Al-pillared clays supported rare earths and palladium catalysts for deep oxidation of low concentration of benzene

Al-pillared clays supported rare earths (RE/Al-PILC) are prepared and used as supports of palladium catalysts for deep oxidation of low concentrations of benzene (130-160 ppm). The supports and catalysts are characterized by X-ray powder diffraction (XRD), FT-IR, BET, transmission electron microscopy (TEM) and temperature-programmed reduction (H₂-TPR). The results show that Al-pillaring results in a strong increase in the basal spacing (d_0 0 1) from about 1.2 to 1.8 nm, and an increase in the BET surface area from 63.6 (±3.2) to 238.8 (±11.9) m²/g. Activity tests of deep oxidation of low concentration benzene show catalysts supported on Al-PILC and RE/Al-PILC are obviously more active than that on raw clay. Pd/6% Ce/Al-PILC, in particular, can catalyze the complete oxidation of low concentration benzene at a temperature as low as about 290 °C.     

Fe/Al-PILC催化C_3H_6选择性还原NO的实验研究

采用浸渍法制备了负载于铝柱撑黏土的铁基催化剂(Fe/Al-PILC),在固定床反应器上测试其催化C3H6选择性还原NO的性能。通过N2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、H2的程序升温还原(H2-TPR)、紫外可见光谱(Uv-vis)、吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)等手段对催化剂的物理化学性质进行表征。结果表明,9Fe/Al-PILC在400-550℃能够还原98%以上的NO,而且SO2和水蒸气对其催化性能的影响很小。XRD、N2吸附-脱附表征结果表明,Fe/Al-PILC催化剂中铁氧化物高度分散在载体表面,催化剂有较大的比表面积和孔容。H2-TPR结果表明,催化剂的活性主要由Fe_2O_3物相的还原性能决定。Uv-vis结果表明,催化剂的活性与铁氧低聚物种FexOy呈正相关性。Py-FTIR结果表明,催化剂表面同时存在Lewis酸和Brnsted酸,L酸性位是NO和C3H6反应的主要催化活性中心。     

Ag对Fe/Al-PILC的SCR-C_3H_6脱硝特性的影响

为提高低温段(300℃)铝柱撑蒙脱土负载铁基催化剂的脱硝效率,采用银离子对其进行修饰。通过超声浸渍法合成银-铁双金属催化剂,并于固定床反应器中评价催化剂性能。结果表明,Ag的引入显著改善了Fe/Al-PILC催化剂的低温催化活性。在250℃时,Ag-Fe/Al-PILC催化剂的NO转化率达到60%以上,高于Fe/Al-PILC催化剂20%的NO的转化率,其中,2.1Ag-Fe/Al-PILC在250℃时NO转化率达到82%,N_2选择性达到100%。而且,引入银离子后的双金属催化剂保持了铁基催化剂较好的抗H_2O和SO_2性能。通过多种技术探究催化剂的微观结构和物理化学性质。根据N_2吸附-脱附测试结果表明,双金属催化剂形成了稳定的整体结构,并具有较大的内比表面积。同时,XRD和UV-vis表征结果显示,在催化剂表面形成的银-铁固溶体、Ag~+和Ag_n~(δ+)物种是影响其低温活性的关键因素。Ag-Fe/Al-PILC的低温活性与形成的银-铁固溶体有关,同时在催化剂表面形成的Ag~+和Ag_n~(δ+)物种是影响其低温活性的关键因素。XPS结果表明,Ag和Fe之间存在电子转移,形成了双金属协同作用,改变了催化剂表面的银、铁成分含量及其价态。H_2-TPR结果表明,Ag促使Fe/Al-PILC还原特征峰出现在低温区,提高了其低温还原性能。表面酸性的Py-FTIR分析结果表明,Ag-Fe/Al-PILC催化剂同时存在Lewis酸和Br?nsted酸,且Ag提高了Br?nsted酸的稳定性。     

Cu改性Fe/Al-PILC催化剂的SCR-C3H6脱硝特性实验研究

为提高Fe/Al-PILC催化剂的SCR脱硝的低温活性,采用Cu对Fe/Al-PILC催化剂进行改性。采用超声浸渍法合成系列xCu-Fe/Al-PILC催化剂,通过XRD、N₂吸附-脱附、H₂-TPR、UV-vis、XPS、Py-FTIR等系列技术手段进行表征。在固定床微反应器上进行C₃H₆的选择性催化还原NO的实验。结果表明,经过铜改性后的xCu-Fe/Al-PILC催化剂有效解决了Fe/Al-PILC催化剂低温SCR活性不足的问题,同时提高了中高温活性。催化剂在200-500℃能够实现80%以上脱硝效率,其中,0.13Cu-Fe/Al-PILC在250-500℃实现了90%以上NO转化率,并在250℃达到最高脱硝效率93%。XRD、N₂吸附-脱附结果表明,经过铜改性的催化剂可以提供更多反应活性位,提高反应速率。H₂-TPR结果表明,掺杂铜使催化剂获得低温还原能力,同时增强了中高温还原能力。UV-vis、XPS结果表明,铜掺杂不仅使铁获得更高氧化态,同时产生了更多低温活性物质孤立Fe³⁺。Py-FTIR结果表明,催化剂表面同时存在Lewis酸和Brønsted酸,Lewis酸是SCR反应活性中心。     

Al-PILC负载铜铁复合氧化物在NH_3选择性催化还原NO中的协同作用

以铝柱撑黏土(Al-PILC)为载体采用旋蒸-浸渍法制备了铜、铁单组分催化剂(Cu/Al-PILC、Fe/Al-PILC)和铜铁复合氧化物催化剂(CuFe/Al-PILC),并测试其对NH3选择性催化还原NO反应(NH3-SCR)的催化性能。相比Cu/Al-PILC和Fe/Al-PILC,CuFe/Al-PILC活性组分之间有较强的协同效应,显著提高了催化剂的脱硝性能。CuFe/Al-PILC在290~450℃的宽温区NO脱除效率保持90%以上,最高可达97%。此外,CuFe/Al-PILC有很好的抗水抗硫性能,催化活性不受反应气氛中水蒸气和SO2的影响。XRD、UV-vis、XPS和N2吸附脱附表征结果表明,CuFe/Al-PILC中活性组分相互作用生成CuFe2O4,有利于活性组分在载体表面分散,提高催化剂的比表面积和孔容;H2-TPR表征结果表明,CuFe/Al-PILC活性组分在载体表面生成的CuFe2O4改善了催化剂氧化还原性能,有利于NH3对NO选择性的还原;NH3-TPD表征结果表明,CuFe/Al-PILC在较宽温区范围内对NH3都有很好的吸附,这有利于提高催化剂表面还原物种的浓度,从而保证催化剂在较宽温区范围内具有较好的NO脱除效率。