Fe-ZSM-5协同真空紫外和过硫酸盐催化氧化甲苯的强化工艺与机制

近年来,真空紫外(VUV)协同过硫酸盐的高级氧化工艺已被逐渐开发用于处理低浓度挥发性有机污染物(VOCs).然而,如何根据VUV及PMS的特性选择合适的催化剂从而提高工业低浓度苯系VOCs的降解和矿化效率成为当前的挑战.因此,本研究从改性ZSM-5的酸性入手,通过浸渍湿法成功制备了Fe-ZSM-5催化剂.利用Fe-ZSM-5耦合真空紫外和过硫酸盐的高级氧化体系在湿法条件下降解低浓度甲苯污染物,并对其催化性能和降解机制进行了探讨.结果表明,VUV+PMS+Fe-ZSM-5体系在240 min内仍能保持接近100.0%的甲苯去除率,矿化率高达67.0%.采用氨程序升温脱附(NH3-TPD)和吡啶红外(Py-FTIR)等表征对样品酸类型和酸量进行定性和定量分析,结果表明Fe改性减少了ZSM-5催化剂Brønsted酸的量,而显著增加了Lewis酸的量,有利于提高反应的活性和稳定性.电子顺磁共振谱(EPR)结果表明,在VUV+PMS+Fe-ZSM-5体系下,硫酸根自由基(SO_(4)^(·-))和羟基自由基(·OH)作为主要活性物种参与了甲苯的降解.液相色谱-质谱(LC-MS)检测到苯甲醇、苯甲醛、苯甲酸、醋酸、丙酸、2-戊酮等多种中间产物,而气相色谱仪(GC)没有检测到出口气体中的气态中间产物,表明该工艺能有效避免空气的二次污染并将中间产物转移到液相进行下一步处理.研究结果为VUV/PMS湿法处理工业低浓度苯系VOCs工艺的开发提供新思路.

TiO2/Fe-ZSM-5光催化降解印染废水

印染废水非常难处理。随着氧化降解的大量发展,各种先进的氧化技术,包括光催化、臭氧分解、声催化光芬顿、光电芬顿技术等已经成为破坏顽固化合物的技术的一。迄今为止,已经深入研究了各种预期应用中的TiO2光催化性能的研究,即掺杂剂添加、合成技术改性和异质复合材料结构。在本研究中,TiO2/Fe-ZSM-5复合材料的光催化活性将成为光催化剂,并且将确定最佳操作参数。本实验在pH值为9,RhB浓度为5 ppm,光强度为538 w/m2,TiO2/Fe-ZSM-5添加量为0.5 g/L时,有最佳降解效率。

超细Fe-ZSM-5分子筛的原位合成及其甲醇制丙烯性能

采用干凝胶法原位合成出颗粒粒径约为50~120 nm且含骨架杂原子的超细Fe-ZSM-5分子筛,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见光光谱仪(UV-Vis)、氨的程序升温脱附(NH3-TPD)、吡啶吸附红外光谱(Py-FT-IR)和N2吸附-脱附等手段对样品进行表征。结果表明:原位添加的Fe源不仅可以降低分子筛颗粒粒径,还能降低分子筛酸强度;原位合成的Fe-ZSM-5分子筛中Fe物种主要以四配位骨架Fe3+存在,其余以低聚的FeOx以及Fe2O3颗粒存在,而浸渍法制备的Fe/ZSM-5分子筛中Fe物种主要以后2种形式存在;Fe改性调变了ZSM-5分子筛的酸性质,从而提高了MTP反应产物丙烯的选择性;与负载型Fe/ZSM-5分子筛催化剂相比,原位改性的含骨架杂原子超细Fe-ZSM-5分子筛催化剂由于具有更小的晶粒粒径和适宜的酸性质,从而进一步提高了丙烯选择性。

Fe-ZSM-5杂原子分子筛的合成与表征

采用静态水热法分别以正丁胺、四丙基溴化铵为模板剂合成 ZSM- 5分子筛及 Fe- ZSM- 5杂原子分子筛 ;利用 XRD与 FT- IR对其结构进行表征 ;考察了 Mo改性后分子筛催化剂上甲烷脱氢芳构化的反应性能。结果表明 ,Fe部分进入了分子筛的骨架 ,导致分子筛的结晶度及表面酸强度的下降 ,使 Mo/ Fe- ZSM-5催化剂的反应性能较 Mo/ HZSM-

Fe-ZSM-5分子筛催化剂催化降解高浓度含酚废水

以不同Si/Al比的H-ZSM-5分子筛制备了Fe-ZSM-5分子筛催化剂,研究了废水pH值、反应温度、催化剂用量、H2O2用量、反应时间、搅拌转速和Si/Al比对Fe-ZSM-5催化H2O2氧化降解高浓度含酚废水的影响,确定了较佳的工艺条件,苯酚的降解率可达99%以上,CODcr去除率达88%.Si/Al比高的催化剂活性较高,催化剂酸强度对反应影响显著,酸强度越高越有利于苯酚降解.Fe-ZSM-5分子筛催化剂经过多次重复使用,催化活性基本没有降低,使用寿命长.Fe-ZSM-5分子筛催化剂与Fenton试剂比较发现,Fe-ZSM-5非均相体系废水中的Fe离子浓度低于1×10-6g/L,无二次污染,克服了Fenton试剂体系中存在大量Fe离子的缺陷.

小晶粒Fe-ZSM-5分子筛的合成及其催化性能的研究

采用水热合成法，合成出小晶粒的Ｆｅ－ＺＳＭ－５分子筛。分别用Ｘ射线粉末衍射技术测定其物相，ＳＥＭ及粒度分析（ＳＤＰ）测定了晶粒的大小，并考察了它在ＭＴＧ反应中的催化性能。结果表明：合成出的小晶粒Ｆｅ－ＺＳＭ－５分子筛平均只有０４～０６μｍ，并且粒度分布均匀，有较大的比表面。

Fe-ZSM-5分子筛催化剂的再生烧炭

在热重分析仪上进行结焦失活的Fe-ZSM-5分子筛积炭催化剂再生烧炭实验,考察再生温度、O2体积分数、体积空速及再生时间对烧炭过程的影响。结果表明,失活Fe-ZSM-5催化剂较适宜的烧炭工艺条件为烧炭温度550℃、O2体积分数10%~15%,体积空速3000 h-1,烧炭时间60 min。由此得到了再生烧炭的表观动力学方程及其相关的动力学参数。

Fe-ZSM-5分子筛上N_2O一步氧化苯制苯酚反应失活动力学研究

根据实验现象和对积炭物组成进行的GC-MS分析结果,提出了N2O和苯在Fe-ZSM-5分子筛催化剂上进行催化氧化反应的的失活动力学模型,即产物苯酚引起的连串失活。采用固定床积分反应器系统测定了由催化剂失活引起的N2O转化率随运行时间的变化,所得实验数据用于失活动力学模型参数估值。模型表明:较低反应温度和苯相对N2O过量都可减缓催化剂的失活速率。模型统计检验表明:所得失活动力学方程在显著性水平α=0.05下有较高的拟合精度和可信度。该模型对深入了解N2O一步氧化苯制苯酚反应及指导反应器和再生器设计均具有重要的意义。

ZSM-5和Fe-ZSM-5分子筛膜的合成与表面改性

采用二次生长法在α-Al2O3载体上制备了ZSM-5及Fe-ZSM-5分子筛膜,合成后的ZSM-5和Fe-ZSM-5分子筛膜在450℃温度条件下脱除模板剂,采用NaOH和NaCO3处理ZSM-5和Fe-ZSM-5分子筛膜后,可提高其亲水性,改善了膜层对乙醇水溶液的脱水性能,渗透通量和分离因子均有所提高。其中Fe-ZSM-5分子筛膜经NaOH处理后,渗透通量为2.01kg·m-2·h-1,分离因子为21.0。

原位漫反射红外光谱法研究N_2O和苯在Fe-ZSM-5分子筛表面的吸附

利用原位漫反射红外光谱研究了不同条件下,N2O和苯在离子交换法制备的Fe-ZSM-5分子筛表面的吸附情况。实验结果表明:Fe-ZSM-5分子筛上B酸和铁离子对N2O有吸附作用;两种吸附位对N2O的吸附强度不同,B酸酸性位的吸附能力强于铁离子位对N2O的吸附能力;苯和N2O分子的吸附可以在不同形式的铁离子位进行;N2O为氧化剂的苯一步氧化制取苯酚反应遵循双活性位L-H反应机理。

固定流化床中Fe-ZSM-5分子筛上N_2O一步氧化苯制苯酚再生工艺条件研究

采用等温固定流化床反应器，对N2O一步氧化苯制苯酚所用Fe—ZSM-5分子筛催化剂的再生工艺条件进行了夹验研究。在对固定流化床反应器性能研究的基础上，以单因素实验法考察了再生温度（350～550℃）、再生气中N2O体积分数（6．25％～25．00％）和再生操作气速（0．040～0．072m／s）等对再生过程的影响；并采用L9（3^4）正交实验设计，综合考察了再生温度、再生气中N2O体积分数和再生操作气速对再生过程的影响。以苯酚收率最大为目标最终确定的相对适宜再生工艺条件为：再生温度440℃、再生气中N2O体积分数12．50％、再生操作气速0．059m／s，在此条件下，苯酚的收率可达64．24％。

苯直接氧化制苯酚Fe-ZSM-5催化剂研究新进展

介绍了以N2O作为氧化剂苯直接催化氧化制备苯酚Fe-ZSM-5催化剂的研究新进展,综述了Fe-ZSM-5改性来提高苯转化率、苯酚收率和催化剂稳定性的一些方法,旨在为其应用于苯直接催化氧化反应提供理论参考。

Fe-ZSM-5分子筛酸性和Fe离子对苯一步氧化制苯酚反应的影响(英文)

离子交换法制备的Fe-ZSM-5和K-Fe-ZSM-5分子筛,经不同温度水热处理后作为催化剂应用于N2O为氧化剂的苯一步氧化制取苯酚反应中。实验中,采用XRD、N2-吸附仪、NH3-TPD、27Al MAS NMR、FT-IR、UV-vis和H2-TPR等方法对催化剂进行表征。结果显示:离子交换制备的Fe-ZSM-5分子筛,部分Fe离子以Fe2O3形式负载于分子筛的孔道中。经水热处理,分子筛骨架脱铝导致Brnsted酸性位减少,而Fe2O3离子发生迁移形成活性Fe离子位。在苯一步氧化制苯酚反应中,N2O分子吸附于Fe离子位生成α-O。活性评价结果显示,水热处理前后,催化剂分解N2O性能不变,但苯酚选择性随水热处理温度的升高而逐渐降低。此外,K离子的引入将导致催化剂选择性的降低。

Fe-ZSM-5分子筛上NO和N_2O吸附行为及NO助N_2O催化分解机理的研究

利用原位漫反射红外光谱法考察了NO和N2O在液相离子交换法制备的Fe-ZSM-5分子筛上的吸附行为,并对NO助N2O催化分解的机理进行了研究.结果表明,NO和N2O均可吸附在Fe-ZSM-5分子筛表面的Br nsted酸性位和价键补偿铁离子位上;且在高温下,NO和N2O均主要以价键补偿Fe离子的形式吸附在分子筛上.NO和O2在Fe-ZSM-5表面可反应生成N2O4、NO2和NO3-或NO2-;NO与N2O分解释放的O反应生成NO2,因而能起到加速N2O分解和提高Fe-ZSM-5分子筛催化活性的作用.

甲醇和二甲醚在Fe-ZSM-5催化剂上转化制汽油的异同

分别以二甲醚和甲醇为原料对原位合成Fe-ZSM-5催化剂进行了制汽油评价。结果表明以这两种原料制汽油有着不同的油收率、油品质和催化剂寿命。以甲醇和二甲醚为原料时最高油收率分别为29.7%和35.4%,油品质的不同表现为相同时间段的产品油芳烃分布不同,以甲醇为原料时催化剂寿命比以二甲醚为原料时高40%左右。这可能是由于两反应有不同的反应速率常数,甲醇脱水对分子筛催化剂的水热反应和额外的水对催化剂积炭的抑制等因素造成的。

Fe-ZSM-5分子筛上N_2O一步氧化苯制苯酚工艺条件研究

对Fe-ZSM-5分子筛催化剂上N_2O一步氧化苯制苯酚的工艺条件进行了实验研究。以单因素实验法系统考察了温度、苯与N_2O摩尔比和空速对氧化过程的影响;并基于L_(16)(4~5)正交实验设计确定相对适宜的氧化工艺条件为:温度400℃、苯与N_2O摩尔比5.0:1、空速6 000 h^(-1),在此条件下苯酚收率为45.28%,N_2O转化率为89.28%,苯酚选择性为50.72%。

Fe-ZSM-5催化剂的制备及其在芬顿体系中的应用研究

利用过量浸渍法制备了Fe-ZSM-5催化剂,考察制备条件和反应条件对Fe-ZSM-5催化剂在甲基橙溶液中降解过程的影响,同时用XRD和XPS对催化剂的表面性质进行表征。结果表明,Fe2O3是催化剂的主要活性位,能够显著提高甲基橙催化降解的效果;制备条件和反应条件对Fe-ZSM-5催化降解反应均具有较大的影响。最佳制备条件为:煅烧温度为400℃,Fe负载量为1%;最佳反应工艺条件为:催化剂质量为1. 5 g,Fe与H2O2摩尔比为1∶6,pH为3。

双杂原子Ti-Fe-ZSM-5分子筛的合成与表征

在无碱金属离子存在下，分别采用四丙基澳化铵（TPABr）和价格低廉的1，6-己二胺（1，6－HDA）和正丁胺（R—NH2）模板剂会成了双活性中心的Ti-Fe-ZSM-5分子筛．对沸石产物的物性及结构进行了表征，并利用苯酚羟基化反应及气相色谱分析方法证明其有双活性中心离子存在及协同作用的催化氧化性能．

醇添加剂对Fe-ZSM-5分子筛表面性能的影响及在快速催化裂解甘蔗渣中的应用

以乙醇(EA)和乙二醇为添加剂,采用水热合成法制备了Fe-ZSM-5分子筛,利用XRD,SEM,BET,XPS,FTIR,NH_3-TPD等手段对制备的催化剂进行表征,考察了催化剂催化裂解甘蔗渣制备2,3-二氢苯并呋喃的性能。表征结果显示,醇添加剂可以大幅提高Fe-ZSM-5分子筛的结晶度,增加催化剂的介孔体积、比表面积和表面酸量,且具有表面微观形貌调控能力。实验结果表明,EA-Fe-ZSM-5催化剂催化甘蔗渣具有较高的催化活性和选择性,液相产物中目标产物2,3-二氢苯并呋喃的选择性高达30.28%。

用于N_2O一步氧化苯制苯酚的Fe-ZSM-5催化剂的积碳及再生研究

考察了Fe-ZSM-5分子筛催化剂对N_2O一步氧化苯制苯酚反应的催化性能以及催化剂的积碳和再生过程。通过TG分析得出,在不同空速下,65min内催化剂上的积碳量(质量分数)都接近5%。催化剂的活性评价结果表明,不同空速下形成的积碳对催化剂活性的影响不同,高空速下形成的积碳更易使催化剂失活,低空速下形成的积碳对催化剂活性的影响相对较小。采用非等温法研究了失活Fe-ZSM-5分子筛催化剂的烧炭动力学,得出了烧炭动力学方程,其中烧炭活化能为138.15kJ/mol,烧炭反应级数为7.2。分析结果表明,烧炭过程中的失重量变化率对烧炭速率影响极大,内扩散是烧炭反应的控制步骤。