝活性的影响。结果表明,再生温度和再生时间主要影响SO2的脱附,因而影响再生效率和二次脱硫脱硝活性;NH3注入量不影响SO2的脱附,但明显影响硫回收率和二次脱硫脱硝活性;尾气循环模式是提高硫回收率的重要方法,但在研究的条件下循环流量对再生效率、硫回收率和二次脱硫脱硝活性的影响不大。     

Synthesis of V2O5 micro-architectures via in situ generation of single-crystalline nanoparticles

Rose-like crystalline particles of ammonium vanadium sulfate hydroxide (NH₄V₃(OH)₆(SO₄)₂) were synthesized by a solvothermal route using dimethyl sulfoxide (DMSO)–water as the solvent. Following a thermal decomposition process, rose-like V₂O₅ micro-architectures were fabricated via the in situ generated single-crystalline nanoparticles. When used as the cathode material in lithium-ion batteries, the rose-like V₂O₅ micro-architecture exhibited high initial discharge capacity. Sphere-like precursor was also prepared via selecting suitable carboxylic acid. This facile synthesis method would be used to prepare various vanadium oxides with different morphologies as well as other compounds.     

Cu/La2O3-ZrO2-Al2O3催化剂的制备及其对NO选择性还原的催化性能

采用将Al（NO3）3、La（NO3）3和ZrOCl2的混合液滴入沉淀剂（NH4）2CO3中的共沉淀法制备La2O3-ZrO2-Al2O3复合载体,然后负载上Cu2＋,制成Cu/La2O3-ZrO2-Al2O3催化剂。考察了该催化剂在富氧条件下对C3H6选择还原NO的催化性能,并借助扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、比表面积测定（BET）、吡啶吸附红外光谱（Py-IR）、程序升温还原（TPR）和热重分析（TG）等方法研究催化剂制备方法与结构、性能的关系。实验结果表明,采用将Al（NO3）3滴入（NH4）2CO3制得的γ-Al2O3能有效地增大催化剂的比表面积,加入La2O3能提高催化剂的热稳定性,加入ZrO2能大幅度增加催化剂表面L酸和B酸的酸量。因此,采用共沉淀法制备的La2O3-ZrO2-Al2O3复合载体能够使Cu/La2O3-ZrO2-Al2O3催化剂具有良好的催化性能,最佳催化活性温度为300℃,NO最大转化率高达88.9%,在有10%水蒸气存在的情况下,仍可达81.9%。     

氨法选择性还原氮氧化物 V2O5/TiO2-PILC催化剂的抗硫性能

选择性催化还原(SCR)是目前去除氮氧化物最有效的方法之一. V2O5/TiO2催化剂被广泛应用于氨法选择性还原氮氧化物(NH3-SCR)反应,但该催化剂存在工作温度高(300–400oC)及 SO2氧化率高引起设备腐蚀和管路堵塞等问题,开发低温 SCR催化剂具有重要意义.过渡金属氧化物(如 Fe2O3, MnOx和 CuO等)催化剂用于低温SCR先后见诸文献报道,但这些催化剂在 SO2和 H2O存在下易失活.近年来柱撑黏土(PILC)引起科学家广泛关注, Yang等首次将 V2O5/TiO2-PILC催化剂应用于 NH3-SCR反应,发现其催化活性高于传统 V2O5/TiO2催化剂.柱撑黏土基催化剂在 NH3-SCR反应中也显示出良好抗硫性能,但 V2O5/TiO2-PILC催化剂的抗硫机理至今尚未见深入研究.因此我们制备了一系列 V2O5/TiO2-PILC催化剂,采用原位漫反射红外等方法详细研究了其抗硫性能较好的原因.
　　首先采用离子交换法制备出 TiO2-PILC载体,之后采用浸渍法制备了不同钒含量(质量分数x/%=0,3,4,5)的xV2O5/TiO2-PILC催化剂.同时,制备了传统 V2O5/TiO2和 V2O5-MoO3/TiO2催化剂作为对比.活性评价结果显示,4V/TiO2-PILC催化剂具有最高的催化活性,其催化性能与传统钒钛催化剂相当.在160oC时, NO转化率可达80%以上.同时,4V/TiO2-PILC催化剂还具有较宽的反应温度窗口,在260–500oC范围内, NO转化率保持在90%以上.向反应体系中加入0.05% SO2和10% H2O后,在低温(160oC以下)时所有催化剂的反应活性都有一定提高,可能是由于 SO2的加入提高了催化剂的表面酸性.继续升高温度,4V/TiO2和4V6Mo/TiO2催化剂活性均明显下降,而4V/TiO2-PILC催化剂的活性则未出现明显下降.原位漫反射红外光谱结果显示, SO2在三种催化剂表面的吸附以表面硫酸盐或亚硫酸盐物种以及离子态 SO42–物种形式存在,而在4V/TiO2-PILC催化剂表面离子态 SO42–物种的量最少. X射线光电子能谱及 O2程序升温脱附结果显示,在4V/TiO2-PILC催化剂上,表面吸附氧(Oads)的量最少.综合上述分析可以得出,在 SO2气氛下,离子态 SO42–物种在 SCR催化剂表面的累积可能是导致其失活的主要原因,而离子态 SO42–物种的形成可能与催化剂表面吸附氧的量有关.     

Unusually large magnetic anisotropy in a CuO-based semiconductor Cu5V2O10

A CuO-based material Cu(5)V(2)O(10) was successfully grown in a closed crucible using Sr(OH)(2)·8H(2)O as flux. The structure of Cu(5)V(2)O(10) can be viewed as being composed of two types of zigzag Cu-O chains running along the b- and c-axes, which shows a two-dimensional crosslike framework with 12-column square tunnels along the a-axis. Magnetic measurements show that Cu(5)V(2)O(10) exhibits unexpected large magnetic anisotropy, which is the first time magnetic anisotropy energy of ～10(7) erg/cm(3) in the CuO-based materials has been observed. The origins of large anisotropy are suggested to arise from strong anisotropic exchanges due to the particular bonding geometry and the Jahn-Teller distortion of Cu(2+) ions. Further, the band structure investigated by the GGA+U method suggests that Cu(5)V(2)O(10) is a semiconductor.