鸡蛋壳负载Co_(3)O_(4)催化剂制备及其N_(2)O分解性能研究

采用废弃的鸡蛋壳作载体,沉积沉淀法制备了一系列不同Co_(3)O_(4)含量Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂,并在连续流动微反装置上考察了N_(2)O分解性能。结果表明,当Co_(3)O_(4)质量分数为20%时,催化剂表现出优异的N_(2)O分解性能。在空速10000 h^(−1)和N_(2)O含量0.1%的条件下,400℃可实现N_(2)O完全转化;其比活性约为Co_(3)O_(4)催化剂的4.3倍(反应温度为440℃);同时,该催化剂对原料气中3%O_(2)、3.3%H_(2)O和/或2.0×10^(−4)NO表现出较强的耐受性和较高的稳定性。分析催化剂的多种表征结果发现,CaCO_(3)作为鸡蛋壳的主要成分,与活性组分Co_(3)O_(4)紧密结合,两者的强相互作用导致20%Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂中产生更多的氧空位和Co^(3+);Co_(3)O_(4)氧化还原性能得到提高,Co−O键被有效削弱;此外,该强相互作用可提高20%Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂表面碱性位点的强度,增大碱性位点数量,更易于转移电子而促进N_(2)O分解。

Fe和Cu分子筛催化剂同时催化NO_(x)还原和N_(2)O分解

采用离子交换法制备了Fe-Beta和Cu-SSZ-13催化剂并采用不同混合方式制备了复合催化剂,考察了催化剂同时催化NO_(x)还原和N_(2)O分解的性能.以实现NO_(x)和N_(2)O同时高效去除、拓宽活性温度窗口为目标,优选出了上Fe下Cu分层填充、Fe-Beta和Cu-SSZ-13质量比为4:1的Fe_(0.4)Cu_(0.1)催化剂,进一步考察了进气组成对NO_(x)、N_(2)O和NH_(3)转化率的影响,并采用N_(2)吸脱附、XRD、NH_(3)-TPD、UV-Vis DRS和H_(2)-TPR等手段对催化剂理化特性进行了表征.结果表明,Cu-SSZ-13和Fe-Beta分别具有更优的催化NO_(x)还原和N_(2)O分解性能.采用Fe_(0.4)Cu_(0.1)催化剂、[NH_(3)]/[NO_(x)]为1时考察的温度范围内NH_(3)仅还原NO_(x),而N_(2)O通过分解去除,450℃时NO_(x)和N_(2)O转化率分别为93.4%和100%.高温(>350℃)下NH_(3)被O_(2)氧化导致NO_(x)转化率随温度升高而降低;高温(≥350℃)下N_(2)O分解形成的氧物种可使NO_(x)在进气中无O_(2)条件下实现高效还原.进气中含2%H_(2)O对高温(450℃)下Fe_(0.4)Cu_(0.1)表面NO_(x)的还原和NH_(3)的氧化无显著影响,但对N_(2)O的转化存在一定的可逆抑制作用.Cu-SSZ-13表面存在大量孤立的Cu^(2+)离子,可为NH_(3)-SCR反应提供充足的活性中心.Fe-Beta表面同时存在能够催化NO氧化的孤立Fe^(3+)离子和催化N_(2)O分解的Fe_(x)O_(y)物种.采用上Fe下Cu分层填充的混合方式时Fe-Beta表面NO氧化过程会消耗N_(2)O分解形成的氧物种,从而有利于低温(≤450℃)下N_(2)O的转化.但由于N_(2)O分解的温度范围内NO_(x)转化率本身较高,NO氧化对于脱硝的促进作用不显著.

N_2O在钾改性Cu-Co尖晶石型复合氧化物上的催化分解(英文)

制备了几个不同组成的Cu-Co尖晶石型复合氧化物,用于N2O分解反应,在活性较高的Cu0.8Co0.2Co2O4表面浸渍碱金属盐溶液,制备改性催化剂,考察了碱金属助剂类型、钾前驱物和钾负载量等对改性催化剂活性的影响。用BET、XRD、SEM、XPS等方法表征了催化剂结构。结果表明,几种碱金属碳酸盐改性Cu0.8Co0.2Co2O4的催化活性发生了显著变化,其中,K改性催化剂的活性有明显提高,而Cs的表面改性反而降低了催化剂活性;钾前驱物对K/Cu-Co的催化活性也有较大影响,其中,加入碳酸钾明显提高了催化剂的活性,而加入硝酸钾和醋酸钾反而降低了催化剂活性;有氧无水、有氧有水气氛中,400!C下N2O在碳酸钾改性催化剂0.05K/Cu0.8Co0.2Co2O4上的转化率分别达到了100%和87.6%;该催化剂在400!C下的恒温反应活性和稳定性均高于未改性催化剂。

钴铝复合氧化物负载金催化剂的制备及催化分解N_2O

分别用离子交换法和共沉淀法制备了钴铝复合氧化物负载金催化剂,用于催化分解N2O。离子交换法制备的催化剂活性优于共沉淀法制备的催化剂。对于离子交换法制备的催化剂,考察了金负载量、HAuCl4溶液的预处理方式、焙烧温度对催化剂活性的影响,用BET、XRD、H2-TPR等技术对催化剂进行了表征,优化出了催化剂的最佳制备参数:金负载量1.1%、预调节HAuCl4溶液的pH值至9.0、300℃焙烧。在钴铝氧化物中加入适量的助剂Na,提高了Co3+的还原性和催化剂的低温活性,在此基础上制备的1.5%Na/1.1%Au/Co-Al催化剂的低温活性优于1.1%Au/Co-Al和1.5%Na/Co-Al。

有氧气氛中碱金属改性CuAl复合氧化物催化分解N_2O的活性(英文)

合成了Cu/Al原子比分别为2.0、3.1、4.1的CuAl类水滑石样品,焙烧得到CuAl复合氧化物。在Cu/Al原子比为3.1的CuAl氧化物表面浸渍碱金属盐溶液,制备改性CuAl复合氧化物,用AES、XRD、FT-IR、BET、H2-TPR、XPS等技术对催化剂进行了结构表征,考察了CuAl复合氧化物组成、碱金属助剂类型和K的前驱物对改性催化剂在有氧气氛中催化分解N2O活性的影响。结果表明,Na、K、Cs改性CuAl复合氧化物均提高了催化剂活性,但K助剂的增强效应最显著;钾的不同前驱物改性CuAl复合氧化物的催化活性有显著差异,加入碳酸钾、草酸钾提高了催化剂的活性,而加入醋酸钾、硝酸钾反而降低了催化剂活性。优化出的K改性CuAl复合氧化物催化剂在含氧含水气氛的N2O分解反应中表现出了较高的活性。

K改性NiAl类水滑石衍生复合氧化物催化分解N_2O

制备了Ni/Al=4.1(原子比)的NiAl类水滑石,焙烧获得NiAl复合氧化物,浸渍K2CO3溶液制备了K改性NiAl复合氧化物催化剂,其中K/Ni=0.05～0.2(原子比),用于N2O催化分解反应。通过元素分析、XRD、BET、H2-TPR、XPS等技术表征了催化剂的组成结构,考察了NiAl类水滑石的预处理方式、K负载量、焙烧温度等制备参数及反应条件对催化剂活性的影响。结果表明,K2CO3溶液浸渍焙烧态NiAl类水滑石(NiAl复合氧化物)制备的催化剂活性高于K2CO3溶液浸渍新鲜类水滑石制备的催化剂,而K/Ni=0.1、400℃焙烧的催化剂活性较高;在NiAl复合氧化物中引入K离子,增大了催化剂表面Ni2+周围的电子云密度,从而减弱了催化剂表面Ni-O键强度,降低了表面NiO的还原温度,提高了催化剂活性。

Cu_(2)O/Ag/g-C_(3)N_(4)复合材料制备及其光催化降解抗生素性能

采用水热法和原位光还原法制备一系列Cu_(2)O/Ag/g-C_(3)N_(4)复合材料,采用XRD、IR、PL等对复合材料进行表征,并测试其光催化性能。结果表明,Ag和Cu_(2)O成功负载到g-C_(3)N_(4)表面,且没有破坏g-C_(3)N_(4)的结构;当溶液pH=6时,20 mg 15%-Cu_(2)O/Ag/g-C_(3)N_(4)对四环素降解率为94.3%。·OH、·O_(2)^(-)、h^(+)对Cu_(2)O/Ag/g-C_(3)N_(4)降解四环素起主要作用。光催化性能提升的原因可能是由于Ag和Cu_(2)O的加入形成异质结,增大g-C_(3)N_(4)的比表面积,降低其带隙能,使其在可见光区的吸收增强,抑制光生电子-空穴对的复合,提高了g-C_(3)N_(4)光催化性能。

N_2O在Mg-Fe复合氧化物上的催化分解(英文)

用共沉淀法制备了一组Mg-Fe复合氧化物催化剂,用于N2O催化分解,考察了催化剂组成、焙烧温度、负载助剂钾等参数对其催化活性的影响。采用N2物理吸附、X射线衍射、H2-程序升温还原等技术对催化剂进行了结构表征。结果表明,500℃焙烧的Mg0.6Fe0.4Fe2O4催化剂对于N2O分解反应有较高活性,而K改性的催化剂活性均有所降低,且K的负载量越高,改性催化剂的活性越低,这是由于负载的K粒子抑制了表面铁物种的还原,降低了催化剂的比表面积。在有氧无水、水氧共存条件下连续反应10h,Mg0.6Fe0.4Fe2O4的催化活性和稳定性均显著高于FeOx催化剂。

碱金属助剂类型及前驱物对改性NiAl复合氧化物催化分解N_2O活性的影响

制备了不同Ni/Al原子比的NiAl类水滑石样品,焙烧获得NiAl复合氧化物,用于N2O分解反应,研究了NiAl复合氧化物组成对催化活性的影响。在活性较高的NiAl复合氧化物表面浸渍碱金属碳酸盐溶液,制备改性NiAl复合氧化物,考察了碱金属类型(Na、K、Cs)和钾前驱物(K2CO3、K2C2O4、CH3COOK、KNO3)对改性催化剂活性的影响。用XRD、ICP-AES、FT-IR、BET、H2-TPR、XPS技术表征了催化剂的组成结构。结果表明,Ni/Al原子比为2.7的NiAl复合氧化物催化活性较高;Na、K、Cs碳酸盐改性NiAl复合氧化物均提高了催化剂活性,其中K的助剂效应最强。钾前驱物对K改性NiAl复合氧化物的催化活性有显著影响,其中碳酸钾、醋酸钾、草酸钾的加入明显提高了改性催化剂的催化活性,而加入硝酸钾反而降低了催化剂活性。

N_2O在Au/Co_3O_4和Au/ZnCo_2O_4催化剂上的分解反应(英文)

通过调变HAuCl4溶液的pH值和Au负载量,用沉积-沉淀法制备了一系列Au/Co3O4催化剂,并采用AES、BET、XRD、SEM、XPS和H2-TPR等技术对催化剂的结构和组成进行了表征,考察了制备条件对其在有氧气氛中催化N2O分解反应性能的影响规律,得到了催化剂最佳制备条件:HAuCl4溶液pH值为9,Au负载量为0.29%。催化测试结果表明:虽然ZnCo2O4的催化活性优于Co3O4,但0.31%Au/ZnCo2O4的活性和稳定性低于0.29%Au/Co3O4。500℃、在含氧气氛中连续反应10 h,两者均可完全分解N2O,但在含氧、含水气氛中0.29%Au/Co3O4和0.31%Au/ZnCo2O4上的N2O转化率分别为92%和63%。究其原因,发现Au/Co3O4中Au和Co组分间存在协同效应,而Au/ZnCo2O4中Au和Co组分间则没有协同效应。

N_2O催化分解——CuY分子筛的催化活性

用离子交换、等体积浸渍法分别制备了ＣｕＹ 分子筛系列催化剂， 考察了它们对Ｎ２Ｏ 分解的催化活性。结果表明： ＣｕＹ 催化剂的活性， 随着Ｃｕ２ ＋ 交换度的增大而提高； 焙烧温度对催化性能有显著影响； 离子交换法制备的ＣｕＹ 活性显著优于浸渍法。

碱土金属对钴铈复合氧化物催化剂催化N_2O分解的影响

采用低温柠檬酸络合法制备了添加不同碱土金属的钴铈复合氧化物(Ce/Co摩尔比为0.05)催化剂,考察了其催化N2O分解的活性.结果表明,碱土金属对钴铈催化剂催化N2O分解的活性有明显促进作用,助催化效果递变顺序为Mg<Ca<Sr,Ba.分析催化剂的X射线衍射(XRD),比表面积测定(BET),X光电子能谱(XPS),氧气程序升温脱附(O2-TPD)和氢气程序升温还原(H2-TPR)等表征结果发现,碱土金属的添加并没有引起催化剂晶相结构和比表面积的明显变化,但可以影响催化剂中钴离子周围的化学环境,有效提高Co2+的给电子能力.在N2O催化分解反应中,N2O表面分解步骤是通过Co2+向其反键轨道提供电子实现的,而分解产生的吸附氧的脱附过程是电子返还给Co2+的过程,即活性位再生过程.研究认为,钴铈复合氧化物催化剂上N2O表面分解步骤是反应的速控步骤,碱土金属的添加提高了活性位的给电子能力,促进了速控步骤的进行,从而提高了钴铈复合氧化物催化剂的活性.

碳球为模板水热合成Mg-Co复合氧化物及其催化分解N_2O（英文）

用自制的碳球为模板剂,尿素为沉淀剂,120℃水热合成尖晶石型Mg-Co复合氧化物(MgCo_2O_4),在其表面浸渍K_2CO_3溶液制得K改性催化剂,用于催化分解N2O。用X射线衍射(XRD)、N2物理吸附-脱附、扫描电镜(SEM)、H2程序升温还原(H2-TPR)、O2程序升温脱附(O2-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂进行结构表征,考察了钴镁离子/碳球的质量比、尿素/钴镁离子的物质的量比等制备参数对催化剂活性的影响。结果表明,钴镁离子/碳球的质量比为0.192、尿素/钴镁离子的物质的量比为2,制得的MgCo_2O_4催化剂活性较高。K改性MgCo_2O_4催化剂在400℃有氧无水、有氧有水条件下连续反应50 h,N2O转化率分别保持在91%和62%,稳定性较好。

N_2O在Mg-Co和Mg-Mn-Co复合氧化物上的催化分解

用溶胶-凝胶法制备了不同组成的Mg-Co和Mg-Mn-Co复合氧化物,用于催化分解N_2O。在较高活性的Mg-Mn-Co表面浸渍K_2CO_3溶液,制备K改性催化剂。用X射线衍射(XRD)、N_2物理吸附(BET)、扫描电镜(SEM)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)、O_2程序升温脱附(O_2-TPD)等技术表征催化剂结构,考察了复合氧化物的组成、K负载量等制备参数对催化剂活性的影响。结果表明,加入助剂K显著提高了催化剂活性,其中,0.02 K/MgMn_(0.2)Co_(1.8)O_4活性较高,有氧无水、有氧有水气氛400℃连续反应50 h,N_2O转化率分别保持97%和60%。有水-无水气氛交替实验表明,有水反应后再进行无水实验,K改性催化剂的稳定性较好。

铜锌掺杂的六铝酸盐分解N_2O催化性能研究

采用共沉淀法制备了Cu和Zn取代六铝酸盐(LaCuxZn1-xAl11O19-δ,x=0、0.2、0.4、0.5、0.6、0.8、1.0)催化剂,通过XRD和BET等技术对催化剂进行表征,利用微型固定床反应器考察催化剂对N2O的分解活性。结果表明,以(NH4)2CO3为沉淀剂制备的催化剂在1 200℃焙烧4 h,可以形成完整的六铝酸盐晶型,Cu和Zn能够取代Al3+进入六铝酸盐晶体结构。LaCuxZn1-xAl11O19-δ催化剂对N2O分解有较好的催化活性,其中,LaCu0.8Zn0.2Al11O19-δ活性较好。在LaCuxZn1-xAl11O19-δ六铝酸盐中,Cu为N2O催化分解的主要活性元素,Zn有助于提高催化剂的稳定性,但由于六铝酸盐的特殊结构,Zn在催化剂中的作用较小。

K改性Ni-Co-Al三元复合氧化物催化分解N_2O

制备了(Ni+Co)/Al=3、Ni/Co=0.2(原子比)的NiCoAl三元类水滑石样品,焙烧获得NiCoAl复合氧化物,表面浸渍K2CO3溶液制备了K改性催化剂,用于N2O分解反应,考察了K负载量、焙烧温度等制备参数和O2、H2O等反应气氛对催化剂活性的影响。用BET、XRD、H2-TPR、XPS等技术表征了催化剂的组成结构。结果表明,K的表面改性提高了催化剂对N2O分解反应的催化活性,其中,400℃预焙烧NiCoAl类水滑石制得复合氧化物,初湿浸渍K2CO3溶液,K的负载量为K/(Ni+Co)=0.05,400℃再焙烧制备的催化剂活性较高,有氧有水条件下500℃反应时N2O可完全分解;在NiCoAl复合氧化物表面负载K2CO3组分,降低了催化剂表面Co、Ni元素的电子结合能,弱化了表面Co-O、Ni-O化学键,从而提高了催化剂活性和抗水性能。

Cu-Mn氧化物催化N_2O直接分解性能

分别以Cu(NO_3)_2·3H_2O和50%Mn(NO_3)_2水溶液为铜源和锰源,K_2CO_3为沉淀剂,采用沉淀法和共沉淀法制备单一Cu、Mn氧化物催化剂和Cu-Mn-O复合氧化物催化剂,用于催化N_2O直接分解反应,并利用N_2物理吸附-脱附、XRD、FT-IR和TPR等进行表征。结果表明,单一Cu和Mn氧化物分别以体相CuO和Mn2O_3物相形式存在,Cu-Mn-O复合氧化物中除形成CuMn_2O_4尖晶石物相外,还有一定量小晶粒CuO,较单一氧化物具有更加优异的还原性能,表现出较高的催化N_2O直接分解活性。在空速10 000 h^(-1)和N_2O体积分数0.1%条件下,Cu-Mn-O复合氧化物催化剂可在440℃催化N_2O完全分解,分别较单一Cu和Mn氧化物催化剂降低了40℃和60℃。

Zn-Fe尖晶石型复合氧化物催化分解N_2O(英文)

用共沉淀法制备了Zn-Fe尖晶石型复合氧化物催化剂,用于有氧气氛中N2O的分解反应;考察了复合氧化物的组成、焙烧温度及K改性对其催化活性的影响,并用氮气吸附、XRD和H2-TPR等技术对催化剂结构进行了表征。结果表明,Zn-Fe尖晶石型复合氧化物具有良好的催化N2O分解的活性;在优化出的Zn0.8Fe0.2Fe2O4-400催化剂上500℃下连续反应10 h时,有氧无水和有氧有水条件下N2O转化率分别达到63.5%和22.2%。K改性Zn-Fe尖晶石型复合氧化物的催化活性均不及纯Zn-Fe氧化物,这是由于K改性催化剂的比表面积显著降低,而且K粒子迁移至催化剂表面,抑制了FeOx的还原和表面氧物种的脱除。

Ta_3N_5@Ta_2O_5的可控制备及可见光催化分解水析氢性能

以水热法制备的Ta_2O_5纳米粒子为前驱体,利用高温氮化技术成功制备了核壳异质结构的Ta_3N_5@Ta_2O_5纳米光催化剂。采用XRD、XPS、TEM、N_2吸附-脱附测试、DRS及电化学测试等分析手段,考察了氮化温度和氮化时间对样品的表面组成、晶粒尺寸、晶面结构、能带结构及载流子分离效率的影响规律。在NH_3气流量50 mL·min^(-1)的条件下,当氮化温度为750℃,控制氮化时间能够对纳米Ta_2O_5样品的带隙结构在3.86~2.08 eV间有效调控,相应地样品逐渐从Ta_2O_5经TaON@Ta_2O_5转化为Ta_3N_5@Ta_2O_5;当氮化时间为3 h,氮化温度由750℃升高到900℃,Ta_3N_5@Ta_2O_5样品的带隙窄化至2.04 eV;当氮化温度为850℃,氮化时间延长至12 h,Ta_2O_5完全氮化为Ta_3N_5,带隙进一步窄化至2.02 eV。经850℃氮化3 h样品,壳层Ta_3N_5界面转化为高活性(110)晶面,光生载流子分离效率最大,在可见光(λ>420 nm)照射下光解水析氢活性最高,达21.75μmol·g^(-1)·h^(-1)。

Fe改性分子筛催化剂CH_(4)选择性催化还原N_(2)O

针对N_(2)O的CH_(4)选择性催化还原(CH_(4)-SCR),采用浸渍法制备了系列Fe改性分子筛(BEA、ZSM-5、SSZ-13)催化剂。实验结果表明:2%Fe-BEA(负载量2%(w))具有较高的催化活性,在进气(N_(2)O 40%(φ,下同),CH_(4)10%,N250%)总流量为50 mL/min、反应器气时空速为12000 h^(–1)的条件下,250℃时的N_(2)O转化率达99.5%,CH_(4)转化率达94.6%;反应器连续运行20 h,N_(2)O转化率基本保持不变,CH_(4)转化率仅略有下降。表征结果显示,2%Fe-BEA较高的催化活性与其易形成大量离子态Fe^(3+)活性物种密切相关,而2%Fe-SSZ-13更易形成大量FeOx物种,故在3种分子筛催化剂中催化活性最低。2%Fe-BEA上N_(2)O的CH_(4)-SCR遵循自由基反应机理,形成羟基自由基和甲氧基自由基,并可经进一步氧化,通过甲酸盐路径生成CO_(2)和H2O。