铁基催化剂强化臭氧氧化深度处理印染废水的中试研究

针对广西玉林某工业园区污水处理厂二级工艺处理后的印染废水,利用铁刨花原位改性制备的铁基催化剂进行催化臭氧氧化中试,考察催化臭氧氧化技术对印染废水COD和色度的处理效果。实验结果表明:在本研究所使用的催化臭氧氧化反应器和反应条件下,进水COD在40~60 mg·L^(-1)范围,色度在80~120度范围,pH在6~9的印染废水,经过该工艺的处理可使出水水质稳定达到《纺织染整行业回用水水质》(FZ/T 01107—2011)标准。当进水COD维持在40 mg·L^(-1)以下时,出水COD可降至30 mg·L^(-1)甚至20 mg·L^(-1)以下,出水水质满足《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅳ类水标准。水力停留时间对处理效果的影响呈正态分布,建议值为60 min。铁基催化剂的活性组分和“微通道”结构,有利于臭氧与催化组分的结合以及羟基自由基的释放与作用,从而提高了臭氧利用率,使O_(3)/ΔCOD的值基本控制在2以下。

甲烷气氛下铁基催化剂对低阶煤温和液化的影响

针对煤直接液化的高温高压苛刻反应条件和高昂的氢气成本问题,通过降低煤液化反应温度、压力和更换供氢气氛等方法来优化工艺过程。选用四种铁基催化剂研究低阶煤在甲烷气氛下温和液化的反应特性,研究结果表明:神华黑山长焰煤HS在温度350℃、初始压力3 MPa的甲烷气氛下液化产物为轻质气体、液化油和沥青质;以FeSO_(4)为催化剂时沥青质的产率最高达到8.03%,并将煤液化的转化率提升了6.10%;以FeS为催化剂时油气产率提升了3.48%;助剂硫元素的加入对煤液化反应总转化率的提升有着重要作用;Fe粉、Fe+S和FeS催化剂的加入有助于提升煤液化油中单环芳烃的含量。

铁基催化剂制备流程对CO加氢反应性能的影响

采用共沉淀和高温煅烧法制备Al-O-Zn型载体,分别以2种不同制备流程负载铁和钾元素的先钾后铁法和先铁后钾法制备了2种催化剂样品R1和A1。采用XRD、ICP-OES、氮气物理吸附、场发射电子显微镜、二氧化碳化学吸附-程序升温脱附等手段对2种催化剂样品进行表征,并在固定床加压反应器装置上评价了催化剂的CO加氢制备烯烃的反应性能。结果表明:2种样品在结晶相组成、孔织构、微观形貌上均无显著差异,但是在CO_(2)-TPD曲线特征上却具有巨大的差异,样品R1具有近乎对称的高温脱附峰与低温脱附峰,样品A1则以高温脱附峰为主。在温度290~420℃、压力2 MPa、体积空速1500 mL/(g·h)、反应时间4 h的条件下进行CO加氢反应制备烯烃,与催化剂样品A1作用下的结果相比,样品R1作用下C 2烯烃/烷烃摩尔比最大值高约500%、C_(3)烯烃/烷烃摩尔比最大值高约174%、C 4烯烃/烷烃摩尔比最大值高约35%、C=2~C=4烃类选择性最大值高约44%。催化剂的制备流程不同导致催化剂样品表面的碱性位特征发生显著改变,CO_(2)-TPD曲线高温脱附峰与低温脱附峰近乎对称的情况(样品R1)比高温脱附峰为主的情况(样品A1)更能有效抑制加氢,进而影响催化剂对CO加氢反应的烃类选择性。

钕改性铁基催化剂用于氮氧化物脱除

采用分步浸渍法,分两步将金属铁和钕依次引入商业化成品二氧化钛表面,研究其脱硝性能。通过X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附(N2-BET)、X射线光电子能谱(XPS)、氨程序升温脱附(NH3-TPD)、氢气程序升温还原(H2-TPR)等方法对样品进行表征分析。通过氮气吸附-脱附发现,钕的引入使得负载铁后的催化剂比表面积减小。X射线衍射分析结果表明,引入的金属物种在催化剂表面具有良好的分散性。氨程序升温脱附测试结果显示,钕的引入增加了催化剂的总酸量,同时改变了催化剂的酸性分布。X射线光电子能谱测试结果表明,钕改性增加了催化剂表面吸附氧和铁(Ⅱ)的含量,有利于脱硝反应的进行。氢气程序升温还原测试结果表明,钕的引入使得催化剂氧化还原性能略有下降。活性测试结果表明,适量钕负载有利于提升催化剂的脱硝性能,钕元素在催化剂中的质量分数为9%时催化剂表现最优,最佳脱硝效率为81.4%。

合成气直接制芳烃铁基催化剂的研究进展

以合成气直接制芳烃的铁基催化剂为切入点,总结归纳了改性铁基催化剂以及铁基-分子筛复合催化剂的研究进展,并对反应机理进行了论述;重点阐述了铁基-分子筛复合催化剂活性组分的耦合方式,铁基催化剂的改性以及分子筛的酸性和结构调变对于芳烃收率的影响;最后,对铁基催化剂未来的研究方向进行了展望。

二氧化碳加氢制长链线性α-烯烃铁基催化剂研究进展

长链线性α-烯烃(linearα-olefins,LAOs)是重要的化工原料,目前,主要通过石油化工路线获得。随着全球温升影响加剧,CO_(2)控制与资源化利用技术研究受到持续关注。费托合成(Fischer-Tropsch synthesis,FTS)反应产生一定比例的LAOs,提供了制取LAOs可供选择的技术路线。本综述围绕CO_(2)加氢制LAOs过程,结合其反应途径,分析了Fe基催化剂的研究进展,包括助催化剂和载体的作用,阐述了Fe基催化剂上链增长机理和影响LAOs选择性的关键因素,总结了该反应面临的挑战、可能的解决思路,对高效Fe基催化剂研究进行了展望。

费托合成铁基催化剂中Fe_(3)O_(4)含量对CO_(2)选择性的影响

本研究以共沉淀法制备的α-Fe_(2)O_(3)催化剂为前驱体,通过调变碳化温度和碳化时间制备了不同物相组成的系列催化剂,采用XRD、Mössbauer谱、XPS和Raman光谱等技术考察了催化剂体相和表面物相组成,在此基础上研究了不同条件下(不同CO转化率和H_(2)O分压)催化剂的物相组成与催化剂性能之间的关系,重点探究了费托合成条件下CO_(2)生成的活性相。结果表明,升高碳化温度和延长碳化时间有利于Fe_(3)O_(4)向碳化铁转变。在典型的费托合成条件下,催化剂的活性受到碳化铁含量和积炭程度的共同影响。当H_(2)O分压较低时,动力学因素限制了水煤气变换(WGS)反应的进行,CO_(2)选择性仅受CO转化率的影响,Fe_(3)O_(4)含量变化对CO_(2)选择性无明显影响;而在较高的H_(2)O分压下,随着催化剂中Fe_(3)O_(4)含量增加,CO_(2)选择性也随之增加。本文初步阐明了Fe_(3)O_(4)是铁基费托合成催化剂中WGS反应的主要活性相,为认识Fe基费托合成催化剂CO_(2)生成的活性相提供了新的信息,为新型低CO_(2)选择性费托合成工业催化剂的设计奠定了基础。

FTO反应铁基催化剂电子和结构助剂研究进展

合成气直接制烯烃(FTO)具有生产工艺简单、生产成本低廉等优点,近年来成为中国制烯烃的重要研究方向。铁基催化剂由于成本低、甲烷选择性低、链增长能力弱而备受关注。然而单一的铁基催化剂无法满足工业生产的需求,需要加入助剂提高催化剂的反应性能。综述了电子助剂(碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土金属)和结构助剂(二氧化硅、三氧化二铝、二氧化锆等)的电子作用、结构作用对催化剂活性组分的还原、碳化的影响,分析了助剂负载量对催化剂反应性能的影响。指出电子助剂可以促进铁的碳化,增加催化剂的活性和低碳烯烃选择性;结构助剂可以有效提高催化剂晶体的分散性,增加催化剂比表面积,促进催化剂对低碳烯烃选择性。最后指出,助剂的负载量、协同作用及其相关的作用机理都有不足之处,应及时研究以促进FTO反应工业化进程。

铁基催化剂对生物质气化催化效果和机理的研究

为解决生物质气化中焦油产率过高,易造成设施堵塞和腐蚀的问题,在气化过程引入铁基催化剂以降低焦油产率。同时基于生物质气化中合成气组分变化及焦油裂解的作用分析了铁基催化剂的作用机理。结果表明:当加入铁基催化剂后,合成气中的氢气产率从20.32 mL/g(每克生物质)上升到114.72 mL/g;焦油中大分子多环芳烃被降解,铁催化了纤维素链端的降解反应,使纤维素分解成了糠醛、酮、呋喃等化合物。该研究证实了铁基催化剂的催化效果,揭示了催化机理,为铁基催化剂在气化中的应用提供理论依据。

铁基催化剂在过硫酸盐高级氧化中的研究进展--非自由基途径

综述了铁基催化剂活化过硫酸盐产生非自由基降解有机污染物的机理,介绍了零价铁、铁氧化物、铁碳复合材料和铁单原子催化剂通过非自由基途径降解有机物的研究进展,展望了铁基催化剂在过硫酸盐非自由基高级氧化方面的发展方向,为该技术在实际有机废水处理方面的研究和应用提供参考。

疏水二氧化硅球调控铁基催化剂在常压二氧化碳费托合成反应中的性能研究

二氧化碳(CO_(2))铁基费托合成反应过程中生成的大量产物水是影响催化剂反应性能的重要因素。通过硅烷化对二氧化硅(SiO_(2))球表面进行疏水修饰,将其与铁基催化剂FeZnNa混合后应用于常压CO_(2)费托合成反应,考察了疏水SiO_(2)球与FeZnNa催化剂混合方式对反应性能的影响,并采用XRD、穆斯堡尔谱、光学接触角测定、N_(2)吸/脱附和程序升温脱附等表征方法分析了催化剂反应前后的物理化学性质。结果表明,疏水SiO_(2)球反应后仍保持良好的疏水性,相较于与没有疏水性的石英砂混合的FeZnNa催化剂,与疏水SiO_(2)球等体积颗粒混合的FeZnNa催化剂显示出更好的催化稳定性,在反应时间5~20 h内,CO_(2)转化率从24.9%下降到23.7%,而与疏水SiO_(2)球等质量颗粒混合和等质量粉末混合后的FeZnNa催化剂稳定性大幅下降,在相同反应时间内,CO_(2)转化率分别下降了9.4%和11.7%。相较于与疏水SiO_(2)球等体积颗粒混合,与疏水SiO_(2)球等质量颗粒混合的FeZnNa催化剂反应后Fe3C含量增加,而与疏水SiO_(2)球等质量粉末混合的FeZnNa催化剂反应后出现了大量的零价Fe,表明混合方式对反应过程中催化剂的铁物相演变有显著影响,从而导致催化活性和稳定性的明显差异。

二氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基催化剂的研究进展

CO_(2)加氢制备低碳烯烃技术是助力我国“双碳目标”达成的有效路径之一。重点介绍了CO_(2)加氢制备低碳烯烃用铁基催化剂的研究进展,评述了铁基催化剂中助剂和载体的研究现状及存在问题,并对铁基催化剂的发展方向进行了展望。

铁基催化剂用于原子转移自由基聚合研究进展

对原子转移自由基聚合(ATRP)进行了概述,重点阐述了铁基催化剂在ATRP体系中的研究进展,指出了铁基催化剂在ATRP领域存在的问题。

钾助剂对F-T合成铁基催化剂浆态床反应性能的影响

采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了不同K助剂含量的系列微球形Fe/Cu/K/SiO2 催化剂 (K/Fe质量比为 0 0 10～ 0 0 5 8) ,采用低H2 /CO比的合成气于典型的工业反应条件下 (5 2 3～ 5 33K ,1 5MPa,H2 /CO =0 6 7)进行了长期的浆态相F T合成 (FTS)反应性能评价 .结果表明 :K助剂的添加可增大催化剂活性 ,提高C5+ 、总的烯烃、有机含氧化合物及CO2 的选择性 ,并促进水煤气变换反应 ,但过高的K含量易使催化剂反应稳定性变差 .适中的K含量为K/Fe =0 0 30 ,该K含量催化剂的 6 6 0h浆态床FTS反应性能评价结果显示 ,该催化剂具有较高的催化活性和C5+ 选择性 ,产物分布较合理 ,长期运行稳定性好 ,反应后卸载下的催化剂形貌观测表明该催化剂还具有较好的抗磨损性能 .除K助剂的化学效应起主导作用外 ,催化剂的织构性质尤其是孔结构可能对催化剂的催化性能也有一定的影响 ,并引起K/Fe =0 0 4 5时铁基催化剂对FTS产物选择性和水煤气变换反应活性的部分调变 .

焙烧温度对铁基催化剂催化浆态床F-T合成反应性能的影响

采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了微球形Fe- Cu- K- SiO2催化剂,并考察了焙烧温度对催化剂的结构和织构性质的影响.结果表明,催化剂具有较好的织构和结构热稳定性,粘结剂SiO2起到了分散和稳定α-Fe2O3晶相的作用.随着焙烧温度的升高,催化剂的比表面积逐渐减小,α-Fe2O3晶粒逐渐增大,催化剂体相中的Cu和K原子向表面富集,且Cu向表面的迁移更明显;同时,催化剂中的α-Fe2O3和CuO相发生了一定程度的离析,Cu的助剂作用减弱,使催化剂在合成气气氛下难于还原碳化.催化剂在n(H2)/n(CO)=0.67,GHSV=2.0L/(g·h),p=1.5MPa和θ=250℃下的浆态床F T合成反应评价结果表明,升高焙烧温度,催化剂的初活性和最高活性下降,但运行稳定性提高,而且有效地抑制了CH4的生成,明显促进了烃产物向高碳数方向移动.反应600h后卸载下的催化剂的形貌观测表明,催化剂的磨损主要是由化学磨损引起的,提高焙烧温度可明显改善其抗磨损性能,焙烧温度高于400℃时,催化剂具有较好的抗磨损性能.

助剂Cu、K对F-T合成铁基催化剂作用的表征研究

采用连续共沉淀和喷雾干燥技术相结合的方法制备了一组Cu、K助剂单独或同时加入的微球状Fischer-Tropsch(F-T)合成铁基催化剂,借助低温N2 吸附、MES、XRD、H2 -TPR、CO-TPR研究了Cu和K助剂对催化剂织构、还原性能以及还原和炭化过程中的物相变化的影响。结果表明,K助剂的加入能明显提高催化剂的比表面积和铁物相在催化剂中的分散程度,增加了Fe2O3 与SiO2 间的相互作用;当催化剂在H2 和合成气中还原时,Cu助剂的加入有利于催化剂的还原和Fe3O4 的生成,在CO中还原时,Cu助剂的加入则有利于α-Fe的生成和稳定化。在H2 和合成气中,单独K助剂的加入会抑制催化剂的还原或炭化,而Cu和K助剂的同时加入在H2、CO和合成气下均可使催化剂的还原或炭化能力明显提高,表明Cu和K助剂间存在一定的协同作用。

还原温度与时间对铁基催化剂浆态床F-T合成性能的影响(英文)

在浆态床反应器中考察了未还原催化剂以及在240℃和270℃的还原温度下还原时间对Fe/Cu/K/SiO2催化剂F-T合成反应性能的影响,采用M ssbauer谱研究了还原和反应后催化剂的物相组成。结果表明,在240℃延长还原时间或将还原温度升高到270℃均有利于催化剂的还原,270℃还原的催化剂的活性和稳定性明显高于未还原和240℃还原的催化剂,催化剂的运行稳定性与催化剂在反应过程中的流失量有密切关系。催化剂高温还原时烃产物分布倾向于生成低碳数的烃类,在相同的还原温度下,烃产物选择性随还原时间的延长向轻组分方向偏移。

结构助剂SiO_2、Al_2O_3对铁基催化剂浆态床F-T合成性能的影响

采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了微球状Fe/Cu/K/SiO2和Fe/Cu/K/Al2O3催化剂,研究SiO2和Al2O3作为结构助剂对铁基催化剂吸附行为、炭化行为及F-T合成反应性能的影响。表征结果表明,与Al2O3相比较,SiO2抑制了H2的吸附,但促进了CO的吸附,有利于催化剂的炭化。催化剂在260℃、1.5MPa、H2/CO=0.67和2 000h-1下的浆态床F-T合成反应评价表明,Fe/Cu/K/SiO2催化剂具有较高的F-T合成活性、高的水煤气变换反应(WGS)活性,且其烃产物选择性明显向高炭数方向偏移,而Fe/Cu/K/Al2O3催化剂则表现出较低的F-T合成活性、低的水煤气变换反应(WGS)活性和高的轻质烃选择性。但Fe/Cu/K/AlO催化剂比Fe/Cu/K/SiO催化剂具有更好的运行稳定性。

浸渍钠对铁基催化剂F-T合成浆态床反应性能的影响

以FeCuK/Si O2为母体催化剂,通过乙酸钠浸渍得到一组不同Na含量的费托合成铁基催化剂.采用原子发射光谱、低温N2吸附、程序升温还原和M ssbauer谱等技术对催化剂进行了表征.在H2/CO摩尔比为0.67,空速为2 000 h-1,压力为1.5 MPa和温度为250℃的条件下进行了浆态床F-T合成反应性能评价实验.结果表明,浸渍少量Na能提高催化剂的比表面积,促进铁物相的分散,而浸渍大量Na却大大降低了催化剂的比表面积,使催化剂中的铁物相聚集形成较大的颗粒;浸渍Na抑制了催化剂在H2中的第一步还原,但促进了催化剂在CO中的碳化;在原位合成气还原过程中,浸渍Na有利于催化剂的碳化.在500 h的运行实验中,浸渍Na的催化剂均表现出不同程度的失活现象.反应结果表明,浸渍Na对水煤气变换反应活性影响不大,对费托合成反应活性和烃产物选择性有较大的影响.在铁基催化剂上浸渍Na有利于C12+重质烃和低碳烯烃的生成.

铁基催化剂选择性催化还原烟气脱硝特性比较研究

以铁及铁的氧化物为床料,研究了不同催化剂对脱除烟气中氮氧化物效率的影响。实验中分别采用Fe和Fe2O3的混合物、纯Fe2O3及Fe3O4作为催化剂,研究在中低温的范围内烟气脱硝效果。结果表明,铁氧化物对选择性催化还原脱硝均有作用,但Fe2O3的活性更强,脱硝效果更大,在250℃时得到最高为91%的转化率。同时对催化剂进行了X射线衍射分析,初步确定反应的物相,M?ssbauer光谱分析则进一步确定催化剂所处的环境,结果表明两者的分析一致,γ-Fe2O3在选择性催化还原反应中起决定性的作用。