锰氧化物催化剂催化氧化甲醛的研究进展

锰氧化物具有活性高、毒性低、资源丰富、合成方法多样等优点,常作为许多催化反应的催化剂或载体材料。该文综述了近年来锰氧化物催化剂的研究进展,主要介绍了单一锰氧化物、掺杂改性的锰氧化物以及锰氧化物复合材料在甲醛催化氧化反应中的催化性能;讨论了形貌、晶型结构以及其他因素对催化性能的影响;并归纳了一部分甲醛催化氧化的反应机理;最后指出要发展高效、经济、环保的锰氧化物催化剂,通过构建更多的缺陷、添加助剂、掺杂改性等方法,增加活性面和活性位的数量,来提高锰氧化物的催化性能是未来的主要研究方向。

铜锰氧化物催化剂制备方法研究进展

过渡金属是一类重要的催化剂,在催化领域已得到广泛应用,将过渡金属氧化后,其催化性能更加优良,可以预见过渡金属氧化物将是催化剂发展的重要方向。综述了近年来国内外铜锰金属氧化物催化剂的研究进展,讨论了铜锰金属氧化物催化剂的各种制备方法,如浸渍法、水热合成法、共沉淀法、固相法和溶胶-凝胶法等,对各种制备方法的特点进行总结和归纳,并展望铜锰氧化物催化剂的发展前景。

高分散锰氧化物催化剂的结构、性能及载体效应

用浸渍法制备了A l2O3,S iO2和MgO等不同性质载体负载的锰氧化物催化剂,考察了其对CO氧化反应的性能,并用XRD、XPS、TPR和XAFS等方法对催化剂进行了详细表征.活性测试结果表明,不同载体负载的样品的活性次序为:MnOx/A l2O3>MnOx/MgO>MnOx/S iO2.XRD结果表明,在S iO2和A l2O3上,负载量为15%的催化剂中没有检测到Mn氧化物的衍射峰,说明Mn物种在载体表面分散性很好,而在MgO上检测到Mg6MnO8物种.XAFS等表征结果表明,A l2O3和S iO2负载的样品中Mn主要以高分散的Mn2O3形式存在,MgO负载的样品中Mn的分散性相对较差,且与载体发生强相互作用.结合XPS和TPR结果,Mn氧化物与载体相互作用强弱的顺序为:MnOx/MgO>MnOx/A l2O3>MnOx/S iO2.负载Mn氧化物催化剂的活性与分散度没有直接对应关系,而是显示了明显的载体效应.

铜锰氧化物水煤气变换催化剂的还原与催化性能

以CuSO4.5H2O和MnSO4.H2O为前驱物,NaOH为沉淀剂,选用共沉淀工艺,添加Al2O3、BaO+Al2O3、ZrO2+Al2O3或CeO2+Al2O3粉末作为催化助剂,制备了4种铜锰氧化物水煤气高温变换催化剂。X射线衍射分析表明,4种铜锰氧化物催化剂的主要化学成分为氧化铜和氧化锰系化合物以及锰钡、铜锰和铜锰铝复合氧化物;在催化水煤气变换反应(WGSR)后,4种铜锰氧化物的化学成分发生了变化。H2还原实验结果表明,在4种铜锰氧化物中,添加ZrO2+Al2O3的铜锰氧化物H2还原效率最好;而添加CeO2+Al2O3的铜锰氧化物H2还原效率最小。对WGSR出口气中CO体积分数进行对比分析可知,分别添加Al2O3和CeO2+Al2O3铜锰氧化物催化剂的变换活性较好。

氧化还原共沉淀法制备的二元锰氧化物催化剂催化氧化苯的效果

通过氧化还原共沉淀法和共沉淀法制备了锰铈复合氧化物催化剂,用于苯的催化氧化,并结合一系列表征手段研究了催化剂的构效关系。结果表明,相对于共沉淀法,通过氧化还原共沉淀法制备的锰铈复合氧化物催化剂具有较大的孔径和比表面积,较好的低温还原性,拥有更好的苯催化氧化性能。之后采用氧化还原共沉淀法制备了不同金属元素(Co、Cu和Sn)掺杂改性的锰氧化物催化剂,并对苯进行催化氧化评价,发现不同元素(Co、Cu、Ce和Sn)掺杂均能提高锰氧化物催化剂的催化氧化活性,其中Ce、Sn掺杂之后得到的催化剂的催化氧化性能最佳,而对于不同催化体系,催化剂的氧化还原性与催化活性能之间没有必然联系。

过氧化氢氧化苯酚铜锰复合氧化物催化剂的制备

采用固相法制备了新型催化剂铜锰复合氧化物催化剂。利用高效液相色谱法对苯酚过氧化氢氧化反应产物进行分析,以苯酚转化率和苯二酚收率为评价指标,对催化剂进行了评价。结果表明,催化剂性能随铜与锰物质的量比、焙烧温度、焙烧时间和研磨时间等因素的增大呈先升高再降低的趋势,并与络合剂的还原性有关。确定最佳工艺条件为:室温下,按锰与铜物质的量比1:2将Cu_2(OH)_2CO_3、MnCO_3和适量H_2C_2O_4·2H_2O混匀,置于研钵匀速研磨10 min,马弗炉400℃焙烧2 h。最佳条件下,苯酚转化率为63.7%,苯二酚收率为59.1%。

混合添加剂对碳载MnO_x催化剂性能的影响

为了提高MnOx对氧气还原的催化活性,将金属硝酸盐溶液浸渍到炭黑中,并在270℃下煅烧,制得氧电极催化剂,通过冷压方法制成气体扩散电极。用稳态极化测试了各个空气电极的电化学性能,结果表明当金属元素摩尔比n(Mn)"n(Ce)"n(Bi)"n(Pd)=1"0.9"0.1"0.5时,空气电极极化最小,在电流密度2#100mA/cm2下,电位比单独MnOx催化剂正移50#150mV。采用交流阻抗测试了空气电极的阻抗特性,利用等效电路进行了模拟,得到相关动力学数据。数据显示该混合添加剂减小了电化学极化阻抗,提高了MnOx对氧气还原的催化活性。利用该催化剂制成的氧电极装配成AA型电池进行恒阻(10Ω)连续放电,放电电压平稳,表明该催化剂性能稳定。

钾掺杂三维有序大孔结构Mn_(0.5)Ce_(0.5)O_δ催化剂合成及其催化燃烧炭烟性能（英文）

柴油发动机是一种高效耐用的发动机,具有广阔的应用前景.但柴油车尾气中的炭烟颗粒吸附了许多有毒有害物质,也是城市PM2.5的主要来源之一,对人类生命安全造成极大威胁.因此,降低和消除柴油车尾气中的炭烟颗粒是柴油车尾气净化的重要任务.尾气后处理是炭烟颗粒进入大气环境前的最后一道程序,可有效控制柴油车尾气中炭烟颗粒排放.其中,催化净化催化剂是尾气后处理技术的核心.研究表明,炭烟颗粒催化燃烧是一个气-固-固三相深度氧化反应,因此开发新型催化剂体系,改善催化剂与炭烟颗粒的接触,提高催化剂的本征活性,对于研制高活性炭烟燃烧催化剂具有重要的实际意义.对于三维有序大孔(3DOM)结构催化剂,大孔有利于炭烟颗粒进入催化剂内部并与活性位点接触,而有序的孔道结构可以促进炭烟颗粒在催化剂孔道内传输.因此,将催化炭烟颗粒燃烧催化剂设计成3DOM结构,可促进炭烟颗粒催化燃烧,提高催化剂活性.研究表明,锰铈复合氧化物材料在炭烟颗粒催化燃烧中表现出比单一的锰氧化物和铈氧化物更好的性能.而将K与Ce和Mn形成复合氧化物,利用三者之间的协同作用,将可使K掺杂3DOM结构Mn0.5Ce0.5Oδ催化剂具有更高的催化活性.本文利用胶体晶体模板法成功制备了3DOM结构的Mn0.5Ce0.5Oδ复合氧化物,并采用简单的等体积浸渍方法成功制备了不同K担载量的K掺杂3DOM结构Mn0.5Ce0.5Oδ催化剂(K-MCO).表征结果表明,K-MCO催化剂具有贯通有序的大孔结构,但焙烧温度和焙烧时间会对大孔结构的规整性有一定影响;催化剂中K含量、焙烧温度和焙烧时间对K-MCO的晶型影响较大,催化剂中出现了一个新的晶相K2Mn4O8.另外,K含量、焙烧温度和焙烧时间对催化剂的氧化还原性能也有较大影响.评价结果表明,所制催化剂对炭烟催化燃烧均具有较高活性,其中20%K-MCO-4h催化剂活性最高,催化燃烧炭烟的T50(炭烟的最大燃烧峰值)为331 oC,CO2选择性为95.3%.催化剂的大孔结构效应以及K,Mn和Ce三者间的协同作用有利于提高催化剂催化燃烧炭烟的活性.另外,由于柴油车尾气排气口温度范围为175–400℃,而本文所制催化剂催化燃烧炭烟的温度低于400 oC,因此该催化剂可以在柴油车尾气排气口温度范围内进行炭烟催化燃烧.由于具有合成步骤简单、活性高以及成本低等优点,该催化剂在实际应用方面具有广阔前景.

非均相催化臭氧氧化深度处理炼油废水

采用非均相催化臭氧氧化工艺(自主研制的铜锰氧化物催化剂)处理炼油废水,探索该工艺深度处理炼油废水的不同影响因素和机制,获得最适宜工艺参数,使处理出水满足炼油企业的回用水标准.考察反应前后催化剂的稳定性.废水取自广东某炼油企业.结果表明:最优值为原始pH=6.8,臭氧投加质量浓度为50mg/L,催化剂质量浓度为3.0g/L.在17℃室温条件下反应15min,出水化学需氧量(COD)满足该炼油企业的回用水标准:COD<50mg/L.氨氮有一定的去除.使用前后,催化剂的抗压性能和活性组分未发生明显变化,催化效果稳定.GC-MS分析结果表明:非均相催化氧化工艺可以减少炼油废水中的大分子有机物质,尤其是含氮的杂环物质,能将高沸点大分子有机物降解为低沸点小分子有机物质,提高炼油废水的可生化性.

CuMn_2Ti_xO_(4+2x)复合氧化物的制备及其催化甲烷燃烧性能

采用溶胶-凝胶法制备了一系列铜锰钛复合氧化物催化剂Cu Mn2TixO4+2x(x=0,0.5,1,2),通过XRD,H2-TPR,BET,TEM等方法对催化剂的结构进行了表征,并考察了钛掺杂量和焙烧温度对催化剂的结构及其催化甲烷燃烧活性的影响。实验结果表明,掺杂钛提高了催化剂的比表面积和可还原性,使催化剂的活性明显提高;当x=1时,即Cu Mn2Ti O6催化剂的活性最高,在反应气体积组成为CH4 3.0%,O2 20%,N2 77%和气态空速12 000 h-1的条件下,甲烷转化率达10%时的反应温度为320℃,甲烷转化率达90%时的反应温度为445℃;随催化剂焙烧温度的升高,Cu Mn2Ti O6催化剂的活性逐渐降低。

双钙钛矿型催化剂的制备及其A位掺杂对催化活性的影响

基于燃烧反应的利用率低,燃烧反应不充分,反应不完全,燃烧后产物污染环境等缺点,本文探究了钙钛矿对燃烧反应的催化影响,对稀土双钙钛矿型复合氧化物进行了制备,然后对其在燃烧反应中的催化活性进行了XRD、TPR表征,主要针对双钙钛矿型催化剂在甲烷中的燃烧这一反应,进而探究了对于A位掺杂双钙态矿型催化剂对甲烷的催化反应活性的影响。

Ru/Mn_xCe_(1-x)O_2催化苯甲醇液相氧化制苯甲醛

采用3种不同方法制备了Mnx Ce1-x O2载体,并通过负载Ru制得2.5%Ru/Ru/Mnx Ce1-x O2催化剂,考察了载体的制备方法、焙烧温度及n(Mn)∶n(Mn+Ce)对催化剂活性的影响.实验结果表明,由溶胶-凝胶法、n(Mn)∶n(Mn+Ce)=0.50、773K下焙烧制备的载体所制得的2.5%Ru/Ru/Mnx Ce1-x O2催化剂的活性最高,在333K下反应1h,苯甲醛产率达67.4%.XRD、N2物理吸附及SEM表征表明,该条件下制备的Mn0.5Ce0.5O2-sol-gel-773K载体具有完整的孔结构,较大的比表面积,且能够形成较多高分散的Ce-Mn-O复合氧化物.

CeO2-MnOx/CF对甲苯的催化氧化性能

为提高Ce基催化剂对挥发性有机物(VOCs)的催化氧化性能,采用超声辅助浸渍法制备CeO2-MnOx/CF复合氧化物催化剂,以甲苯为探针分子,考察制备条件和反应条件对催化剂甲苯催化氧化活性的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X线衍射分析仪(XRD)、全自动比表面积及孔隙分析仪(BET)等对催化剂的形貌结构进行表征。研究结果表明:CeO2-MnOx/CF催化剂比表面积高,孔容大,活性组分在载体上高度分散,双组分间具有协同催化作用;在铈锰物质的量比为2:3、活性组分负载量为14%(质量分数)、空速为22.5 L/(g·h)、甲苯初始质量浓度为1 g/L条件下,CeO2-MnOx/CF催化剂的甲苯催化氧化活性最高,228℃下2Ce3Mn/CF催化剂对1 g/L甲苯的催化降解率可达到90%。

锰氧化物催化氧化挥发性有机物(VOCs)研究进展

锰氧化物具有多种价态、晶型、形貌,且催化氧化活性高,在催化氧化VOCs的领域中研究广泛。对锰氧化物催化剂在VOCs催化氧化中的性质进行综述。首先,讨论了单一锰氧化物催化剂对VOCs的催化研究进展,分析了材料晶型、氧化还原性等性质与催化活性的关系。之后,介绍了锰与其他过渡金属掺杂形成的复合氧化物催化剂对VOCs的催化性质,包括特定结构的复合氧化物催化剂,如钙钛矿和尖晶石。最后,探究了锰氧化物催化剂对于含氯VOCs催化过程中的失活现象,并分析了提高其抗氯中毒能力的方法。

聚乙二醇辅助Ce_(0.6)Mn_(0.4)O_(x)催化净化碳烟颗粒物燃烧性能的研究

以进一步提升具有良好碳烟催化燃烧性能的Ce_(0.6)Mr_(0.4)O_(x)催化剂活性为目的,通过共沉淀法制备该催化剂时加入不同分子量的聚乙二醇(PEG).活性测试结果表明,随着PEG分子量的增加,活性先升高后降低.当PEG分子量为6000时,活性最佳,相比未添加PEG的铈锰混合氧化物催化剂,DSC曲线上燃烧最大值对应温度下降了23℃.XRD和Raman测试结果表明,该系列催化剂均形成了立方萤石结构.当添加分子量为6000的PEG时,结合XRD、Raman、XPS、ICP、H_(2)-TPR和O_(2)-TPD结果表明,此时Mn^(x+)进入CeO_(2)晶格中的量最大,从而产生了更多的表面活性氧,促进了表面化学吸附氧的脱附,表现出了良好的低温还原性能;BET结果表明,该催化剂的比表面积和孔容均优于未添加PEG的催化剂;SEM结果表明,该催化剂在微米和纳米层面均表现出更多的空隙.因此,添加分子量为6000的PEG最有利于促进碳烟催化燃烧.

水煤气变换反应化工综合实验改革与实践

对前期的水煤气变换反应实验内容进行了改进,增加了CuO-MnOx复合氧化物催化剂的制备、表征及考察反应空速对催化活性影响等内容,将催化剂的制备、表征及性能测试等有机结合在一起;增加了实验项目的趣味性和研究性,调动了学生参与实验的积极性,激发了学生的学习热情和兴趣,对培养学生的应用能力、创新意识和科研素养具有很好的促进作用。