两种介孔分子筛动态吸附VOCs的研究

采用模板剂法制备了孔道规整、大比表面积的2种介孔分子筛MCM-41和SBA-15,并以甲苯、二甲苯、三甲苯为吸附对象,考察了介孔分子筛动态吸附VOCs的性能.结果表明,增加VOCs分子尺寸和浓度,降低床层温度可大幅提高介孔分子筛吸附性能.SBA-15由于介孔壁上的微孔结构适合吸附低浓度、小分子VOCs;MCM-41更适合吸附高浓度、大分子VOCs.TPD脱附试验表明,VOCs在介孔材料表面150℃下就能基本脱附完全.     

高分子树脂与介孔分子筛吸附-脱附VOCs性能对比

采用溶剂热法制备介孔聚二乙烯基苯(PDVB)树脂,并以介孔分子筛MCM-41、SBA-15为参照,从吸附-脱附甲苯、邻二甲苯、均三甲苯性能和高湿度下的疏水性能方面对其进行对比研究.结果表明,PDVB具有最大的比表面积1219.1m2/g,其对低浓度甲苯吸附量约为介孔分子筛的2倍,同时吸附性能几乎不受水汽影响.随着VOCs分子尺寸增加,3种吸附剂对VOCs的饱和吸附量均有所增加,但PDVB的穿透吸附量明显高于分子筛.热重分析表明,在200℃以下3种吸附剂上吸附的有机分子均能脱附完全,具有优良的脱附再生性能.     

TiO2/SBA-15介孔复合材料的制备及光催化性能研究

为增大半导体TiO_2的比表面积,进而提升其光催化性能,同时改善其不易回收的缺陷,该研究以价格便宜、来源广泛的钛铁矿为原料,具有高度有序介孔结构的SBA-15分子筛为载体,通过后合成水解法并调控不同的煅烧温度制得TiO_2/SBA-15复合材料,采用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、比表面分析仪对样品进行表征。此外,在紫外光照射下,以甲基橙为模拟降解物,考察样品煅烧温度、光催化反应温度对催化效率的影响,对比TiO2/SBA-15复合材料与商用P25的催化效果,分析甲基橙溶液的矿化程度及催化剂的稳定性,并结合活性物种捕获实验提出TiO_2/SBA-15光催化降解甲基橙的机制。结果表明:煅烧温度对催化剂的晶型、比表面积和晶粒大小具有显著影响,煅烧温度为550℃时TiO2/SBA-15的比表面积高达386 m2/g,该催化剂在3 h内对甲基橙的降解率为85.1%,溶液矿化率达62.9%。TiO_2/SBA-15和商用P25光催化甲基橙均符合准一级反应,速率常数分别为0.633 1 h~(-1)和0.350 6 h~(-1),TiO_2/SBA-15复合材料有效提高了光催化活性并维持良好的稳定性。在该光催化体系中,h+和·O_2是起主导作用的活性物种,·OH的影响较小。     

吸附存储-间歇放电法氧化甲苯的反应过程研究

以SBA-15为催化剂,对比连续降解法和吸附存储-间歇放电法净化低浓度甲苯的活性,结果表明吸附存储-间歇放电法下甲苯去除率、碳平衡和CO2选择性更高.运用GC-MS分析了2种降解方式催化剂表面中间产物随时间的变化,苯甲醛进一步氧化分解进而打开苯环,是等离子体催化降解甲苯的控制步骤.对比SBA-15、Mn/SBA-15、Ag/SBA-15、AgMn/SBA-15 4种催化剂在吸附存储-间歇放电法下降解甲苯的活性.结果显示Ag和Mn的引入加速了对2-庚烯醇的氧化催化,AgMn/SBA-15表现出最好的碳平衡、CO2选择性.     

镍改性MCM-41介孔分子筛对水中甲基蓝的吸附

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Ni负载MCM-41分子筛吸附剂(Ni/MCM-41).小角X-射线粉末衍射(XRD)表征结果显示,Ni/MCM-41保持了纯硅MCM-41有序的介孔结构,并研究了Ni/MCM-41对水中甲基蓝的吸附去除性能,考察了投加量、反应时间、p H值、温度对水中甲基蓝去除率的影响,并从吸附等温线探讨了吸附机理.在优化条件下(25℃,20 mg投加量,6.32 p H,50 mg·L-1甲基蓝),反应120 min后,Ni/MCM-41对甲基蓝吸附量为36.85 mg·g-1,是MCM-41的7.1倍.研究表明吸附等温线符合Freuulich和Dubinin-Radushkevich模型,最大吸附量随着温度的升高而升高,吸附为吸热过程.通过Zeta电位分析认为,静电作用是甲基蓝吸附的主要机理.     

MCM-41孔径对负载MnOx催化氧化甲苯性能的影响

以3种不同孔径的介孔分子筛MCM-41（2.66、4.24和4.64 nm）为载体,采用等体积浸渍法制备MnO_x/MCM-41,考察了其催化氧化甲苯的活性,并用XRD、TEM、H₂-TPR、O₂-TPD和XPS等手段对催化剂进行表征.结果表明,增大载体孔径改变了锰元素的价态分布,提高了Mn³⁺和表面吸附氧的含量,使得催化剂的氧化还原性和晶格氧流动性也有所提升.因此,载体孔径从2.66 nm增大至4.64 nm后,MnO_x/MCM-41催化氧化甲苯的T90(体积空速=21200 h^-1)从369℃降至335℃.此外,还利用FTIR分析了甲苯的降解途径：甲苯先被活化脱氢,形成苯甲基,被吸附于催化剂表面;然后苯甲基被氧化为苯甲醇、苯甲醛和苯甲酸,随后苯环被破坏,苯甲酸裂解为马来酸、羧酸和甲酸等物质;最后被完全氧化为水和二氧化碳.     

Comparison of dynamic adsorption/desorption characteristics of toluene on different porous materials

Four different types of adsorbents, SBA-15, MCM-41, NaY and SiO₂, were used to study the dynamic adsorption/desorption of toluene. To further investigate the influence of pore structure on its adsorption performance, two SBA-15 samples with different microspores were also selected. It is shown that microporous material NaY has the largest adsorption capacity of 0.2873 mL/g, and the amorphous SiO₂ exhibits the least capacity of 0.1003 mL/g. MCM-41 also shows a lower break through capacity in spite of the relatively small pore diameter, because it can not provide the necessary small geometric confinement for the tiny adsorbates. However, the mesoporous SBA-15 silica with certain micropore volume shows relatively higher adsorption capacity than that of MCM-41 silica. The presence of micropores directly leads to an increase in the dynamic adsorption capacity of toluene. Although NaY has the highest adsorption capacity for toluene, its complete desorption temperature for toluene is high (>350℃), which limits its wide application. On the contrary, mesoporous silica materials exhibits a good desorption performance for volatile organic compounds at lower temperatures. Among these materials mesoporous SBA-15 samples, with a larger amount micropores and a lower desorption temperature, are a potentially interesting adsorbent for the removal of volatile organic compounds. This behavior should been related with the best synergetic effect of mesopores and micropores.     

高效舱室空气净化可再生介微孔吸附材料

目的针对目前舰船舱室内空气封闭性强、污染物来源多、成分复杂且高温、高湿的特点,研发高效可再生介微孔吸附材料,以解决目前吸附法存在的选择性及再生困难问题。方法研究选取SBA-15为载体,并将金属氧化物催化剂负载在SBA-15上制备介微孔吸附材料,以甲醛、甲苯和醇类有机物为处理对象评价材料性能。结果在催化剂质量分数为0.12%时,负载催化剂的介微孔材料的有机物容量达到最高,112.3 mg苯/g催化剂,119.7 mg甲苯/g催化剂,147.3 mg甲醛/g催化剂,184.l mg乙醇/g催化剂,为活性炭吸附容量的1.5倍以上。吸附饱和再生30 min后有机物容量为,98.6 mg苯/g催化剂,106.3 mg甲苯/g催化剂,132 mg甲醛/g催化剂,169.7mg乙醇/g催化剂,说明其具有良好的再生性能。结论能够在广泛进气浓度和停留时间条件下使得处理后的污染物浓度低于严格的《民用建筑工程室内环境污染控制规范(GB 50325—2001)》所允许的浓度,并且在高温高湿条件下可以高效再生、重复使用。     

活性炭基脱硫剂的制备及性能研究

为考察活性炭（AC）脱硫剂对H2S吸附去除性能的影响,以活性炭为载体,采用浸渍法制备负载氢氧化钠（NaOH）和铜酞菁（CuPc）的活性炭基脱硫剂。实验得到各对照组AC的H2S穿透时间和饱和硫容的变化规律。结果显示,负载质量分数为0.025%~0.250%的CuPc可以在一定程度上提高活性炭的穿透硫容,但饱和硫容与空白组相比没有明显差异;负载质量分数为10%的NaOH,活性炭的穿透时间为180 min,饱和硫容达到789.7 mg/g,比空白组提高了60%;负载10%的NaOH和0.250%的CuPc,AC的穿透时间为230 min,饱和硫容为730.0 mg/g,比单独负载10%的NaOH穿透时间提高20%。     

利用层叠苯环π—π相互作用改善废水处理中酞菁催化剂的自氧化弊端

提出以聚苯乙烯树脂为载体的四磺酸酞菁钴催化剂固载化方法,通过聚苯乙烯聚合物中的苯环与酞菁分子上的18π电子大环体发生π-π相互作用,改善四磺酸酞菁钴在过氧化氢存在条件下易自氧化降解的弊端.结果表明,由D201大孔强碱性阴离子交换树脂负载的四磺酸酞菁钴催化剂催化过氧化氢氧化50mg/L的染料C.I.Acid Blue 25的去除效率可达99%以上,并且循环套用后去除效率保持稳定,有效提高了四磺酸酞菁钴的催化活性与催化寿命.     

整体式分子筛基催化剂制备及其微波催化燃烧VOCs

以整体式蜂窝状分子筛为载体,制备铜锰铈负载型催化剂,研究其微波辐照下对VOCs （甲苯、丙酮、乙酸乙酯）的催化活性及其稳定性,探究影响催化剂活性的因素,并通过测试床层温度分布进行分析.研究表明,微波功率1.3kW、催化剂体积300mm×300mm×300mm,固定床温度>300℃条件下,催化剂对初始浓度200~2000mg/m³的5m³/h VOCs气体的降解效率为80%~92%.温度是VOCs氧化降解的条件,但当床层温度超过了300℃（VOCs完全燃烧温度）之后,升温对VOCs降解效率的影响不再明显.表征可知,尖晶石态铜锰铈单金属氧化物及其复合氧化物是主要的催化活性组分.VOCs在催化剂表面进行准一级反应而被催化氧化;高温对催化剂结构有一定影响,但重复性试验证实了催化剂的高活性和良好的稳定性.     

整体式分子筛基催化剂制备及其微波催化燃烧VOCs

以整体式蜂窝状分子筛为载体,制备铜锰铈负载型催化剂,研究其微波辐照下对VOCs （甲苯、丙酮、乙酸乙酯）的催化活性及其稳定性,探究影响催化剂活性的因素,并通过测试床层温度分布进行分析.研究表明,微波功率1.3kW、催化剂体积300mm×300mm×300mm,固定床温度>300℃条件下,催化剂对初始浓度200~2000mg/m³的5m³/h VOCs气体的降解效率为80%~92%.温度是VOCs氧化降解的条件,但当床层温度超过了300℃（VOCs完全燃烧温度）之后,升温对VOCs降解效率的影响不再明显.表征可知,尖晶石态铜锰铈单金属氧化物及其复合氧化物是主要的催化活性组分.VOCs在催化剂表面进行准一级反应而被催化氧化;高温对催化剂结构有一定影响,但重复性试验证实了催化剂的高活性和良好的稳定性.     

微波加热下苯的催化氧化性能研究

研究考察了微波加热与传统电炉加热两种不同加热方式下苯的催化氧化性能,同时考察了微波加热下铜锰质量比,铈掺杂量及焙烧温度变化对铜-锰-铈/分子筛催化剂催化氧化苯性能的影响,并对催化剂进行了SEM和XRD表征.结果表明,微波加热下苯的催化氧化性能优于电炉加热,微波的"局部热点"效应、偶极极化作用与稳定的床层反应温度保证了苯的高效催化氧化;铜∶锰∶铈质量比1∶1∶0.33和焙烧温度500℃下催化剂的活性最高,苯的起燃温度与完全燃烧温度分别为165℃和230℃.催化剂表征分析可知,铜、锰氧化物及铜锰尖晶石固溶物等活性相的存在保证了催化剂的高活性;稀土元素铈的掺杂促进了活性组分在催化剂表面的分散与规整化;高温焙烧可导致催化剂表面的烧结与活性组分的团聚,从而降低其催化氧化苯的活性.     

负载型金属氧化物催化剂分解臭氧的研究

用浸渍法制备了活性炭、γ-氧化铝和分子筛负载的MnO2,CuO,Fe2O3催化剂,并考察了它们对臭氧分解的催化性能。结果表明,MnO2催化剂优于CuO,Fe2O3,催化剂,活性炭为载体的催化剂优于γ-氧化铝和分子筛为载体的催化剂。温度对臭氧催化分解影响很大,在90℃时,MnO2／AC催化剂对臭氧的去除率可达80％以上。当存在一定浓度的水蒸气时,湿度越大,催化性能越差。当臭氧初始质量浓度低于50mg／L时,随着臭氧初始浓度的增加,催化性能有一定的下降。     

CuxCe1-xO2/γ-Al2O3催化剂催化燃烧甲苯性能的研究

以γ-Al₂O₃ 为载体,以复合氧化物Cu_xCe_1-xO₂为活性组分,其中,x=0.1,0.2,0.4,0.6,0.8,通过浸渍法制备了一系列Cu_xCe_1-xO₂/γ-Al₂O₃催化剂.在固定床反应器中评价了催化剂对甲苯的催化活性,通过XRD、SEM对催化剂进行表征,并运用ICP-MS分析并计算Cu、Ce的摩尔比以及活性组分的负载量.结果表明,在Cu_xCe_1-xO₂/γ-Al₂O₃催化剂中Cu、Ce摩尔比的实际值与理论值相近,活性组分的负载量在19%以上,而且对甲苯都有较好的低温催化活性,其中当x=0.2时,即Cu_0.2Ce_0.8O₂/γ-Al₂O₃催化剂对甲苯的催化活性最高,其中T₁₀=160 ℃,T₉₀=265 ℃;当甲苯的进口浓度在700~3000 mg·m^-3时,进口浓度对Cu_0.2Ce_0.8O₂/γ-Al₂O₃催化剂的催化活性影响较小,且经过连续80 h的稳定性操作后转化率仍然保持在90%以上.     

吸附树脂/铁酞菁对甲基橙的光催化降解

针对铁酞菁在水溶液中易于聚合而降低催化活性,同时在均相光催化体系中分离困难、难以重复利用的问题,将铁酞菁负载在吸附树脂上,制得多相催化剂。该催化剂在可见光的照射下能有效地催化H2O2降解偶氮染料甲基橙。考察了催化剂用量、H2O2投加量、pH值、温度等因素对甲基橙去除效果的影响。结果表明,甲基橙初始浓度为50 mg/L,卤灯功率为100 W,催化剂投加量为1.0 g/L,H2O2用量为0.2 mol/L,pH为3,温度为35℃时,反应10 h,甲基橙去除率达到91%,且催化剂所含铁离子无流失,具有很好的稳定性,可重复使用。     

CuxMn1-xCe0.75Zr0.25Oy催化降解甲苯的性能

采用溶胶凝胶法制备了双主金属、双助剂的Cu_xMn_1-xCe_0.75Zr_0.25O_y催化剂,在固定床反应器中评价了催化剂降解甲苯的性能,并采用XRD、H₂-TPR、O₂-TPD和Raman对催化剂进行表征。试验结果表明:催化剂中Cu含量的增加有助于增强Cu-Ce金属之间的相互作用,增加催化剂中的氧空位浓度和晶格氧含量,提高催化剂低温还原性,从而促进催化活性的提高。Cu₁CeZr催化剂降解甲苯活性最好,其完全降解甲苯的温度（T₁₀₀）为220℃,比Mn₁CeZr催化剂低60℃。     

Highly catalytic activity of Mn/SBA-15 catalysts for toluene combustion improved by adjusting the morphology of supports

Rod-like, hexagonal and fiber-like SBA-15 mesoporous silicas were synthesized to support MnO_x for toluene oxidation. This study showed that the morphology of the supports greatly influenced the catalytic activity in toluene oxidation. MnO_x supported on rod-like SBA-15(R-SBA-15) displayed the best catalytic activity and the conversion at 230°C reached more than 90%, which was higher than the other two catalysts. MnO_x species consisted of coexisting MnO_2 and Mn_2O_3 on the three kinds of SBA-15 samples. Large amounts of Mn_2O_3 species were formed on the surface and high oxygen mobility was obtained on MnO_x supported on R-SBA-15, according to the H_2 temperature programmed reduction(H_2-TPR)and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) results. The Mn/R-SBA-15 catalyst with greater amounts of Mn_2O_3 species possessed a large amount of surface lattice oxygen, which accelerated the catalytic reaction rate. Therefore, the surface lattice oxygen and high oxygen mobility were critical factors on the catalytic activity of the Mn/R-SBA-15 catalyst.     

Characterization and performance of Pt/SBA-15 for low-temperature SCR of NO by C3H6

Pt supported on mesoporous silica SBA-15 was investigated as a catalyst for low temperature selective catalytic reduction(SCR) of NO by C 3 H 6 in the presence of excess oxygen.The prepared catalysts were characterized by means of XRD,BET surface area,TEM,NO-TPD,NO/C 3 H 6-TPO,NH 3-TPD,XPS and 27 Al MAS NMR.The effects of Pt loading amount,O 2 /C 3 H 6 concentration,and incorporation of Al into SBA-15 have been studied.It was found that the removal efficiency increased significantly after Pt loading,but an optimal loading amount was observed.In particular,under an atmosphere of 150 ppm NO,150 ppm C 3 H 6,and 18 vol.% O 2,0.5% Pt/SBA-15 showed remarkably high catalytic performance giving 80.1% NOx reduction and 87.04% C 3 H 6 conversion simultaneously at 140°C.The enhanced SCR activity of Pt/SBA-15 is associated with its outstanding oxidation activities of NO to NO 2 and C 3 H 6 to CO 2 in low temperature range.The research results also suggested that higher concentration of O 2 and higher concentration of C 3 H 6 favored NO removal.The incorporation of Al into SBA-15 improved catalytic performance,which could be ascribed to the enhancement of catalyst surface acidity caused by tetrahedrally coordinated AlO 4.Moreover,the catalysts could be easily reused and possessed good stability.