选择性催化氧化H_2S的催化剂和载体研究进展

近年来,H2S选择性催化氧化技术作为一种新型脱硫工艺迅速发展起来,其核心技术是催化剂和载体的开发。概述了目前用于选择性催化还原H2S的各种催化剂和载体的应用现状。催化剂和载体主要包括各类金属氧化物、沸石类、活性炭及层柱黏土等。文章并对其研究成果进行总结,并对未来的研究发展方向进行了展望。     

不同SAPO分子筛负载MnOx催化剂的低温NH3-SCR性能研究

以磷酸硅铝分子筛SAPO-5、SAPO~(-1)1和SAPO-34为载体,采用乙醇分散法制备了用于低温氨选择性还原(NH_3-SCR)NO_x的分子筛负载MnO_x催化剂.活性测试结果显示,3种分子筛催化剂均展现出优良的NH_3-SCR活性,但三者在低温区间的SCR活性存在较明显差异,其SCR活性顺序如下:MnO_x/SAPO-34MnO_x/SAPO-5MnO_x/SAPO~(-1)1.借助XRD、N2吸附-脱附、XPS、H2-TPR、NH_3-TPD、NH_3FT-IR等技术对催化剂的表面活性物种及表面酸性等进行表征分析,结果表明,MnO_x主要以无定型状态分散于载体上,负载后载体的比表面积和孔体积均有所下降.XPS和H2-TPR分析证实,不同分子筛载体上MnO_x的表面浓度与氧化态明显不同.NH_3-TPD和NH_3FT-IR分析揭示了催化剂表面均存在Bronsted酸位和Lewis酸位,其中,Lewis酸性位对低温SCR反应起着关键作用.研究表明,催化剂的催化性能会因载体不同而存在差异,高Mn4+表面浓度和丰富的Lewis酸性位对催化剂在低温区间实现优良的催化活性尤为重要.     

铈插层黏土负载铁催化剂在H2S选择性催化氧化过程中催化性能的研究

合成了铈插层的Laponite黏土材料(Ce-Lap),并以此材料为载体,分别负载质量分数为3%、5%、8%、10%的Fe制备Fe/Ce-Lap催化剂,通过XRD、氮气吸脱附曲线、XRF、TG、FT-IR、O2-TPD、H2-TPR、XPS等手段,对催化剂的物理化学性质进行了表征测试,并考察了催化剂在H2S选择性催化氧化反应过程中的活性.结果表明,5%的Fe/Ce-Lap在180℃时表现出最好的催化活性,能达到96%的硫产率,这归因于Fe与Ce之间的相互作用,改善了Fe3+的氧化还原能力.此外,较高的氧吸附能力及铁物种的高分散度促进了氧化反应的进行.     

La-Co-Fe-Cu/HZSM-5在尾气碳颗粒燃烧中的催化性能

采用柠檬酸络合低温浸渍法制备分子筛负载钙钛矿型复合氧化物催化剂。采用XRD、SEM和H2-TPR等手段对催化剂性能进行表征,并在微型固定床反应器中对催化剂进行活性评价。结果表明,在钙钛矿型复合氧化物中进行B位离子掺杂,可以改善催化活性,碳颗粒燃烧温度降低。在20%LaCoO3/HZSM-5催化剂中用铁离子部分取代钴离子可以改善碳颗粒的燃烧性能,取代量增加碳颗粒燃烧温度降低,但是生成CO2的选择性也降低,以20%LaCo0.2Fe0.8O3/HZSM-5为催化剂,Tig、Tm和Tf分别为256℃、399℃和403℃,但生成CO2的选择性只有72.5%。在20%LaCo1-xFexO3/HZSM-5中的钙钛矿型复合氧化物B位离子中加入铜离子后,在碳颗粒燃烧反应中生成CO2的选择性得到明显改善,Sco2提高10个单位以上。以20%LaCo0.2Fe0.6Cu0.2O3/HZSM-5为催化剂,在碳颗粒燃烧反应中生成CO2的选择性可以达到94.7%,Tig、Tm和Tf分别为242℃、427℃和445℃。     

选择性催化氧化H2S的富氮碳催化剂研究进展

近年来,能高效净化H2S并回收硫资源的选择性催化氧化技术(H2S-SCO)受到了广泛关注.开发高性能、高选择性及低成本的催化剂是H2S-SCO技术的研究重点,其中富氮碳基催化剂(RNCC)具有高活性、无金属、易制备、低成本且易再生等优点,被认为是一类极具潜力的H2S-SCO催化剂.本文介绍了金属基催化剂的发展,总结和归纳RNCC的制备方法、催化活性和物化性质,系统地讨论RNCC的构-效关系及影响RNCC性能的关键因素,并总结了RNCC的H2S-SCO反应机理.最后指出RNCC目前存在机遇和挑战,并展望了未来的发展方向.     

锰-稀土/Y分子筛复合电催化处理含酚模拟废水

采用浸渍焙烧法制备了以Y分子筛为载体的Mn-RE复合催化剂,置于电解槽内形成反应床体,构建Mn-RE多相催化电解氧化体系处理人工模拟苯酚废水.考察了浸渍液中锰的质量分数、稀土元素组成和质量分数、焙烧温度、焙烧时间对电催化活性的影响,用SEM和XRD等手段对催化剂的微观结构、表面形貌进行了表征,探讨了Mn-RE/Y分子筛催化剂对含酚废水降解的电催化效果.研究表明, Mn-RE/Y分子筛催化剂的最佳制备条件是浸渍液中锰质量分数6%,铈质量分数为3%,焙烧温度为550℃,焙烧时间为5h.Y分子筛中引入Mn、Ce后没有破坏Y分子筛的晶体结构, Mn-RE/Y分子筛催化剂的表面并没有检测到稀土氧化物和锰氧化物的物相.反应过程中, Mn-RE/Y分子筛在阴极和阳极的同时催化氧化作用强化了含酚废水的降解效果.     

固定源低温选择性催化还原NOx技术研究进展

NH3选择性催化还原技术在固定源NOx污染控制中广泛应用,其核心是催化剂．传统钒氧化物催化剂起活温度偏高（〉300℃）,难以在末端应用;随着环保法规的日益严格和实际应用需要,研制具有良好低温活性和稳定性的新型催化剂成为近期国内外该领域的热点．对贵金属、分子筛、金属氧化物3类催化剂,综述了国内外近期研究进展．其中以碳质材料为载体负载Nn、Cu等的金属氧化物型催化剂显示出良好的低温活性和稳定性,具有较好的低温催化还原NOx研究前景．     

稀土/Y分子筛多相催化电解氧化深度去除渗滤液中难降解有机物

采用浸渍和焙烧法制备了以Y分子筛为载体的几种稀土催化剂,并用玻璃纤维包埋催化剂形成反应床体,构建稀土多相催化电解氧化体系,探索这一体系对垃圾渗滤液中难降解有机物的去除效果.同时,以COD值为控制指标,考察了焙烧温度、浸渍液金属离子浓度、稀土元素种类对电催化活性的影响.最后,用SEM和XRD等手段对催化剂的微观结构、表面形貌进行了表征,并与稀土/γ-Al2O3催化剂的电催化活性和结构进行了比较.结果表明,Y分子筛中引入稀土元素后没有破坏Y分子筛的晶体结构,稀土/Y分子筛催化剂的表面并没有检测到稀土氧化物的物相,稀土/γ-Al2O3催化剂的表面形成了明显的稀土氧化物衍射峰;稀土/Y分子筛催化剂的最佳制备条件为焙烧温度400℃,浸渍液中金属离子质量分数1%～3%,负载金属为铈;所制备的稀土/Y分子筛催化剂具有良好的电催化活性和稳定性,其活性高于稀土/γ-Al2O3催化剂.     

焦化烟气中低温SCR催化剂制备及H_2S影响机制研究

选用纳米二氧化钛粉末P25为载体,采用浸渍法制备一系列的V/Mo-Ti催化剂,考察不同V和Mo含量对中、低温脱硝性能及N_2选择性的影响。结果表明:当温度250℃时,2V/4Mo-Ti具有最好的脱硝效率和氮气选择性,XRD和BET测试结果表明,V和Mo的负载降低催化剂的比表面积和平均孔径,但未改变催化剂的晶型。对V/Mo-Ti催化剂催化氧化H_2S的性能研究发现,V对H_2S有很强的催化氧化能力,含V催化剂在150℃时H_2S的转化率达到100%,产物主要以SO_2为主。水和H2S对不同催化剂的影响研究结果表明,与4Mo-Ti和2V-Ti相比,2V/4Mo-Ti催化剂的脱硝效率和对H_2S的耐受性均有明显提升,可在焦化烟气脱硝中取得较好效果。水和H2S对2V/4Mo-Ti催化剂耐久性的影响及其影响机理的研究表明,在烟气中存在4%水和0.01%H2S反应10 h后,脱硝效率降到70%左右;停止通水和H_2S后脱硝活性未完全恢复,说明H_2S对催化剂造成了一定的毒害作用。XPS结果显示,催化剂表面有硫酸氢铵生成,并且V5+的含量从65.5%下降至28.6%。以上两方面的因素导致了催化剂活性的降低,为催化剂的改性提供理论依据。     

选择性催化氧化脱除煤气中硫化氢的研究

该文采用浸渍法研制了活性成分含量为3%4、%、5%的V2O5/Al2O3催化剂,采用选择性催化氧化法对H2S的脱除进行了研究。试验结果表明：当温度范围为60℃～180℃时,温度越高H2S的去除效率越高;当温度高于220℃时,温度越高SO2的生成量越大;活性成分含量越高,催化效果越好,H2S的去除率最高可达95.45%;气体的停留时间越长催化效果更好,且温度越低此种效应更明显;相同温度时,氧硫比越高催化剂选择性越差;相同氧硫比时,温度越高催化剂的选择性越差。同时,催化剂的X射线衍射分析以及催化剂的焙烧试验结果表明：三种不同活性浓度的催化剂均可促使H2S催化氧化为单质S。     

Oxidation of diesel soot on binary oxide CuCr(Co)-based monoliths

Binary oxide systems (CuCr₂O₄, CuCo₂O₄), deposited onto cordierite monoliths of honeycomb structure with a second support (finely dispersed Al₂O₃), were prepared as filters for catalytic combustion of diesel soot using internal combustion engine's gas exhausts (O₂, NO_x, H₂O, CO₂) and O³ as oxidizing agents. It is shown that the second support increases soot capacity of aforementioned filters, and causes dispersion of the particles of spinel phases as active components enhancing thereby catalyst activity and selectivity of soot combustion to CO₂. Oxidants used can be arranged with reference to decreasing their activity in a following series: O₃ >> NO₂ > H₂O > NO > O₂ > CO₂. Ozone proved to be the most efficient oxidizing agent: the diesel soot combustion by O₃ occurs intensively (in the presence of copper chromite based catalyst) even at closing to ambient temperatures. Results obtained give a basis for the conclusion that using a catalytic coating on soot filters in the form of aforementioned binary oxide systems and ozone as the initiator of the oxidation processes is a promising approach in solving the problem of comprehensive purification of automotive exhaust gases at relatively low temperatures, known as the "cold start" problem.     

Characterization and performance of Pt/SBA-15 for low-temperature SCR of NO by C3H6

Pt supported on mesoporous silica SBA-15 was investigated as a catalyst for low temperature selective catalytic reduction(SCR) of NO by C 3 H 6 in the presence of excess oxygen.The prepared catalysts were characterized by means of XRD,BET surface area,TEM,NO-TPD,NO/C 3 H 6-TPO,NH 3-TPD,XPS and 27 Al MAS NMR.The effects of Pt loading amount,O 2 /C 3 H 6 concentration,and incorporation of Al into SBA-15 have been studied.It was found that the removal efficiency increased significantly after Pt loading,but an optimal loading amount was observed.In particular,under an atmosphere of 150 ppm NO,150 ppm C 3 H 6,and 18 vol.% O 2,0.5% Pt/SBA-15 showed remarkably high catalytic performance giving 80.1% NOx reduction and 87.04% C 3 H 6 conversion simultaneously at 140°C.The enhanced SCR activity of Pt/SBA-15 is associated with its outstanding oxidation activities of NO to NO 2 and C 3 H 6 to CO 2 in low temperature range.The research results also suggested that higher concentration of O 2 and higher concentration of C 3 H 6 favored NO removal.The incorporation of Al into SBA-15 improved catalytic performance,which could be ascribed to the enhancement of catalyst surface acidity caused by tetrahedrally coordinated AlO 4.Moreover,the catalysts could be easily reused and possessed good stability.     

Oxidation of diesel soot on binary oxide CuCr(Co)-based monoliths

Binary oxide systems (CuCr₂O₄, CuCo₂O₄), deposited onto cordierite monoliths of honeycomb structure with a second support (finely dispersed Al₂O₃), were prepared as filters for catalytic combustion of diesel soot using internal combustion engine's gas exhausts (O₂, NO_x, H₂O, CO₂) and O₃ as oxidizing agents. It is shown that the second support increases soot capacity of aforementioned filters, and causes dispersion of the particles of spinel phases as active components enhancing thereby catalyst activity and selectivity of soot combustion to CO₂. Oxidants used can be arranged with reference to decreasing their activity in a following series: O₃ ? NO₂ > H₂O > NO > O₂ > CO₂. Ozone proved to be the most efficient oxidizing agent: the diesel soot combustion by O₃ occurs intensively (in the presence of copper chromite based catalyst) even at closing to ambient temperatures. Results obtained give a basis for the conclusion that using a catalytic coating on soot filters in the form of aforementioned binary oxide systems and ozone as the initiator of the oxidation processes is a promising approach in solving the problem of comprehensive purification of automotive exhaust gases at relatively low temperatures, known as the “cold start” problem.     

粉煤灰用于碳捕集、利用及封存的研究进展

总结了国内外粉煤灰用于CO₂捕集、利用和封存的不同技术研究进展,同时对今后的研究和机遇进行了展望.粉煤灰自身可通过直接干式、半干式、湿式和间接方法对CO₂进行矿化捕集封存,在CO₂矿化的同时降低粉煤灰自身重金属的浸出,并且矿化后的粉煤灰因有效降低游离CaO和MgO的含量而更适合于制作混凝土添加剂.粉煤灰也可制成活性炭、沸石和多孔二氧化硅等产品,并对CO₂进行物理吸附捕集,制成产品的类型主要取决于粉煤灰自身的成分组成和理化性质.在CO₂利用方面,粉煤灰除了可拓展建材的利用途径外,还可制作CO₂多种化学工艺所需催化剂或催化剂载体,以及制作新型材料拟薄水铝石等.我国“双碳”目标的提出及燃煤电厂粉煤灰自身的理化特性为粉煤灰提供了一条新的综合利用途径.     

Fe/Zn-TMS体系吸收去除催化裂化干气中H2S的性能

本研究采用FeCl3·6H2O、ZnCl2和环丁砜(TMS)复配形成的Fe/Zn-TMS体系脱除催化裂化(FCC)干气中的H2S,并用30%H2O2氧化再生Fe/Zn-TMS体系.同时,研究了各活性成分比例、吸收液体积浓度、吸收液pH值等对脱硫效率的影响,以及H2O2用量、吸收富液pH值对Fe2+氧化率的影响.结果表明,n(FeCl3·6H2O)∶n(ZnCl2)∶n(TMS)为0.45∶0.55∶1,吸收液pH为0.75,体积浓度(W)为50%的条件下能长时间高效脱硫,最高脱硫率达99.9%;在n(Fe2+)∶n(H2O2)为2∶1,吸收富液pH为0.65的条件下,Fe2+氧化率达96.7%.体系可循环使用3次,且能耗低、操作简单.     

纳米Fe3 O4-H2 O2 非均相Fenton反应催化氧化邻苯二酚

由四氧化三铁(Fe3O4)-过氧化氢(H2O2)构成的非均相Fenton体系主要利用H2O2分解产生的羟基自由基氧化去除难降解有机污染物.研究了邻苯二酚在纳米Fe3O4-H2O2构成的非均相Fenton体系中的催化氧化特征,同时对实验室制备的纳米级Fe3O4和商品微米级Fe3O4两种催化剂的催化活性进行比较,并考察了H2O2初始浓度对邻苯二酚的催化氧化的影响.结果表明,自制纳米Fe3O4-H2O2体系较商品Fe3O4-H2O2体系,能更快速地去除溶液中的邻苯二酚和总有机碳(TOC),邻苯二酚的去除率接近100%,同时能迅速催化H2O2分解.邻苯二酚的催化氧化反应遵循准一级反应动力学方程,H2O2的分解反应能用三级反应动力学方程较好拟合.此外,反应过程中铁释放低于0.3 mg.L-1,不足以启动均相Fenton反应,反应机制为由界面反应控制的非均相反应机制.     

不同方法制备Co3O4催化剂CO-SCR性能及机制

氮氧化物(NOx)是造成细颗粒物、近地面臭氧等大气污染问题的重要前体物.随着大气污染治理行动的深入,对工业锅炉/窑炉烟气排放的NOx进行控制十分重要.采用不同方法制备了一系列Co_3O_4催化剂,考察了不同制备方法对CO选择性催化还原NO(CO-SCR)反应活性的影响,通过BET、XRD、Raman、HR-TEM和SEM等技术对该系列催化剂进行了表征.活性测试表明,以硫酸钴为前驱体用固态研磨法制备的Co_3O_4-S催化剂具有更优异的CO-SCR反应活性,且表现出较好的抗水蒸气性能,以醋酸钴为前驱体用固态研磨法制备的Co_3O_4-C催化剂显示出较好的抗水性能. NO氧化结果显示,催化剂的NO氧化效果越好,CO-SCR活性也越好. Raman表征结果显示,Co_3O_4-S表面可能含有更多的Co2+离子,从而有利于形成氧空位. H2-TPR结果表明,Co_3O_4-S催化剂的氧化还原性较好. HR-TEM表征发现Co_3O_4-S和Co_3O_4-O主要暴露(111)和(220)晶面,而更多(220)晶面的暴露可能更有利于反应的进行.     

TiO2光催化联合技术降解苯酚机制及动力学

主要研究了TiO2光催化体系结合H2O2或外加电催化(EC)体系对苯酚催化降解效率的影响,评价比较TiO2/UV、H2O2/UV、TiO2/UV/H2O2、TiO2/UV/EC体系下苯酚降解机制及动力学.结果表明,TiO2/UV/H2O2和TiO2/UV/EC体系下苯酚降解效率明显高于TiO2/UV体系,当苯酚溶液pH值为6,TiO2质量浓度0.2 g·L-1,紫外光照2 h,光催化降解效果达到86%,当电流密度为12 mA·cm-2,则苯酚可达到100%去除.比较了不同催化体系下的能量利用率,苯酚降解15 min,TiO2/UV/EC体系能量利用率最大为0.030 6 g·(kW·h)-1,其能量消耗为0.0640 kW·h-1,说明采用TiO2/UV/EC体系能更多地利用能量降解苯酚.通过不同催化体系下中间产物分析,建立苯酚及其中间产物对苯二酚、邻苯二酚和苯醌的拟一级降解动力学模型,通过模型验证各催化体系下苯酚的降解历程,同时也说明了TiO2/UV/EC体系有利于苯酚及其中间产物的降解.     

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.     

同一实验环境下炭黑燃烧催化剂活性测试及制备方法优选

催化燃烧是最有效的炭黑消除手段之一,催化剂是其中的核心,其活性的提高对催化效果优化及成本控制有重要影响.然而目前报道的大量炭黑燃烧催化剂活性测试是基于不同实验环境进行的,其结果之间缺乏比较意义.为了筛选活性优异的催化剂,并总结出催化剂活性与物理化学性质之间的关系,同时为催化过程中氧物种原位定量观测建立基础,根据易得、环...