钙钛矿型复合氧化物用于汽车尾气催化净化的研究进展(一)

综述了钙钛矿型汽车催化剂的研究进展.和过渡金属简单氧化物相比,钙钛矿型复合氧化物(ABO3)在热稳定性、化学稳定性和结构稳定性方面具有一定的优越性,因而表现出更高的催化活性.在满足容限因子的条件下,有多种元素可以形成钙钛矿结构的化合物.通常,B位离子决定了钙钛矿型化合物的催化活性,A位离子是影响化合物结构和B位离子价态的重要因素.当A位离子或B位离子被不同价态的离子取代时,通过形成氧离子空穴或者形成混合价态来保持化合物的电中性.氧空穴的形成或B位离子价态的变化使得化合物具有更高的活性.贵金属和钙钛矿型化合物结合,不仅可以有效防止贵金属的烧结,同时也提高了钙钛矿型化合物的催化活性.     

锰负载MCM-41分子筛催化臭氧氧化水中草酸的研究

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Mn负载MCM-41分子筛催化剂(Mn/MCM-41).采用小角X射线粉末衍射(XRD)、N2吸附-脱附等温线及透射电镜(TEM)等对催化剂的成分结构进行了表征.结果表明,Mn/MCM-41保持了纯硅MCM-41有序的介孔结构,锰元素以锰氧化物形式存在,比表面达到852m2/g.在草酸初始质量浓度为20 mg/L、O3投加量为100 mg/h、反应60 min、1％负载量、反应温度为35℃时,催化剂的加入显著改善了草酸的去除率,达到92.8％,是单独O3氧化的5.9倍.     

两种铈锆-氧化铝载体对载Pd催化剂性能的影响

分别以柠檬酸溶胶法和浸渍法制备了两种三氧化二铝负载的铈锆复合氧化物(CZ/A),考察了它们对载Pd三效催化剂性能的影响.发现柠檬酸法样品催化氧化CO和C3H6的活性大大优于浸渍法样品,NO的转化活性二者接近.表征结果显示,在柠檬酸法样品中,CZ以紧密的片层状结构覆盖在氧化铝上,而在浸渍法样品中,CZ呈疏松的颗粒状,这就导致在柠檬酸法样品样品上CZ具有更大的分散度,近而具有更多的Pd-CZ活性位.而且,对于柠檬酸法样品,高温老化后铈锆晶相稳定,无晶相分离,比表面积下降较小,催化剂自身的氧化还原性能更好.这些都使其表现出了更好的催化活性,特别是氧化活性.     

三维电极反应器用负载型活性炭粒子电极的研究

为提高粒子电极的电催化活性与稳定性,以活性炭为载体,采用浸渍法制备了以Fe、Mn、Zn、Ni、Sn-Sb和Sn-Sb-Ce氧化物为催化活性组分的负载型粒子电极.以EDTA废水为目标污染物,考察改性粒子电极的电催化活性与稳定性,并借助SEM、XRD对其表面形貌和物相进行了表征,从结构上分析了不同负载型粒子电极的性能差异.结果表明,所制备的粒子电极中,Sn-Sb-Ce/GAC(活性炭颗粒)粒子电极表现出了较高的电催化活性和稳定性;消除吸附效应的干扰后,在pH值为4.8、电流为200 mA的条件下,120 rin后总有机碳(TOC)去除率为71.1％,EDTA转化率为88.7％.     

甲基橙废水的常温常压催化湿式氧化实验研究

以Fe、Mn、Cu和Zn的金属氧化物为活性组分,以γ-Al2O3为载体,制备了负载型催化剂,并分别以H2O2和NaClO为氧化剂,对比了在常温常压条件下催化湿式氧化工艺中处理甲基橙模拟废水的效果.结果表明,Fe/y-Al2O3催化剂较其他催化剂表现出较好的催化活性和稳定性,H2O2为适宜的氧化剂.在Fe/γ-Al2O3加入量为10g/L,氧化剂H2O2加入量为5 mL/L的条件下,处理甲基橙质量浓度为500 mg/L的模拟废水,其脱色率和COD去除率在3 h内均能达到70%以上.与传统的Fenton试剂法相比,以Fe/γ-Al2O3为催化剂的催化湿式过氧化氢氧化工艺具有矿化程度高,催化剂易回收再用的优点.     

H2O2处理酸性大红废水催化剂的研究

对H2O2多相催化氧化处理酸性大红工艺的催化剂进行了研究，探讨了催化剂的制备条件与催化性能间的关系。结果表明，过渡金属氧化物中CuO有较高的催化活性，Mn、Ni、Zn等金属的氧化物几乎无催化活性；采用沉淀法制备的催化剂的催化活性要比采用浸渍法制备的高。在较佳条件下制备的催化剂对于COD为632．5mg／L的酸性大红废水，在H2O2投加量为5mL／L时，COD去除率大于70％，色度去除率达98％。同时考察了该催化剂的稳定性，试验结果表明，催化剂经过多次使用后仍保持较高的催化活性。此外，该催化剂处理其他染料废水也有很好的效果。     

XLC-1001型稀土尾气催化剂

为了净化矿山井下柴油机废气,我所与安徽省地质局513地质队、浙江省地质局金华地质队等单位共同研制成功了 XLC-1001型稀土尾气催化剂。 这种催化剂是一种含稀土为主的多元金属复合氧化物,具有催化活性高、抗污、抗毒、耐热能力强、性能稳定的钙钛矿型化学结构。其金属活性组分附载在特殊结构的空心、轻质、多孔道(小球蜂窝)球形载体上。稀土在我国资源丰富,成本低廉,用它研制成催化剂,适合我国国情,能有效地净化内燃机废气中的一氧化碳、碳氢化合物等有害气体。适用于地质坑探、矿山井下、军工、隧道等掘进工程的无轨设备以及汽车的尾气…     

掺Fe金红石TiO2的制备及其可见光催化活性的评价研究

为提高金红石型TiO2的可见光吸收性能和光催化活性,以FeC2O4为Fe源,用浸渍法制备了掺铁金红石TiO2光催化剂。采用XRD、UV-Vis等手段对催化剂进行表征;以阿特拉津为目标污染物,在Vis/H2O2条件下对其催化活性进行了评估。结果表明,Fe以Fe2O3的形式负载在金红石型TiO2的表面;掺铁后金红石型TiO2显著拓宽了其可见光的吸收范围;煅烧温度为400℃时制得的光催化剂Fe-R-400℃的粒径结构和光催化活性最好。以Fe质量分数为1%的Fe-R-400℃作为光催化剂,控制反应体系的初始pH=3,催化剂投加质量浓度为1 g/L,H2O2初始浓度为1 mmol/L,经可见光照射反应15 min后,对初始质量浓度为10 mg/L的阿特拉津的去除率可达95.7%。催化剂循环试验表明,Fe在金红石TiO2表面负载比较牢固,催化剂具有较好的稳定性和重复使用性能。     

负载型金属催化剂制备过程中的主要职业危害及防护措施

负载型金属催化剂制备过程中产生的主要职业危害是氮氧化物或氯化氢等有毒有害气体,目前采取的主要防护措施是在隔离间操作,加强通风将有毒有害气体直接排空,操作员配戴防护口罩等,虽然降低或消除了操作人员的职业危害,但污染了环境.以钴基费托合成催化剂的制备为例,分析了催化剂的制备过程中产生的主要职业危害是氮氧化物,通过讨论分析现行的防护措施以及氮氧化物的处理方法,从工艺设备的角度上提出了具体的防护措施,在保护劳动者的健康和防止环境污染的同时,又变废为宝创造了价值.     

高温老化气氛对单钯三元催化剂活性的影响

本文制备了一种含Y、Ce和Zr的单钯三元催化剂(Pd-YCZ).在1050℃下,分别于空气和配气中对这一催化剂进行了高温老化,并对其催化活性进行了测试.实验结果表明,Pd-YCZ在空气中老化后的活性优于其在配气中老化后的活性.     

不同晶型铁氧化物Fenton和UV-Fenton降解橙Ⅱ的催化性能

选取了磁铁矿、赤铁矿和针铁矿3种不同晶型的铁氧化物,用XRD和BET进行了表征。将3种铁氧化物作为催化剂用于Fenton和UV-Fenton(254 nm UVC)降解偶氮染料橙II,测定了染料降解过程中溶液中铁离子浓度的变化规律,用于分析3种铁氧化物的催化过程。用单位比表面积反应速率常数(k/Ssur)评价了3种铁氧化物UV-Fenton催化降解橙Ⅱ的能力,以揭示UV-Fenton体系中铁氧化物晶型与催化性能的关系。结果表明,Fenton体系中,磁铁矿能通过表面固有的2价铁催化产生羟基自由基降解橙Ⅱ,其催化能力高于针铁矿和赤铁矿;UV-Fenton体系中,磁铁矿、赤铁矿和针铁矿催化降解橙Ⅱ的单位比表面积反应速率常数分别为0.048 8 g/(m2·min)、0.023 4 g/(m2·min)和0.001 0 g/(m2·min),可见磁铁矿的催化能力明显高于针铁矿和赤铁矿;UV-Fenton体系中,磁铁矿以多相反应为主,针铁矿以均相反应为主,而赤铁矿则是两者共同作用。研究表明,磁铁矿是多相铁氧化物UV-Fenton催化剂的理想晶型,同时也是合成新型多相光助-芬顿催化剂理想的活性组分。     

一种复合催化剂及其光催化降解煤矿瓦斯的性能研究

为提高催化剂光催化降解煤矿瓦斯效率,运用溶胶-凝胶浸渍过程将具有优异吸附性能的活性炭颗粒引入催化剂,制备了新型复合催化剂Ga2O3/AC。采用XRD、SEM、N2吸附等方法对新型复合催化剂的结构形貌及比表面积进行理化表征,验证了复合催化剂制备方法的可行性。同时以真空紫外灯为光源,进行光催化氧化降解瓦斯的模拟实验,对比考察Ga2O3、活性炭颗粒及复合催化剂的光催化活性。结果表明,相比单一Ga2O3,复合催化剂光照时间为180 min后对甲烷的降解率提高了13%,达到100%去除率。     

Study of Fe–Co mixed metal oxide nanoparticles in the catalytic low-temperature CO oxidation

Iron–cobalt mixed metal oxide nanoparticles (Co/Fe molar ratio: 1/5) have been prepared by a simple co-precipitation method and employed as catalyst in low-temperature CO oxidation. The prepared catalysts were characterized by thermal gravimetric and differential thermal gravimetric analyses (TGA/DTG), X-ray diffraction (XRD), temperature programmed reduction (TPR), N₂ adsorption (BET) and transmission electron microscopy (TEM) techniques. The results revealed that inexpensive iron–cobalt mixed metal oxide nanoparticles have a high potential as catalyst in low temperature CO oxidation. The results showed that increasing in calcination temperature increased the crystallite and particle size and decreased the specific surface area, which caused a decrease in catalytic activity of prepared catalysts. In addition, the pretreatment conditions affect the catalytic activity and catalyst pretreated under oxidative atmosphere showed the higher activity than those pretreated under reductive and inert atmospheres.     

Sucrose-derived catalytic biodiesel synthesis from low cost palm fatty acid distillate

The current homogeneous acid catalyst for biodiesel product however, would lead to formation of many undesirable by-products that make the post treatment of the biodiesel to be difficult and costly. Thus, sucrose-derived solid acid catalyst was developed in the present study which aims to improve the esterification process and reduce the generation of waste. The physicochemical properties of the synthesized catalysts were studied by various techniques such as, BET surface area, X-ray diffraction (XRD), temperature programmed desorption of NH₃ (TPD-NH₃), scanning electron microscopy (SEM). Response surface methodology (RSM) with central composite design (CCD) is used to determine the optimum parameters for the catalytic reaction. The experimental results showed that the catalyst exhibited good catalytic activity in the transesterification of PFAD, providing maximum biodiesel yield of 94% at optimum parameters. The better catalytic activity of the aforementioned catalyst in the biodiesel reaction could be attributed to the presence of optimal number of catalytically active acid site density on its surface.     

浸渍液pH值对V-Mo/Ti脱硝催化剂性能的影响研究

为提升V-Mo/Ti催化剂的脱硝性能,在催化剂制备过程中调节浸渍工艺参数,制备了一系列不同浸渍液pH值的催化剂,采用XRD、N2-吸附脱附、拉曼光谱、UV-Vis、H2-TPR、NH3-TPD等手段对催化剂进行表征,考察了pH值的变化对催化剂物理化学性能的影响,采用固定床微型反应器对催化剂的脱硝性能进行评价。结果表明,降低浸渍液pH值,可以抑制催化剂上VOx物种的聚合,提升催化剂的还原性能,有利于提升催化剂的脱硝效率,降低脱硝反应过程中N2O生成量。同时,浸渍液pH值的变化,也会影响催化剂的酸性性能。当浸渍液pH值低于3.64时,催化剂酸性性能显著降低,造成催化剂脱硝性能降低;当浸渍液pH值控制在3.64时,催化剂的还原性能和酸性性能匹配较好,从而显示了较高的脱硝性能。     

Low temperature CO oxidation over Pd–Ce catalysts supported on ZSM-5 zeolites

A series of Pd–Ce supported ZSM-5 zeolite catalysts for CO oxidation at low temperature were prepared by co-impregnation method. The effect of Pd–Ce synergistic function, Ce loadings, and properties of ZSM-5 zeolite on low temperature CO catalytic oxidation was investigated in detailed. The results showed that the Pd and Ce loading on ZSM-5 zeolite support at the same time enhanced catalytic activity compared with only Pd or Ce loading on ZSM-5 zeolite support. The properties of ZSM-5 zeolite had a strong influence for CO oxidation. Through the research, the ZSM-5 zeolite with high silicon aluminum ratio and small size also was helpful for CO oxidation. Among these catalysts, the catalyst with 19 wt% Ce loading displayed the highest catalytic activity. Chemical and physical properties of catalysts were characterized by powder X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). XRD and TEM showed that Pd species were highly dispersed on the surface of ZSM-5 zeolite, which was strongly dependent on the amounts of Ce loading and the interaction among Pd species, Ce promoter and ZSM-5 support. The addition of CeO₂ improved the dispersion of Pd species over ZSM-5, and synergistic function of Pd and CeO₂ enhanced the catalytic activity. XPS characterization indicated that as the addition of Ce increased, Pd species was easy to enrich on the surface of the catalyst.     

铜铁共掺杂TiO2/膨润土光催化剂的制备及光催化性能

以溶胶-凝胶法、液相沉淀法和机械混合法制备了Cu-Fe双金属掺杂的TiO2/膨润土复合光催化剂,采用XRD、FTIR对其进行了结构表征,以紫外光和可见光催化降解直接天蓝染料废水为模型,考察了制备方法对催化剂光催化性能的影响。结果表明:各催化剂中均有锐钛矿型TiO2生成,且部分TiO2进入了膨润土的蒙脱石层间,改变了其层间的有序性,生成了Ti—O—Si键,实现了TiO2粒子与膨润土的复合。溶胶-凝胶法制备的催化剂中TiO2与膨润土的复合程度最高,Cu2+和Fe3+成功掺入了TiO2晶格,形成了复合半导体,拓宽了TiO2的光谱响应范围,使该催化剂表现出最优的光催化活性,并且该催化剂性能稳定,易于沉降分离,经高温活化再生后仍具有良好的催化活性,可重复多次使用,表现出良好的再生性能。     

以Cu-ZSM-5为催化剂乙烯选择性催化还原烟气脱硝的试验研究

介绍了采用乙烯作为还原气体、Cu-ZSM-5为催化剂的烟气脱硝工艺流程.首先,研究了催化剂的制备方法,Na-ZSM-5分子筛作为催化剂载体,用浸渍法制成了不同负载量的Cu-ZSM-5分子筛催化剂.其次,研究了培烧条件对催化剂活性的影响,包括反应温度、气体流速以及反应气中O2的浓度等催化还原反应工艺参数.最后,研究了掺杂Ce4+离子对Cu-ZSM-5分子筛的活性影响.