钯基催化剂氧化低浓度甲烷的研究进展

甲烷(CH₄)是一种重要的温室气体，其引发温室效应的能力是等量CO₂的25倍。船用天然气发动机排气中存在低浓度(0.05%～0.5%)CH₄泄露。CH₄化学结构稳定，起燃温度高，低浓度CH₄难以被捕集利用，催化氧化是去除尾气中低浓度CH₄的主要方式。贵金属钯(Pd)是完全氧化低浓度CH₄性能良好的催化材料。针对Pd基催化剂低温活性、可靠性以及研发成本等问题，本文介绍了目前Pd基催化剂主要研究进展。首先明晰了催化剂的Pd粒径和价态分布、Pd分散状态、载体种类以及强金属-载体间相互作用(SMSI)等对甲烷氧化活性的影响规律；其次，总结了目前公认的Pd基催化剂表面甲烷氧化机理和反应路径；之后，详细阐述了Pd基催化剂运行过程中高温烧结、水中毒及硫中毒等多种失活机制；最后，总结了当前低浓度甲烷完全氧化面临的主要挑战以及未来甲烷氧化催化剂的发展方向，并简要提出了Pd基催化剂的性能改善策略。     

封装型Pd@S-1催化剂中Pd状态对低浓度甲烷催化氧化性能的影响

在甲烷催化燃烧反应中，封装型Pd@S-1催化剂表现出高活性和高稳定性，活性组分Pd的状态是影响其活性的重要因素.本文通过乙二胺辅助原位封装法合成Pd@S-1催化剂，通过调节催化剂后处理温度和气氛调控Pd状态，探究其对甲烷催化燃烧反应的影响.性能评价结果表明，相比空气焙烧后处理方式，氢气还原的Pd@S-1-H₂催化剂表现出更高的活性，其甲烷完全转换温度(T₁₀₀)为390℃.催化剂表征结果表明活性的提高主要归因于H₂还原可降低Pd颗粒尺寸、增加活性Pd物种和活性氧物种.此外，水蒸气影响实验结果表明Pd@S-1-H₂催化剂表现出优异的抗水性.因此，采用氢气还原处理不仅能够提高Pd@S-1催化剂的甲烷催化氧化活性，同时能够有效抑制其发生水中毒.     

VOx-MoOx/TiO2催化剂低温催化降解一氯苯及二英的研究

垃圾焚烧过程中会产生大量氯苯等氯代挥发性有机污染物(CVOCs)和二噁英等持久性有机污染物(POPs). CVOCs的排放会导致光化学烟雾和温室效应的产生,而二噁英能在土壤中长期附存,具有人体致癌和致畸变等严重危害. 催化降解技术具有显著优势,能将二噁英等有机污染物彻底破坏分解,最终将其转化为CO₂、H₂O和HCl等产物. 基于钒基催化剂VO_x/TiO₂的过渡金属氧化物催化剂已被广泛应用于烟气CVOCs和二噁英处理领域. 钒基氧化物VO_x中的V=O基团对二噁英起到亲核吸附的作用,在钒基氧化物上添加第二活性组分钼氧化物MoO_x可以提高催化剂的催化活性. 本文采用湿法浸渍的方法制备出用于催化降解含氯污染物的粉体钒钼钛VO_x-MoO_x/TiO₂催化剂,并分析其合成方法、催化表征和性能测试结果,讨论反应温度对一氯苯及二噁英催化率影响的机理,旨在为开发二噁英催化技术提供参考. 结果表明:VO_x-MoO_x/TiO₂催化剂表面催化活性位点较多,活性组分分散良好,起始还原温度较低,活性氧含量较多,比表面积较大,颗粒团聚较轻,具有优良的催化特性. 通过系列实验筛选出合适的催化剂组分比例为5%VO_x-5%MoO_x/TiO₂(记作“V5-Mo5-Ti”,即VO_x和MoO_x的质量分数各占5%,TiO₂的质量分数占90%),在150 ℃低温下其对一氯苯和二噁英的催化效果优异. V5-Mo5-Ti催化剂对一氯苯的低温转化率随原始稳定浓度和空速比的升高而降低. 在一氯苯初始浓度为150×10?6、空速比为10 000 h?1时,V5-Mo5-Ti催化剂在150 ℃下对一氯苯的转化率为54.0%,在300 ℃时接近100%. 在150 ℃的低温环境中,该催化剂对二噁英催化脱除率在86%以上,催化降解率在74%以上. 研究显示,VO_x-MoO_x/TiO₂催化剂对二噁英的催化脱除率和降解率随温度的升高而提高,主要归因于升温加快了V₂O₅中V5+和V4+元素以及MoO₃中Mo6+和Mo4+元素的催化氧化循环速率.      

贵金属催化剂对VOCs催化氧化的研究进展

催化氧化法是目前最有效的处理VOCs的方法之一。就贵金属催化剂在VOCs的催化氧化中的应用,列举了近年来Pd、Pt、Au、Ru催化氧化的实例,并对其反应机理进行了总结。最后,归纳并重点分析了催化剂的分散度、颗粒粒径、载体3个因素对催化活性的影响。同时,对预处理也作了一定的阐述。     

Ce掺杂对Pd/γ-Al2O3催化燃烧甲苯性能的影响

通过等体积浸渍法制备了单金属Pd/γ-Al₂O₃催化剂和双金属Pd-Ce/γ-Al₂O₃催化剂,考察掺杂CeO₂对Pd/γ-Al₂O₃催化剂催化氧化甲苯性能的影响.并通过N₂吸脱附、SEM、H₂-TPR表征催化剂比表面积、表面形貌及氧化还原性能.结果发现,CeO₂的掺杂一定程度上降低了Pd/γ-Al₂O₃催化剂的比表面积,但增加了10nm孔径的孔密度,且催化剂仍保持介孔结构,当添加4% CeO₂时（质量分数,下同）,催化剂比表面积降至165m²/g,孔道存在一定程度的堵塞,阻碍污染物和反应产物的扩散,降低催化剂催化性能.H₂-TPR结果表明,Pd和Ce之间存在较强的协同作用,与PdO相邻的CeO₂更容易打开Ce-O键,相较于单金属0.2% Pd/γ-Al₂O₃,掺杂了0.3% CeO₂的催化剂具有更强的还原峰,表明CeO₂的引入为催化剂提供了更多的表面氧空位,增强了催化剂的催化氧化能力,其T₁₀和T₉₀与单贵金属催化剂相比分别降低10和40℃.     

载体平衡离子对MnOx/ZSM-5催化NH3-SCR性能影响

采用不同平衡离子（H⁺、Na⁺和NH₄⁺）的ZSM-5改性分子筛制备MnO_x/ZSM-5催化剂,研究平衡离子对氨选择催化还原（NH₃-SCR）反应活性的影响.NH₃-SCR反应结果表明,NH₄-ZSM-5为载体时,催化剂表现出优异的低温SCR活性,而H-ZSM-5为载体的催化剂则在高温范围对NO_x具有较高的转化率.XRD、TEM、BET、Raman、H₂-TPR、XPS等表征结果显示,平衡离子可明显影响MnO_x在催化剂中的分散位置以及氧化还原性质.MZ-NH₄催化剂中活性组分MnO_x分散在载体外表面,颗粒尺寸较大,主要以Mn³⁺形式存在,对NO具有较强的氧化能力,进而促进“快速SCR”反应的进行.而H-ZSM-5为载体时,MnO_x主要被限域在载体孔道内形成限域催化剂,主要以Mn⁴⁺形式存在.活性研究和表征结果证明,活性组分分散在催化剂外表面,更有利于低温SCR反应的进行.     

氯代挥发性有机物CVOCs催化氧化的研究进展

氯代挥发性有机物(CVOCs)因其性质稳定、反应性差且毒性高,成为目前大气污染物净化技术中的难点。催化氧化法是去除CVOCs最有效的方法之一。对CVOCs催化氧化的研究进行综述,列举实例介绍了各类催化剂对常见CVOCs的催化研究现状,对催化性能、催化剂失活、反应机理等方面进行了详细分析,总结出积碳和氯中毒是催化剂失活的两大主要因素,而载体性质、活性组分分散度、水等对催化性能产生很大影响。最后,展望了未来催化剂的研究重点。     

Pd/TiO_2的H_2选择还原NO反应性能研究

采用浸渍法制备了一系列Pd基TiO_2催化剂,并在富氧条件下评价其在氢气选择性催化还原NO(H_2-SCR)反应中的性能。以纳米TiO_2为载体,考察了TiO_2种类、贵金属含量、预处理温度对催化剂性能的影响。结果表明,贵金属含量相同时,以TiO_2(P25)为载体的催化剂活性明显优于以TiO_2(A18)为载体的催化剂;增加贵金属含量有助于提高低温活性;降低预处理温度,有利于在整个测试温度范围内催化剂活性的提高。XPS结果显示催化剂上起活性的主要物种为金属态的Pd。     

微波催化燃烧印刷包装VOCs废气的矿化途径与降解机理

结合贵金属和过渡金属催化剂的优点,采用等体积浸渍法制备了Pt-CuMnCeO_x/蜂窝纳米陶瓷整体式催化剂,考察其在微波辐照下对印刷包装VOCs（甲苯和丙酮）废气的矿化效果及催化机理.研究表明,微波功率600W,进气量5m³/h,甲苯和丙酮浓度各1000mg/m³条件下,催化剂床层温度达到300℃,双组分VOCs矿化率为82%.结合XRD和XPS表征可知,高分散的Pt颗粒与铜锰铈尖晶石活性组分在"微波热点"作用下提高了对甲苯、丙酮的低温催化效率;微波催化燃烧反应同时遵循L-H和MvK机理,不同价态金属间发生电子转移,催化剂表面产生更多的表面吸附氧和晶格氧,从而增强了VOCs分子的吸附与氧化.中间产物测试基础上,推测甲苯的氧化降解途径为甲苯→苯甲醛→苯甲酸→小分子酸→二氧化碳和水,丙酮的氧化降解途径为：丙酮→小分子醛类、酸类→二氧化碳和水.     

载Pt石墨催化臭氧化降解水中草酸的研究

以石墨为催化剂载体,以H₂PtCl₆·6H₂O为贵金属活性组分前驱物,采用等体积浸渍法制备了Pt/石墨催化剂.对Pt/石墨催化臭氧化、石墨催化臭氧化以及单独臭氧氧化降解草酸的效果进行了研究.结果表明,在本实验条件下,单独臭氧氧化、石墨催化臭氧化和Pt/石墨催化臭氧化草酸的去除率分别为3.0%、47.6%和99.3%.Pt的负载可以显著地提高石墨催化臭氧化的效果.以草酸的去除效率为催化活性指标对Pt/石墨催化剂的制备条件进行了优化.结果表明,石墨载体的预处理没有提高Pt/石墨催化剂的活性.Pt/石墨催化剂最佳制备条件为：以水为溶剂,浸渍时间24　h,活性组分Pt的负载量为1.0%,氢还原温度为350℃.所制备催化剂经重复使用5次,草酸去除率仍超过90％.     

钙钛矿LaMnO3负载贵金属在催化氧化碳烟中的作用

采用共沉淀法制备钙钛矿LaMnO3,并用浸渍法在LaMnO3上负载不同的贵金属得到系列催化剂.利用程序升温氧化反应对催化剂催化氧化碳烟的性能进行了测试.程序升温还原(H2-TPR)、BET、XRD、SEM和FY-IR等表征手段对催化荆进行了表征.结果表明,当Pd的负载量在0.5%时,催化剂Pd/LaMnO3的催化性能最好,和单独的LaMnO3相比,最高燃烧速率温度降低了40℃.当负载量较小和较多时,碳烟起燃温度反而会比LaMnO3高.在5种贵金属负载的催化剂中,其中Pd催化性能最好,依次为Au、Ru、Pt和Rh.TPR测试表明贵金属的负载有助于钙钛矿中 Mn4 的还原,对高温时Mn3 的还原作用不大.XRD衍射角向低角度出现了少许偏移,显示负载在表面的贵金属部分进入钙钛矿LaMnO3的晶格结构中,使其晶粒增大;BET和SEM结果表明催化剂在反应后出现了轻微团聚现象.IR图谱显示反应前后,主要特征红外吸收带没有明显变化,表明催化剂具有较好的结构稳定性.适量的贵金属在钙钛矿LaMnO3上负载,能够有效地提高催化燃烧碳烟的活性.     

放电等离子体增强多元金属催化剂降解对二甲苯的特性与机理

采用浸渍法分别制备了Mn-Co-La-Ce/Al₂O₃、Mn-Co-Ce/Al₂O₃和Mn-La-Ce/Al₂O₃多元金属催化剂,利用BET、XPS、O₂-TPD和FT-IR对反应前后的Mn-Co-La-Ce/Al₂O₃进行表征分析,研究了其在放电低温等离子体(NTP)协同催化体系中对对二甲苯的催化降解效果,以及催化降解条件(对二甲苯初始浓度、氧含量、气量等)对其降解效率影响,应用气相色谱-质谱分析了NTP协同催化剂降解对二甲苯反应后的有机副产物,探讨了NTP协同催化体系降解对二甲苯的机理.结果表明,等离子体将增加催化剂的表面晶格氧释放的强度.La掺杂能提高多元催化剂O_ads和O_lat的结合能,O_ads占比达54.67%,提高O_ads含量达1.24%.与单独NTP降解相比,NTP协同多元催化剂的降解效率提...     

低温等离子体协同催化处理VOCs的研究进展

针对成分复杂且极易挥发的挥发性有机物(VOCs),传统的大气治理技术很难将其完全去除,而低温等离子体技术利用O·、·OH、N·和O₃等强氧化性物质可高效降解VOCs。简述了低温等离子体单独降解VOCs反应机理,等离子体与催化剂的协同作用,并分析了催化剂位置对降解效率的影响。其中,重点分析了不同催化剂的协同作用,主要包括贵金属催化剂、复合金属催化剂、过渡金属催化剂、钙钛矿催化剂和光催化剂等,深入分析了其对VOCs的降解机理,并总结了这些催化剂用于处理VOCs的降解效果及影响因素,最后提出了低温等离子体技术协同催化降解VOCs目前存在的问题及未来的研究和发展方向,可为实际工业废气的治理提供参考。     

氧化物载体对Ni-V催化剂催化燃烧二氯甲烷的影响

以Al₂O₃,TiO₂,ZrO₂ 3种氧化物为载体,通过溶胶凝胶法制备以Ni-V双金属氧化物为活性组分催化剂,在固定床反应器上研究了催化剂的二氯甲烷（DCM）催化燃烧性能.并通过XRD、BET、FTIR-Pyridine和H₂-TPR表征分析催化剂的物理化学特性,结果表明催化剂的氧化还原性能与酸性存在一定的协同能力促进DCM的催化氧化.10% Ni-V/Al₂O₃和10% Ni-V/TiO₂催化剂表面大量的酸性位点和强氧化性使得催化剂在催化燃烧DCM时拥有较好的活性,其中10% Ni-V/Al₂O₃在252℃时就有90%的转化率,但其在低温时易产生含氯有机副产物的CH₃Cl,并且50h连续稳定性测试发现其有失活现象.而10% Ni-V/TiO₂催化剂达到90%转化率时温度为274℃,且其在DCM降解中并没有CH₃Cl的产生,稳定性测试中也没有失活现象发生,这可能是与其拥有更多中强度B酸以及较强氧化还原能力有关.     

改性赤泥负载Pt催化剂催化氧化甲苯的性能

以改性赤泥为载体,采用浸渍方法制备低成本改性赤泥(MRM)负载Pt催化剂,并探究Pt含量对Pt/MRM催化剂催化氧化甲苯活性影响.结果表明0.4Pt/MRM表现出最佳的催化活性,在230℃时甲苯转化率为100%.当空速高达120000h^-1时0.4Pt/MRM催化剂依然能保持着较高的催化活性.当甲苯进口浓度为5000mg/m³时仍可以有效氧化甲苯.采用XRD、FT-IR、BET、H₂-TPR和O₂-TPD等手段进行表征测试分析发现,MRM的比表面积较RM大幅度提高,使MRM能够更好分散活性组分Pt,成为合适的活性组分Pt的催化剂载体.同时所制备的x Pt/MRM催化剂具有较高的比表面积和良好的孔结构.改性赤泥中Fe₂O₃与活性组分Pt物种相互作用,使催化剂的总氧解吸量增大,提高了催化剂表面氧的迁移率,从而提高了催化效率.     

碳包覆Pd/Al2O3催化剂催化4-溴苯酚加氢脱溴的活性和稳定性调控研究

在污染物液相催化加氢脱卤过程中,提高催化剂的稳定性至关重要.以水热合成法制备了不同碳包覆量的Pd/Al₂O₃@C催化剂,对催化剂进行了系列表征,并将催化剂应用于4-溴苯酚(4-BP)污染物的催化加氢脱溴反应.表征结果显示碳层提高了Pd/Al₂O₃的表面疏水性,有利于4-BP在催化剂上的吸附.并且在Pd/Al₂O₃@C催化剂的碳化过程中,碳还原部分Pd颗粒,并保留部分正价态Pd活性位,增强了4-BP中C-Br键的活化.与Pd/Al₂O₃相比,碳涂层提高了催化剂的催化活性.但当碳包覆量超过最佳包覆量后,暴露的Pd粒子随碳包覆量的增加而减少,导致活性下降.此外,碳层修饰后,催化剂的稳定性显著提高,从而大大抑制了Pd粒子的团聚和损耗.Pd/Al₂O₃@C表面的碳涂层对卤素具有较高的耐受性,从而减轻了液相催化加氢脱卤反应中活性中心的中毒.     

甲烷燃烧催化剂研究进展

甲烷是天然气的主要成分，广泛应用于电厂、天然气车和各种化学品合成等领域。但由于其具有强温室效应，使用过程中的甲烷泄露和排放会对环境造成重大影响。甲烷直接燃烧净化所需的反应温度高，常伴随高温副产物NO_x等，对环境危害较大。催化燃烧是一种更为高效清洁的处理技术，而该技术的核心是高效稳定的催化剂。文章综述了近年来国内外用于甲烷燃烧的贵金属和非贵金属催化剂研究进展。两类催化剂各有特点，其中贵金属催化剂低温活性优异，载体选择丰富，但是成本较高和易发生高温团聚成为制约其工业应用的重要原因。非贵金属催化剂成本低，热稳定性优异，但起燃温度较高，仅适用于高温工况。工业尾气中常含有大量水蒸气和微量SO₂,为了满足长期稳定的工业应用需求，无论贵金属还是非贵金属催化剂，其抗中毒能力仍需改进提升。此外，文章总结了贵金属和非贵金属催化剂活性物种、反应机理研究进展，以及工业化应用的可行性，并展望了该领域未来可能的发展方向。     

二冲程摩托车尾气净化催化剂的制备与评价

采用分步浸渍法制备了二冲程摩托车尾气净化催化剂Pt Co Cu/γ -Al2 O3。运用XRD、BTT法、气相色谱、分光光度法等手段进行结构表征及活性评价。结果表明 ,催化剂中的活性非贵金属的高分散金属态和周期性转化的氧化态是催化作用的活性中心 ,微量贵金属在催化剂中是必需的 ,并且该催化剂冷起性能好 ,对净化二冲程摩托车尾气有较显著的效果 ,能氧化绝大部分HC ,对CO也有一定的氧化作用 ,且能还原一定的NOx。     

过渡金属改性的Cr-Ce-O催化剂氧化氯苯性能

以氯苯为含氯挥发性有机污染物探针物,以稀土基CeO₂为基底活性氧化物,采用柠檬酸络合法制备Cr-Ce-O催化剂,考察Cr/Ce物质的量比、过渡金属氧化物掺杂及掺杂量、载体和焙烧温度对Cr-Ce-O催化剂催化氧化氯苯性能的影响;采用XRD、BET、SEM、H₂-TPR、XPS等表征技术分析催化剂的基本特性.研究表明,Cr₂O₃和CeO₂间形成了CrCeO_x固溶体,掺杂有ZrO₂的Cr₂O₃-CeO₂/Al₂O₃催化剂其比表面积得到显著提升,且载体对催化剂活性组分形态结构产生重要影响,其中以焙烧温度为400℃,堇青石为载体的催化剂氧化活性较优.研究发现,ZrO₂掺杂量亦对催化剂氧化活性产生显著性影响,当Zr/Cr物质的量比为1：2时,Cr₂O₃-CeO₂-ZrO₂/堇青石催化剂表现最佳,催化氧化氯苯转化率可达92.7%（反应温度为350℃）,这主要是由于ZrO₂掺入促进了CeO₂和Ce₂O₃,Cr₂O₃和ZrO₂间的相互作用,氧空位增加促使表面活性氧（O_sur）增多.     

NaOH修饰Ru/TiO2对CO2活化及甲烷化性能研究

采用溶胶-凝胶法合成NaOH修饰的Ru-TiO₂催化剂(Ru/NaOH-TiO₂),在对其详细结构表征后将其应用于CO₂甲烷化反应.活性测试结果显示,以Ru/NaOH-TiO₂催化剂进行CO₂甲烷化反应,在7 h反应时间内生成300.8μmol CH4,其产量相较于Ru/TiO₂提高了30.2%.CO₂-TPD、H2-TPR.FTIR等测试结果证实NaOH修饰能提高催化剂对CO₂的吸附和活化,从而有效提高其催化CO₂甲烷化效率.这一研究工作为提供高效CO₂转化催化剂提供了理论基础.