等离子体催化降解甲苯途径的原位红外研究

考察了在常温常压条件下,等离子体分别协同SiO₂、Al₂O₃、NiO/Al₂O₃降解甲苯的性能,并从材料的介电常数、对甲苯的吸附性及臭氧分解能力等角度分析了不同活性表现的原因,同时,采用原位红外技术研究了甲苯降解过程中催化剂表面吸附物种的变化.结果表明,当甲苯浓度为100 ppm,气体流量为100 mL·min^-1时,一定范围内,甲苯降解率随着能量密度、介电常数、吸附性及臭氧分解能力的提高而提高.甲苯在催化剂表面的吸附对其降解途径有十分重要的影响:在放电区域中加入SiO₂,甲苯仍然在气相中完成降解;而存在Al₂O₃ 及NiO/Al₂O₃时,甲苯氧化成苯甲酸的过程主要发生在催化剂表面,是甲苯催化降解的关键步骤,苯甲酸在活性位点的积累将降低催化剂的反应活性.     

Co负载量对Co/TiZrO4催化CO2氧化乙烷脱氢制乙烯反应性能的影响

Co基催化剂在低碳烷烃直接脱氢及氧化脱氢制烯烃方面表现出良好的应用潜力.为了探究Co物种的价态对CO₂氧化乙烷脱氢制乙烯的影响,以共沉淀法制备的TiZrO₄固溶体为载体,采用浸渍法制备了一系列X%Co/TiZrO₄(X=0.5、1、3、5和7.5)催化剂.结果表明,0.5%Co/TiZrO₄和1%Co/TiZrO₄催化剂的催化活性较差,但保持了相当高的C₂H₄选择性(>90%)和碳平衡(≈100%);3%Co/TiZrO₄催化剂在反应过程中表现出良好的C₂H₆和CO₂活化能力,在650℃、质量空速WHSV=9000 mL?g^-1?h^-1的反应条件下获得了约25%的乙烯收率;而5%Co/TiZrO₄和7.5%Co/TiZrO₄催化剂则在600℃及以上温度反应...     

水热溶剂对Cu/CeO2-TiO2催化CO2加氢制甲醇反应性能的影响

以高暴露（001）面锐钛矿TiO₂为载体,使用3种不同溶剂（甲醇、乙二醇和丙三醇）水热负载CeO₂,进而以CeO₂-TiO₂为载体采用硼氢化钠还原法负载Cu,合成Cu/CeO₂-TiO₂催化剂用于催化CO₂加氢制甲醇.XRD、SEM、BET、ICP-OES、XPS、H₂-TPR、EPR和CO₂-TPD等表征表明,以 甲醇/水为混合溶剂合成的CeO₂-TiO₂（CT-M）载体中CeO₂粒径较小、Ce³⁺浓度较高,更有利于Cu的负载与分散,形成紧密接触的三相界面;其负载Cu的催化剂CCT-M经焙烧、还原后形成的CuCeTi三相界面相互作用更强,可产生更多的表面Ce³⁺、氧空位和体相Ti³⁺,表面Ce³⁺、氧空位和体相Ti³⁺等缺陷有利于CO₂的吸附活化,较小粒径的Cu则可加速氢解离,因此,CCT-M具有更多的CO₂加氢反应活性位点,表现出最优的CO₂加氢产甲醇活性.     

Pt-Cu/TiO2{001}纳米片用于CO2加氢制甲醇反应的研究

以高暴露{001}晶面的TiO₂纳米片为载体,利用共还原法负载0.5%的Pt和一定量的Cu得到Pt-Cu/TiO₂{001}催化剂,并在P=3.0 MPa,T=200~300℃,V（N₂）：V（H₂）：V（CO₂）=8：69：23,空速（WHSV）=3600 mL·g^-1·h^-1反应条件下评价了催化剂催化CO₂加氢制甲醇的反应性能.XRD、XPS、EPR和CO₂-TPD等的表征表明,与催化剂Cu/TiO₂相比,引入Pt后,催化剂由于金属Pt的电子促进作用使负载的金属与载体之间的相互作用更强,进而有利于稳定Cu颗粒尺寸且载体形成了更多缺陷（如氧空位、Ti³⁺）.因此,Pt-Cu/TiO₂{001}催化剂的金属与载体界面上的活性位点更多,从而表现出更好的CO₂活化能力和甲醇生成性能.     

硅铝比和NiO对ZSM-5协同低温等离子体降解甲苯的影响

研究了不同硅铝比的ZSM-5与Ni/ZSM-5分子筛协同低温等离子体技术对甲苯降解性能的影响.以Ni O(Nickel Oxide)为活性组分,采用浸渍法对ZSM-5分子筛进行改性,利用氮气吸附脱附(BET)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)、Toluene程序升温脱附(Toluene-TPD)等技术表征样品的物理化学性质.考察了硅铝比对ZSM-5与Ni/ZSM-5分子筛体系中甲苯的吸附性能,研究了不同放电电压下硅铝比对甲苯降解率、碳平衡及二氧化碳选择性的影响,并采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析了催化剂表面的有机产物.结果表明:硅铝比不但影响分子筛本身的物理化学特性(比表面积、氧化还原性能、表面酸性、疏水性等),还会影响Ni的负载形态和方式,更高的硅铝比与Ni O的负载能促进甲苯深度氧化,减少副产物,提高碳平衡和二氧化碳选择性.     

Pt颗粒尺寸对Pt/CeO2催化氧化甲苯性能影响

使用乙二醇还原法制备了一系列不同尺寸的Pt-x纳米颗粒(x=1.41、1.57、1.79、1.95、2.12、2.32 nm),将其负载于棒状(rod)CeO_2载体上.考察了不同尺寸的Pt颗粒催化剂Pt-x/CeO_2-rod在甲苯催化氧化反应中的催化性能.结果显示,随着Pt颗粒尺寸的增加,催化剂活性先升高后降低.其中,Pt颗粒尺寸为1.79 nm时催化剂催化活性最好,T90=133℃.一般认为,Pt颗粒尺寸增加其分散度减小,导致催化活性降低.然而本实验结果表明,随Pt尺寸增加催化活性先升高后降低,并且基于催化剂表面Pt原子计算的TOFs(turnover frequencies)随Pt尺寸增加逐渐变大.紫外拉曼光谱(UV Raman)、XRD、XPS显示,随着Pt颗粒尺寸增加,催化剂Pt-x/Ce-rod表面氧空位的浓度逐渐增加.氧空位有效提高了催化剂晶格氧的流动,促进了氧气的吸附活化及传递过程.Pt/Ce催化剂催化氧化甲苯反应活性是Pt分散度以及CeO_2表面氧空位浓度双重作用的结果.     

纳米CeO2催化氧化甲苯的形貌效应研究

采用水热法合成CeO2纳米棒、纳米颗粒和纳米立方体,利用XRD、BET-N2、TEM/HRTEM、Raman、O2-TPD和H2-TPR等表征手段进行表征,并利用连续流固定床反应法研究各催化剂对甲苯的催化氧化性能.结果表明,CeO2纳米棒因具有高比表面积和细颗粒尺寸,且表面主要暴露高活性的{100}/{110}晶面,拥有更多的氧空位和高活性氧物种,因此,催化活性最高,CeO2纳米颗粒次之,立方体最低.原位红外甲苯催化氧化机理分析进一步表明,CeO2纳米颗粒和纳米立方体上生成的羧酸盐物质难以进一步深度氧化,而纳米棒能在贫氧和低温条件下诱导甲苯的完全氧化和产物脱附,使甲苯得以快速降解.     

Fe掺杂对MnO_x催化剂结构性质及低温SCR反应机制的影响

采用Fe对MnOx催化剂的低温选择性催化还原（SCR）活性进行改性,并通过N2吸附、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）及原位漫反射傅里叶红外（insituDRIFTS）重点探讨了Fe引入后催化剂结构性质的变化及对低温SCR反应机制的影响.结果表明,Fe的掺杂能显著提高催化剂的低温SCR性能,Fe/（Fe＋...     

Pt颗粒负载对CeO2臭氧催化氧化甲苯的增强作用

通过铂颗粒吸附法制备得到Pt/CeO₂催化剂应用于臭氧催化氧化甲苯反应,研究了Pt颗粒负载对CeO₂臭氧催化氧化甲苯的增强作用.采用氢气程序升温还原（H₂-TPR）、氧气程序升温脱附（O₂-TPD）、X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱（Raman）等手段对催化剂进行表征,结果显示,CeO₂负载Pt颗粒后,Pt与CeO₂存在相互作用,提高了CeO₂上氧空位的含量.臭氧分解实验证实了Pt/CeO₂催化剂具有更好的臭氧分解性能.臭氧催化氧化甲苯评价结果表明,Pt/CeO₂具有比CeO₂更优异的催化性能,在80 ℃时甲苯降解率、CO₂产率和臭氧分解率分别达到92.3%、92.1%和99.9%.原位拉曼进一步研究了臭氧分解生成的氧物种种类及含量,以及甲苯存在时氧物种的变化,结果表明,臭氧在氧空位上分解产生的过氧物种较为稳定,是氧化甲苯的重要活性物质.因此,Pt颗粒负载在CeO₂上能增强臭氧在催化剂上分解,并形成更多过氧物种,最终提升臭氧催化氧化甲苯的性能.     

等离子体场内CeO2催化降解甲醇的表面活性氧物种来源与作用研究

利用水热法制备了3种不同形貌(纳米棒、纳米颗粒、纳米立方体)的CeO_2催化剂,并通过比表面积测试(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱分析(Raman)、O_2程序升温脱附(O_2-TPD)手段表征其物理化学性质,结果发现,CeO_2纳米棒的表面氧空位和氧物种最多.等离子体与催化协同降解甲醇性能评价实验结果显示,CeO_2纳米棒展现出最好的催化性能.进一步设计实验(甲醇-TPD、不同气氛常温催化、催化剂内后置比较、O_3催化氧化)推测在等离子体场内CeO_2表面活性氧物种来源及其作用.结果表明:①在等离子体场内参与CeO_2表面催化反应的活性氧物种有两个来源,一是催化剂本身存在的表面氧物种,二是等离子体区域产生的短寿命物种及长寿命物种(主要是O_3),其中,O_3分解产生的活性氧物种是提高催化性能的主要因素.②不同形貌CeO_2由于表面氧空位含量不同,导致O_3在催化剂上分解产生的活性氧物种的量不同,最终影响等离子体催化性能.