大气颗粒物及氧化物对CS2的催化氧化作用

利用原位FT-IR,XRD,BET,质谱和连续脉冲微反等手段研究了大气颗粒物及部分氧化物样品上CS₂催化氧化的反应,并对催化剂的晶化状况和比表面等进行了考察.结果表明,CS₂在氧化物和大气颗粒物样品上发生氧化反应,生成COS及单质S,部分样品上生成CO₂;其中以CaO的催化作用最为明显,Fe₂O₂次之,Al₂O₃的催化能力有明显减小,SiO₂最小,大气颗粒物样品对CS₂有明显的催化氧化作用,活性介于Fe₂O₃和Al₂O₃之间;收集的大气颗粒物样品成分主要是Ca(Al₂Si2₂O₈)·4H₂O,即水泥的主要成分;CS₂在氧化物或大气颗粒物样品上催化生成COS,是由于催化剂表面吸附氧的作用.报道了大气颗粒物对CS₂具有催化氧化生成COS的能力,揭示了大气中COS来源的一个重要途径,对CS₂,COS的污染控制研究具有一定的指导意义.     

大气颗粒物对CS2催化氧化反应动力学研究

使用FTIR, XPS, BET, TG-DTG-DTA及原位XRD等方法研究了二硫化碳(CS2)在大气颗粒物表面多相催化反应历程及硫物种的转化过程. 结果表明, 在常温下, CS2能与大气颗粒物反应, 主要产物有羰基硫(COS)和正交α-S8, 少量硫物种被深度氧化, 在大气颗粒物表面形成正六价态硫. 反应体系中当氧气过量时, CS2在大气颗粒物表面多相催化反应遵循假二级反应动力学规律. 在296 K下, 该反应的表观速率常数为6.98×10-22 cm3*mol-1*s-1, 表观活化能为34.6 kJ/mol, 揭示了大气颗粒物具有消除CS2的重要作用以及深度氧化使颗粒物表面形成SO2-4的现象.     

大气颗粒物及氧化物对CS_2的催化氧化作用

利用原位ＦＴ－ＩＲ,ＸＲＤ,ＢＥＴ,质谱和连续脉冲微反等手段研究了大气颗粒物及 部分氧化物样品上ＣＳ２催化氧化的反应,并对催化剂的晶化状况和比表面等进行了考 察。结果表明,ＣＳ２在氧化物和大气颗粒物样品上发生氧化反应,生成ＣＯＳ及单质Ｓ,部 分样品上生成ＣＯ２;其中以ＣａＯ的催化作用最为明显,Ｆｅ２Ｏ３次之,Ａｌ２Ｏ３的催化能力有 明显减小,ＳｉＯ２最小,大气颗粒物样品对ＣＳ２有明显的催化氧化作用,活性介于Ｆｅ２Ｏ３ 和Ａｌ２Ｏ３之间;收集的大气颗粒物样品成分主要是Ｃａ（ＡＬ２Ｓｉ２Ｏ８）·４Ｈ２Ｏ,即水泥的主要 成分;ＣＳ２在氧化物或大气颗粒物样品上催化生成ＣＯＳ,是由于催化剂表面吸附氧的作 用．报道了大气颗粒物对ＣＳ２具有催化氧化生成ＣＯＳ的能力,揭示了大气中ＣＯＳ来源 的一个重要途径,对ＣＳ２,ＣＯＳ的污染控制研究具有一定的指导意义．     

Ir/SiO2上甲烷部分氧化制合成气反应的原位时间分辨红外和原位Raman光谱表征

采用原位时间分辨红外光谱和原位显微Raman光谱技术对Ir/SiO₂上甲烷部分氧化(POM)制合成气反应的初级产物和反应条件下催化剂表面物种进行了跟踪考察,实验结果表明,在H₂预还原的新鲜Ir/SiO₂表面,CO是V(CH₄):V(O₂):V(Ar)=2:1:45混合气反应的初级产物,因而甲烷的直接氧化过程是CO生成的主要途径;而在稳态反应条件下,CO生成的途径可能主要来自CO₂和H₂O与催化剂表面积碳物种(CHx)和/或CH₄的反应.催化剂上生成的积碳可能是导致稳态条件下Ir/SiO₂上POM反应机理不同于H₂预还原的新鲜催化剂的主要原因.     

Co3O4/CeO2 CO氧化的原位红外光谱研究

采用沉淀氧化法制备了Co₃O₄/CeO₂催化剂。分别在干、湿条件下进行了一氧化碳氧化反应研究。运用FT-IR表征手段,在钴铈复合氧化物上进行了CO吸附及CO/O₂共吸附研究。结果表明,与纯的Co₃O₄样品相比,Co₃O₄/CeO₂具有明显的抗湿气能力。Co₃O₄/CeO₂催化剂在进行CO氧化时,表面形成了类碳酸盐物种。当环境温度低于453 K时,催化剂上类碳酸盐的生成与形成类碳酸盐物种后受热分解存在着动态平衡。当环境温度高于493 K,催化剂上生成的类碳酸盐物全部受热分解。氧化铈的加入提高了催化剂的抗湿气性能。较小粒径的Co₃O₄与CeO₂产生的强相互作用可使CeO₂向Co₃O₄提供氧,因而间接提供了CO氧化需要的氧。     

水热合成的MoO3-SnO2催化剂催化氧化二甲醚的性能研究

采用无沉淀剂水热法一步合成了MoO₃-SnO₂复合金属氧化物催化剂,通过调变Mo/Sn物质的量比,考察了催化剂上活性组分MoO_x分散程度对二甲醚（DME）低温氧化生成甲酸甲酯（MF）反应性能的影响。当Mo/Sn=1∶2,反应条件为150℃时,催化剂表现出较好的催化性能,DME转化率为22.0%,MF选择性达到77.6%。实验中采用TEM、XRD、Raman、FT-IR、NH₃-TPD及H₂-TPR等表征对催化剂晶体结构及表面性质进行了分析。结果发现,Mo/Sn物质的量比变化会对催化剂晶体结构产生显著影响,钼氧化物在SnO₂表面形成不同分散程度的MoO_x结构,这种钼氧化物结构的变化进一步影响了催化剂表面的酸性及氧化还原性,是造成催化性能差异的主要原因。     

钾改性氧化铝基羰基硫水解催化剂及其失活机理

天然气、油田伴生气、高炉煤气等化工生产过程中伴生COS气体,不仅会腐蚀管道和毒害催化剂,还会严重污染环境并危害人类健康。COS催化水解反应可在温和条件下高效的将COS脱除,是最具应用前景的COS脱除技术之一。碱金属元素因其具有独特的电子供体性质、表面碱性和静电吸附等特性,常被用作助催化剂以提高Al₂O₃的COS催化水解性能。近年来,以钾为助剂改性的Al₂O₃催化剂(K₂CO₃/Al₂O₃)在COS催化水解反应中得到广泛的应用,但由于负载在Al₂O₃上的K物种的组成复杂,目前研究者对K₂CO₃/Al₂O₃催化剂上COS水解机理的理解仍存在一定的困惑和争议。本论文通过湿法浸渍法合成出一系列钾盐和钠盐改性的Al₂O₃催化剂,并利用各类先进的表征技术对这些催化剂进行分析。活性测试表明,以K₂CO₃、K₂C₂O₄、NaHCO₃、Na₂CO₃和NaC₂O₄改性Al₂O₃催化剂均有助于COS的水解。其中K₂CO₃/Al₂O₃拥有最佳的COS水解性能,连续运行20 h后其COS转化率仍高于~93%,远远优于未改性的Al₂O₃ (~58%)。我们利用原位红外光谱和X射线光电子能谱探明了反应过程中催化剂的化学结构特征,阐明了H₂O分子在K₂CO₃/Al₂O₃上的水解作用机制。原位红外表明COS在K₂CO₃/Al₂O₃上的水解过程中形成了硫代碳酸氢盐中间产物。X射线光电子能谱表征证明催化剂的失活主要是因为催化剂表面积累了硫酸盐和单质硫。此外,我们还研究了水蒸气含量对COS水解性能的影响,研究发现,由于H₂O和COS分子在催化剂表面存在竞争吸附,过量的H₂O会引起催化活性的下降。上述研究表明,K₂CO₃/Al₂O₃催化剂上COS水解性能的提高主要是形成了HO-Al-O-K界面活性位。更为重要的是,所制备的催化剂都是在模拟工业工况条件下进行的,这为后续的工业应用提供了宝贵理论指导。本工作为理解助剂钾在Al₂O₃催化剂上COS水解活性的增强提供了新的见解,这为未来设计稳定高效的COS水解催化剂打开了新的发展方向。     

焙烧气氛对二甲醚低温选择氧化MoO3-SnO2催化剂结构及性能的影响

采用共沉淀法制备了Mo/Sn物质的量比为1：3的MoO₃-SnO₂催化剂,考察了焙烧气氛（O₂、air、N₂和H₂）对催化剂结构及二甲醚（DME）低温氧化制甲酸甲酯（MF）性能的影响。结果表明,在O₂中焙烧的催化剂上DME转化率高达25.10%,MF选择性为72.21%,催化剂具有较高的反应活性。而在H₂中焙烧催化剂上DME转化率仅为7.01%,MF选择性为75.82%。不同气氛焙烧催化剂上DME转化率由大到小的顺序：O₂> air> N₂> H₂。采用XRD、Raman、XPS及ESR等对催化剂进行深入表征。结果表明,共沉淀制备Mo1Sn3催化剂中钼物种以高分散MoO_x形式存在。O₂中焙烧催化剂表面Mo=O及存在于Mo-Sn界面处五配位钼氧化物中Mo⁵⁺含量均高于其他三种催化剂,即低聚态MoO_<em>x末端Mo=O可能是反应活性位点之一,五配位钼氧化物中Mo⁵⁺的存在有利于催化剂活性的提高,也有助于MF的生成。结合in suit DRIFTS证实了吸附于Mo⁵⁺上的CH₃O,在催化剂表面Mo=O作用下氧化为HCHO后与另一分子CH₃O耦合为MF。     

Pt/Al2O3和Pt/CeO2/Al2O3催化甲烷部分氧化制合成气反应

研究了Pt/Al₂O₃和Pt/CeO₂/Al₂O₃对甲烷部分氧化制合成气反应的催化活性,发现Pt/CeO₂/Al₂O₃显示了更高的甲烷转化率和合成气选择性.用H₂-TPR、H₂-TPD、SEM-EDX和XRD等技术对催化剂进行了表征.CeO₂和Pt相互作用促进Pt在催化剂表面的分散,抑制Pt在催化剂表面的迁移;降低了催化剂的燃烧活性,提高了催化剂的部分氧化活性和选择性,可避免因催化剂床层局部温度过高而导致催化剂活性下降或失活,提高了催化剂的稳定性.同时,CeO₂通过促进水汽变换反应使反应体系迅速达到平衡,提高了催化剂对H₂的选择性.     

稀土氧硫化物上的羰基硫水解反应

研究了一种新型的羰基硫水解催化剂--稀土氧硫化物.考察了稀土系列氧化物硫化后的水解活性,发现其活性顺序为La≈Pr≈Nd≈Sm>Eu>Ce>Gd≈Ho>Dy>Er.XRD物相分析表明,各种稀土氧化物经水合及硫化后呈现出不同的物相变化特性,稀土氧硫化物是COS水解的活性物质.在氧硫化镧和氧硫化钕催化剂上研究了O₂和SO₂对羰基硫水解反应的影响,与传统的氧化铝基和氧化钛基水解催化剂相比,稀土氧硫化物显示出良好的抗氧化性能,而SO₂对催化活性的影响是可逆的.     

Catalytic oxidation of CS_2 over atmospheric particles and oxide catalysts

The catalytic oxidization of CS2 over atmospheric particles and some oxide catalysts was explored through FT-IR, MS and a fixed-bed stainless steel reactor. The results show that atmospheric particles and some oxide catalysts exhibited considerable oxidizing activities for CS2 at ambient temperature. The reaction products are mainly COS and elemental sulfur, even CO2 on some catalysts. Among the catalysts, CaO has the strongest catalytic activity for oxidizing CS2. Fe2O3 is weaker than CaO. The catalytic activity for AI2O3 reduces considerably compared with the former two catalysts, and SiO2 the weakest. Atmospheric particle samples' catalytic activity is between Fe2O3's and AI2O3's. The atmospheric particle sample collected mainly consists of Ca(AI2Si2O8) · 4H2O, which is also the main component of cement. COS, the main product, is formed by the catalytic oxidization of CS2 with adsorbed "molecular" oxygen over the catalysts' surfaces. The concentration of adsorbed oxygen over catalysts' surfaces may be th     

硫化CoMo/Al2O3-TiO2催化剂上CO催化还原SO2的研究

报导了Al2O3、Al2O3-TiO2和TiO2担载的硫化CoMo催化剂上CO催化还原SO2的规律性,结果表明，反应物分别在350 ℃、350～400 ℃间和400 ℃完全转化为CO2和元素S.在含TiO2的催化剂上,CO-SO2反应可同时按COS中间物机理和Redox机理进行,从而使尾气中COS的含量大为降低,提高了生成元素S的选择性.对反应机理进行了讨论.     

HCAⅡ-inspired Catalysts for Making Carbon Dioxide-based Copolymers: The Role of Metal-hydroxide Bond

The general characteristics of the active center of the catalysts(including zinc-cobalt(III) double metal cyanide complex [Zn-Co(Ⅲ) DMCC]) for the copolymerization reaction of carbon dioxide(CO_2) with epoxide are summarized. By comparing the active center, catalytic performance of the Zn-Co(Ⅲ) DMCC(and other catalysts) with HCAII enzyme in the organism for activating CO_2(COS and CS_2), we proposed that the metal-hydroxide bond(M-OH), which is the real catalytic center of human carbonic anhydride Ⅱ(HCAⅡ), is also the catalytic(initiating) center for the copolymerization. It accelerates the copolymerization and forms a closed catalytic cycle through the chain transfer reaction to water(and thus strictly meets the definition of the catalyst). In addition, the metal-hydroxide bond catalysis could well explain the oxygen/sulfur exchange reaction(O/S ER) in metal(Zn, Cr)-catalyzed copolymerization of COS(and CS_2) with epoxides. Therefore, it is very promising to learn from HCAⅡ enzyme to develop biomimetic catalyst for highly active CO_2/epoxide copolymerization in a well-controlled manner under mild conditions.     

Catalytic oxidation of CS2 over atmospheric particles and oxide catalysts

The catalytic oxidization of CS₂ over atmospheric particles and some oxide catalysts was explored through FT-IR, MS and a fixed-bed stainless steel reactor. The results show that atmospheric particles and some oxide catalysts exhibited considerable oxidizing activities for CS₂ at ambient temperature. The reaction products are mainly COS and elemental sulfur, even CO₂ on some catalysts. Among the catalysts, CaO has the strongest catalytic activity for oxidizing CS₂. Fe₂O₃ is weaker than CaO. The catalytic activity for Al₂O₃ reduces considerably compared with the former two catalysts, and SiO₂ the weakest. Atmospheric particle samples’ catalytic activity is between Fe₂O₃’s and Al₂O₃’s. The atmospheric particle sample collected mainly consists of Ca(Al₂Si₂O₈) · 4H₂O, which is also the main component of cement. COS, the main product, is formed by the catalytic oxidization of CS₂ with adsorbed “molecular” oxygen over the catalysts’ surfaces. The concentration of adsorbed oxygen over catalysts’ surfaces may be the key factor contributed to the oxidizing activity. It is indicated that CS₂ could be catalytically oxidized over atmospheric particles, which induced that this reaction may be another important source of atmospheric COS from CS₂.     

Catalytic oxidation of CS2 over atmospheric particles and oxide catalysts

The catalytic oxidization of CS₂ over atmospheric particles and some oxide catalysts was explored through FT-IR, MS and a fixed-bed stainless steel reactor. The results show that atmospheric particles and some oxide catalysts exhibited considerable oxidizing activities for CS₂ at ambient temperature. The reaction products are mainly COS and elemental sulfur, even CO₂ on some catalysts. Among the catalysts, CaO has the strongest catalytic activity for oxidizing CS₂. Fe₂O₃ is weaker than CaO. The catalytic activity for Al₂O₃ reduces considerably compared with the former two catalysts, and SiO₂ the weakest. Atmospheric particle samples’ catalytic activity is between Fe₂O₃’s and Al₂O₃’s. The atmospheric particle sample collected mainly consists of Ca(Al₂Si₂O₈) · 4H₂O, which is also the main component of cement. COS, the main product, is formed by the catalytic oxidization of CS₂ with adsorbed “molecular” oxygen over the catalysts’ surfaces. The concentration of adsorbed oxygen over catalysts’ surfaces may be the key factor contributed to the oxidizing activity. It is indicated that CS₂ could be catalytically oxidized over atmospheric particles, which induced that this reaction may be another important source of atmospheric COS from CS₂.     

氧化铝基催化剂上羰基硫和二硫化碳的水解研究 I.COS和CS_2的水解活性研究

在温度３０～１４０Ｃ空速１０００～５０００ｈ１和常压下，利用固定床反应器测定了三种氧化铝基催化剂上ＣＯＳ和ＣＳ２的水解活性。结果表明，ＣＯＳ和ＣＳ２水解反应速率与其浓度呈一级。低温时三种催化剂上ＣＯＳ和ＣＳ２表观反应活化能依次分别为５７．８０及５２．５０，４４．７１及５５．５３，３８．７０及３５．０ｋＪ／ｍｏｌ。三种催化剂中，负载Ｋ２Ｏ和Ｐｔ的催化剂具有较好稳定性和最高活性。     

添加金属氧化物的V2O5/AC在烟气脱SO2及脱SO2后H2再生制备硫磺的活性研究

干法脱除烟气SO2的多种催化剂均可在H2气氛中再生,直接制备硫磺。该过程的实现不仅要求再生尾气循环,而且要求催化剂具有双重功能,即在脱硫过程中催化氧化SO2为H2SO4以及在再生过程中将催化还原释放出的SO2进一步转化为硫磺。添加有金属氧化物的V2O5/AC催化剂具备双重功能。着重考察了添加Ce、W、Fe、Co 等氧化物的V2O5/AC催化剂烟气SO2脱除能力及脱除SO2后经H2再生制备硫磺的能力,并对添加Co的催化剂进行了优化。结果表明,在这类催化剂中,对烟气脱SO2起主要催化氧化作用的是V2O5,对H2再生硫磺制备起作用的是添加的金属氧化物。除Ce2O3外,WO3、Fe2O3和CoO都提高了再生中的硫磺收率,CoO的作用最为显著。较合适的催化剂组成是1%V2O5和0.5%CoO。这些金属氧化物在AC上的担载方法,对烟气脱SO2和H2再生结果的影响不明显。硫磺的生成需要CoO向CoS2的转变,再生后催化剂上残余有部分CoS2,且残余硫量还与V2O5量有关。     

Al_(2)O_(3)-Zn-K催化水解COS和CS_(2)的研究北大核心CSCD

以活性氧化铝为载体,浸渍负载Zn、K活性组分,制备优选Al_(2)O_(3)-Zn-K催化剂.考察了反应工艺条件对COS、CS_(2)脱除精度的影响,并对失活的催化剂进行表征,分析催化剂的失活原因.结果表明,负载Zn、K活性组分后,催化剂的弱碱性中心显著提高,负载量为4%时催化剂具有最优的水解活性.在180℃催化水解过程中,工艺条件对CS_(2)脱除精度的影响较COS更为明显.无氧条件下,反应过程中生成的硫酸盐和表面活性物质发生迁移导致催化剂碱性中心减少是催化剂失活的主要原因.     

Study on the catalytic reduction mechanism of SO2 by CO over doped copper perovskite catalyst in presence of oxygen

Summary The reduction mechanism of SO₂ by CO using LaCoO₃ and doped copper as catalysts was investigated. The activity, selectivity of sulfur and the COS amount under various reaction conditions were tested. The results showed that the Cu doped catalysts were better than the undoped catalyst and 10% copper-doping gave the optimum catalyst.     

氧化铝基COS、CS_2水解催化剂表面碱性和催化作用

进行了３种氧化铝基催化剂上ＣＯ２的ＴＰＤ和ＣＯＳ、ＣＳ２的水解活性研究．结果表明，催化剂表面碱性中心类型、强度和数目是不相同的；Ｋ２Ｏ和Ｐｔ的负载能提高弱碱性中心的数目和强度，同时能显著提高ＣＯＳ、ＣＳ２的水解转化率．关联第一类ＣＯ２脱附活化能和峰面积与ＣＯＳ水解反应活化能和速率常数，发现呈线性关系，说明弱碱性中心是ＣＯＳ催化水解的活性中心．关联第一、二两类ＣＯ２脱附峰面积与ＣＳ２水解速率常数，指出弱、次弱两类碱性中心均参与了ＣＳ２催化水解．催化剂表面上能量的分布是不均匀的．