铈铝氧化物对磷酸根离子的吸附行为和机制研究

中国和世界上许多国家(地区)都面临着水体磷超标引起的富营养化问题,因此研究磷的环境地球化学行为以及探索除磷技术和原理至关重要。文章以人工合成的铈铝氧化物作为吸附剂材料,研究了铈铝氧化物对磷酸根离子的宏观吸附行为和微观分子机制,考查反应时间、初始磷浓度和pH等外部条件对磷酸根在铈铝氧化物表面吸附行为和机制的影响。研究结果表明,铈铝氧化物对磷酸根的吸附在24 h内达到平衡;磷酸根的吸附等温线满足Langmuir模型,理论最大吸附量为75.5 mg·g^(-1);吸附量不随pH变化,在pH=3~10范围内均能保持较高的吸附性能。该研究进一步采用zeta点位测量、显微分析(SEM、TEM)和谱学方法(XRD、XPS)等手段,揭示了磷酸根在铈铝氧化物表面的吸附以形成内圈吸附和表面沉淀两种机制为主。该研究结果将为稀土基矿物改性材料的除磷应用提供理论指导。

还原热处理对铈锆铝复合氧化物性能的影响

采用共沉淀法制备铈锆铝复合氧化物(CeO2-ZrO2-Al2O3,CZA)和铈锆复合氧化物(CeO2-ZrO2,CZ),将样品分别在空气和10%H2/Ar气氛下进行热处理,利用X射线粉末衍射(XRD)、O2脉冲吸附、H2程序升温还原(H2-TPR)等手段研究了复合氧化物的结构及性能.结果表明:CZA样品经950℃还原热处理后出现CeAlO3晶相,热处理温度越高,越有利于CeAlO3物相生成.CZA储氧量(OSC)随着还原热处理温度升高逐渐增大,至900℃达到1270.3μmo·lg-1;温度继续升高,OSC减小,1100℃还原热处理后CZA的OSC仅为23.2μmo·lg-1.研究发现还原热处理中形成CeAlO3,其显著影响CZA样品的储氧性能和还原性能.

高能球磨法制备铈锆铝复合氧化物的工艺

采用高能球磨法制备铈锆铝复合氧化物,运用XRD、SEM等方法研究CeO_2-ZrO_2-Al2O3复合催化材料分别在不同球磨时间、不同成分含量、不同焙烧温度和不同球磨工艺路线下的组织结构和稳定性能。结果表明:(1)随球磨时间的延长,各组元晶粒细化效果越来越明显,球磨30h,CeO_2晶粒约20nm,颗粒约200nm,但复合粉末一直未发生机械合金化。(2)经30h球磨的复合粉体,在1000℃以下具有良好的稳定性能,高温下有少量的ZrO_2溶入CeO_2中形成固溶体,CeO_2-ZrO_2和Al2O3之间表现出一定的协同稳定效应,而在1000℃以上相结构变化明显。(3)质量分数为18%的CeO_2和6%的ZrO_2的复合粉体颗粒比较细小,分布比较均匀,对γ-Al2O3的稳定化效果比较理想。(4)采用先将CeO_2和ZrO_2球磨30h,再添加Al2O3并继续球磨30h的高能球磨工艺,可制备出含大量CeO_2-ZrO_2固溶体的复合粉体,CeO_2-ZrO_2与γ-Al2O3相互改性作用更加理想。

铈锆铝氧化物微纳米复合材料及其性能研究

研究了纳米铈锆氧化物在催化材料铈锆铝氧化物的性能。通过合成纳米颗粒铈锆氧化物CeZrO,与微米颗粒氧化铝Al_(2)O_(3)组装成微纳米复合结构的催化材料CeZrO@Al_(2)O_(3),对其表面形貌、元素组成及还原性能进行了表征。结果表明,铈锆氧化物纳米颗粒分散负载于氧化铝微米颗粒的外层表面,形成核壳结构型的颗粒状复合材料,材料表面铈锆元素含量大幅高于体相组成,有效提高了铈锆氧化物的利用率;微纳米复合材料CeZrO@Al_(2)O_(3)的还原温度比常规微米混合材料低约50℃,微纳米结构材料较易于还原,还原速率加快增强了储氧/释氧作用,更有利于改善各类催化性能,可解决常规混合微米材料在储氧/释氧性能不足的重要问题。

制备方法对铈锆铝复合氧化物还原热处理性能的影响

采用沉淀前驱物混合法制备铈锆铝复合氧化物(CZ+A(pm))和沉淀机械研磨混合法制备铈锆铝复合氧化物(CZ+A(mm))(x(Ce)∶x(Zr)∶x(Al)=1∶1∶2)。将样品分别在空气和10%H2/Ar气氛下进行热处理,利用X射线粉末衍射(XRD)、N2吸脱附(BET)、O2脉冲吸附、H2程序升温还原(H2-TPR)等手段研究了复合氧化物的结构及性能。结果表明,CZ+A(pm)、CZ+A(mm)新鲜样品经1 100℃还原热处理后的CZ+A(pm)-H2-1 100样品的XRD图谱出现较多且尖锐的归属于CeAlO3的衍射峰,而CZ+A(mm)-H2-1 100样品没有观察到CeAlO3晶相;其储氧量分别为157和773μmol/g,均大于CZA-H2-1 100的23.2μmol/g;H2-TPR耗氢量分别为960和1 916μmol/g,而CZA-H2-1 100样品H2-TPR耗氢量仅为310μmol/g,CZ+A(pm)储氧性能受还原热处理时CeAlO3形成的影响,与还原性能的变化结果相吻合。研究发现,铈锆铝复合氧化物中CZ+A(pm)样品的铈锆和氧化铝粒子尺度较小,相互之间接触较紧密,使得CeO2和Al2O3较易发生固相化合反应生成CeAlO3,而CZ+A(mm)样品中铈锆和氧化铝粒子更大,相互之间间隔更远,经还原热处理时能抑制CeAlO3的形成,从而改善材料在还原气氛下的储氧性能和还原性能。

新型铈锆铝稀土储氧材料的研究进展

铈锆铝复合氧化物(CeO2-ZrO2-Al2O3)是一种新型的储氧材料,兼有储氧材料和氧化铝共同的优点。介绍了铈基储氧材料的发展历程及铈锆铝储氧材料的形成,归纳总结了浸渍法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法和机械混合法等方法制备的铈锆铝储氧材料研究成果及各方法的优缺点,并对今后铈锆铝储氧材料的主要研究方向和工业化问题进行了展望。

Ce-Cu/Ti-Al-O_x催化氧化CO的性能研究

采用挤出成型法制备系列铜铈负载钛铝氧化物(Ce-Cu/Ti-Al-Ox)催化剂,研究Ce-Cu/Ti-Al-Ox催化氧化一氧化碳(CO)的性能,并对催化剂进行表征。结果表明:三氧化二铝(Al2O3)的掺入抑制了二氧化钛(TiO2)的颗粒长大,不仅增大了催化剂的比表面积,同时提高了铜铈负载二氧化钛(Ce-Cu/TiO2)催化剂的缺陷浓度,有利于催化剂表面反应气体的吸附以及催化反应的进行,因此适量添加Al2O3能明显提升Ce-Cu/TiO2催化剂的低温催化氧化活性,拓宽其活性温度窗口,添加20%(wt,质量分数)Al2O3制得的Ce-Cu/Ti-Al-Ox催化剂具有对催化氧化CO的最好催化活性,在140℃条件下,活性达到了98%,170℃以上活性达到了100%。

铈锌铝复合氧化物的紫外屏蔽性能研究

为了合成紫外屏蔽性能高且无光催化性能的屏蔽材料,采用共沉淀法合成了铈锌铝复合纳米氧化物。采用XRD、SEM、FTIR及UV-Vis等检测手段对合成材料进行表征,并以亚甲基蓝为模拟物测试其光催化性能。结果表明所合成的铈锌铝复合纳米氧化物具有优良的紫外屏蔽性能,且相比于同种方法合成的铈锌复合纳米氧化物具有无光催化性能的优点。SPV谱表明氧化铝的复合减少了紫外光所产生的表面光生电子与空穴,进而降低了其光催化特性。更适用于作为化妆品及外墙涂料等的防紫外添加剂。

沉淀方法对铈锆铝复合氧化物结构和性能的影响

采用共沉淀法(CZA)、沉淀悬浊液混合法(CZ+A)、分步沉淀法Ⅰ(CZ-A)和分步沉淀法Ⅱ(A-CZ)4种不同沉淀方法制备铈锆铝复合氧化物(Ce,Zr,Al摩尔比为1∶1∶2),利用X射线粉末衍射(XRD)等手段研究其结构及性能。结果表明:4种样品均只出现归属于Zr0.4Ce0.6O2立方相的特征衍射峰,其中CZA-1000的晶胞参数和晶粒尺寸明显更小;4种样品均具有介孔特征,比表面积较大,老化后只有CZA-1000仍呈现孔径单峰分布曲线,孔径分布最小且最窄;老化后CZA-1000的储氧量最大;CZA-1000还原峰主峰温度比其他3种老化样品的低23~30℃,CZA-1000体相氧的移动性能更强,而其他3种老化样品还原峰主峰温度更高,烧结更严重。研究发现,共沉淀法制备的CZA样品中铈锆和Al2O3粒子以纳米尺度均匀混合,相互之间有着更强的作用和更好的“扩散阻碍”效应,具有更好的结构、织构、储氧、还原和耐热性能。

铈锆铝复合氧化物的制备及其性能研究

以硝酸铈和硝酸锆为原料,氨水为沉淀剂,双氧水为氧化剂,采用共沉淀法将铈锆固溶体负载在固态铝源(拟薄水铝石、活性氧化铝和改性氧化铝)表面,制备了铈锆铝复合氧化物。通过XRD,TEM,BET,TPR等手段对铈锆铝复合氧化物进行了结构表征和性能分析。研究结果表明:铈锆固溶体负载在氧化铝上,颗粒明显变小,老化性能得到显著改善;不同形态固态铝源制备的铈锆铝复合氧化物性能各异,以拟薄水铝石为铝源制备的样品比表面积最大,以改性氧化铝为铝源制备的样品表现出最佳的储氧性能。

不同制备方法对CeO2-ZrO2-Al2O3材料性能的影响

分别采用共沉淀法、胶溶法和胶溶?共沉淀法制备了Ce0.5Zr0.5O2(12wt%)-Al2O3(CZA)储氧材料,并通过XRD、低温N2吸附?脱附、氧脉冲吸附(OSC)、程序升温还原(H2-TPR)和O2-程序升温脱附(O2-TPD)等手段进行了表征.材料经过1000℃焙烧后,XRD结果表明,三种方法制备的样品均存在CeO2-ZrO2立方萤石和γ-Al2O3两种晶型.N2吸附?脱附结果表明,胶溶?共沉淀法制备的样品,具有最大的比表面积和孔容,分别为146.2m2/g和0.5mL/g,且有最佳的孔径分布;氧脉冲吸附(OSC)和H2-TPR结果表明胶溶?共沉淀法制备的材料,具有最佳的储氧性能和还原能力;同时实验还比较了经1100℃焙烧对几种方法制备样品性能的影响.

挤压法制备Fe-Al-Ce复合氧化物颗粒除氟性能及地下水处理应用

利用粘结挤压法将Fe-Al-Ce复合氧化物粉末材料制备成颗粒材料(GFAC),进行表征、静态和动态吸附除氟性能评价和现场应用。结果显示,优选GFAC颗粒直径为1.6 mm,具有较高的压缩破坏强度33.80 N和除氟性能。GFAC颗粒对氟的吸附过程符合准二级反应动力学方程,吸附速率受膜扩散和内扩散共同控制;在pH 7.0±0.2条件下,GFAC颗粒对氟的饱和吸附容量达到51.28 mg/g(25℃,Langmuir等温吸附模型)。不同空间流速(SV)下动态实验出水穿透(1mg/L)时对氟的累积吸附量分别为5.69 mg/g(SV=1 h-1)、5.61 mg/g(SV=2 h-1)、2.83 mg/g(SV=5 h-1),高于常见活性氧化铝除氟剂(AA,1.77 mg/g,SV=1 h-1)及其他报道的颗粒除氟剂。GFAC颗粒在河北现场成功用于实际高氟地下水的处理,在原水氟浓度(3.7±0.3)mg/L和pH 8.0±0.2条件下,对氟的累计吸附量为3.16 mg/g,明显高于AA(0.83mg/g),具有较好的应用前景。

K修饰的CZA载体对全钯三效催化剂性能的影响

采取柠檬酸溶胶凝胶法制备铈锆铝复合氧化物(CZA)载体,考察K对Pd/CZA催化剂性能的影响.实验结果表明,K的添加对此类催化剂具有明显劣化作用,其原因在于使用CZA作为载体时,K减弱Pd-Ce相互作用,降低催化剂活性,使之发生中毒;但随着K含量的增大,阻塞催化剂表面的活性位,促使Pd颗粒聚集长大,较大粒径的Pd颗粒有利于三效活性的提高,因而在一定程度上使活性有所恢复.相关的XRD和TPR实验也在一定程度上证明了这点.

CeO_2-ZrO_2-Al_2O_3材料的制备及其单钯催化剂性能的研究

采用水热晶化法制备了Ce O2-Zr O2-Al2O3储氧材料,详细考察了制备过程中水热时间和温度对储氧材料结构和性能的影响。X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、H2程序升温还原(H2-TPR)和热重分析技术(TG)表征结果表明,当水热温度为100℃,水热时间为12 h时,制备的Ce O2-Zr O2-Al2O3材料具有优异的结构性能、织构性能、还原性能和储氧性能。分别以较优水热条件下制备的Ce O2-Zr O2-Al2O3储氧材料和商用的铈锆铝储氧材料为载体,制备Pd/Ce O2-Zr O2-Al2O3催化剂,考察了其对汽车尾气中碳氢化合物的催化转化能力。