多孔TiO2为载体的V2O5-WO3脱硝催化剂制备和表征

以硫酸氧钛为钛源,氨水为沉淀剂,制备得到大比表面积(60m2/g)的锐钛矿TiO2载体.TiO2载体具有多孔结构,孔径集中在5～12nm,孔体积达到0.24cm3/g.以多孔TiO2为载体,采用浸渍法制备不同V2O5负载量的V2O5-WO3催化剂,利用拉曼(Raman)光谱、X射线衍射(XRD)对催化剂进行表征,并研究了不同V2O5负载量催化剂的脱硝活性,以及NO浓度和NH3/NO摩尔比对催化剂活性的影响.结果表明,V2O5在TiO2表面高度分散,当V2O5负载量在3%(质量分数)以下时,载体表面钒物种为单体钒,表现出最好的脱硝活性,在280～450℃内NO转化率均能达到90%以上.该催化剂对不同进口NO浓度有较强的适应能力.采用该催化剂的脱硝工艺,NH3/NO摩尔比宜保持在0.8～1.0.     

复合纳米Fe2O3/TiO2可见光催化降解邻甲酚溶液的研究

以复合纳米Fe2O3／TiO2作为催化剂,日光色镝灯为光源,研究了邻甲酚溶液的可见光降解。考察了催化剂制备方法、催化剂使用量、溶液pH、催化剂重复使用等条件对可见光降解的影响。实验结果表明,1％Fe2O3／TiO2（n）对邻甲酚溶液的可见光降解效果最优,比Ti02（p25）的降解率提高了2．6倍。在实验条件下,可见光降解3h,邻甲酚溶液的浓度去除率达95．4％,TOC去除率为72．3％。在较宽的浓度范围内,邻甲酚的反应服从一级动力学反应方程,随着浓度的增大,反应速率常数不断降低。     

F掺杂改性及其制备方法优化对V2O5-WO3/TiO2催化剂低温SCR脱硝性能的影响

为提高SCR脱硝催化剂的低温脱硝性能,采用正交实验的方法制备了一系列氟（F）掺杂V2O5-WO3/TiO2催化剂,并对其进行活性分析,考察了不同氟元素来源（氟钛酸铵、氟化铵）、不同钒元素（V）前驱体（乙酰丙酮氧钒、偏钒酸铵）、钨元素（W）的不同添加方式（W做助剂、W既做载体又充当助剂）、不同载体制备方式（溶胶凝胶法、浸渍法）对催化剂脱硝性能的影响。结果表明,F掺杂改性显著增强了催化剂在200~350 ℃温度范围内的脱硝性能,其中以乙酰丙酮氧钒为V前驱体,以氟化铵为F源,W既充当载体又做助剂的方式制备出的F掺杂V2O5-WO3/TiO2催化剂具有最优的脱硝效果,其在空速为10 000 h-1的情况下,在200~350 ℃的温度反应区间,活性能稳定维持在98%以上。同时采用XPS、BET、TGA、SEM、XRD、Raman一系列表征手段对催化剂的理化性质进行了分析,表征结果表明F元素掺杂提高了活性组分在载体表面的分散度,同时促使了催化剂表面的电荷发生转移,增强了催化剂表面的氧化还原能力,促进了催化剂表面化学吸附氧的生成,增加了还原态V物种与还原态W物种的数量。     

选择性催化还原催化剂氧化脱除烟气中单质汞

以运用超声辅助浸渍法制备的V2O5-WO3/TiO2系列催化剂样品作为研究参考,在150 ～ 400℃,分别考察了某燃煤电厂新鲜的及已运行长达26 000 h的商用SCR脱硝催化剂对模拟烟气中单质汞(Hg0)的氧化性能,并利用SEM、BET、XRD等手段对样品的理化性质进行了表征.结果表明,电厂商用SCR催化剂对于燃煤烟气中的Hg0具有一定的催化氧化作用,但在250℃最佳反应温度时,最大汞氧化效率在50％以下,相同实验条件下,自制的1％V205-9％ WO3/TiO2(V1W9Ti)能够获得68.18％的最大汞氧化效率;通过考察NO、NH3、SO2和水蒸气对汞的氧化的影响发现,在低浓度NO以及5％02存在时,NO能够促进汞的氧化;SO2对汞的氧化有明显的抑制作用,而且其毒害作用具有一定的不可逆性;NH3在催化剂表面能够与Hg0发生竞争吸附,从而抑制了汞的氧化;水蒸气的存在容易导致催化剂的失活.此外,对催化剂氧化Hg0的机理进行了探讨.     

SiO2掺杂对V2O5-WO3/TiO2脱硝催化性能的影响

采用溶胶凝胶法制备TiO2-SiO2载体,浸渍法制备出V2O5-WO3/TiO2-SiO2催化剂,利用BET、FESEM、XRD、TGA和激光拉曼对催化剂进行表征,研究催化剂的理化性质。以NH3为还原剂,考察反应温度、SiO2掺杂量、焙烧温度、空速和使用时间对SCR催化还原NO的性能影响。结果表明,V2O5-WO3/TiO2-SiO2催化剂最佳反应温度在250~350℃。SiO2掺杂能提高活性组分V2O5和WO3在载体表面的分散性,制备出的催化剂具有更大的比表面积和更宽的温度区间,提高脱硝活性及稳定性。SiO2掺杂量对催化剂性能影响较大,制备的催化剂中,TiO2/SiO2=2显示了最大催化活性,脱硝率均在60%以上,TiO2/SiO2=0.5制备的催化剂稳定性最差。焙烧温度对催化剂性能也有影响,焙烧温度在500和600℃时,最低脱硝率为58%和23%,最佳焙烧温度为400℃,脱硝率均在80%以上,具有优越的脱硝性能。实验结果还表明,空速对V2O5-WO3/TiO2-SiO2催化剂的影响不大,在20 000 h-1空速下催化剂的使用时间对脱硝率的影响也不大,48 h内能保持在99%左右,非常稳定。     

Ce掺杂TiO2-V2O5-WO3催化剂在水泥窑脱硝中的应用

以经Ce掺杂后的TiO_2-V_2O_5-WO_3催化剂为材料,在新型干法水泥生产线窑尾布袋除尘器后进行了低温选择性催化还原(SCR)脱硝中试试验。结果表明,掺杂Ce降低了TiO_2-V_2O_5-WO_3催化剂的起活温度。当烟气流量为10 000m~3/h(空速约5 000h~(-1))、氨水流量为5L/h、烟气温度超过150℃时,脱硝效率可达50%以上。SCR脱硝系统中,5 000h~(-1)空速设计是可行的。Ce适宜作为TiO_2-V_2O_5-WO_3催化剂低温改性助剂。     

O3/H2O2工艺降解1,2,4-三氯苯的优化设计

考察用不同的氧化剂降解1,2,4-三氯苯（TCB）,3种不同方法对TCB的去除效果存在较大差别,其处理效果依次为：H2O2〈O3〈O3/H2O2。采用响应面法优化O3/H2O2工艺降解TCB的条件。结果表明,TCB初始浓度和H2O2投加量对TCB去除效果影响较大。TCB的降解符合准一级反应动力学规律,最佳降解条件为TCB初始浓度0.3 mg/L,pH=8.13,H2O2投加量0.40 mmol/L,O3转化率75%。在此条件下,TCB的平均去除率为91.5%,与预测值93.1%吻合度较高。     

负载V2O5-WO3／TiO2掺炭纤维脱除烟气中Hg^0

通过固定床实验系统研究烟气脱除零价汞的实验,首先研究了滤袋常用的聚苯硫醚（polyphenylene sulfide,PPS）以及活性炭纤维（activated carbon fiber,ACF）在不同温度、不同气体组分下负载V2O5-WO3／TiO2催化剂,对模拟燃煤烟气中零价汞（Hg^0）的脱除效果。然后对比研究了活性炭纤维协同滤袋常用纤维负载催化剂后,对模拟燃煤烟气中Hg^0的脱除性能。结果表明,在汞蒸气人口浓度为50μg／m^3,纯N2气氛下,当温度为25℃时,两者脱除率均能达到99％,当温度为200℃,负载催化剂的活性炭纤维脱除率在30％左右,PPS纤维仅为10％左右。在200℃情况下,模拟烟气的组分为N2＋O2时,2种纤维的Hg^0脱除率提高了10％～20％,当在混合气体中添加0．01％。后,负载催化剂的PPS纤维Hg^0脱除率能达到80％,活性炭纤维Hg^0脱除率能达到98％。当温度为200℃,模拟烟气的组分为N2＋O2＋HCl时,不同性能掺炭纤维负载催化剂后Hg^0脱除率在69％～95％范围之间变化,其中PPS掺炭纤维对Hg^0脱除效率最高达到95％,因此,负载V2O5-WO3／TiO2催化剂的PPS掺炭纤维能在高温烟气中保持较高的Hg^0脱除率。     

钛基催化剂的制备及其催化氧化苯乙烯性能

采用溶胶凝胶法制备负载型催化剂MnOx/TiO2和V2O5/TiO2,对比选择MnOx/TiO2催化剂。考察了锰系催化剂的活性组分负载量、焙烧温度及Ce掺杂量对催化氧化苯乙烯的影响,并结合XRD、BET和SEM表征手段对催化剂进行微观分析。结果表明,MnOx/TiO2 对苯乙烯有良好的催化活性,Mn与Ti的摩尔比为0.1,焙烧温度为500℃时,起燃温度T50仅为150℃,当反应温度为254℃时,苯乙烯去除率超过90%。当掺杂Ce后催化剂MnOx-CeO2/TiO2对苯乙烯催化燃烧的起燃温度和完全转化温度均有明显降低,催化剂表面燃烧物颗粒的粒径有所减小,分散均匀,更有利于苯乙烯的催化燃烧处理。     

活性焦配方型吸附剂脱除模拟烟气中Hg0

通过固定床实验系统进行模拟烟气脱除Hg0的实验,研究了（V2O5-WO3/TiO2）SCR催化剂、活性焦、磁性载银沸石（MagZ-Ag0）在不同温度下对模拟烟气中Hg0的脱除效果,并对比研究了活性焦-磁性载银沸石配方型吸附剂及负载SCR催化剂配方型吸附剂对模拟烟气中Hg0的脱除性能。结果表明,纯N2气氛下,单一吸附剂随着温度升高,Hg0的脱除效率降低,温度由25℃上升到200℃,最高脱除效率由60%下降到40%;质量配比为3：1的负载SCR催化剂的配方型吸附剂对Hg0的脱除效率最高,虽没有明显提高Hg0的最高脱除效率,但其达到75%的穿透率的穿透时间比单一吸附剂时间更长,提高了Hg0的脱除效率。     

CuMnCeOx/Al2O3/CH催化剂的制备及微波催化燃烧VOCs性能

针对整体式催化剂载体比表面积小和涂层脱落等问题,采用聚乙二醇200 (PEG200) 为粘结剂在蜂窝堇青石 (CH) 载体表面涂覆氧化铝 (Al₂O₃) 涂层,等体积浸渍法制备CuMnCeO_x/Al₂O₃/CH催化剂,微波催化燃烧VOCs以考察其催化性能。结果显示,当酸铝比 ($ {{\text{n}}_{{H^+}}}/{{\text{n}}_{A{l^{3+}}}} $) 为 0.262 5、$ {{\text{m}}_{PEG200}}/{{\text{m}}_{A{\text{l}}OOH}} $为1.5时,PEG200与AlOOH以氢键连接得到分散度高的铝溶胶,涂覆煅烧后PEG的造孔效应改善了载体形貌,为活性组分的负载提供了更多附着位点。在甲苯初始质量浓度1 000 mg·m⁻³和处理气量0.12 m³·h⁻¹的实验条件下,CuMnCeO_x/Al₂O₃/PEG(1.5)/CH催化剂降解甲苯的T₉₀为200 ℃,比CuMnCeO_x/CH和CuMnCeO_x/Al₂O₃/PEG(0.0)/CH催化剂分别降低了62 ℃和53 ℃。SEM、BET和XRD等表征发现,片状γ-Al₂O₃涂层增大了载体比表面积和孔容,活性粒子更均匀地分布于催化剂表面,为VOCs氧化提供更多的有效活性位点;过渡金属氧化物表面丰富的活性位点和Cu⁺/Cu²⁺与Mn³⁺/Mn⁴⁺间价态转化产生的氧空穴提高了催化剂的催化活性和VOCs的矿化效果。该研究结果可为高活性催化剂的制备及其微波催化燃烧VOCs技术应用提供参考。     

过氧化氢与过硫酸盐强化电化学处理铜氰废水

表面处理行业废水中的铜氰络合物是废水处理的难点。电化学氧化是一种水处理中常用的方法,对于水中常见的污染物均能进行有效处理,其中,过氧化氢(H₂O₂)和过一硫酸盐(KHSO₅,PMS)是绿色清洁的氧化剂。因此,在电氧化的基础上,探索了H₂O₂和PMS对电化学处理铜氰络合物的强化效果。实验结果表明：氰根(CN⁻)和铜离子(Cu²⁺)的去除率随着H₂O₂和PMS的增加而升高;当电流密度为10 A·m⁻²、H₂O₂浓度为0.4 mol·L⁻¹、反应时间为30 min时,氰根去除率为96.12%,铜离子去除率为81.93%,其中阴极铜回收率为75.60%;当PMS浓度为0.2 mol·L⁻¹、反应时间30 min时,氰根去除率接近100%,铜离子去除率为94.83%,其中阴极铜回收率93.51%。以上研究结果表明,投加合适的药剂可以提高电氧化对铜氰络合物的处理效率。     

Fe0/FeS2活化H2O2快速降解诺氟沙星

通过水热法成功制备具有磁性的Fe⁰/FeS₂复合铁基催化剂,并将其用于构建非均相芬顿体系降解典型的喹诺酮类抗生素(诺氟沙星,NOF)。SEM-Mapping 结果显示,制备的Fe⁰/FeS₂复合材料由Fe和S两种元素组成,形态为颗粒状且尺寸不一。XRD、XPS、Raman和磁学测量系统(VSM)等表征结果表明进一步证明Fe⁰/FeS₂复合材料的成功制备且具有良好的磁性。通过实验得到 Fe⁰/FeS₂/H₂O₂体系降解NOF最优的降解体系为初始pH为5,NOF起始质量浓度20 mg·L⁻¹,Fe⁰/FeS₂ 投加量为0.2 g·L⁻¹,H₂O₂质量浓度0.051 g·L⁻¹。Fe⁰/FeS₂介导的非均相芬顿体系可以快速降解NOF,10 min后的降解率为99.27%,且具有良好的重复利用性,使用 3 次后,NOF 的降解效率仍超过75%。NOF在羟基自由基(·OH)的作用下可能破坏C-F键以及实现哌嗪环和喹诺酮环的开环,最终生成一些小分子物质,如 F⁻、H₂O、CO₂和NO₃⁻等。     

煤化工高盐废水臭氧催化氧化脱除COD

针对煤化工高盐废水中有机物难降解问题,采用浸渍-煅烧法制备了负载有活性金属氧化物的活性氧化铝型催化剂,探索催化剂的制备工艺和反应操作条件对废水COD去除率的影响。结果表明：活性氧化铝载体催化性能优于陶粒,活性氧化铝负载Cu、Mn、Ni的催化活性较高,将2种活性组分进行组合制得的MnO_x-NiO_x/γ-Al₂O₃催化剂,在经过60 min的臭氧催化氧化后,COD的去除率可达51.3%;利用BET、SEM-EDS、XRD对催化剂进行了表征和分析,Mn、Ni成功负载到活性氧化铝表面和孔隙内,2种元素负载量摩尔比约为2∶1,且主要以氧化物形式存在;通过计算臭氧利用效率,发现MnO_x-NiO_x/γ-Al₂O₃臭氧催化氧化的η值低于单独的臭氧氧化,这意味着通过MnO_x-NiO_x/γ-Al₂O₃催化剂可以有效地将臭氧分解成活性氧;通过优化臭氧和催化剂投加量后发现,在臭氧为350 mg·(L·h)⁻¹、催化剂投加量为100 g·L⁻¹废水中,反应180 min后,COD去除率可达到72.3%;在连续进行4 h的臭氧催化氧化实验后,MnO_x-NiO_x/γ-Al₂O₃稳定性和重复利用性均较好,COD去除率能维持在约42%,锰、镍离子的溶出量均小于0.5 mg·L⁻¹。以上研究结果可为高效的臭氧催化体系在煤化工高盐废水处理领域的应用提供参考。     

改性Ti4O7阳极对氯霉素的高效电氧化降解

针对传统电化学氧化中阳极是污染物催化氧化的核心,寻找一种具有高析氧电位,高反应活性面积,优良催化活性的阳极是当下亟待解决的问题。为此,选取了亚氧化钛(Ti₄O₇)电极作为基础电极且对其进行过渡金属元素掺杂改性。通过各种表征及降解性能研究发现,所制备改性电极相对于纯Ti₄O₇电极催化性能有所提高。其中,锆(zirconium, Zr)元素掺杂后使得改性电极具有更高的析氧电位和更好的电催化活性。在电流密度为30 mA·cm⁻²,初始pH为6.1,电解质为100 mmol·L⁻¹ Na₂SO₄和10 mmol·L⁻¹ NaCl的最优条件下,氯霉素的去除率为97.4%。并且该电极具有很好的抗干扰性和稳定性,在不同pH干扰下对氯霉素依然具有较高的降解率(均高于81.1%)。此外,Zr元素掺杂的Ti₄O₇改性电极对氟苯尼考和双氯芬酸钠等药物也具有很好的降解效果,降解率分别为93.4%和85.5%,本研究结果可为电化学去除污染物阳极改性研究提供参考。     

Cu-ZnO双反应中心类芬顿催化剂降解水中碘乙腈性能与机制

多相芬顿催化虽然克服了均相芬顿pH适用范围窄,铁泥二次污染等问题,但还面临着稳定性差,H₂O₂利用率低的问题,从而限制了其实际应用。本文利用锌和铜的电负性差异制备了一种双反应中心催化剂Cu-ZnO,通过在催化剂表面构建贫富电子中心,从而诱导H₂O₂产生·OH降解污染物。采用TEM、EDS、XRD、FTIR、XPS以及EPR对催化剂进行表征,并研究了催化剂投加量、H₂O₂投加量、pH以及共存离子对碘乙腈降解效果的影响。结果表明,在催化剂投加量为1 g·L^-1,双氧水投加量为10 mmol·L^-1时,Cu-ZnO对碘乙腈的去除率在91%。大部分共存离子对催化剂的降解效果影响较小,且在酸性条件下催化剂稳定性较好,中性和碱性条件下金属离子基本无释放。催化剂诱导产生的•OH和HO₂^•/O₂^•−是碘乙腈(IAN)降解的主要活性物种,降解产物包括CO₂,H₂O,I^－和IO₃^- 等。     

Mn-Ce复合金属氧化物催化氧化甲苯性能

通过等体积浸渍法制备了一系列Mn-Ce/γ-Al₂O₃催化剂, 并考察不同CeO₂负载量对MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂催化氧化甲苯性能的影响。利用XRD、N₂吸脱附曲线、TEM、H₂-TPR、XPS和O₂-TPD等方法表征催化剂比表面积、表面形貌及氧化还原性能。结果表明,CeO₂的负载一定程度上降低了MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂的比表面积, 且催化剂仍保持介孔结构。CeO₂的存在增加了催化剂表面的化学吸附氧含量,其良好的储放氧能力促进了Mn³⁺向Mn⁴⁺的转化;Mn和Ce之间存在较强的协同作用, 与MnO_x相邻的CeO₂更容易打开Ce—O键释放活性氧, 加速氧化还原进程,Mn_0.6Ce_0.4/γ-Al₂O₃催化剂T₁₀和T₉₀与MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂相比分别降低20和40 ℃。本研究可为VOCs催化氧化技术中低成本金属催化剂的开发提供参考。     

CdIn2S4/In2O3/BP复合可见光催化剂降解RhB及光催化灭活大肠杆菌

采用水热法制备了CdIn₂S₄和In₂O₃单品催化剂以及Cdln₂S₄/In₂O₃/黑磷(BP)三元复合光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等对制备的催化剂进行表征分析。以罗丹明B(RhB)为目标降解物进行了降解实验,以大肠杆菌(E.coli)为目标进行了灭菌实验,分析了不同掺杂比例的Cdln₂S₄对所制备材料光催化性能的影响。从自由基捕获实验中分析出降解过程中起主要作用的活性物质。结果表明：CdIn₂S₄、In₂O₃、BP三者成功复合,复合的三元材料可提高In₂O₃对可见光的吸收,使其光催化活性得以增强;Cdln₂S₄/In₂O₃/BP对RhB的降解率和E.coli的灭菌率均优于单品催化剂,且5% Cdln₂S₄/In₂O₃/BP的光催化性能最好,光照120 min后,对RhB的降解率和对E.coli的灭菌率分别达到了94.7%和100%;在降解和灭菌过程中,·O₂⁻起主导作用。     

负载型Co3O4活化过二硫酸盐非自由基降解有机污染物

通过在三维矿物载体表面包覆金属-多酚配合物并煅烧实现了Co₃O₄纳米颗粒的原位负载,制得了易分离回收的负载型Co₃O₄催化剂,利用SEM、XRD以及XPS表征分析其形貌和微观结构,采用活化过二硫酸盐(PDS)降解药、护品类有机污染物以评价其催化性能。以双酚A为目标污染物,考察了初始pH、PDS浓度、催化剂投加量、共存阴离子(CO₃²⁻、SO₄²⁻、NO₃⁻、Cl⁻)以及腐殖酸(HA)对BPA降解效率的影响。结果表明,负载型Co₃O₄能有效活化PDS降解有机物,在Co₃O₄投加量0.075 g·L⁻¹,BPA初始浓度0.04 mmol·L⁻¹,PDS初始浓度0.4 mmol·L⁻¹以及初始pH=7的最优条件下,120 min内BPA可被完全去除。淬灭实验与EPR实验结果表明,负载型Co₃O₄活化PDS通过单线态氧(¹O₂)主导的非自由基途径氧化分解有机物。     

CuO@Fe3O4催化NaClO 对水中丙烯酸及其酯的矿化去除

为实现污水尾端处理中可溶性小分子有机物的完全去除,以克服因它们的大量存在使水体中总有机碳含量增加而引发的严重环境问题,采用氧化剂NaClO和双金属氧化物CuO@Fe₃O₄组成的催化氧化体系,对喷水织机废水中典型的极性小分子有机物丙烯酸和丙烯酸甲酯进行矿化去除研究;通过X射线衍射 (XRD) 、扫描电子显微镜 (SEM) 、X射线能谱 (EDS) 和BET分析等方法对催化剂进行结构表征和形貌观察,确定催化剂最佳合成方法,并通过氧化实验考察催化剂双金属组成、氧化剂NaClO浓度、催化剂加入量、溶液初始pH和循环催化氧化等因素对小分子有机污染物矿化去除的效果。结果表明：初始铁铜摩尔比为5∶1时,合成的5CuO@Fe₃O₄纳米粒子催化活性最高;当5CuO@Fe₃O₄和NaClO投加量分别为0.48 g·L⁻¹、16 mmol·L⁻¹、pH=8.3时,对0.2 g·L⁻¹丙烯酸的COD去除率可达61%;催化剂经过7次循环操作后,对丙烯酸或丙烯酸甲酯仍能保持48%或45%的COD去除率;EPR实验证明·OH是催化氧化体系中降解丙烯酸和丙烯酸甲酯的主要活性物种。上述研究结果为揭示污染水体中难降解极性小分子有机物的矿化去除规律,实现水体中有机碳的总量控制和减排目标提供了技术支撑。