金属及其氧化物催化降解多氯联苯的研究进展

催化降解因其高的反应速率和降解彻底性,在氯代有机物的削减中得到广泛应用.目前研究较多的催化剂为零价态和氧化态的碱金属和碱土金属、过渡金属及贵金属,包括单金属和双金属两种.这类催化剂表面活性位点多样,在氯代有机物的降解中显示出优异的活性.多氯联苯(Polychlorinated Biphenyls,简称PCBs)是一类有毒难降解的持久性有机污染物.本文阐述了不同价态的单金属和双金属催化剂催化降解PCBs的反应机理,并介绍了影响反应速率和产物选择性的因素.并对金属及其氧化物催化降解PCBs的应用现状做了评述,对该技术的发展进行展望.     

类芬顿反应的催化剂、原理与机制研究进展

芬顿氧化法是高级氧化技术的一种,通过产生高活性的自由基降解水中有机污染物,在水处理领域受到广泛关注.近年来,针对芬顿反应的研究主要集中在开发高活性、高稳定性的非均相类芬顿催化剂.本文综述了近年来非均相芬顿催化领域的研究进展,分析了铁基、锰基、铜基、钴基等过渡金属及其氧化物,以及负载型催化剂的构造特点、催化机理和作用机制,探讨了过氧化氢和过硫酸盐的催化活化路径与方式,总结了非均相类芬顿催化体系实现高效降解有机污染物的机理与途径,以期为高效类芬顿催化剂的设计和应用提供科学依据.     

过渡金属Fe、Co、Ni介孔分子筛MCM-41催化剂的制备及其氧化性能

本研究用直接法和后处理法合成了不同过渡金属(Fe、Co、Ni)负载的介孔分子筛载体材料MCM-41,并利用Al对分子筛进行了改性,制备了Fe/Al复合催化剂,对上述材料进行了表征.研究了这些非均相催化剂对染料活性艳蓝KN-R的催化氧化脱色,分别研究了催化剂制备方法、过渡金属种类及负载量对KN-R脱色效率的影响,并考察了所制得催化剂的稳定性和重复利用性.结果表明,直接法合成的催化剂具有较高的催化性能及较低的金属溶出量,负载铁(Ⅱ)的催化剂对染料的催化降解性能要远高于钴(Ⅱ)和镍(Ⅱ)负载型催化剂,催化氧化活性随金属负载量的提高而显著升高.Al改性进一步提高了催化剂的活性,在pH=2.5,氧化剂H_2O_2投加剂量为50.0 mmol·L~(-1),催化剂剂量为4.0 g·L~(-1)的条件下,反应30 min,对初始浓度为250 mg·L~(-1)的KN-R染料的脱色率均可达95%以上,矿化率达60%以上.当Al/Si为0.21,Fe负载量为23.6 mg·g~(-1)时,在10 min内可将250 mg·L-1的KN-R完全脱色.经过3次循环使用后,上述催化剂仍能表现出良好的性能,但进一步循环使用,催化活性下降.     

挥发性有机污染物甲硫醇治理方法及反应过程研究进展

甲硫醇(CH3SH)作为一种典型的挥发性含硫有机污染物(SVOCs),具有很强的毒性,其存在会对环境和人体健康以及生产生活造成严重的危害.随着我国环保工作的深入开展,加强甲硫醇治理研究工作刻不容缓.本文介绍了甲硫醇治理的常见方法,主要包括物理法、化学法和生物法,并对催化法反应过程以及反应机理进行了探究.通过对比分析各治理方法的优缺点,指出催化分解法在甲硫醇治理方面具有显著的优势和重要的研究前景.合理调控催化剂的酸碱性能、有效提高催化剂的氧化还原性能、构建高性能催化剂将是催化分解法处理甲硫醇研究方向的重点.     

杂原子掺杂碳材料用于电合成过氧化氢的研究进展

过氧化氢(H₂O₂)可广泛应用于市政饮用水、工业废水和城市污水的处理.然而,过氧化氢在储存和运输方面的风险(如腐蚀和爆炸)限制了其在分散式水处理中的应用.以二电子氧还原反应(2eORR)原位合成H₂O₂用于分散式水处理具有良好的应用前景.然而,未被催化的2e^-ORR动力学缓慢、选择性差,不能满足大规模生产的要求.相比之下,杂原子掺杂碳材料具有良好的2e^-ORR活性、选择性和稳定性.本文回顾了2e^-ORR的反应机理和催化剂的改性原理,进一步描述了杂原子N、O、F掺杂碳材料的作用机理,并总结了几种具有优秀2e^-ORR催化活性和选择性的掺杂结构.最后,对杂原子掺杂碳材料合成H₂O₂应用于水处理的未来发展进行了展望.     

掺杂方法对Cu-OMS-2催化氧化甲苯性能的影响

分别采用前掺杂法(PI)、离子交换法(IE)和浸渍法(IM)合成了过渡金属Cu掺杂的催化剂Cu-OMS-2,通过XRD、BET、XPS、H_2-TPR等手段对催化剂的结构进行表征,并测试催化剂对甲苯的催化燃烧性能.XRD结果显示,全部掺Cu样品与单纯OMS-2晶相峰相同;XPS结果表明,Cu掺杂有效调控了Mn~(3+)/Mn~(4+)的比例,催化剂表面形成不同数量氧空位,其中前掺杂法和离子交换法制备的催化剂表面生成了更多的氧空位;H_2-TPR结果显示Cu掺杂降低了催化剂还原温度,且前掺杂法和离子交换法制备的催化剂的还原温度低于浸渍法合成的样品.因此,前掺杂法和离子交换法合成的催化剂在甲苯催化氧化中显示出较高的催化活性.     

催化臭氧氧化降解罗丹明B的初步研究

研究了过渡金属硝酸盐及Al2O3为载体担载催化剂在罗丹明B臭氧氧化过程中的催化作用,考察了温度、pH值以及催化剂浓度等因素对反应的影响.结果表明,过渡金属离子可显著地提高罗丹明B的脱色速率,而担载型过渡金属氧化物催化剂活性较低.较低的pH值和反应温度有利于罗丹明B的催化臭氧化.罗丹明B溶液经过催化臭氧氧化后COD去除率可提高24%.     

聚乙烯及其废料油化技术中催化剂的研制与性能研究

本文研究了几种自制催化剂对聚乙烯热解产物的催化改质作用,催化反应温度与催化剂性质对催化改质所得气体收率及组成、汽油收率及辛烷值、柴油收率以及催化剂积碳的影响,探讨了适合聚乙烯及其废料热解产物催化改质的催化剂应具备的特性及热解产物在催化剂上反应的类型,同时探讨了本研究对废塑料油化技术的指导作用。应用此催化剂液体收率可达８０％以上,汽油辛烷值为８２（ＲＯＮ）。     

锰基低温SCR脱硝催化剂抗硫抗水性能研究进展

锰基催化剂以其良好的低温脱硝活性受到越来越多的关注,在低温脱硝领域具有广阔的应用前景.然而,在实际应用过程中,反应气氛中存在的SO_2和H_2O容易造成催化剂中毒失活.本文分析了锰基催化剂在低温氨选择性催化还原(NH_3-SCR)过程中SO_2和H_2O的中毒机理,重点介绍了提高锰基催化剂抗硫抗水性方面的研究进展,从添加过渡金属助剂、改变形貌和改变制备方法等3个方向展开分析.最后针对目前锰基催化剂存在的问题,提出了改进意见,并对锰基脱硝催化剂未来的发展方向和应用前景进行了展望.     

Cr/γ-Al_2O_3对乙酸乙酯的催化燃烧

使用浸渍法制备不同负载量的Cr/γ-Al_2O_3催化剂,研究乙酸乙酯的催化燃烧.BET,XRD结果表明,Cr在γ-Al_2O_3上负载存在分散阈值效应,负载量在阈值以下时呈单层分散形式,在超过阈值时Cr形成结晶,实验测得单层分散阈值与理论计算一致.Raman结果表明Cr在单层分散时为Cr~(6+),而在非单层分散时为Cr_2O_3.催化乙酸乙酯燃烧的活性研究显示,阈值效应对催化活性有显著影响:催化活性在单层分散阈值时最好,此时活化能最高,指前因子最大.     

环境分析化学家--倪哲明先生

倪哲明(1925-),环境分析化学家。长期从事环境分析化学的基础与应用研究,主要工作包括有机溶剂萃取法、分光光度法、原子吸收光谱法用于痕量元素分析,色谱一原子吸收光谱联用技术分析痕量金属有机化合物,以及原子吸收光谱法中的基体改进效应、原子形成机理研究和环境标准参考物的研制。倪哲明先生是国际原子吸收基体改进剂研究领域的主要开拓者之一。她总共发表论文140余篇,     

污泥热解残渣催化市政破膜污泥的热解作用

本文通过原子吸收分光光度计(AAS)对污泥热解残渣中金属化合物含量测定和扫描电镜(SEM)对污泥热解残渣的表面形态进行表征,采用热重分析(TGA)对印染污泥和市政污泥的热解残渣催化污泥热解作用进行了初步探讨.结果表明,两种污泥热解残渣对污泥热解均有催化作用,且印染污泥热解残渣催化效果优于市政污泥热解残渣;热解残渣中金属化合物种类和含量对其催化效果有一定影响,尤其是污泥热解残渣中铝、铁、锌化合物在污泥催化热解过程中起了重要作用.     

垃圾渗滤液湿式氧化催化剂Fe-Co-Pt-Ce/FSC的组分配比优化及表征

采用等量浸渍法制备不同金属组分配比的Fe-Co-Pt-Ce/FSC负载型催化剂,并用于催化湿式氧化垃圾渗滤液,以COD去除率、浊度去除率和垃圾渗滤液处理中p H值的变化评价催化剂的活性,以金属溶出浓度评价催化剂的稳定性,考察金属组分配比对催化剂活性和稳定性的影响.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重-差热(TG-DTA)、孔结构、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱法(XPS)表征优选催化剂的组构性能,结果表明,Fe_1Co_1Pt_1Ce_3/FSC催化剂表现出最佳的催化性能,其作用下垃圾渗滤液的COD去除率、浊度去除率和最低pH值分别为86.2%、99.9%和6.34,金属溶出浓度为2.88 mg·L~(-1);焙烧温度的提高使催化剂活性降低但是稳定性提高,适宜的焙烧温度是500℃;催化剂的比表面为240.6 m~2·g~(-1),活性组分在载体表面分布均匀,组分粒子尺寸约为8.02 nm;催化剂组分主要以FeO、CoO、Pt和CeO_2的形式存在,且催化剂的金属元素之间存在协同作用.     

化学战剂热催化分解研究进展

热催化分解技术可将染毒空气加热后通过催化床,毒剂分子在催化剂活性位上发生吸附、氧化、脱烷和水解等一系列物理化学反应,生成CO_2等小分子化合物,该技术是一种广谱高效的净化技术.文中综述了催化材料对典型化学战剂的热催化分解性能.对于神经性毒剂沙林来说,活性炭、氧化钒和Pt催化剂有更好的催化活性,磷物种在催化剂上的逐渐累积是失活的主要原因;对于全身中毒性毒剂HCN和CNCl而言,水解反应对产物选择性的影响尤为重要;对糜烂性毒剂芥子气来说,催化剂的设计与反应机理的研究仍处在起步阶段;相比其他毒剂,窒息性毒剂光气更容易被催化分解,Pt催化剂对光气的热催化分解展现出较好的性能.本文将为设计合成高性能毒剂热催化分解材料提供一些参考.     

液相催化加氢法去除Cr（Ⅵ）

采用浸渍法合成出Pd/Al2O3催化剂,通过ICP、XRD、TEM和Zeta电位等表征手段对催化剂的组成和形貌进行了表征.在液相催化加氢还原Cr（Ⅵ）的反应中,分别研究了催化剂加入量、Cr（Ⅵ）初始浓度、pH值、Pd负载量等因素的影响.结果表明,该催化剂表面酸性影响催化还原效果,此反应属于吸附抑制型.     

Pd-Fe/C催化氯酚还原脱氯-氧化联合降解

以Pd和Fe为活性金属组分通过沉积沉淀法制备了负载型Pd-Fe/C双金属催化剂,针对氯酚类污染物进行催化还原脱氯和催化氧化的连续降解处理.通过ICP-MS、XRD和TEM对催化剂进行表征,证实0.5%Pd-0.5%Fe/C催化剂中活性金属组分Pd和Fe在载体表面分散性最好,催化剂比表面积达到718.8 m~2·g~(-1).在温和条件下,以水作为反应介质,研究了负载型Pd-Fe/C催化剂对4-氯苯酚(4-CP)和2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的连续降解过程和反应条件,以及催化剂的重复使用情况.考察了Pd和Fe的负载量及p H值对催化剂活性的影响,得到了最佳反应条件,以0.5%Pd-0.5%Fe/C为催化剂,20 min内完成4-CP和2,4-DCP的催化还原脱氯,产物都为苯酚;之后加酸调节pH=5,并加入H2O2继续进行催化氧化,苯酚被彻底降解为H_2O和CO_2,而且转化率在60 min内可以达到97.5%以上,从而实现4-CP和2,4-DCP的彻底降解.     

X射线光电子能谱在环境催化研究中的应用

X射线光电子能谱(XPS)是常用的材料表面分析技术之一,在材料、化学、环境、催化等众多领域的研究中都有广泛用途.本文首先简要介绍XPS的工作原理、分析特点及其一般应用,再主要以本课题组在环境催化领域的研究工作为例,阐述XPS在催化剂的元素组成、化学态分析及关键组分定量分析中的应用,从而表明其在环境催化材料表面性质分析及催化机理研究中的重要性.     

高级催化氧化法去除水中邻苯二甲酸酯的研究进展

普遍认为,邻苯二甲酸酯类物质（Phthalic Acid Esters,PAEs）是内分泌干扰物质（Endocrine Disrupting Chemicals,EDCs）,被广泛应用于增塑剂、化妆品中,具有致畸性,致癌性,致突变性以及拟/抗雌激素活性、拟/抗甲状腺激素活性等内分泌干扰特性。邻苯二甲酸酯类物质很容易扩散到环境中,在土壤、大气、水环境中均有检出,是环境中常见污染物,严重威胁人体健康和生态环境,已经引起国内外的广泛关注。在综述邻苯二甲酸酯类物质的物理化学性质、毒性影响、国内外天然水体、地下水和生活污水中的污染现状的基础上,讨论消除水环境中PAEs污染的强化混凝、吸附、膜处理、生物处理和高级氧化技术。高级氧化技术因其能够快速有效地去除饮用水和污水中不同种类的有机污染物而备受关注,且发展迅速。重点介绍了高级催化氧化法对水环境中PAEs的去除,包括催化湿式过氧化物氧化过程,催化臭氧氧化过程,光催化氧化过程,超声波、微波辅助催化氧化过程以及高级纳米催化氧化过程。其中,Fenton催化氧化技术在氧化过程中通过使用催化剂或协同紫外光等方式产生高度反应性羟基自由基,可无选择性地将PAEs完全降解为无毒无害的小分子物质,对PAEs的氧化去除效果最好。虽然在高级氧化过程中应用催化剂可大大提高氧化效率和降解程度,但催化氧化法耗能较大、催化剂消耗量大、受水体pH值的影响,且研究大多限于实验室阶段,未能大量投入工业应用,需要进一步发展创新。因此,开发新型高效催化剂、提高催化剂选择性、优化催化氧化反应条件、优化设计催化反应器、与其他技术耦合是水体中PAEs类环境激素污染控制技术的发展方向。     

苯偶酰的绿色催化合成及表征

以金属与双水杨醛缩乙二胺合成的金属配合物Co(salen)作为均相催化剂,用空气氧化安息香合成苯偶酰,通过四因素三水平正交试验(温度、催化剂用量、KOH添加量和反应时间)的设计,探索Co(salen)催化氧化安息香的最佳条件,并以Co(salen)作为研究对象,探索最佳条件下NaY分子筛负载催化剂和不对称Schiff碱配合物对安息香的催化氧化效果,应用X射线晶体衍射(XRD)、~1H NMR核磁共振波谱、红外光谱、紫外光谱和高效液相色谱HPLC等手段对制得的席夫碱和氧化产物进行分析表征,同时考察催化剂的回收套用效果.结果表明,在35℃下反应80 min,添加1 g催化剂和1.5 g KOH时,Co(salen)催化剂产率最高可达96%以上,回收套用催化剂2次最佳,产率仍可达到77.8%.NaY分子筛和不对称希夫碱金属催化剂在最优条件下产率低于Co(salen)催化剂,Na Y分子筛作为载体能在重结晶过滤的阶段直接有效地将产物和催化剂分离,能更有效地重复利用.合成产物经HPLC和~1H NMR核磁共振波谱分析,验证了其为较高纯度的苯偶酰.     

催化湿式氧化/过氧化法处理难降解有机物的研究进展

常规的水处理工艺成熟,运行成本低,但其对难降解有机物的处理效果差,难以满足日益严格的排放标准.本文将催化湿式氧化法(CWAO)与催化湿式过氧化氢氧化法(CWPO)合称为催化湿式氧化/过氧化法,两者都具有效率高、占地少的显著特征,可以直接把难降解有机物分解为二氧化碳和水,已成为新的研究热点.本文综述了催化湿式氧化/过氧化法降解有机物的原理和进展,分析了催化剂对常规湿式氧化/过氧化反应过程的加速和降解效率的影响,讨论了催化湿式氧化/过氧化技术存在的主要制约瓶颈,提出了有机物的定向调控转化和资源化是今后减污降碳的主要方向.