复合催化剂S-CuCo_(2)O_(4)的制备及其活化PMS降解CIP性能研究

采用水热法,以硫脲为硫源对CuCo_(2)O_(4)进行硫化处理合成S-CuCo_(2)O_(4),对复合催化剂S-CuCo_(2)O_(4)进行XRD、FT-IR、SEM、XPS、ICP-OES、EPR表征,并考察其活化过一硫酸盐(PMS)降解环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的效果。实验结果表明:成功制备出S-CuCo_(2)O_(4)催化剂,在其表面富含Co(Ⅱ)和Cu(Ⅰ);当催化剂投加量为0.06 g/L、PMS投加量为0.2 g/L、pH=6.4时,复合催化剂S-CuCo_(2)O_(4)在25 min后对CIP的降解效率可达96.8%,降解效果明显优于CuCo_(2)O_(4)、CuCo_(2)S_(4)。自由基淬灭实验和EPR测试表明,SO_(4)^(-)·和^(1)O_(2)是反应体系的主要活性氧物种,其可能的催化机理是:Cu(Ⅰ)和Co(Ⅱ)能直接与PMS反应生成自由基,同时Cu(Ⅰ)能还原Co(Ⅲ)生成Co(Ⅱ),促进Co(Ⅱ)/Co(Ⅲ)循环,催化剂表面存在的氧空位也可与PMS反应生成^(1)O_(2),在活性氧物种的共同作用下CIP被高效降解。复合催化剂S-CuCo_(2)O_(4)在4次循环使用后对CIP的降解效率仍可达93.5%,证明其循环稳定性较好;对其他污染物也有较好的降解效率,具有较好的通用性,在废水处理中具有良好的应用前景。

蒲公英花球状NiCO_(2)O_(4)/碳量子点双功能电催化剂的制备与性能

本研究利用镍钴氧化物(NiCO_(2)O_(4), NCO)和碳量子点(CQDs),通过水热法和煅烧处理制备出蒲公英花球结构的NiCO_(2)O_(4)-CQDs (NCO-CQDs)复合双功能电催化剂。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)表征NCO-CQDs的微观结构,NCO-CQDs复合材料是由NCO相互堆叠形成的纳米棒和CQDs颗粒形成的蒲公英花球状复合材料。为了增加NCO-CQDs复合材料的氧空位从而提高电化学性能,通过在空气中煅烧的NCO-CQDs复合材料,得到优异的性能,在氧还原反应(ORR)中,所研究的NiCO_(2)O_(4)-CQDs-air催化剂展现了0.752 V的半波电位,且在经历20 000 s的稳定性测试后,其电流保持率高达92.2%,这一结果显著优于传统的Pt/C催化剂(68.6%),突显出其卓越的稳定性。在氧析出反应(OER)方面,以10 mA/cm^(2)的电流密度进行评估时,该催化剂的电位为1.874 V,Tafel斜率为100.9 mV/dec,这些性能指标均优于Pt/C催化剂(电位2.007 V,Tafel斜率312.9 mV/dec),并且与IrO_(2)催化剂的性能相当(电位1.794 V,Tafel斜率44.8 mV/dec)。

镁含量对Ni/MgAl_(2)O_(4)催化剂甲烷干重整反应性能的影响

本研究采用溶剂蒸发自组装法制备了不同Mg含量的镁铝尖晶石(MgAl_(2)O_(4))载体,随后负载了金属Ni,并将该催化剂(Ni/x-MAO)应用于甲烷干重整制合成气反应。结合X射线衍射、氮气物理吸附-脱附和透射电镜等表征对催化剂的结构性质进行了分析,发现适量Mg的加入(10%-15%)有利于提高载体的比表面积,并形成耐高温的有序介孔结构。该结构可以将Ni颗粒限域在孔道内,有利于形成高分散、小晶粒的活性物种,其在高温反应下不易烧结。同时,H2-TPR和XPS结果表明,10%-15%的Mg含量有利于增强Ni与MgAl_(2)O_(4)的金属-载体相互作用,有效抑制Ni烧结,且其表面的活性氧物种有效抑制了积炭生成。在性能评价中,10%-15%Mg含量的Ni/MgAl_(2)O_(4)催化剂呈现出优异的CH4和CO_(2)转化率,在180 h的长周期活性评价期间,Ni/15-MAO催化剂的CH4和CO_(2)转化率分别保持在92.6%和92.5%左右,同时积炭量仅为0.89%,且反应后的Ni颗粒尺寸变化不大。

非甲烷总烃分析仪专用Co_(3)O_(4)/Al_(2)O_(3)催化剂的制备及性能研究

挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)是引发霾和光化学烟雾等环境问题的重要原因,达到一定浓度会对人类健康造成威胁。非甲烷总烃(non-methane hydrocarbon,NMHC)作为VOCs总量统计的重要指标,在一定程度上可以简单、直观地反映VOCs污染状况,因此,监控NMHC对保护环境与人类健康具有重要意义。本文中制备了层状结构、球形结构和立方体结构3种不同形貌的Co_(3)O_(4)纳米材料,将纳米材料均匀负载于活性Al_(2)O_(3)颗粒表面作为NMHC分析专用催化剂。通过XRD、FESEM、BET和XPS技术对制备的Co_(3)O_(4)催化剂进行表征;并将催化剂用于NMHC的检测,对不同形貌催化剂的催化性能进行评价。结果表明,当煅烧温度为400℃、煅烧时间为3 h,催化剂具有较高的催化活性,其中立方体结构催化剂具有最高的催化活性,能在236℃将NMHC完全降解,层状结构与球形结构催化剂分别在261℃与257℃将NMHC完全降解。升高煅烧温度有助于催化活性的提高,因为煅烧温度的升高增大了催化剂中Co_(3)O_(4)的相对结晶度与O_(ads)/O_(latt)摩尔比,使得气体转移速度加快,因而使催化剂具有更高的催化活性。催化剂经过耐水性、热失重测试与催化循环测试后仍能保持较高的催化活性。

基于层状锌铝复合氢氧化物前驱体优化制备Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)气相醛加氢催化剂

以偏铝酸钠作为铝源通过一步法、两步法和混合法引入Cu制备基于ZnAl-LDH前驱体的3种不同的Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂,对催化剂及其前驱体结构性质进行表征,结合辛烯醛(2-乙基-2-己烯醛,EPA)加氢反应评价结果,探究不同制备方法、不同铝的引入方式对ZnAl_(2)O_(4)尖晶石形成的影响,考察不同条件下所得催化剂的结构与反应性能之间的构效关系。结果表明:与工业催化剂相比,在辛烯醛气相加氢反应中混合法制得的催化剂与工业催化剂活性相当,产物选择性在空速1.5 h^(-1)时高于工业剂1.9%,在空速4.0 h^(-1)时高于工业剂2.5%;以偏铝酸钠作为铝源制备的ZnAl-LDH前驱物大大提高锌铝结合效率,减少非结合Al_(2)O_(3)的产生,提高产物选择性,同时实现380℃低温焙烧条件下ZnAl-LDH向ZnAl_(2)O_(4)尖晶石的转变,避免传统的高温焙烧过程中CuO的烧结。

Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂的制备及其在甲烷氧化偶联反应中的应用

采用浸渍法制备了Na_(2)WO4-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂,研究了Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂对甲烷氧化偶联反应(OCM)的影响,利用SEM,XRD,EDS等分析方法对催化剂进行表征,并与Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/SiO_(2)催化剂进行对比。实验结果表明,Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂的活性组分W和Mn在钛酸钡表面分布均匀,且反应过程中催化剂的结构基本保持不变,在反+应温度为800℃、甲烷与氧气摩尔比为1.5时,Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂催化OCM反应的C_(2)收率约为19%,C_(2)^(+)收率约为21%。与Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/SiO_(2)催化剂相比,Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂的反应起活温度低60℃,具有更加活泼的活性氧位,能够在更低的温度条件下开始OCM反应。

Co_(3)O_(4)-MMT催化剂的制备及其N_(2)O催化分解性能

以MMT为载体,采用原位聚合-配位沉积法制备3种不同Co负载量的Co_(3)O_(4)-MMT催化剂。采用N 2物理吸附、XRD和TEM对载体和催化剂进行表征,并在连续流动微反装置上考察其N_(2)O催化分解性能。结果表明,与Co_(3)O_(4)催化剂相比,Co_(3)O_(4)-MMT催化剂的比表面积显著增大,且活性组分Co_(3)O_(4)具有较高的分散状态。Co_(3)O_(4)-MMT催化剂的催化活性随着Co含量的增加先升后降,其中0.015Co-MMT表现出最佳的催化活性,其活性远高于Co_(3)O_(4)催化剂,同时,该催化剂还表现出良好的催化稳定性和较好的杂质气体耐受性。

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。

CuBi_(2)O_(4)/BiOBr@GH双功能光催化剂的制备及其光催化性能

采用溶剂热法制备Z型CuBi_(2)O_(4)/BiOBr(CBOB)异质结,并与石墨烯水凝胶(GH)复合得到CuBi_(2)O_(4)/BiOBr@GH(CBOBG)。通过X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、N_(2)吸附-脱附、紫外-可见光谱、荧光光谱和电化学等表征方法对催化剂的晶体结构、表面组成、微观形貌、比表面积与光电性能进行分析。在可见光下,通过降解四环素耦合还原Cr(Ⅵ)实验,考察了CBOBG的光催化活性。实验结果表明,CBOBG在120min内,对四环素的降解率达到了86.1%,对Cr(Ⅵ)的还原率达到了100%。通过活性物种捕获实验证明,降解过程的主要活性物质为超氧自由基和光生空穴,还原过程的主要活性物质为光生电子。

g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/MnO_(2)光催化剂制备及光催化性能研究

以尿素和铁盐为原料,负载了MnO_(2),利用原位沉淀法与煅烧法制备g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/MnO_(2)复合材料。使用XRD、FT-IR、UV-Vis DRS对合成的部分光催化剂进行表征。结果表明:g-C_(3)N_(4)为类石墨的层状结构,Fe_(3)O_(4)和Mn O_(2)通过分子间作用力与g-C_(3)N_(4)复合。在不同反应条件下的可见光诱导的光催化实验表明,当m(Mn)∶m(g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4))=1∶1时,g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/MnO_(2)复合材料具有出色的降解污染物的能力,其中光降解反应的优化条件为g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/MnO_(2)复合材料的剂量为0.4 g,亚甲基蓝的质量浓度为4 mg·L^(-1),温度为25℃,pH=7。经过4次回收和重复使用后,回收率在85%以上,在降解相同的时间(330 min)内降解率能达到83%。

CoFe_(2)O_(4)@Zeolite催化剂活化过一硫酸盐对甲基橙的强化降解:性能与机理

采用共沉淀水热法制备了CoFe_(2)O_(4)@Zeolite(CFZ),并将其用于活化过一硫酸盐(PMS)降解合成染料。综合表征表明,组成多孔壳层的CoFe_(2)O_(4)纳米颗粒均匀地覆盖在Na-A沸石上。CFZ的比表面积为107.06 m^(2)/g,是原始沸石比表面积的3倍。CFZ的饱和磁化强度为29.0 A·m^(2)·kg^(–1),可以进行有效磁分离。催化降解实验表明,CFZ/PMS体系对甲基橙(MO)的去除率远远高于单独使用CFZ或PMS。在最佳条件([MO]=50 mg/L、[PMS]=1.0 mmol/L、0.2 g/L CFZ、pH 8和T=25℃)下,MO去除率可达到97.1%。实验研究了pH、PMS用量、CFZ用量、MO浓度以及共存阴离子等因素对CFZ催化性能的影响。活性氧粒子淬灭实验表明,1O2和O_(2)^(•–)在降解过程中起主导作用。CFZ具有良好的回收性能,5次循环后MO去除效率仅下降2.4%。本文还详细讨论了CFZ/PMS体系的催化降解机理。

ZnFe_(2)O_(4)/TiO_(2)纳米棒光催化剂的制备及其对甲基橙废水的脱色研究

采用水热法制备了ZnFe_(2)O_(4)纳米粒子,在碱性条件下水解钛酸丁酯组装得到ZnFe_(2)O_(4)/TiO_(2)纳米棒光催化剂,利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)、N_(2)吸附-脱附仪及电化学工作站分别表征了ZnFe_(2)O_(4)/TiO_(2)纳米棒的晶型、形貌、磁性能、孔结构及电极性能,并研究了其对甲基橙废水的脱色效果。结果表明,ZnFe_(2)O_(4)具有尖晶石结构,而TiO_(2)是锐钛矿结构,二者组装为具有介孔结构的ZnFe_(2)O_(4)/TiO_(2)纳米棒光催化剂,比饱和磁化强度高达40.0 emu•g^(-1);紫外光照射120 min后,ZnFe_(2)O_(4)/TiO_(2)纳米棒对甲基橙废水的脱色率高达99%;且重复使用10次后,脱色率依然保持在85%以上。

Ce_(2)/Cu_(4)Al_(1)O_(x)催化剂的脱硝性能及PbCl_(2)耐受性

以类水滑石(Layered Double Hydroxides,LDHs)为前驱体,制备了铈(Ce)掺加的Ce_(2)/Cu_(4)Al_(1)O_(x)催化剂,运用XRD、SEM、XPS、NH_(3)-TPD、H2-TPR、in situ DRIFT等多种技术手段进行了表征,并将该催化剂用于氨选择性催化还原(NH_(3)-SCR)烟气脱硝系统,考察其脱硝性能及PbCl_(2)耐受性。实验结果表明,当催化剂中Pb质量分数为0.5%、反应温度为200℃时,Ce_(2)/Cu_(4)Al_(1)O_(x)催化剂的NO_(x)转化率为85.2%,远高于Cu/Al_(2)O_(3)(43.8%)和Cu-Ce/Al_(2)O_(3)(53.1%)。表征结果表明:PbCl_(2)能够引起催化剂比表面积降低,但对催化剂的晶体结构没有显著影响;PbCl_(2)会使催化剂表面活性物种的氧化还原性能降低,减少表面化学吸附氧;并可显著降低催化剂表面酸度,减少NH_(3)的吸附和活化,从而导致催化活性降低。Ce_(2)/Cu_(4)Al_(1)O_(x)催化剂具有优异PbCl_(2)耐受性的原因在于活性物种高度分散、酸性位点多、氧化还原能力强。

Co_(3)O_(4)/CeO_(2)催化剂上丙烷完全氧化反应中载体性质影响

采用不同制备方法合成不同性质的CeO_(2)载体,并制备负载型Co_(3)O_(4)/CeO_(2)催化剂应用于丙烷完全氧化反应。结果表明,部分CO_(2)+进入CeO_(2)晶格中形成固溶体,改变了CeO_(2)的晶格结构并产生氧空位。氧空位的数量与不同性质的CeO_(2)密切相关,影响催化剂上氧物种的可还原性,从而对反应行为产生影响。其中,以沉淀法制备的CeO_(2)为载体的5Co/CeO_(2)-C催化剂活性最佳(T_(90)=320℃),可归因于该催化剂中较高氧空位浓度导致的最佳低温可还原性。此外,该催化剂还具有良好的稳定性和抗水性能。

前沿科研成果融入创新实验教学——载体形貌对Pt/Co_(3)O_(4)催化剂CO_(2)加氢性能影响

控制催化剂的形貌可以选择性的暴露反应性晶面或者特定的表面配位结构,从而有效的富集活性位点或调变反应路径。基于此,作者设计了以考察载体形貌对Pt/Co_(3)O_(4)催化剂上二氧化碳加氢性能影响为主体的教学实验,实验内容包括不同形貌Co_(3)O_(4)载体合成、Pt基催化剂的制备、基本物化性质表征、气固相CO_(2)加氢反应评价四部分。通过本教学实验,学生可以接触相关科研的前沿动态,对氧化物的形貌控制合成、负载催化剂的制备过程和气固相催化加氢反应评价有一定认识,有助于全面提高学生的科研素养和创新技能。

利用NH_(4)Cl焙烧-水浸工艺从低冰镍中提取金属并合成(Ni,Cu,Co)Fe_(2)O_(4)光催化剂

针对低冰Ni火法冶炼过程能耗高、Co损失大的问题,本文提出了NH_(4)Cl焙烧-水浸联合提取金属,再分离利用金属的工艺。通过正交试验,研究了NH_(4)Cl焙烧过程中不同因素对金属提取的影响,并确定了优化的工艺条件。结果表明,焙烧温度和NH_(4)Cl用量为主要的影响因素,最佳氯化条件为:低冰镍粒径<75μm,焙烧温度500℃,焙烧时间2.5 h,NH_(4)Cl用量250%,O_(2)流速20 mL/min。通过研究温度和时间对金属浸出的影响,确定了适宜的浸出条件为:温度90℃,时间2 h,这时Ni、Cu、Co和Fe的浸出率分别达到97.6%、96.2%、94.5%和29.2%。以浸出液为原料,以α-Fe_(2)O_(3)为载体与其他金属复合,合成了(Ni,Cu,Co)Fe_(2)O_(4)光催化剂。最佳制备条件确定为:沉淀温度25℃,Ni-Cu-Co与Fe的摩尔比1:3。制备的催化剂为40~60 nm的球形纳米颗粒,在120 min内对亚甲基蓝溶液的降解率可达99.8%。

硫酸负载对Pt/SO_(4)^(2-)-(ZrO_(2)-Al_(2)O_(3))催化剂性能的影响

采用共沉淀-浸渍法制备了系列硫酸负载催化剂Pt/SO_(4)^(2-)-(ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)),利用X射线衍射仪、物理吸附仪、红外光谱仪等对其进行了表征,并在固定床微型反应装置上对其催化异丁烷正构化反应性能进行了评价。结果表明:硫酸单层分散于载体表面,硫酸负载不利于四方晶相ZrO_(2)长大;随着硫酸负载量的增加,催化剂介孔结构的有序性增强且孔径减小,孔径最小降为3.41 nm,孔容可提高至0.091 cm^(3)/g,比表面积增至100 m^(2)/g以上;在反应温度为250℃的条件下,硫酸负载量为15%时,异丁烷转化率高达41.74%;硫酸负载量为2%时,正丁烷选择性最高为93.91%。

固体酸SO_(4)^(2-)-/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)的制备及其催化合成癸二酸二辛酯的研究

本研究采用沉淀-浸渍法制备了SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)固体酸催化剂,以癸二酸和异辛醇的酯化反应为探针反应,确定了SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)固体酸催化剂的最佳制备条件。实验分别考察了焙烧温度、焙烧时间、硫酸浸渍浓度、硫酸浸渍时间、陈化温度对催化活性的影响,并进一步考察了催化剂的循环使用性能。结果表明:焙烧温度为600℃、焙烧时间为5 h、硫酸浸渍浓度为0.6 mol/L、硫酸浸渍时间为9 h、陈化温度为-20℃时,制备出的SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)固体酸催化剂具有较好的催化活性,癸二酸的酯化率可以达到99.66%,催化剂循环使用5次后,酯化率降至90.54%。

ZnFe_(2)O_(4)纳米材料制备及其复合物光催化降解水体中有机染料的研究综述

由于现代工业生产带来许多的环境问题,我们最迫切需要解决的便是水污染问题,而纳米材料ZnFe_(2)O_(4)便应运而生。由于其特殊的尺寸使其具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应、在处理水污染和制作纳米复合材料都有很好的存在价值。综述概括了ZnFe_(2)O_(4)的制备方法及ZnFe_(2)O_(4)作为底物和其他复合材料进行结合形成新型材料并在光催化降解中的应用。在此基础上,我们还分析了ZnFe_(2)O_(4)及其复合物在光催化领域的降解性能,并对ZnFe_(2)O_(4)纳米材料之后的发展进行了总结与展望。

新型V_2O_5/VOSO_4催化剂催化降解气相二噁英

筛选出新型V_2O_5/VOSO_4催化剂并评估催化分解二噁英模型物邻二氯苯的性能。表征结果表明,V_2O_5/VOSO_4催化剂的催化活性随着V_2O_5含量的增加而增大,说明V_2O_5是活性物质。SEM结果表明,负载后的V_2O_5/VOSO_4-TiO_2-BaSO_4催化剂颗粒变小,活性成分得到很好分散,催化活性显著提高。经优化工艺后,制备得到V_2O_5/VOSO_4-TiO_2-BaSO_4负载型催化剂,高空速下,对邻二氯苯的去除率可达97%。