基于工业化应用视角的低浓度甲烷催化燃烧催化剂研究进展

甲烷是具有快速增温效应的短寿命强势温室气体,我国以井工开采为主的煤矿开采方式使煤矿甲烷成为我国能源活动甲烷排放的最主要来源,但目前针对低浓度甲烷仍没有高效的利用方式。甲烷催化燃烧可在较低温度下将甲烷完全转化为二氧化碳,是一种高效、环保的利用方式,有利于减少资源能源浪费,兼具环境、安全和能源效益。甲烷分子具有较高的结构稳定性,尤其是低浓度甲烷在温和条件下催化燃烧更具挑战性。基于工业应用视角,围绕实际工况条件对催化剂的要求,重点从催化剂的活性、热稳定性、机械稳定性和抗毒稳定性等4个方面的研究进展进行综述,分析甲烷催化燃烧催化剂应用面临的难点及未来发展趋势,旨在为开发适用于工业化应用的乏风瓦斯甲烷催化燃烧催化剂研究提供参考借鉴。

挥发性有机污染物催化燃烧催化剂研究进展

挥发性有机污染物(VOCs)被认为是光化学烟雾的关键组分,是臭氧和细颗粒物(PM_(2.5))的重要前体物。催化燃烧(氧化)技术可有效去除VOCs,将其转化为无害化的二氧化碳和水,已成为目前最具有应用前景的VOCs销毁技术之一。本文综述了VOCs催化燃烧过程中整体式催化剂制备方法、载体和活性组分对催化剂性能的影响,详细讨论了贵金属、非贵金属作为活性组分对催化剂性能的影响,并对催化燃烧法降解VOCs提出了展望。

固体推进剂含能燃烧催化剂研究现状与发展趋势

以含能基团为区分,综述了固体推进剂含能燃烧催化剂近年来的研究现状,总结了唑类、吖嗪类、二茂铁类、蒽醌类、石墨烯类及硝基类含能燃烧催化剂对固体推进剂及其主要组分的催化燃烧作用及催化机制。指出唑类和吖嗪类部分化合物对固体推进剂催化效果优异;二茂铁及衍生物含能化兼具提升能量和改善迁移;蒽醌类等新型含能催化剂也各有优势;含氮量越高,对催化剂体系能力贡献越大,可通过在氮杂环上引入硝基等含能基团以提高氮含量并改善催化剂的性能。指出今后含能燃烧催化剂的研究重点为:进一步开展多功能、多金属含能燃烧催化剂的设计及机理探索;同时加强含能燃烧催化剂对其他含能材料热分解的催化作用及在固体推进剂中的应用研究。附参数文献89篇。

纳米碳材料基复合燃烧催化剂的应用研究进展

总结了不同纳米碳材料基复合燃烧催化剂在固体推进剂中的研究与应用,分析了碳纳米管、石墨烯、纳米碳纤维、纳米炭黑、纳米活性炭等碳材料及其复合物对推进剂及其组分的热分解和燃烧调节作用,如降低AP、RDX等氧化剂的分解峰温、提高推进剂的燃烧速率和降低压强指数等。讨论了不同轻质纳米碳材料的特性和作为载体与金属粒子及其氧化物等结合形成负载催化剂的制备方法和燃烧催化作用。建议今后研究方向应致力于:拓展如碳点、含氮碳材料等新材料的设计及制备等,提高纳米碳材料基复合燃烧催化剂的催化活性;对纳米碳材料进行表面结构改性,以提高纳米粒子分散性;深入探究纳米碳基复合材料在固体推进剂中的催化机理以开展定向应用研究;对已有研究进行总结推演,利用机器学习快速设计和筛选高效燃烧催化剂,有效改善固体推进剂燃速、压强指数及燃烧稳定性等。

单原子催化剂的催化效果及其作为固体推进剂燃烧催化剂的应用前景分析

随着先进火箭与导弹技术进一步发展,现有燃烧催化剂已经无法满足推进剂技术进一步向着高能、燃气清洁以及燃烧可控方向发展的需求,体现在催化效率不够高、催化选择性差以及缺乏催化模型3个方面。而单原子催化剂具有高催化活性和选择性、高稳定性和100%原子利用率等显著优势,将单原子催化剂引入推进剂燃烧催化领域有望突破固体推进剂燃烧性能高效、精准调控这一瓶颈问题。主要介绍了单原子催化剂的制备方法和表征技术,分析了单原子燃烧催化剂在固体推进剂领域的作用效果,指出了单原子催化剂的优势所在,进一步结合现有燃烧催化剂研究经验,预测了单原子燃烧催化剂发展趋势,分别从微观结构多样化设计与构建方面丰富单原子燃烧催化剂体系以及从分子层面认知催化反应机理,明确固体推进剂单原子催化燃烧机制。附参考文献63篇。

甲苯催化燃烧催化剂的研究进展

甲苯是一种典型的可挥发性有机物,具有较强毒性和致癌性,其直接排放会严重危害人类健康和大气环境。催化燃烧技术是净化甲苯尾气的关键技术,因其净化效率高、无二次污染等优点,具有广泛的工业应用前景。高效低成本的催化燃烧催化剂是催化燃烧技术的研究重点。围绕甲苯催化燃烧机理和催化剂等方面进行分析阐述,着重归纳总结贵金属和非贵金属催化剂性能影响因素和调控方法,为高效甲苯催化燃烧催化剂的研发提供技术支撑。

1,8-二羟基蒽醌铅/铜盐的合成及其燃烧催化作用

以1,8-二羟基蒽醌为原料制备了1,8-二羟基蒽醌铅（DHAAPb）和1,8-二羟基蒽醌铜（DHAACu）。采用红外光谱、元素分析及X-荧光对其结构进行了表征。研究了其对双基推进剂和RDX基改性双基推进剂（RDX-CMDB）燃烧性能的影响,结果表明,DHAAPb在低压区（2~6 MPa）能显著提高双基推进剂的燃速,催化效率达到2.0以上;并使双基推进剂在10~16 MPa压力指数降低至0.1;DHAAPb和DHAAPb/DHAACu能使RDX-CMDB 2~6 MPa下燃速提高两倍以上,在6~18 MPa压力范围内,压力指数分别降低至0.29和0.16,且均能呈现平台燃烧。

甲烷燃烧催化剂研究进展

甲烷是天然气的主要成分,广泛应用于电厂、天然气车和各种化学品合成等领域。但由于其具有强温室效应,使用过程中的甲烷泄露和排放会对环境造成重大影响。甲烷直接燃烧净化所需的反应温度高,常伴随高温副产物NO_(x)等,对环境危害较大。催化燃烧是一种更为高效清洁的处理技术,而该技术的核心是高效稳定的催化剂。文章综述了近年来国内外用于甲烷燃烧的贵金属和非贵金属催化剂研究进展。两类催化剂各有特点,其中贵金属催化剂低温活性优异,载体选择丰富,但是成本较高和易发生高温团聚成为制约其工业应用的重要原因。非贵金属催化剂成本低,热稳定性优异,但起燃温度较高,仅适用于高温工况。工业尾气中常含有大量水蒸气和微量SO_(2),为了满足长期稳定的工业应用需求,无论贵金属还是非贵金属催化剂,其抗中毒能力仍需改进提升。此外,文章总结了贵金属和非贵金属催化剂活性物种、反应机理研究进展,以及工业化应用的可行性,并展望了该领域未来可能的发展方向。

负载型Cu-Mn-Ce苯类催化燃烧催化剂的研制及活性研究

采用浸渍法,以TiO_(2)、ZrO_(2)、Al_(2)O_(3)为载体负载Cu-Mn-Ce复合氧化物,成功制备Cu-Mn-Ce、Cu-Mn-Ce/TiO_(2)、Cu-Mn-Ce/ZrO_(2)、Cu-Mn-Ce/Al_(2)O_(3)四种催化剂,探究不同载体催化剂对甲苯气体的催化性能及催化剂稳定性能,并利用XRD、SEM对四种催化剂进行表征分析。结果表明,以TiO_(2)为载体所制催化剂可使甲苯气体自然降解温度降低约400℃,且其处理效果为所制催化剂中最好。XRD和SEM表征结果表明,所制催化剂比表面积较大,利于活性中心的分散。纯Cu-Mn-Ce催化剂通过金属-载体相互作用调控界面电子结构从而具有优良活性,TiO_(2)的引入更好地保持了其活性并提高了热稳定性。

固体推进剂用燃烧催化剂的研究进展

综述了近年来固体推进剂中燃烧催化剂的国内外研究进展。总结了金属、金属氧化物、金属复合氧化物、金属有机化合物、含能化合物和新型碳材料等燃烧催化剂的特点和发展方向,以及量化计算在燃烧催化剂中的应用研究。可以看出,燃烧催化剂已由普通单一催化剂向纳米复合催化剂发展,由惰性催化剂向含能催化剂发展。量化计算可用于研究催化机理,预测及计算催化剂的结构和性能,指导燃烧催化剂的合成及其应用。考虑到绿色环保是当前社会发展的主题以及含能催化剂兼具含能和纳米双重优点,认为通过量化计算,设计合成绿色、钝感复合含能催化剂是未来燃烧催化剂的研究热点。

四唑类化合物的金属盐作为微烟推进剂燃烧催化剂的研究

研究了四唑类化合物的铅、铜和锶盐对含黑索今的复合改性双基推进剂 (RDX CMDB)燃烧性能的影响 ,发现 :5 亚二甲基四唑铅 (PbTMT)和苯基四唑铅 (PbPHT)具有较好的催化作用。四唑类化合物的铅、铜盐和其它铜或催化剂复合使用时 ,均能提高推进剂的燃速 ,并产生一低压强指数区 。

贵金属甲烷燃烧催化剂

贵金属催化剂具有较高的甲烷燃烧活性,但是其弱的稳定性抑制了其在VOC脱除以及低浓瓦斯治理等领域的应用,因此提高贵金属甲烷燃烧催化剂的稳定性是目前研究的热点。本文综述了活性组分、载体、助剂和前驱体对贵金属甲烷燃烧催化剂性能的影响;重点介绍了具有较高甲烷燃烧活性的Pd基催化剂受这些因素的影响;结合甲烷燃烧动力学分析了反应组分对催化剂性能的影响;讨论了催化剂失活的机理以及导致研究结论存在较大分歧的原因,提出了避免这些分歧的措施。

纳米鞣酸Pb(Ⅱ)配合物的合成及其燃烧催化性能研究

采用液相分散沉淀法制备了纳米鞣酸Pb（Ⅱ）配合物，用TG、TEM和FTIR对产物的形貌、粒径和组成进行了表征，考察了纳米鞣酸Pb（Ⅱ）配合物对RDX-CMDB推进剂燃烧的催化作用。结果表明，产物的平均粒径约为80nm，能明显改善推进剂的燃烧性能，使推进剂的燃速提高了148％，压强指数（6—8MPa）从0．861降低至0．129。

纳米氧化铅为燃烧催化剂的应用研究

运用红外光谱法研究纳米氧化铅对 HMX固相热分解的影响 ,通过静态靶线法燃速测试仪考察纳米氧化铅在推进剂中的实际应用效果。红外谱峰的变化表明 :氧化铅对 HMX的固相热分解直接起催化作用。通过纳米氧化铅在 NEPE推进剂中的实际应用效果表明 :纳米氧化铅可有效的降低 NEPE推进剂的燃速压力指数。

某些NTO盐作为含能燃烧催化剂的探索

本文介绍了NTO铅盐、铜盐和铵盐的物化性能,并探索了它们在RDX-CMDB推进剂对燃速、压力指数和能量的贡献,认为它们是一种新型含能高压平台催化剂。

二元稀土组合物对双基推进剂燃烧催化作用研究

研究了镧（铈）／铜盐、镧／铅盐、镧／铈组合物及镧／铈焙烧复合物对双基推进剂燃烧的催化作用，发现铜盐对稀土化合物的平台催化作用的改善有利，铅盐使稀土化合物的平台催化范围向高压区移动。镧／铈组（复）合物的燃烧催化作用与镧／铈比例密切相关，且使双基推进剂产生2个以上的平台燃烧区。稀土／铜盐对双基推进剂红外透过率的贡献高于其它二元稀土组合物。

催化燃烧催化剂的水热稳定性研究进展

从常用载体γ-Al_(2)O_(3)和稀土氧化物的稳定性出发,详细阐述了有机废气尤其是轻质烷烃的催化燃烧催化剂的水热稳定性调变方法,并对活性金属的金属比例、核壳结构等进行总结,对催化剂水热稳定性的提高方法进行了综述。

负载型La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3燃烧催化剂的载体效应

用浸渍法制备负载型Ｌａ_（０．８）Ｓｒ_（０．２）Ｍｎｏ_３燃烧催化剂，比较了γ－ＡＩ_２Ｏ_３、α－ＡＩ_２Ｏ_３、堇青石（２ＭｇＯ·２Ａｌ_２Ｏ_３、５ＳｉＯ_２）和ＺｒＯ_2四种载体的负载效果．用ＸＲＤ，ＤＰＲ着重研究了γ－Ａｌ_２Ｏ_３载体上由于负载量不同、焙烧温度不同引起的催化剂物相变化和二甲苯完全氧化的催化活性变化．

La、Ba离子对高温燃烧催化剂六铝酸盐结构和性质的影响

通过共沉淀方法制备了AMnxAl12-xO19 (A=La或Ba) (x=0 5、1、2、3 )系列六铝酸盐催化剂。利用XRD、BET、TPR等方法考察了La3+、Ba2+作为镜面阳离子对六铝酸盐结构、热稳定性和甲烷催化燃烧活性的影响。结果表明,La3+、Ba2+作为镜面阳离子时六铝酸盐分别具有磁铅石 (MP)结构、β Al2O3结构;La3+作为镜面阳离子可以在较低温度下形成六铝酸盐,因而有利于维持较高的比表面积;此外La3+作为镜面阳离子可以明显提高六铝酸盐的结构稳定性和活性组分Mn的氧化态,因而具有较高的催化活性;Mn取代量为 2时具有最佳的活性。

TFJF型燃烧催化剂

研制了一种天然沸石堇青石蜂窝(TFJF)型燃烧催化剂以考察其催化特性.结果表明,这种催化剂对含芳烃、酮、酯、酸、酚等毒性较大、臭味重的有机废气均有很高的催化燃烧活性.反应温度为180—300℃时,净化率达99％以上,并可耐800℃多的高温,能满足漆包线等工厂废气治理的要求.