La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)-Ba/Al_(2)O_(3)催化剂对NO选择性生成NH_(3)的影响

为了实现碳中和目标,降低内燃机碳排放,稀薄燃烧技术成为了当前重要的研究方向.该技术不仅能提高发动机燃油热效率,还能有效降低CO_(2)排放.但是稀薄燃烧往往会伴随着大量氮氧化物的产生,为了解决该问题,采用LNT-SCR耦合的NO_(x)净化技术,此时LNT的作用是将排气中部分NO_(x)转化为NH_(3),为下游的SCR提供还原剂.基于此,制备了LNT催化剂,研究催化剂对NO选择性生成NH_(3)的影响.采用溶胶-凝胶法制备了La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)系列钙钛矿氧化物,并通过分步浸渍法得到了La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)-Ba/Al_(2)O_(3)负载型催化剂.利用XRD、H_(2)-TPR、NO-TPD等表征手段研究了钙钛矿氧化物的晶相结构,以及负载型催化剂的还原特性、NO_(x)吸附-脱附性能等物化性质,并且通过H_(2)选择性催化还原NO实验探究了催化剂掺杂Ce对NO转化成NH_(3)的影响.结果表明,Ce掺杂催化剂具有良好的NH_(3)产物选择性,并且显著提高了NO转化率.温度是NO转化和NH_(3)产物选择性生成的决定性因素,而H_(2)和NO体积比是NO转化和NH_(3)产物选择性生成的关键性因素.其中,La_(0.95)Ce_(0.05)MnO_(3)-Ba/Al_(2)O_(3)在低温下催化活性表现最佳,在350℃、H_(2)和NO体积比为5.0时NH_(3)产物选择性为65%,NO转化率为100%.此外,所制备的La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)都形成了钙钛矿型结构,而且Ce掺杂催化剂的大部分Ce离子可以进入到LaMnO_(3)结构中.在催化剂适量掺杂Ce后,H_(2)消耗总面积增大、还原峰的峰值温度降低,表明掺杂Ce改善了催化剂的还原特性;同时NO吸附和脱附面积增大,表明Ce掺杂改变了催化剂的NO_(x)吸附-脱附性能.

基于BP神经网络模型优化Fe_(1-x)O基氨合成催化剂

运用BP神经网络建立了助催化剂含量与催化剂活性之间的预测模型,对Fe_(1-x)O基氨合成催化剂的助催化剂进行优化。首先将前期实验数据整理归纳为含有3、4、5、6和7个助催化剂等5类催化剂,以助催化剂含量(体积分数)为输入变量,以425℃反应器出口氨浓度(活性)为输出变量,对助催化剂进行优化。结果表明,BP神经网络预测模型拟合值均方误差最高为0.2784,预测值均方误差最高为0.1592,构建的BP神经网络模型准确度较高。在该模型的基础上,运用多种群遗传算法进行极值寻优,求解最优的催化剂配方,并进行实验验证。结果表明,根据优化结果制备5个样品的实验测定值与预测值的相对误差最高为2.88%,优化结果较为准确;含有7个助催化剂的催化剂活性最高为18.83%,比原样本的统计平均活性值(17.52%)高1.31%,相对提高7.48%,助催化剂含量优化取得满意的结果。

新型K/α-MoC_(1-x)催化剂CO加氢合成低碳混合醇的研究

制备K改性的α-MoC1-x催化剂并对其CO加氢合成低碳混合醇性能进行了考察。结果表明，K改性使α-MoC1-x催化剂的CO加氢选择性发生显著变化。α-MoC1-x，催化剂CO加氢的产物主要为CO2和C1～4烷烃，同时有少量醇产物生成；经K改性后α-MoC1-x，催化剂产物中烷烃选择性明显降低，而C1～5低碳醇选择性显著提高。通过对碱金属质量分数的考察发现，当K1／Mo（摩尔比）为0．1时，总醇选择性达到极大值，低碳醇的时空收率达到28．6g／（L·h）。α-MoC1-x催化剂上醇烃产物符合线性A-S-F分布曲线，K改性α-MoC1-x催化剂上醇烃产物也有类似A-S-F分布曲线，但K助剂的加入有效促进了低碳醇的形成及其链增长能力。结合XRD、SEM及XPS表征，K助剂与α-MoC1-x催化剂主体之间的电子作用导致其CO加氢产物选择性发生显著变化，这与K／α-MoC1-x催化剂表面“K-Mo-C”新相的生成有关。

低温NH_3选择性催化还原脱硝催化剂Mn_1Fe_xCe_(1-x)/TiO_2抗硫再生性能研究

通过共沉淀法制备了Mn1Fe1-xCex/TiO2催化剂,以NH3为还原剂,考察了催化剂的脱硝性能及抗硫再生性能。结果表明,Mn1Fe0.9Ce0.1/TiO2催化剂表现出最佳的脱硝活性和优良的抗硫性能,在140℃时NO转化率可达到100%。在烟气中通入的SO2浓度小于等于80mg/m3时,催化剂只发生可逆性中毒,当SO2浓度大于80mg/m3时,在催化剂表面会生成硝酸盐及硫酸盐等物质导致不可逆失活,但中毒失活催化剂在经水洗后可实现再生,NO的转化率可基本恢复至新鲜催化剂水平。

Ce_(1-x)Cu_xO_(2-x)/Al_2O_3催化剂的制备及其甲烷催化燃烧性能

以γAl2O3为载体,采用共浸渍法制备了负载型Ce1xCuxO2x/Al2O3催化剂(x=0～1)以及不同Ce0.2Cu0.8O1.2含量的Ce0.2Cu0.8O1.2/Al2O3催化剂,采用XRD、TPR等现代分析测试手段对催化剂的结构进行了表征,评价了催化剂的甲烷催化燃烧性能.结果表明,Ce1xCuxO2x/Al2O3催化剂中Ce和Cu的摩尔比显著影响催化剂的催化性能,在载体γAl2O3表面,Ce和Cu形成了固溶体,从而提高了Cu的分散性,改变了Ce和Cu的氧化还原性能,提高了催化剂的甲烷催化燃烧性能,并且Ce和Cu之间存在着协同作用.

Cu_xCe_(1-x)O_(2-x)/SBA-15/堇青石整体式催化剂及其CO催化氧化性能

以堇青石蜂窝陶瓷为载体，CuxCe1-xO2-X/SBA-15为催化活性组分，制备了一系列10％～60％Cu0.5Ce0.5O1.5/SBA-15／堇青石和50％CuxCe1-xO2-x/SBA-15／堇青石（x=0~1）整体式催化剂，采用低温氮吸附-脱附、XRD、XPS和H2-TPR对催化剂进行了表征，在微型固定床反应器中评价了催化剂的CO催化氧化活性。结果表明：整体式催化剂仍然保持SBA-15的介孔结构,催化剂中除了堇青石的物相外，还有CuO和CeO2物相，催化剂表面的Cu以Cu^2＋和Cu^＋两种状态存在，Ce以Ce^4＋状态存在,催化剂表面的氧化还原性能与Cu0.5Ce0.5O1.5的含量和Cu、Ce的比例有一定的关系，50％Cu0.5Ce0.5O1.5/SBA-15／堇青石催化剂具有最好催化活性，CO可以在140℃完全转化。

Ce_(1-x)Cu_xO_(2-x)/γ-Al_2O_3及Ce_(1-x)Cu_xO_2催化剂的二甲醚催化燃烧性能研究

分别用柠檬酸-凝胶法及沉淀法制备了复合金属氧化物Ce1-xCuxO2(x=0.1,0.2……0.9)催化剂,用等体积浸渍法制备了负载型1.5%Ce1-xCuxO2-x/γ-Al2O3(x=0,0.1,0.2……0.9,1.0)催化剂,并考察了这三类催化剂的二甲醚催化燃烧性能。结果表明,三类催化剂均能一定程度地降低二甲醚的起燃温度(T10)和完全燃烧温度(T90)。负载型催化剂1.5%Ce1-xCuxO2-x/γ-Al2O3(x=0.9)的性能最佳,其起燃温度T10=198℃,完全燃烧温度T90=231℃,连续反应222h,催化剂活性无变化。采用XRD、TPR对催化剂进行表征,发现在1.5%Ce0.1Cu0.9O1.1/γ-Al2O3催化剂上,CeO2和CuO形成了固溶体且高度分散在γ-Al2O3表面,并与γ-Al2O3产生了一定的相互作用,这可能是该催化剂活性高和稳定性好的主要原因。

助催化剂对Fe_(1-x)O基费-托合成催化剂性能的影响

考察了助催化剂对Fe（1-x）O基合成熔铁催化剂反应性能的影响，并通过XRD和TPD对催化剂进行表征。结果表明，MnO可以使产物中甲烷选择性降低，低碳烯烃的选择性增加，（CO＋H2）转化率下降。稀土氧化物M2O3（M=La、Nd、Pu等）的加入，产物中甲烷的选择性降低，低碳烯烃的选择性增加，C5^＋选择性增加。对于熔铁催化剂，较少量M2O3（质量分数为0．5％～1．0％）的加入可以使甲烷选择性由21．1％降到14．84％，低碳烯烃收率由31．20g·m^-3升高到40．91g·m^3，C5^＋收率由45．52g·m^-3升高到59．61g·m^-3，但是较多量M2O3（质量分数为1．5％）的加入，（CO＋H2）转化率大幅下降，（CO＋H2）转化率仅为30．29％。XRD结果表明，加入MnO，Mn2^＋部分取代了较大离子半径的Fe^2＋的位置，晶胞参数变大；M2O3的加入，形成了新的晶相。TPD结果表明，低温脱附峰的面积在添加MnO或M22O3后明显减少，催化剂表面活性中心数目减少。

Fe_(1-x)O基氨合成催化剂助催化剂的优选

在Al_(2)O_(3)、K_(2)O、CaO三个基础助催化剂基础上,针对MgO、V_(2)O_(5)、ZrO_(2)、WO_(3)四种助催化剂,分别组成单变量、双变量、三变量和四变量共17个样品的实验方案,采用简单对比法,考察各变量对催化剂性能的影响,并采用SEM-EDS、H_(2)-TPR、N_(2)-TPD、XRD、BET等进行了表征。结果表明,单变量、双变量、三变量和四变量的样品中各自具有最高活性的样品都含有V_(2)O_(5)、ZrO_(2)或WO_(3)助催化剂,且每增加一个助催化剂,出口氨浓度就提高一个百分点,达到19.06%,相对提高24%,表明催化剂活性与助催化剂的叠加及其交互作用有关,其中ZrO_(2)和MgO有利于催化剂中元素的均匀分布,增加催化剂的比表面积,提高催化剂的活性位数目和耐热性能;V_(2)O_(5)和WO_(3)降低了催化剂表观活化能、增加了α-Fe上的电子密度;ZrO_(2)和MgO偏碱性而V_(2)O_(5)和WO_(3)偏酸性,它们之间存在酸碱协同作用,所以同时加入时催化剂活性最高。

钙钛矿型LaFe_(x)Cu_((1-x))O_(3)固相芬顿催化剂制备及其降解亚甲基蓝性能研究

采用共沉淀法制备系列钙钛矿型催化剂La Fe_(x)Cu_((1-x))O_(3)(x=0.2,0.4,0.6,0.8),通过XRD、FT-IR、SEM、BET和XPS进行表征.以亚甲基蓝(Methylene Blue,MB)为模型污染物,将La Fe_(x)Cu_((1-x))O_(3)的催化性能与La Fe O_(3)和La Cu O_(3)进行比较,确定最佳掺杂比例.考察不同因素对催化反应的影响,确定最佳反应条件,并研究催化反应机理和催化剂的稳定性.结果表明:La Fe_(x)Cu_((1-x))O_(3)呈钙钛矿晶型结构,颗粒空间分布松散,孔道丰富,比表面积和平均孔径较大,从而有利于亚甲基蓝的催化降解.当x=0.6时,La Fe_(0.6)Cu_(0.4)O_(3)具有最高的比表面积,同时催化活性最高.最佳条件:亚甲基蓝初始浓度为1000 mg·L^(-1),温度55℃、初始p H值为4、双氧水投加量2.5 m L·L^(-1)、La Fe_(0.6)Cu_(0.4)O_(3)投加量60 mg·L^(-1).在最佳条件下,亚甲基蓝在20 min内催化降解完全脱色,50 min内COD去除率和TOC去除率分别达到94.25%和84.34%.ESR测试表明亚甲基蓝降解是在羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·HO_(2))共同作用下完成的.10次循环后脱色率、COD去除率和TOC去除率仍能分别达到90.27%、84.26%和80.29%,证明La Fe_(0.6)Cu_(0.4)O_(3)是一种高效稳定的非均相催化剂.

Sn_xZn_(1-x)WO_4光催化剂的水热合成及其可见光催化活性

采用水热合成法制备新型可见光催化剂SnxZn(1-x)WO4,以甲基橙染料废水为探针污染物,考察Zn2+与Sn2+物质的量比、水热温度和水热时间对SnxZn(1-x)WO4光催化剂的催化活性、表面形貌和比表面积的影响。结果表明,在Zn2+与Sn2+物质的量比为0.25、水热温度100℃和水热时间12 h条件下,合成的Sn0.8Zn0.2WO4催化剂活性最好,光照30 min后,对甲基橙染料的脱色率达98.62%,较Sn WO4催化剂(合成条件为原始p H值,160℃水热反应24 h)提高46.66%。采用水热合成法制备的催化剂SnxZn(1-x)WO4具有良好的可见光活性。

Cu_(m)-Fe_(n)/Ti_(1-x)Sn_(x)O_(2)复合催化剂的脱硝性能及抗硫活性

采用共沉淀法制备Ti_(1-x)Sn_(x)O_(2)复合氧化物,浸渍负载质量分数10%的CuO_(x)和FeO_(y)活性组分,制备一系列Cu_(m)-Fe_(n)/Ti_(1-x) Sn_(x)O_(2)催化剂。探究不同Ti/Sn和Cu/Fe(物质的量比)对Cu_(m)-Fe_(n)/Ti_(1-x)Sn_(x)O_(2)催化剂的NH_(3)-SCR反应活性的影响。研究结果表明,Ti_(0.67)Sn_(0.33)O_(2)载体可促进活性组分CuO_(x)和FeO_(y)的相互作用。当Cu/Fe为3∶1时,在300℃下NO_(x)的转化率达到91.3%;向反应体系通入286 mg/m^(3) SO_(2)反应3 h后,NO_(x)的转化率仅下降2.6%。X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原(H_(2)-TPR)、程序升温脱附(NH_(3)-TPD和NO_(x)-TPD)的表征表明,CuO_(x)和FeO_(y)之间存在相互作用,与单一的Cu/Ti_(0.67)Sn_(0.33)O_(2)和Fe/Ti_(0.67)Sn_(0.33)O_(2)对比,复合催化剂表面吸附氧浓度相对增加15%~33%,总酸量增大56%,从而提高了催化剂脱硝活性。

铁基催化剂的硫化及其对煤直接液化的影响

在适宜条件下对Fe2O3,FeSO4和FeS作硫化处理,作XRD,SEM和EDS表征,并以新疆五彩湾煤作试样,通过加氢催化液化实验比较了硫化前后三者的催化活性.XRD和EDS结果表明,三种铁化合物硫化后都生成了磁黄铁矿(Fe1-xS).当以油产率为目标,三者的催化活性顺序:硫化前为Fe2O3>FeSO4>FeS,硫化后为(Fe1-xS)FeSO4>(Fe1-xS)Fe2O3>(Fe1-xS)FeS.特别是(Fe1-xS)FeSO4,SEM表明其粒径明显变小,形成规则的纳米球.因此,催化活性显著提高,可使具有高惰质组特点的新疆五彩湾煤油产率提高11.5%,达到74.71%,转化率提高7%,达到79.8%.

ZnCr基催化剂煅烧温度对异丁醇合成性能的影响

研究了煅烧温度对ZnCr基催化剂合成异丁醇性能的影响。结果表明,随着煅烧温度的升高,催化剂的活性和产物分布都发生了较大的变化。催化剂在较低的温度下煅烧,液相产物中醇主要是甲醇和异丁醇;在较高的温度下煅烧,液相产物醇的分布符合A-S-F方程。用BET、XRD、H2-TPR、XPS等技术手段对催化剂织构参数、体相结构、还原性能、表面组成进行表征。结果表明,在300℃煅烧时,催化剂中的ZnO和Cr2O3未完全形成非计量尖晶石ZnxCr2/3(1-x)O;400℃煅烧时,催化剂中形成了最多量非计量尖晶石ZnxCr2/3(1-x)O;当煅烧温度高于400℃时,随着煅烧温度进一步升高,非计量尖晶石ZnxCr2/3(1-x)O逐步发生了分解,生成了更多量的ZnO和Cr2O3,导致催化剂的活性随之下降。进一步证明了非计量尖晶石ZnxCr2/3(1-x)O是该催化反应活性相。

Cd_xZn_(1-x)S的制备及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同比例的CdxZn1-xS光催化剂(x分别为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1),利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱等分析手段对材料的结构和光学特性等进行了表征。研究了不同物质的量比的CdxZn1-xS光催化剂对甲基橙(MO)、亚甲基蓝(MB)和罗丹明B(Rh B)这3种染料的催化降解性能。结果表明:所制备的材料对3种染料均具有较高的催化活性,其中Cd0.6Zn0.4S的催化活性最高,有机污染物均在1 h内被完全降解,同时其具有极好的重复使用性,连续降解5次的降解率均在90%以上。

Zn_(x)Cd_(1-x)S光催化降解垃圾渗滤液及其产氢性能研究

采用共沉淀法在常温下合成了具有高光催化活性的Zn_(x)Cd_(1-x)S固溶体光催化剂,研究了其在模拟光下降解垃圾渗滤液(LFL)的最佳工艺条件和光催化分解废水的产氢性能,以及Zn原子含量、光催化剂的投入量和光照时间对LFL中COD去除率及产氢速率的影响。结果表明,当Zn∶Cd=1∶1时,Zn_(x)Cd_(1-x)S光催化剂的降解及产氢性能最优;在常温条件下,Zn_(0.5)Cd_(0.5)S投入量为1.0 g/L,光照3 h时,渗滤液中COD的去除率最高可达30.85%。使用Zn_(0.5)Cd_(0.5)S对降解后的垃圾渗滤液进行光催化分解产氢,当投入量为0.6 g/L,光照3 h的产氢量为1533μmol,产氢速率可达8312μmol/(g·h),明显高于光催化分解纯水制氢的产氢量;经过三次产氢循环后,其产氢量仍能保持在初始产氢量的83%以上。

SrTiO_3/Zn_xCd_(1-x)S异质结的制备及其可见光光解水制氢性能

通过溶剂热法制备了具有良好结晶度的Sr Ti O_3晶体,再通过水热法制备出不同比例的n(Sr TiO_3)∶n(ZnxCd1-xS)异质结光催化材料,随后调整x的值(0、0.2、0.4、0.5、0.6、0.8、1)制备出不同n(Zn)∶n(Cd)的系列样品。通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线光电子能谱(XPS),紫外-可见(UV-Vis)分光光谱等技术对系列样品进行物理表征。通过可见光下光解水制氢的产量进行光催化性能的测试,结果表明:Sr TiO_3和ZnxCd1-xS复合之后,能够形成良好的异质结体系,有效增强其光解水制氢性能,其中n(Sr TiO_3)∶n(Zn0.6Cd0.4S)=1∶5的异质结材料表现出最好的可见光光解水制氢性能,循环稳定后氢气产率为5 300μmol/(g·h)。

人工智能助力臭氧催化剂SrFe_(x)Zr_(1-x)O_(3)的开发

将人工智能应用于催化臭氧氧化催化剂SrFe_(x)Zr_(1-x)O_(3)的开发过程,采用共沉淀法制备了50种不同配方的催化剂,考察聚乙二醇(PEG)投加量、煅烧时间、老化时间、氨水投加量和铁掺杂量对SrFe_(x)Zr_(1-x)O_(3)催化剂催化臭氧降解间甲酚反应活性的影响.同时,利用人工神经网络(ANN)和响应面(RSM)对催化剂合成条件与TOC去除率和间甲酚转化率的关系进行拟合,训练集中ANN的R2值分别为0.91和0.97,高于RSM的R2值0.35和0.41;在4组测试集上ANN的均方误差(MSE)分别为9.87和17.67,远小于RSM的23.89和28.87.结果表明,ANN模型对催化剂制备过程的复杂体系具有更好的拟合和泛化能力.在ANN训练好的模型中通过枚举法寻找最优合成条件为:PEG投加量为19.00%,煅烧时间为1.25 h,老化时间为26.50 h,氨水投加量为6.21 mL,铁掺杂量为3.37%,所得催化剂为SrFe0.13Zr0.87O_(3)-B.最佳反应条件下,间甲酚转化率和TOC去除率分别达到98.52%和17.21%,优于空白组的73.46%和1.86%.

La_(1-x)K_(x)MnO_(3)钙钛矿型催化剂同时去除碳烟颗粒物和NO_(x)的性能研究

通过柠檬酸络合法制备了一系列钙钛矿型催化剂La_(1-x)K_(x)MnO_(3)(x=0.0~0.5)。通过程序升温氧化反应测试了催化剂同时去除碳烟颗粒物和NO_(x)的性能。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)以及X射线光电子能谱(XPS)等表征技术分析了经过A位掺杂的催化剂与基础催化剂产生活性差异的原因。结果表明:所制备的催化剂均具有钙钛矿结构;K的掺杂使得催化剂拥有更加均匀的纳米颗粒且颗粒粒度减小;同时掺杂还改变了B位金属的化学状态,使得被掺杂的催化剂中高价态的Mn^(4+)和氧空位的含量增加。其中La_(0.7)K_(0.3)MnO_(3)具有较好催化活性,碳烟颗粒物的特征温度T_(50)和最大燃烧速率温度分别为344.0℃和349.8℃,NO的转化率为39.1%。

合成氨催化技术与工艺进展

Fe1-xO催化剂体系的发明,使合成氨催化剂的活性有了飞跃性进步。采用Fe1-xO基A301催化剂可实现低压合成氨工艺,其合成回路吨氨能耗可降低1.30GJ。钌催化剂的发明则有可能成为真正突破经历了近一个世纪的铁催化剂。以钌催化剂为基础的KAAP工艺开发成功,每吨氨的生产成本可降低2.2～6.6美元,节能1.20GJ。由于钌的稀有和昂贵,在可以预见的时间内,钌催化剂不可能立即取代铁催化剂。采用超临界技术有可能实现非平衡限制氮加氢技术的设想。