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。     

Ag负载CdMoO4光催化剂的制备及其催化性能

采用硼氢化钠还原法制备了Ag负载Cd Mo O4光催化剂。运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等测试手段对催化剂的组成和结构进行了表征;采用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂的光响应和表面状态进行了分析,考察了不同Ag负载量对Cd Mo O4紫外光降解罗丹明B和可见光选择性氧化苯甲醇性能的影响。结果表明,与Cd Mo O4相比,Ag/Cd Mo O4具有更高的光催化活性。利用活性物种捕获实验探讨其光催化降解过程的反应机理,实验结果显示O2-·和·OH是光催化降解过程的主要活性物种。     

纳米纤维铁氧化物柱撑蒙脱土可见光助芬顿降解罗丹明B

利用简单的阳离子交换法制备了系列三核铁簇合物插层蒙脱土固相光助芬顿催化剂.利用X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、紫外-可见漫反射光谱、X射线精细结构能谱及等离子体发射光谱对催化剂进行了表征.结果表明,经三核铁簇合物柱撑后,蒙脱土的比表面积显著增加,其表面附着少量纳米纤维织构状的无定形铁氧化物.在过氧化氢及可见光激发下,所制催化剂能够快速降解并矿化染料罗丹明B,表现出良好的多相可见光助芬顿性能.结合反应过程中活性物种的表征结果,初步探讨了该催化剂的可见光助芬顿降解机理.     

铁钛双金属共柱撑膨润土光催化-Fenton降解苯酚

 通过简单的离子交换方法成功合成了铁钛双金属共柱撑膨润土催化剂, 并利用 N2 吸附、X 射线衍射和等离子体发射光谱对所合成的样品进行了表征. 以苯酚为目标污染物, 考察了 pH 值、催化剂的投加量以及双氧水的加入量等对苯酚降解性能的影响. 结果表明, 在中性条件和紫外光照射下, 铁钛双金属柱撑膨润土上苯酚降解率和矿化率都高达 95%, 且铁离子的溶出率始终低于 2 mg/L, 均优于单一铁柱撑膨润土催化剂. 经过五次循环测试, 催化剂均表现出较高的活性. 即使在碱性 (pH = 9.0) 条件下, 反应 180 min 苯酚降解率也高达 70.3%, 表现出较好的酸碱适应性. 并讨论了双金属柱撑土所具有较大的比表面积和较强的表面酸性与活性之间的关系.     

自生长燃烧法合成纳米铁酸钇固溶体光催化剂

以硝酸铁和硝酸钇作为前驱体,甘氨酸为燃料用自生长燃烧法合成了可见光光催化剂YFeO₃及其固溶体。样品通过X射线粉末衍射(XRD)、N₂吸附、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM)等表征了其晶相结构、BET比表面积和形貌。结果表明掺杂一定量的金属能有效地提高自生长燃烧法合成的YFeO₃的纯度,所合成的样品晶粒大小约为55 nm。与YFeO₃相比其固溶体吸收边红移。光催化降解亚甲基蓝(MB)和罗丹明B(RhB)结果表明YFeO₃及其固溶体均具有活性,Bi修饰的YFeO₃表现出最高的光催化活性,而且对于不同染料的降解程度不同。     

Ag负载CdMoO4光催化剂的制备及其催化性能

采用硼氢化钠还原法制备了Ag负载CdMoO₄光催化剂。运用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等测试手段对催化剂的组成和结构进行了表征;采用紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和X射线光电子能谱（XPS）等技术对催化剂的光响应和表面状态进行了分析,考察了不同Ag负载量对CdMoO₄紫外光降解罗丹明B和可见光选择性氧化苯甲醇性能的影响。结果表明,与CdMoO₄相比,Ag/CdMoO₄具有更高的光催化活性。利用活性物种捕获实验探讨其光催化降解过程的反应机理,实验结果显示O₂^-·和·OH是光催化降解过程的主要活性物种。