CeO_(2)-Ps-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)的制备及其对高浓度有机废水的臭氧催化降解研究

为有效降解高浓度造纸废水有机物,通过电化学沉积法分别在磷酸盐中性缓冲溶液和纯水中制得CeO_(2)-Ps-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)和CeO_(2)-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)。通过对CeO_(2)-Ps-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)、CeO_(2)-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)以及LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)进行XRD、SEM、析氧过电位和电阻抗等物性表征发现,CeO_(2)-Ps-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)具有更强催化氧化性及稳定性。对高浓度造纸废水臭氧催化氧化降解3 h后,CeO_(2)-Ps-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)对废水COD的降解率为76.5%,而相同条件下CeO_(2)-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)和LaCoO_(3)/Al2O_(3)的化学需氧量(COD)降解率分别为68.5%和63.5%。

CuZn/CeO_(2)催化剂在CO_(2)加氢制甲醇中的应用研究

CO_(2)加氢制甲醇反应过程中产生的大量副产物水会加速催化剂中CuZn物种的聚集和烧结,导致催化剂严重失活。而CeO_(2)亲水性较弱,具有较高的水热稳定性,可以增强CuZn物种的分散。因此,通过水热合成法制备了一系列CeO_(2)载体晶面可调控的CuZn基催化剂,并在其中引入了适当浓度的氧空位。采用TEM、XRD和H_(2)-TPR等表征手段研究了合成的CeO_(2)载体及CuZn/CeO_(2)-y催化剂(y为rod、cube或otca)的形貌、结构和还原性能等物理化学性质,并考察了CuZn/CeO_(2)-y催化剂在CO_(2)加氢制甲醇反应中的催化性能。结果表明,暴露(110)晶面的纳米棒结构的CeO_(2)载体(CeO_(2)-rod)更有利于CuZn基物种的分散,并且CeO_(2)-rod与Cu物种形成了Cu—O—Ce界面,增强了催化剂同时吸附和活化CO_(2)和H_(2)的性能。因此,CuZn/CeO_(2)-rod表现出较高的CO_(2)转化率和甲醇选择性,在260℃、3MPa的条件下,甲醇时空收率为433.4g/(kg·h),甲醇选择性高达68.5%。同时,利用原位漫反射傅立叶变换红外光谱对CO_(2)加氢制甲醇的反应路径和重要中间物种的演变进行了详细研究,发现在CuZn/CeO_(2)催化剂的作用下,反应主要遵循甲酸盐路径,载体的晶面效应没有改变反应路径,但是提高了重要中间物种达到平衡的速率。

CeO_(2)改性CuO纳米棒协同促进电催化还原CO_(2)制乙烯

随着社会经济发展及人类活动扩大,大气中CO_(2)的浓度日益增加,且带来诸多环境污染问题.因此开发高效、可持续的CO_(2)转化方法至关重要.本文基于电催化反应机理,制备了一系列CuO/CeO_(2)纳米棒复合材料,以促进二氧化碳高选择性还原为C2H_(4).结果表明,经过优化后的CuO/CeO_(2)-2(molCeO_(2):mol_(CuO)=2%)电催化剂在电流密度达到20mA/cm^(2)时,所需电位最低(-0.99V vs.RHE),且对乙烯具有最高的选择性,在电压为-1.08V vs.RHE时,法拉第效率高达46%.此优势可能与大的表面积、更粗糙的表面以及CuO和CeO_(2)之间的协同效应有关,有效提高了反应活性位点和电子转移效率.本研究将为设计和优化CuO基复合材料以实现CO_(2)的高效转化提供理论指导.

CeO_(2)可见光催化合成APEG保坍抗泥型聚羧酸减水剂

可见光异相催化合成聚羧酸系减水剂是进一步提高单体活性种生成率和减水剂性能的有效手段。本文以CeO_(2)为催化剂,(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)为引发剂,烯丙基聚氧乙烯醚(APGE-1000)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和马来酸酐为单体,可见光催化聚合制备出APEG保坍抗泥型聚羧酸减水剂,初始及含泥净浆流动度分别为295 mm和275 mm,30min后经时损失均为零,展现出良好的分散性、保坍性和抗泥性,性能优于相同条件下热聚合制备的同种减水剂。系统表征发现,两者性能存在差距的原因是分子量不同,但两种减水剂具有相同的水化和抗泥机理,均能延缓水泥水化进程并使蒙脱土层出现不完全的剥离或分叉,与聚合方式无关;并且CeO_(2)具有吸收可见光的能力,在可见光照射下可产生的·OH和·O_(2)^(-)参与聚合反应,促进单体活性种的生成,提高了聚羧酸减水剂的分子量和应用性能。

CuCo_(2)O_(4)/CeO_(2)S型异质结复合材料促进CO_(2)光催化还原为CH_(3)OH的机制分析

随着全球气候变暖加剧,降低CO_(2)浓度成为当务之急。除了减排,将其转化为化学品或燃料也是一种有效的方式。CH_(3)OH作为化工原料和清洁能源,其光催化制备环保且能循环利用碳资源。文章提出了一种用于在可见光照射下从CO_(2)中获得CH_(3)OH产量的有效的介孔材料—CuCo_(2)O_(4)/CeO_(2) S型异质结纳米复合材料。与原始的CeO_(2) NPs相比,CuCo_(2)O_(4)/CeO_(2)异质结光催化剂表现出优异的CH_(3)OH产率。在所有纳米复合材料中,在12%CuCo_(2)O_(4)/CeO_(2)异质结上的CO_(2)转化率允许最大限度地产生CH_(3)OH,产率显著提高,比原始CeO_(2)NPs提高了3倍。文章主要分析了CuCo_(2)O_(4)/CeO_(2)复合材料促进CO_(2)光催化还原为CH_(3)OH的机制,以及透射电子显微镜(TEM)图像、晶体结构相和相纯度、N2吸附等温线和孔径分布。利用先进实验技术和理论计算,揭示电子空穴迁移、CO_(2)吸附活化及CH_(3)OH生成路径,旨在为设计高效光催化剂提供新思路。

焙烧气氛对棒状CeO_(2)催化CO_(2)和甲醇直接合成DMC的影响

二氧化碳(CO_(2))和甲醇(MeOH)直接合成碳酸二甲酯(DMC)是一条符合绿色化学要求的DMC制备路线,并可实现CO_(2)资源化利用。氧化铈(CeO_(2))基催化剂被广泛应用于该反应,目前研究主要集中在形貌调控与杂原子掺杂对催化剂催化性能的影响。采用水热合成法制备了棒状CeO_(2)前驱体,然后在不同的焙烧气氛(分别为H_(2)、N_(2)、air和O_(2))中处理前驱体得到相应催化剂,然后将催化剂应用于2-氰基吡啶(2-cp)作脱水剂的CO_(2)和MeOH直接合成DMC(加入0.10 mol MeOH、0.05 mol 2-cp和0.32 g催化剂,在120℃、5 MPa的条件下反应2 h)中,研究了焙烧气氛对催化剂催化性能的影响。采用XRD、N2吸/脱附和SEM等对催化剂的晶相结构、织构性质和形貌等进行了表征。结果表明,4种催化剂在结构性质和形貌方面没有表现出明显差异,而催化剂表面的Ce价态与酸碱位点密切相关。催化剂表面存在的丰富缺陷位点使其具有较大的比表面积和平均孔径(CeO_(2)-air的比表面积和平均孔径分别为65.44m^(2)/g和30.06nm),催化剂主要暴露的CeO_(2)(111)晶面能促进DMC的生成。与其他3种催化剂相比,CeO_(2)-air因表面含有最丰富的中强酸碱位点和总的酸碱位点,以及较强的弱酸酸性而表现出最好的催化性能,该催化剂作用下的DMC产率和DMC选择性分别为83.2%和99.3%。

气氛环境下Au/CeO_(2)催化剂烧结行为的原位电镜研究

气氛环境下原位研究催化剂的烧结行为,能够为理解催化剂在预处理以及反应条件下的烧结机理和高稳定催化剂的设计提供重要的实验依据。本文以Au/CeO_(2)模型纳米催化剂为研究对象,利用环境透射电子显微镜原位观察其在O_(2)与CO气氛下的高温动态烧结过程。实验发现,负载在CeO_(2)上的Au纳米颗粒在O_(2)与CO气氛环境中表现出不同的烧结行为,其在O_(2)气氛下具有较高的烧结速度,同时存在颗粒迁移与聚集长大(particle migration and coalescence,PMC)和奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald ripening,OR)两种烧结过程;在CO气氛下烧结速度较慢,烧结过程以OR为主。对比不同气氛环境下烧结后催化剂的表面结构可知,CO增加了CeO_(2)表面台阶的数量以及表面氧空位浓度,增强了载体对Au颗粒的锚定作用,从而提升Au/CeO_(2)催化剂的稳定性。

CO_(2)加氢制甲醇Cu/CeO_(2)催化剂实验研究

考察了第二金属Ni改性对CO_(2)加氢制甲醇Cu/CeO_(2)催化剂活性的影响,并通过XRD、BET、XPS、H_(2)-TPR等手段对改性前后催化剂结构进行了表征。结果表明:金属负载量为20%时,Cu/CeO_(2)的比表面积最大;Cu与Ni质量比为3∶1时,催化剂碱度最大,氧空位含量最高,Cu-Ni协同作用最强;该催化剂在反应温度240℃、反应压力3 MPa、液时空速2400 mL/(g·h)、H_(2)与CO_(2)体积比为3∶1时催化CO_(2)加氢制甲醇效果较优,CO_(2)转化率为18.5%,甲醇时空产率为40.43 g/(kg·h)。

S型CeO_(2)/Bi_(2)MoO_(6)微球异质结的理性设计及其高效光催化CO_(2)还原

人工半导体光催化CO_(2)转化被广泛认为是模拟自然碳循环的最有前途的策略之一。其中,Bi_(2)MoO_(6)具有光催化CO_(2)转化的潜力。然而,由于其光生电荷载体的快速复合,其催化性能仍然不足。因此,改善Bi_(2)MoO_(6)的催化效率是一个紧迫的问题。在这项研究中,我们通过水热法合成了Bi_(2)MoO_(6)纳米片,并在其表面同时生长了CeO_(2)纳米颗粒,形成了Ce^(3+)/Ce^(4+)离子桥接修饰的S型异质结。时间分辨光致发光光谱和光电化学测试揭示了这种异质结的增强电荷分离效应。此外,原位X射线光电子能谱分析和理论计算进一步证实,光生电子转移路径遵循S型机制,从氧化型半导体Bi_(2)MoO_(6)的导带转移到还原型半导体CeO_(2)的价带。实验结果表明,CeO_(2)/Bi_(2)MoO_(6)、Bi_(2)MoO_(6)和CeO_(2)的光催化CO_(2)还原为CO的效率分别为65.3、14.8和1.2μmol·g^(-1)·h^(-1)。与纯Bi_(2)MoO_(6)相比,CeO_(2)/Bi_(2)MoO_(6)复合催化剂将CO_(2)光催化还原为CO的催化效率提高了3.12倍。这项工作为设计和构建新型S型异质结光催化剂提供了独特的见解。

CeO_(2)@UiO-66光催化降解盐酸四环素

盐酸四环素(TC)对环境的污染引起了广泛关注,通过光催化降解TC已经成为一种有效的方法。使用共沉淀法制备CeO_(2),溶剂热法合成CeO_(2)@UiO-66复合催化剂,对制备的催化剂分别采用FT-IR、XRD、SEM、EDS等手段进行表征,同时研究了CeO_(2)物质的量、催化剂质量浓度和H_(2)O_(2)质量分数对TC的光催化降解效果的影响。结果表明,成功地合成了CeO_(2)@UiO-66;当CeO_(2)物质的量为25 mmol、TC溶液质量浓度为20 mg/L、催化剂质量浓度为0.2 g/L、H_(2)O_(2)质量分数为2%时,CeO_(2)@UiO-66光催化效果最佳,在紫外灯照射70 min,TC降解率达到98%以上。通过自由基捕获实验可知,空穴和·OH是光催化过程中的主要贡献者。此外,经过6次循环,复合光催化剂对TC降解率仍能保持85%以上,表明其具有良好的稳定性。

CeO_(2)@AC合成及其光催化性能研究

分别以Ce(NO_(3))_(3)·6H_(2)O、活性炭(AC)为铈源和碳源,利用氨水调节反应体系pH,室温下使Ce^(3+)形成氢氧化铈并沉积在活性炭表面,经陈化、过滤、洗涤、干燥等步骤得到催化剂前驱物,前驱物经煅烧后得到CeO_(2)@AC.分别采用X射线粉末衍射(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、红外光谱(FT-IR)和拉曼(Raman)光谱等技术对产物结构性能进行表征.用罗丹明B(RhB)溶液的光催化降解效率评价CeO_(2)@AC的光催化活性,并考察煅烧温度、活性炭用量及催化体系pH对光催化效率的影响.结果表明:产物为立方萤石结构CeO_(2);当煅烧温度为600℃,碳掺杂量为5%,pH=4时,合成催化剂对RhB的光催化效果最好;合成产物CeO_(2)@AC的光催化效率高于以商用CeO_(2)和活性炭为合成材料的光催化效率.该研究可为相关材料合成及其应用提供借鉴.

CeO_(2)光催化原理及改性研究进展

光催化技术是一种新兴的环境保护技术,可用于处理水和空气中的有机和无机污染物。CeO_(2)光催化剂由于其高稳定性和强光吸收能力而备受关注。但是CeO_(2)对自然可见光的吸收很弱,光生电子反应受限,在光催化中不能直接利用可见光促进电荷分离,这限制了催化活性和效率。本文主要从CeO_(2)自身的基本性能、结构和基本原理出发,综述了通过负载、掺杂及半导体复合等方法改性CeO_(2)光催化剂的研究进展,并展望了这一领域的发展前景。

调控Cu/CeO_(2)催化剂形貌增强低温CO氧化的耐水性

合成了管状、棒状和颗粒状的Cu/CeO_(2)的催化剂,探讨了其在潮湿条件下氧化CO的结构-性能相关性.结果表明,管状催化剂(CuCe-NT)具有优异的低温活性和抗H_(2)O稳定性.根据表征,CuCe-NT与纳米棒状(CuCe-NR)和纳米颗粒状(CuCe-NP)催化剂相比,结晶度更低、表面积更大且结构缺陷更多,从而增强了CuO_(x)与CeO_(2)间的相互作用,加强了Ce^(4+)/Ce^(3+)和Cu^(2+)/Cu^(+)的氧化还原循环,使表面富集大量Ce^(3+)和Cu^(+),进一步促进了CO的吸附和氧化.此外,中空结构的CuCe-NT具有较大的孔径,可有效抑制H_(2)O的缔合吸附,从而抑制氧空位上惰性OH的生成,在潮湿条件下保持较高的氧化性.In-situ DRIFTS表明,相比于CuCe-NP,中空结构的CuCe-NT可以缓解H_(2)O与CO的竞争性吸附,抑制桥式碳酸盐的形成,确保在潮湿环境下氧化CO.本研究从吸附H_(2)O的类型和反应机理方面证明了催化剂结构对耐H_(2)O性的影响,为设计耐H_(2)O性CO氧化催化剂提供了一种策略.

CeO_(2) 微球负载 Ru 催化氧化乙酸乙酯

利用水热法制备了CeO_(2)微球,并采用沉积沉淀法在CeO_(2)微球表面负载Ru,制备Ru/CeO_(2)微球。通过SEM观察了CeO_(2)微球的外观形貌;利用TEM观测了CeO_(2)微球表面Ru颗粒分布情况;XRD对样品的物相进行了分析;用氮气吸附-解吸比较了微球负载Ru前后比表面积和孔隙分布的变化;XPS测试分析了微球负载Ru前后表面化学结构的变化;通过H2-TPR和O2-TPD表征了微球负载Ru前后催化剂还原性和氧活化能力的变化,并进行了样品催化氧化乙酸乙酯性能的测试。结果表明,Ru/CeO_(2)的结构与CeO_(2)相似,均为介孔材料,其中Ru可以离子态进入CeO_(2)晶格,造成CeO_(2)晶格畸变;Ru/CeO_(2)催化剂呈现出贵金属和二氧化铈的强相互作用,活性氧物种较CeO_(2)增加,储氧释氧能力增强,促进了低温催化氧化乙酸乙酯性能的提升;随着Ru负载量的增加,Ru/CeO_(2)催化氧化乙酸乙酯的性能先提高后逐渐趋于平稳,负载量为1.0%时的样品效果最优,其T90与CeO_(2)的相比降低了28.5℃。

制备方法对Ru/CeO_(2)催化氨分解性能的影响

采用共沉淀法、沉积沉淀法和浸渍法制备了Ru/CeO_(2)催化剂,利用XRD、N_(2)吸附-脱附、SEM、CO_(2)-TPD、H_(2)-TPD、H_(2)-TPR、XPS、N_(2)-TPD等方法对催化剂进行表征,并考察了催化剂的氨分解性能。实验结果表明,共沉淀法制备的Ru/CeO_(2)-CP催化剂在450℃、气时空速15000 h-1条件下,氨转化率可达80.7%,是沉积沉淀法和浸渍法制备Ru/CeO_(2)催化剂的1.3,2.7倍。共沉淀法制备的催化剂表面疏松,具有最大的比表面积,为催化剂提供了更为丰富的碱性位点。CeO_(2)载体与Ru金属间的强相互作用有利于电子从CeO_(2)向Ru的转移,提高了Ru粒子表面的电子密度,促进了N物种在催化剂表面的结合脱附。

CuO/CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)工业球型催化剂的制备及其脱除石灰窑尾气CO的性能

采用分步浸渍法制备了CuO/CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)工业球型催化剂。通过XRD,SEM,TEM,Raman,H_(2)-TPR等方法对催化剂的结构进行表征,并将CuO/CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)应用于石灰窑尾气处理中,考察了CuO/CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)的CO催化氧化效果及使用寿命。实验结果表明,在气体流量为1 m^(3)/h,150℃条件下,CuO/CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)脱除石灰窑尾气(2%(φ)CO,2%(φ)O_(2),35%(φ)CO_(2)及N2)时,可实现超350 h的稳定运行,且稳定运行后催化剂的结构并未被破坏。

CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)臭氧催化剂制备及降解双酚A性能

双酚A(BPA)是一种难自然降解的内分泌干扰物质,其通过干扰天然激素的方式对生物和人体造成危害。以γ-Al_(2)O_(3)小球为载体,采用水热法(Hyd)和浸渍法(Imp)制备了CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)负载型整体式臭氧催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、比表面积及孔径分析(物理吸附)对催化剂的结构、形貌和组成进行了表征,并考察了2种方法制备的CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)在常温常压下催化降解水中污染物BPA的能力。结果表明,2种方法制备的负载型整体式催化剂降解BPA性能稳定;催化剂脱落率低,负载稳定。在相同的反应条件下,废水的总有机碳(TOC)去除率可由单纯臭氧氧化的32.34%增加到CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)(Hyd)体系的84.31%;CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)(Hyd)降解BPA的速率和效率明显高于CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)(Imp)。制备的负载型整体式稀土臭氧氧化催化剂不仅可以解决固相催化剂易流失难回收的问题,而且可有效提高负载型催化剂的催化效率,具有很好的工业应用前景。

Ni/CeO_(2)基催化剂构筑及其CO_(2)甲烷化催化性能研究进展

CO_(2)加氢制甲烷(即“CO_(2)甲烷化”)是实现碳中和目标的重要途径。CeO_(2)由于具有丰富的表面氧空位和优异的储氧性能被认为是重要的催化剂载体之一,过渡金属Ni也因为具有优异的催化性能和低廉的价格被广泛应用于催化剂的研究,CeO_(2)和金属Ni结合形成的Ni/CeO_(2)基催化剂在CO_(2)甲烷化反应中展现了良好的应用前景。阐述了Ni/CeO_(2)基催化剂催化CO_(2)甲烷化的机理,介绍了Ni/CeO_(2)基催化剂制备方法,重点总结了活性中心特征、载体性质、助剂类型和金属-载体相互作用等影响Ni/CeO_(2)基催化CO_(2)甲烷化催化性能的因素,并总结了改性Ni/CeO_(2)基催化剂的催化性能。分析发现,通过对Ni/CeO_(2)基催化剂进行改性,可以调控Ni/CeO_(2)基催化剂的CO_(2)甲烷化催化性能与产物选择性,可为提升其CO_(2)甲烷化催化性能提供新的思路。

高压辅助溶胶-凝胶法制备La掺杂TiO_(2)光催化剂及其可见光降解甲基橙研究

根据溶胶-凝胶法和水热法制备TiO_(2)的优点和不足,本工作提出了一种高压辅助溶胶-凝胶法(简称HG法)可控地制备La掺杂TiO_(2)。通过该方法,可以高效制备锐钛矿相La掺杂TiO_(2),且制得样品纯度高,分散性好。通过控制La掺杂比例(0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%,质量分数,下同),可以调控TiO_(2)禁带宽度变化(3.15~2.80 eV);其中,0.20%La掺杂TiO_(2)(0.20%La-TiO_(2))的禁带宽度可达2.80 eV。甲基橙(MO)光催化降解实验结果表明,0.20%La-TiO_(2)的光催化活性优异,其在可见光照射下160 min内对MO的降解率可达92%,是本征TiO_(2)的38.30倍;·O_(2)-是驱动0.20%La-TiO_(2)光催化降解MO的主要活性物质。本工作提出的高压辅助溶胶-凝胶法可为制备高活性TiO_(2)基光催化剂提供有益的方法及条件参考。

SiO_(2)@CeO_(2)/Ag核壳结构复合催化剂的制备及催化性能分析

为解决目前商用催化型柴油颗粒捕集器存在的催化剂与碳烟颗粒物接触面积低、催化性能受限制的问题,设计并制备了一种SiO_(2)@CeO_(2)/Ag核壳结构复合微/纳米结构催化剂。X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)证明了该种微米级的核壳结构复合材料的成功合成。性能测试结果表明,以此为活性组分的催化型柴油颗粒捕集器能够显著降低碳烟颗粒物的起燃温度,并表现出了良好的机械稳定性。本研究结果表明,由Ag、SiO_(2)和CeO_(2)3种材料构筑的核壳结构复合微/纳米结构催化剂在碳烟颗粒物催化氧化方面具有优势。该创新性的催化剂设计为改进商用柴油颗粒捕集器的性能提供了新的可能途径。