锰基低温SCR脱硝催化剂抗硫抗水性能研究进展

锰基催化剂以其良好的低温脱硝活性受到越来越多的关注,在低温脱硝领域具有广阔的应用前景.然而,在实际应用过程中,反应气氛中存在的SO_2和H_2O容易造成催化剂中毒失活.本文分析了锰基催化剂在低温氨选择性催化还原(NH_3-SCR)过程中SO_2和H_2O的中毒机理,重点介绍了提高锰基催化剂抗硫抗水性方面的研究进展,从添加过渡金属助剂、改变形貌和改变制备方法等3个方向展开分析.最后针对目前锰基催化剂存在的问题,提出了改进意见,并对锰基脱硝催化剂未来的发展方向和应用前景进行了展望.     

铁源对Fe/ZSM-5催化剂氨选择性催化还原NO的影响

采用浸渍法,在相同的铁含量条件下,以硝酸铁、氯化亚铁、硫酸亚铁为前驱体制备了3种不同铁源Fe/ZSM-5分子筛催化剂.研究了铁源对Fe/ZSM-5催化剂NH_3-SCR活性的影响,并采用X射线衍射(XRD)、比表面积和孔结构(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)及氨程序升温脱附(NH_3-TPD)等表征手段对催化剂的结构和理化性质进行测定.结果表明,不同的铁源对Fe/ZSM-5催化剂低温段(低于350℃)的NH_3-SCR催化性能影响较大,其低温活性顺序为:Fe(Cl)/ZSM-5 Fe(S)/ZSM-5 Fe(N)/ZSM-5.以氯化亚铁为铁源的Fe(Cl)/ZSM-5催化剂取得最佳的NH_3-SCR催化活性,在233℃时NO转化率达到90%.表征结果表明,样品Fe(Cl)/ZSM-5中形成了最多的孤立Fe~(3+)物种及中酸位数量.孤立Fe~(3+)物种有利于增强Fe/ZSM-5催化剂的低温还原性能,改性过程中形成的中等强度酸性位有利于提高催化剂低温NH_3-SCR催化性能.     

Mnx/SEP(海泡石)催化剂低温NH_3-SCR脱硝性能

以Mn(CH_3COO)_2和KMnO_4为前驱体,采用原位生长法在海泡石(SEP)载体表面负载锰氧化物,制备Mnx/SEP催化剂应用于低温SCR脱硝反应.分别考察了制备工艺及反应条件等因素对Mnx/SEP催化剂低温NH_3-SCR脱硝活性的影响.采用BET、XRD、SEM、XPS等表征手段对催化剂的结构和形貌进行表征分析.结果表明,在锰负载量为8 wt%、n(Mn(CH_3COO)_2)/n(KMnO_4)为3∶2时所制备的催化剂具有较佳的NH_3-SCR低温脱硝活性.当空速为10000 h~(-1)、反应温度在100—250℃区间时,转化率为100%,表明该催化剂具有高空速适应性.锰氧化物活性组分在海泡石表面的均匀分布和高的分散性使催化剂具有较大的有效比表面积,有利于催化剂NH_3-SCR反应;此外n(Mn(AC)_2)/n(KMnO_4)对催化剂表面活性物种形态特别是表面Mn~(4+)/Mn~(3+)比具有显著影响,进而与催化剂的低温SCR脱硝活性紧密相关.     

Cu-SAPO-44的制备及氨选择性催化还原氮氧化物的性能

氨选择性催化还原(NH_3-SCR)是消除柴油车尾气NO_x的主要技术,Cu-微孔分子筛催化剂展现了优异的活性和稳定性.本文采用直接离子交换法(DIE)和传统离子交换法(CIE)分别制备了Cu-SAPO-44催化剂.X射线粉末衍射(XRD)表征发现,在CIE过程中,硝酸铵的交换导致了SAPO-44结晶度下降,因此,CIE样品的比表面积降低.氨气程序升温脱附(NH_3-TPD)表明,DIE样品比CIE样品拥有更多的酸性位和较强的NH_3吸附能力.同时,氢气程序升温还原(H2-TPR)表明,DIE样品更容易发生氧化还原反应.然而,电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)测得的Cu含量,DIE样品远低于CIE样品.对比两者的脱硝活性,发现铜含量较低的DIE样品和铜含量较高的CIE样品在250℃均可达到98%的NO_x转化率和接近100%的N2选择性.动力学结果表明,DIE样品的本征活性(转换频率)略高于CIE样品.由此,Cu-SAPO-44催化剂在NH_3-SCR领域具有潜在的广阔应用前景.     

蜂窝状Ti_(0.14)Mn_(0.86)O_x/CH催化剂的制备及其低温NH_3-SCR脱硝性能

采用自蔓延高温合成法(SHS)以堇青石蜂窝陶瓷(CH)为基体制备了一系列Ti_(1-y)MnyO_x/CH整体式催化剂,应用于柴油车尾气氮氧化物净化.考察了制备参数(钛锰比、涂覆次数、点燃温度)和工况条件(空速,水蒸气)对催化剂低温SCR(选择性催化还原)脱硝活性的影响,采用X射线荧光光谱仪(XRF)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、比表面积(BET)等表征手段对催化剂的结构和形貌进行表征.结果表明,在Ti∶Mn=1∶6(物质的量之比),一次涂覆,点燃温度为350℃条件下所制备的催化剂具有最佳的NH_3-SCR脱硝活性,Ti_(0.14)Mn_(0.86)O_x/CH催化剂在空速为30000 h~(-1),氧气含量为3 vol%反应温度为150—250℃时反应条件为最优,催化剂在150℃以上具有良好的耐水性.Ti元素的添加提高了催化剂表面Mn~(4+)/Mn~(3+)比例,并使MnO_x呈无定形态均匀分散在Ti_(0.14)Mn_(0.86)O_x/CH催化剂表面,提高催化剂的低温SCR活性.     

ZrO2掺杂的V2O5/TiO2催化剂表征及催化还原NOx

采用共沉淀法制备出不同锆掺杂量的钛锆复合载体(TiO2-ZrO2),运用XRD和BET研究其微观结构,结果显示钛锆物质的量之比1∶1时复合载体具有最大的比表面积,可达256.01 m.2g-1.以此为载体制备了V2O5/TiO2-ZrO2催化剂,并添加少量CeO2对其改性.采用XRD、BET、H2-TPR、原位FT-IR等手段研究其活性组分的表面分散状态、氧化还原特性和表面酸性.结果显示,V2O5高度分散在载体上;与纯V2O5相比,复合载体上V2O5的还原峰向低温方向发生了偏移;催化剂表面包含了大量的B酸和L酸.模拟氨气催化还原NO(NH3-SCR)的脱硝反应活性测试表明,V2O5/TiO2-ZrO2催化剂具有较好的热稳定性和较宽的活性窗口,少量CeO2的加入提高了催化剂的低温活性.     

蜂窝状Mnx/PG-CC催化剂中低温CH_4-SCR脱硝性能

采用悬浮浆液法将凹凸棒石(PG)涂覆于堇菁石(CC)表面,制备PG-CC载体.将PG-CC载体以过饱和浸渍法经Mn(NO_3)_2前驱体溶液处理后依次干燥、煅烧制得Mnx/PG-CC整体式催化剂,应用于柴油车尾气净化处理.考察了制备参数(锰负载量、煅烧温度)和工况条件(氧气含量,CH_4/NO)对Mnx/PG-CC催化剂在CH_4-SCR反应中脱硝活性的影响.采用BET、FE-SEM、XRD、XPS和NO吸脱附等表征手段对催化剂的结构和形貌进行表征.结果表明,在锰负载量为11%、煅烧温度为300℃下所制得的催化剂具有较佳的CH_4-SCR脱硝活性,O_2含量为5%、CH_4/NO为1,反应温度为300℃时反应条件最优.锰氧化物活性组分在催化剂表面的高度分散和均匀分布有利于催化剂的CH_4-SCR脱硝活性提高,且有助于NO吸附在载体表面并形成硝酸盐中间体参与催化反应.     

酞菁锌改性介孔分子筛催化降解孔雀石绿

以介孔分子筛MCM-41为载体,采用浸渍法将1,4,8,11,15,18,22,25-八环戊氧基酞菁锌(α-CyOPcZn)负载到分子筛上得到了一种新型的催化剂CyOPcZn/MCM-41.并通过氮气吸附、红外光谱扫描及电镜扫描对催化剂的结构进行表征.考察了该催化剂的用量、H2O2浓度对孔雀石绿降解作用的影响.实验结果表明,在模拟可见光照射下,当催化剂用量0.6 g.L-1、H2O2浓度为0.1 mmol.L-1时,60 min后使0.1 mmol.L-1的孔雀石绿水溶液的脱色率达到98.6%,并呈现出一级反应的动力学特征,速率常数k为0.0891 min-1.催化剂重复使用3次后,脱色率可达96%以上.     

NF-Bi_2O_3/SBA可见光催化还原Cr(Ⅵ)

本文以分子筛SBA-15为载体,预先吸附Bi(NO_3)_3,然后与NH_4F均匀混合,一步煅烧法制备了可见光响应型NF-Bi_2O_3/SBA.研究发现,高温煅烧时,吸附在SBA上的Bi(NO_3)_3分解形成Bi_2O_3.与此同时,NH_4F分解生成的HF优先刻蚀SBA,生成的NH_3优先掺入Bi_2O_3晶格.Bi_2O_3负载在SBA-15上比表面积显著提升,共存NH_4F能对Bi_2O_3进行N、F共掺杂改性,进一步窄化带隙,提升可见光响应,并调控Bi_2O_3的晶面结构,得到均匀片状的NF-Bi_2O_3,最终促进电子-空穴对的分离和传递.与Bi_2O_3、NF-Bi_2O_3和Bi_2O_3/SBA相比,NF-Bi_2O_3/SBA具有最佳的可见光催化活性,光催化还原Cr(Ⅵ)的速率常数是Bi_2O_3体系的6.3倍.     

石墨烯改性Al-MCM-41介孔分子筛负载铁芬顿催化剂降解苯酚

采用高温回流法将石墨烯(gh)掺杂于Al-MCM-41介孔分子筛中,通过浸渍法制备了石墨烯改性Al-MCM-41介孔分子筛负载铁芬顿催化剂(gh-Al-MCM-41-Fe),利用比表面仪、扫描电子显微镜-X射线能谱(SEM-EDX)对催化剂进行了表征,考察了不同p H条件下该催化剂对苯酚的催化降解效能.结果表明,gh-Al-MCM-41-Fe催化剂具有介孔结构,表明颗粒分布均匀,石墨烯的掺杂减小了颗粒粒径,与多种催化剂(非介孔Al2O3-Cu Al2O4、介孔Al2O3-Cu、介孔Al2O3-Fe、介孔Al-MCM-41-Fe)相比,gh-Al-MCM-41-Fe具有最高的苯酚催化降解效能,反应符合一级反应特征,石墨烯的掺杂能明显提高苯酚降解率和COD去除率,减少铁的溶出,拓宽p H范围,当p H值为3—5,反应90 min,COD去除率达到60%以上.     

NH2-nFe3O4@ZnO@Ce磁性复合材料的制备及其对三氯酚污染物的光催化降解

采用溶剂热法制备了氨基功能化纳米nFe_3O_4(NH_2-nFe_3O_4),进一步得到纳米ZnO修饰的NH_2-nFe_3O_4@ZnO和Ce掺杂的磁性复合材料NH_2-nFe_3O_4@ZnO@Ce.通过X-射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、洛伦兹透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)、紫外-可见漫反射(UV-DRS)等手段对其进行了组成、结构、形貌、磁性等表征,并研究了其光催化降解三氯酚(2,4,6-TCP)的性能.系统考察了Ce掺杂量、TCP的初始浓度、溶液pH值等因素对材料的降解性能的影响,初步探讨了降解机理.结果表明, NH_2-nFe_3O_4@ZnO@Ce平均粒径约为50 nm,饱和磁化强度为11.98 emu·g~(-1).在pH 4.0—7.0, NH_2-nFe_3O_4@ZnO@Ce磁性复合材料可以实现对浓度20.0 mg·L~(-1)的TCP溶液在60 min内近100%降解. Ce的掺杂和NH_2-nFe_3O_4复合有利于形成掺杂能级、加快光生电子的迁移能力,降低光生电子-空穴对复合率,有效提高材料对TCP的降解性能. NH_2-nFe_3O_4@ZnO@Ce循环使用5次后,该催化体系对TCP的降解率仍能保持95%以上,是有优异潜力的TCP降解的绿色催化剂.     

Y型分子筛负载铁催化剂对活性艳蓝KN-R脱色的研究

利用Y型分子筛负载铁催化剂对活性艳蓝KN-R的脱色进行研究,探讨了催化剂的制备方法、铁负载量、投加剂量、反应体系pH值以及焙烧温度对活性艳蓝KN-R催化脱色效率的影响,并考察了催化剂的重复利用性能.结果表明:离子交换法制得的Y型分子筛负载铁催化剂表现出较佳的染料脱色性能.在pH＜3.0,H2O2投加剂量为50.0 mmol·l-1,催化剂投加剂量为4.0g·l-1的条件下,对初始浓度为250mg·l-1的KN-R模拟染料废水,30 min之内脱色率达95%以上.采用有机酸络合铁作为铁源制得的Y型分子筛负载铁催化剂的催化活性大幅增强,但催化剂稳定性降低.铁负载量影响染料的脱色反应活性,过量负载会导致染料脱色效率降低;同样,适度增大催化剂用量可促进染料脱色效率,但过量投加不利于染料的脱色.pH＜3.0为该Y型分子筛负载铁催化剂的适用pH条件;催化剂重复利用三次后,1h内对活性艳蓝KN-R的脱色率仍可达95%以上.     

稀土修饰的Co/Hβ催化剂催化分解N_2O

以Hβ分子筛为载体,采用浸渍法制备了一系列以钴为主活性组分,稀土元素为助剂的CoM/Hβ（M=La、Ce、Pr、Nd）催化剂,考察了在含氧条件下直接催化分解N2O的性能.采用X射线衍射、热重-质谱联用系统、H2-TPR、NH3-TPD等方法对催化剂进行了表征.XRD结果表明,Co物种主要以Co3O4尖晶石形态存在.NH3-TPD结果表明,催化剂活性与催化剂的酸性有关.活性评价结果显示,稀土助剂的添加使催化剂活性得到改善,其中以Pr为助剂的催化剂活性最好,N2O转化率达到95%时的反应温度为398℃.     

类芬顿反应的催化剂、原理与机制研究进展

芬顿氧化法是高级氧化技术的一种,通过产生高活性的自由基降解水中有机污染物,在水处理领域受到广泛关注.近年来,针对芬顿反应的研究主要集中在开发高活性、高稳定性的非均相类芬顿催化剂.本文综述了近年来非均相芬顿催化领域的研究进展,分析了铁基、锰基、铜基、钴基等过渡金属及其氧化物,以及负载型催化剂的构造特点、催化机理和作用机制,探讨了过氧化氢和过硫酸盐的催化活化路径与方式,总结了非均相类芬顿催化体系实现高效降解有机污染物的机理与途径,以期为高效类芬顿催化剂的设计和应用提供科学依据.     

石灰氮对土壤NH3、N2O排放的影响

为了研究石灰氮对土壤氨(NH_3)挥发和氧化亚氮(N_2O)排放的影响,本研究采用室内模拟方法,共设置石灰氮(LN)、尿素(Ur)、碳酸氢铵(AB)和对照(CK)等4个处理,分别采用原位通气和静态箱法测定NH_3和N_2O排放速率.结果表明,与AB处理氨挥发速率逐渐降低的特征相比,LN与Ur处理氨挥发速率均呈先增加后降低的特征,且LN处理的氨挥发速率高于Ur处理.Ur、AB处理的N_2O排放为单峰,LN处理先后出现两个排放峰.培养前期(2—12 d),LN处理土壤NH_4~+-N显著高于Ur和AB处理,与该处理前期NO_3~--N含量增幅较小、随后增长速率加快相吻合.AB和Ur处理的N_2O、NH_3排放速率均与土壤NO_3~--N和NH_4~+-N显著相关,但LN处理仅NH_3挥发速率与土壤NO_3~--N、NH_4~+-N显著相关.LN、AB和Ur处理NH_3挥发系数分别为5.9%、5.3%和2.5%,N_2O排放系数分别为0.52%、1.13%和0.76%.综上,施用石灰氮可显著降低N_2O排放,但增加了NH_3挥发风险,因此施用石灰氮时应综合考虑其氮素损失及环境风险.     

钴负载MCM-41分子筛催化臭氧氧化水中氯代苯甲酸

通过水热法合成介孔分子筛MCM-41,采用等体积浸渍法制备了Co负载MCM-41分子筛催化剂(Co/MCM-41).小角X-射线粉末衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、N2吸附-脱附等温线及透射电镜(TEM)等对催化剂的成分、结构的表征结果显示,Co/MCM-41保持了纯硅MCM-41有序的介孔结构,钴元素以钴氧化物形式存在,比表面达到772 m.2g-1.将Co/MCM-41分子筛用于催化臭氧氧化水中对氯苯甲酸(p-CBA)的研究,结果表明,在优化条件下(2%负载量和25℃反应温度),催化剂的加入显著改善了TOC去除率,达到84.6%,是单独臭氧氧化的1.6倍.     

负载型分子筛催化剂对甲苯的催化性能

采用不同类型分子筛浸渍负载活性组分Ru制备Ru/M(M=β、MCM-41、Y、ZSM-5)催化剂，考察其对甲苯的催化性能，并通过XRD、BET、SEM、XPS、H₂-TPR、NH₃-TPD等表征，分析催化剂的孔道结构、酸性位等物化结构对催化活性的影响.结果发现以贵金属Ru为活性组分，Y为载体的催化剂催化性能最优，在300℃左右，甲苯基本完全降解，CO2选择性接近99%，几乎无副产物生成.由此说明，适宜的孔径尺寸、丰富的酸性位、较好的氧化还原性能和较大的比表面积能有效促进分子筛催化剂对甲苯的催化氧化.     

基于CeO_2/TiO_2催化H_2O_2氧化低温脱硝的实验研究

以H_2O_2为氧化剂对NO进行低温氧化脱硝,考察了非催化和纳米TiO_2催化作用下的H_2O_2氧化低温脱硝性能;并以纳米TiO_2为载体,采用等体积浸渍法掺杂过渡金属氧化物CeO_2进行改性,制备了一系列CeO_2/TiO_2催化剂,探究了其催化作用下H_2O_2的氧化脱硝性能,并筛选获得了催化剂的最佳CeO_2负载量;进一步针对最优催化剂,考察了不同烟气工况对催化剂活性的影响,并进行了XRD、H2-TPR以及XPS等表征分析.表征结果显示,CeO_2的负载量会影响催化剂中晶格氧的含量,晶格氧相对含量的增加有利于氧化还原反应中的电子传递,这是促进H_2O_2活化分解的关键.实验结果表明,CeO_2/TiO_2催化剂能有效促进H_2O_2的活化分解实现低温脱硝,且CeO_2负载量为3%wt时,催化活性最高;在烟温为160℃、[H_2O_2]/[NO]物质的量比为2以及空速为30000 h-1时,NO转化率最高可达76%.     

以TiO2为载体的锰铈系低温SCR脱硝催化剂抗硫抗水性能研究进展

开发具有低温、高活性、高抗硫抗水性的NH₃-SCR脱硝催化剂成为目前广大学者的主要研究方向。锰铈催化剂因为其优异的低温活性而具有广阔的应用前景,但反应气氛中的SO₂和H₂O会使催化剂中毒。本文分析了以TiO₂为载体的锰铈基催化剂在低温氨选择性催化还原过程中SO₂和H₂O的中毒机理,重点从添加助剂和改变催化剂形貌两方面介绍了提高锰铈催化剂抗硫抗水性的研究进展。最后针对目前锰铈催化剂存在的问题对其研究方向进行了展望。     

造孔剂对低温锰基多孔陶瓷NH3-SCR催化剂性能的影响

本文采用造孔剂法制备了以埃洛石(HAL)为添加剂的硅藻土(DE)基多孔陶瓷，并以该多孔陶瓷为载体，通过原位生长法制备了锰基硅藻土多孔陶瓷催化剂.探究了造孔剂的种类和含量对多孔陶瓷结构与形貌以及对催化剂脱硝性能的影响.采用XRD、SEM、XPS等方法对多孔陶瓷以及催化剂的理化性质进行了表征，结果表明，造孔剂的种类与含量影响多孔陶瓷的结构与形貌，更粗糙的表面和更高的孔隙率为MnO_x提供了更多的附着位点.此外，选取适当的造孔剂可以促进所制备样品表面原子价态分布，提升表面酸性位点含量，并增强其氧化还原能力，增强催化剂的脱硝性能.