程序升温条件下铁及其氧化物在CO存在时对N_2O的还原机理

应用热综合分析仪 (TG FTIR)研究了在还原性气氛下Fe及其氧化物对N2 O的催化还原作用 .研究发现铁氧化物对氮氧化物的催化还原能力相当弱 ,而Fe可以高效地降低N2 O分解的初始温度和提高N2 O向N2 的转化率 .在Fe和CO的作用下 ,N2 O的初始分解温度为 92 0K和 10 0 0K .在 112 3K时 ,N2 O的转化率达到 95 %和 80 % .TG/DSC曲线表明了在Fe与N2 O反应过程中CO的作用表现为通过与N2 O在反应表面的竞争吸附使铁氧化物还原为金属铁 ,X射线衍射证明Fe与N2 O反应后的氧化物为Fe2 O3 ;扫描电镜对反应后Fe表面物理形态的研究发现 ,在CO作用下 ,Fe的表面呈松散结构 ,可以保证Fe对氮氧化物反应的连续进行     

常压下Ni-Fe/γ-Al_2O_3合成气甲烷化的催化机理研究

采用等体积浸渍法制备了γ-Al2O3负载的Ni金属催化剂和Ni-Fe双金属催化剂,采用BET、XRD、H2-TPR等手段对催化剂进行了表征,利用固定床反应装置考察了催化剂的合成气甲烷化的催化活性,研究了常压下不同负载量的镍铁双金属催化剂在不同空速下及不同温度下的催化活性。结果表明:反应空速为30 000 m L/(g·h),反应原料气体积分数为N2:20%、H2:60%、CO:20%的反应条件下,Ni-Fe/γ-Al2O3双金属催化剂表现出高的甲烷化活性,CO的转化率接近100%,CH4的选择性可达90%以上。得到在Ni和Fe的负载量均在15%的情况下,催化剂催化效果达到最佳,BET、XRD及H2-TPR分析表明,在这样的比例下,Ni-Fe/γ-Al2O3双金属催化剂中Ni、Fe之间产生了明显的相互作用,在还原后的催化剂中以Ni-Fe合金形式存在,铁助剂的添加可以使催化剂的还原温度降低,利于活性组分被还原。镍、铁之间的相互作用有利于产生电子效应,并使得Ni O的分散度有所提高,催化剂能够充分地被还原,从而提高催化剂活性。     

氧化铁催化甲烷脱硝的实验研究

文章使用固定床反应器在350℃~850℃范围内对氧化铁催化甲烷脱硝进行了实验研究。研究结果发现在有2%氧气存在条件下,氧化铁催化甲烷脱硝的效果最高只有20%,而且在350℃~750℃范围的氧化铁催化甲烷脱硝反应机理与850℃时的脱硝反应机理并不相同。在高温的850℃~950℃范围无氧气条件下,NOx转化率随着温度升高而单调增加,随CH4/NO摩尔比的增加而升高,氧化铁催化甲烷脱硝的最佳效果可以达到将近100%。通过进一步分析发现高温850℃~950℃无氧气条件下的脱硝反应机理是在催化剂表面进行了氧化还原反应,即首先发生了CH4与Fe2O3的气固反应,将Fe2O3还原为Fe3O4,而后Fe3O4再与NO反应将其还原为N2。     

催化铁强化低碳废水生物反硝化过程的探讨

研究了低碳氮比条件下催化铁耦合生物反硝化的脱氮效率以及N2O产生.结果表明,相对常规低碳氮比反硝化,催化铁耦合组能大大提高硝酸根的转化率,但产生亚硝态氮积累,总氮去除率变化不大.耦合组N2O释放量高于常规生物对照组,源于亚铁氧化物与亚硝酸根的化学反应,但最高累积量小于8%,且可继续生物还原为N2.催化铁可以消除体系的溶解氧和降低氧化还原电位,对维持缺氧反硝化环境有利.     

煤化学链燃烧钙铁双氧载体竞争还原反应平衡分析

采用Ca SO4和少量Fe2O3所组成的混合物作为化学链燃烧的复合氧载体,对水蒸汽气化介质条件下煤气化-复合氧载体还原反应展开热力学分析,探讨了双氧载体在燃料反应器中的竞争还原反应机理及铁氧化物与气体硫化物、与煤灰反应的可能性.铁基氧化物主要是起到载氧的作用,其加入有利于提高燃料燃烬度,且不会被过度还原成Fe O或Fe.在850~1050℃反应温度范围,铁氧化物不会与SO2和H2S反应而转化成Fe S或Fe S2.Ca SO4还原副反应生成的Ca O容易与煤灰中Si O2和Al2O3反应,生成钙的硅酸盐和铝酸盐.     

氧缺位磁铁矿直接转化SO_2为S的研究

本文研究了用H2在573K条件下制备的氧缺位铁矿（Fe3O4-8，δ＞0）分解SO2为单质硫的反应．对反应时间和温度等进行了试验研究，结果表明：反应时间越长，分解SO2的量越多，反应温度越高，分解SO2的活性越高速度越快．氧缺位磁铁矿分解SO2为单质硫的转化率为100％，而且反应后磁铁矿可再生重复使用。     

零价铁去除废水中的汞

研究了零价铁(zero-valent iron,ZVI)去除废水中Hg2+的动力学特征及其影响因素,初步探讨了ZVI与Hg2+的作用机制.结果表明,ZVI对废水中Hg2+的最佳去除条件:Hg2+的初始浓度为0.10 mg·L-1、pH为5、ZVI用量为0.050 g、温度为25℃,获得Hg2+的去除率为94.5%.ZVI对废水中Hg2+有一个快速的去除过程,可用准一级反应动力学方程描述,速率常数为0.010 min-1.ZVI去除废水中Hg2+的机制主要是氧化还原反应、铁氧化物和氢氧化物的吸附和共沉淀作用,ZVI表面钝化是降低Hg2+去除率的主要原因,其钝化成分主要是FeOOH和Fe2O3-Fe3O4.胡敏酸可与ZVI还原产生的Fe2+、Fe3+结合形成Fe-HA复合物,增加可溶性铁的比例,缓解ZVI的钝化,对细铁氧化物和铁氢氧化物胶体具有稳定作用,增强对废水中Hg2+的吸附作用.     

煤半焦负载钠催化还原NO的研究

在石英固定床反应器上研究了Na对NO 半焦反应在不同气氛下的催化作用。研究结果表明 ,Na对半焦还原NO的反应具有很强的催化作用 ;热处理温度升高 ,Na的催化作用减小 ;CO和O2 气氛有助于NO的催化还原 ,但随温度的升高CO和O2 的促进作用减弱 ;低温下 ,Na催化剂易于失活 ;Na对于NO 半焦反应的催化作用是通过氧化 /还原机理实现的。     

V2O5/TiO2催化剂中毒机理的试验研究

选择性催化还原(SCR)催化剂是SCR烟气脱硝技术的核心,是整个SCR系统脱硝效率和经济性的决定因素.本文工作的主要研究思路是以钒钛SCR催化剂为研究对象,研究了H2O和SO2,以及相同含量下K、Na、Ca、Pb的氧化物对钒钛催化剂NO转化率的影响.H2O的存在会抑制V2O5/TiO2催化剂脱硝活性,而SO2在一定程度上促进(V2O5/TiO2)催化剂的SCR脱硝反应,提高NO转化率;碱金属K对钒钛催化剂的钝化作用都是最强,K2O和Na2O的掺入会抑制钒钛催化剂上V2O5的还原能力,而CaO和PbO的掺入对钒钛催化剂上V2O5的还原能力影响较小.     

CuO负载在TiO2和CeO2-TiO2上对NO+CO反应的催化作用

用N0＋C0微反流动法、TPR、XRD、BET和NO-TPD等技术研究了CuO在Ti02和Ce02-Ti02上对N0＋CO的催化还原作用。实验表明，不同负载量的Cu0在Ti02上，其N0＋CO的反应活性以Cul2-Ti为最佳，在反应温度为400℃时，NO的转化率达到100%；且CuO负载在CeO2-TiO2上其活性随CeO2含量的增加而提高，Cul2-CelO-Ti在300℃时就能使NO达到100℃转化。XRD和TPR结果显示，该体系催化活性的高低，与CuO在TiO和CeO2/TiO2上高度分散的Cu物种及形成细颗粒的晶相CuO物种有非常密切的关系；NO-TPD结果显示，催化剂还原活性的高低和NO在催化剂表面的脱出与分解难易程度有关。     

Preparation of FexCe1-xOy solid solution and its application in Pd-only three-way catalysts

FeO_x-CeO₂ mixed oxides with increasing Fe/(Ce+Fe) atomic ratio (1-20 mol%) were prepared by sol-gel method and characterized by X-ray powder diffraction (XRD), Brunauer-Emmett-Teller (BET) and Hydrogen temperature-programmed reduction (H₂-TPR) techniques. The dynamic oxygen storage capacity (DOSC) was investigated by mass spectrometry with CO/O₂ transient pulses. The powder XRD data following Rietveld refinement revealed that the solubility limit of iron oxides in the CeO₂ was 5 mol% based on Fe/(Ce+Fe). The lattice parameters experienced a decrease followed by an increase due to the influence of the maximum solubility limit of iron oxides in the CeO₂. TPR analysis revealed that Fe introduction into ceria strongly modified the textual and structural properties, which influenced the oxygen handling properties. DOSC results revealed that Ce-based materials containing Fe oxides with multiple valences contribute to the majority of DOSC. The kinetic analysis indicated that the calculated apparent kinetic parameters obey the compensation effect. The three-way catalytic performance for Pd-only catalysts based on the Fe doping support exhibited the redundant iron species separated out of the CeO₂ and interacted with the ceria and Pd species on the surface, which seriously influenced the catalytic properties, especially after hydrothermal aging treatment.     

外加氮源影响下铁铝氧化物在土壤氮素转化中的作用

土壤中铁铝氧化物在团聚体稳定性和有机碳吸附方面具有重要作用,而氮添加对土壤氮循环影响的变化也可能与其有关,但是目前尚缺乏在氮循环方面的研究.为了探究铁铝氧化物在土壤氮素转化中的作用,选择福建省建瓯罗浮栲森林土壤为研究对象,采用选择性溶提技术准备不同的土壤——未经处理（T1）的土壤和去除游离态铁铝氧化物（T2）土壤、去除非晶质铁铝氧化物（T3）土壤、去除络合态铁铝氧化物（T4）土壤,在这些土壤中添加不同形态氮（40 mg/kg）——丙氨酸（氨基酸态氮,AA）、硫酸铵（铵态氮,AN）、硝酸钠（硝态氮,NAN）和亚硝酸钠（亚硝态氮,NIN）,进行室内培养试验,分析氮含量变化和氮素转化情况.结果表明:①与CK处理相比,AA和AN处理均增加了T1土壤中w（NH₄+-N）,NAN处理增加了w（NO₃--N）,但低于添加量,表明添加氨基酸和铵态氮均会促进氮矿化,添加硝态氮会增加NO₃--N的固定且抑制其硝化.②在CK处理下,与T1土壤相比,T2和T4土壤中w（NH₄+-N）、w（NO₃--N）和w（氨基酸）均降低,但T3土壤中w（NH₄+-N）和w（氨基酸）增加、w（NO₃--N）降低,表明土壤中游离态氧化铁铝和络合态氧化铁铝的存在有助于氮素矿化,非晶质氧化铁铝有助于硝化.③在不同氮处理下,各土壤的氮含量及其转化速率与CK处理规律相似.与CK处理相比,各氮处理均未显著增加T2和T4土壤中w（NH₄+-N）,且AA和AN处理均未影响T2、T3和T4土壤中w（NO₃--N）和w（氨基酸）.结果显示,氮添加并没有改变铁铝氧化物的作用,其中,矿化和氨化作用均表现为游离氧化铁铝>络合氧化铁铝>非晶质氧化铁铝,硝化作用表现为非晶质氧化铁铝>游离氧化铁铝>络合态氧化铁铝.因此,土壤铁铝氧化物的不同存在状态应该是调节氮素转化的重要土壤条件.      

覆盖金属氧化物对湖泊沉积物溶解性有机质特征的影响

为揭示不同金属氧化物对湖泊沉积物DOM（溶解性有机质）影响机制,通过室内模拟试验,在沉积物表层分别覆盖Fe、Al、Mn氧化物及湖沙后培养1 a,并利用三维荧光和紫外光谱方法进行表征.结果表明:① 覆盖Al、Fe、Mn氧化物和湖沙主要降低了0~3 cm沉积物的w（DOC）,降幅分别为8.61%、6.27%、22.38%和0.44%. ② 沉积物中DOM的类络氨酸峰（peak B₁）和类色氨酸峰（peak T₂）均产生较大变化.其中三种氧化物均显著降低了上层沉积物中DOM的peak T₂,使底层DOM的peakT₂显著增加. Mn氧化物使DOM的peak B₁降低,Fe和Al氧化物使DOM的peak B₁增加,湖沙则使两类峰均降低. ③ 覆盖金属氧化物改变了沉积物DOM结构特征,其中覆盖Fe氧化物增强了其芳香性,而覆盖Mn氧化物和Al氧化却降低其芳香性,但三者均使DOM腐质化程度及官能团数量增加,并使FI（Fluorescence Index,荧光指数）增大,表明DOM向生物源转化.研究显示,沉积物表层覆盖金属氧化物影响了沉积物中DOM迁移和转化,并促进了其降解,导致其分子量和腐殖化程度增加.      

不同硅铝比Fe-ZSM-5催化剂对氧化亚氮催化分解性能的研究

以不同硅铝比的H-ZSM-5分子筛为载体,采用离子交换法和化学气相沉积法制备Fe-ZSM-5催化剂,并用XRD、BET、TEM、UV-vis和NH3-TPD等表征手段对催化剂进行分析,研究催化剂中铁的存在状态.结果表明,分子筛的硅铝比影响铁在分子筛中的分布形态,化学气相沉积法和热离子交换法制得硅铝比为25的Fe-ZSM-5-25分子筛催化剂上均匀地分布着粒径为8 nm左右的纳米氧化铁颗粒,并且Fe-ZSM-5-25分子筛催化剂比Fe-ZSM-5-300更容易形成Fe3+x O y团簇.制得的Fe-ZSM-5分子筛催化剂催化分解氧化亚氮(N2O),结果表明,相同的制备方法,硅铝比小的Fe-ZSM-5-25催化剂对N2O分解活性更好;相同硅铝比的Fe-ZSM-5催化剂,采用化学气相沉积法制得的对N2O分解活性最好.另外,O2的存在对Fe-ZSM-5上N2O催化分解活性有抑制作用,而NO对N2O催化分解活性展示了一定的正效应.最后,经过100 h的连续反应,Fe-ZSM-5催化剂依然能够保持催化活性.     

反应气氛对绿色合成纳米铁的组分及其活性的影响

成本低廉和无二次污染的"绿色"合成纳米材料是发展原位纳米环境修复技术的前沿研究课题之一.本文以绿茶提取液为还原剂和稳定剂进行"绿色"合成纳米铁,探讨在不同的气氛下"绿色"合成的纳米铁颗粒的主要成分,以期为调控合成纳米铁系材料提供基础研究.首先,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线光电子能谱分析(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征手段对不同反应气氛下合成的纳米铁颗粒的表面微观形貌、尺寸和价态结构进行分析.结果发现,在通入N2情况下,合成的纳米铁颗粒粒径为(84.7±11.5)nm,其主要成分以纳米零价铁为主;在通入空气情况下,合成的纳米铁粒径为(117.8±26.2)nm,其主要成分是纳米零价铁、氧化铁和四氧化三铁的混合物;通入O2时,合成的纳米铁粒径为(141.2±26.3)nm,其主要成分以四氧化三铁为主.其次,评价在不同气氛条件下合成纳米铁颗粒对去除亚甲基蓝(MB)的反应活性.结果表明,在反应温度313 K下降解初始浓度为50 mg·L-1的MB溶液,反应5 min时已达到平衡,通入N2合成的纳米铁降解MB,去除率高达98.7%,而通入O2合成的纳米铁反应效率低,对MB的去除率仅为65.3%.最后,从以上发现提出不同气氛下可以调控"绿色"合成的铁系纳米材料成分,从而导致不同的纳米修复环境中污染物的能力.     

Heterogeneous Fenton-like degradation of 4-chlorophenol using iron/ordered mesoporous carbon catalyst

Ordered mesoporous carbon supported iron catalysts(Fe/OMC) were prepared by the incipient wetness impregnation method and investigated in Fenton-like degradation of 4-chlorophenol(4CP) in this work. XRD and TEM characterization showed that the iron oxides were well dispersed on the OMC support and grew bigger with the increasing calcination temperature. The catalyst prepared with a lower calcination temperature showed higher decomposition efficiency towards 4CP and H2O2, but more metals were leached. The effect of different operational parameters such as initial pH, H2O2 dosage, and reaction temperature on the catalytic activity was evaluated. The results showed that 96.1% of 4CP and 47.4% of TOC was removed after 270 min at 30°C, initial pH of 3 and 6.6 mmol/L H2O2. 88% of 4CP removal efficiency was retained after three successive runs, indicating Fe/OMC a stable catalyst for Fenton reaction. 4CP was degraded predominately by the attack of hydroxyl radical formed on the catalyst surface and in the bulk solution due to iron leaching. Based on the degradation intermediates detected by high performance liquid chromatography, possible oxidation pathways were proposed during the 4CP degradation.     

黄河口不同恢复阶段湿地土壤N2O产生的不同过程及贡献

采用时空替代法,选择黄河口生态恢复前后未恢复区(R0)、2007年恢复区(R2007)和2002年恢复区(R2002)的芦苇湿地为研究对象,分析了生态恢复工程对湿地土壤N2O产生不同过程与贡献的影响.结果表明,尽管不同恢复阶段湿地土壤N2O总产生量差异明显,但总体均表现为N2O释放.恢复区湿地土壤的N2O产生量大于未恢复区.N2O的产生主要以硝化作用和硝化细菌反硝化作用为主,而反硝化作用对N2O的产生有较大削弱作用,这与不同恢复阶段湿地土壤理化性质密切相关.非生物作用对N2O产生量贡献较大,这与黄河口为高活性铁区,Fe的还原作用关系密切.尽管黄河口不同恢复阶段湿地土壤N2O的产生是生物作用与非生物作用共同作用的结果,但由于非生物作用对N2O产生的影响较大,应受到特别关注.温度和水分对不同恢复阶段湿地土壤N2O产生过程的影响不尽一致,这与土壤微生物活性对温度和水分的响应差异有关.黄河口不同恢复阶段湿地土壤的N2O总产生量介于(0.37±0.08)～(9.75±7.64)nmol·(kg·h)-1,略高于闽江口互花米草湿地的N2O总产生量,但明显低于富氧森林土壤、草原土壤和闽江口短叶茳芏湿地的N2O总产生量.研究发现,黄河口生态恢复工程的长期实施明显促进了N2O的产生,因而下一步生态恢复工程应统筹考虑景观恢复与温室气体削弱这两方面因素.     

氮肥施用对紫色土-玉米根系系统N2O排放的影响

通过不同施氮水平与不同氮肥品种2个田间试验,结合静态箱-气相色谱法研究了川中丘陵区2005年5～9月石灰性紫色土-玉米根系系统的N2O排放变化.结果表明:1)施用氮肥显著地增加了N2O排放,在3个施氮水平下(0、150和250 kg·hm-2),N2O排放总量分别为0.88、2.19和2.52 kg·hm-2;施氮量越高,N2O排放量也越高.当施氮量超过一定水平后,施肥量高低对N2O排放总量的影响并不显著.由氮肥施用引起的N2O排放量占施氮量的0.87%(150 kg·hm-2)和0.66%(250 kg·hm-2).2)氮肥品种显著影响N2O排放,尿素(酰胺态氮肥)和硫酸铵(铵态氮肥)处理的N2O排放量分别为2.09和1.80 kg·hm-2,显著高于硝酸钾(硝态氮肥)处理(1.27 kg·hm-2),三者排放量分别占施氮量的0·80%、0.60%和0.27%.3)降雨是玉米生长季N2O排放的主要影响因子,而无机氮则是影响N2O排放的主要限制因子.