CuO/CeO_2/γ-Al_2O_3催化剂表面相互作用及Denox活性

The catalytic activity measurement for the NO+CO reaction over CuO/CeO\-2/\%γ\%\|Al\-2O\-3 catalysts at a low\|temperature(200 ℃) shows that the activity is strongly related to ceria loading amount, and both surface dispersed ceria species and crystalline CeO\-2 shows a significant enhancement on the activity. The effect of ceria species is contributed to their promoting the reduction of copper oxide species.

惰性载体Al_2O_3对Fe_2O_3及CuO氧载体煤化学链燃烧的影响

氧载体是煤化学链燃烧技术的基础,惰性载体则是其中的必要组成部分,起着重要的作用。以Al2O3作为典型惰性载体,采用热重分析仪、红外频谱仪、场发射扫描电镜和能谱分析仪以及X衍射仪,对六盘水贫煤与Fe2O3、CuO基氧载体的反应进行了详细的研究。研究发现,Al2O3的引入,使得Fe2O3、CuO基氧载体表面积增大、孔径分布更为优化,而且对氧载体与六盘水贫煤一次热解产物的反应是有利的,能够促进氧载体中更多晶格氧的传递,Fe2O3基氧载体中有更多的Fe2O3还原为低于Fe3O4价态的氧化物,而CuO基氧载体中CuO除了还原为Cu、Cu2O外,其中的CuAl2O4也有一定的反应活性,被还原为CuAlO2。与LPS煤反应时,Fe2O3深度还原产物与部分Al2O3及煤中的SiO2反应生成Fe3Al2(SiO4)3,而CuO则与Al2O3及六盘水贫煤反应生成了(Cu0.215Mg1.785)(Al4Si5O18)复合物。

CuO/γ-Al_2O_3和CuO-CeO_2-Na_2O/γ-Al_2O_3催化吸附剂的脱硝性能

利用改进的溶胶凝胶法制备CuO／γ-Al2O3和CuO-CeO2-Na2o／γ-Al2O3催化吸附剂颗粒，在固定床上测试其催化脱硝活性。2类催化吸附剂250-400℃范围内脱硝效率稳定在70％以上。在350℃时效率稳定在最高值。利用程序升温方法研究了2类催化剂对NH3和NO的氧化性能，发现NH3在高于400℃下急剧氧化生成N2、NO和N2O，是脱硝效率下降的主要原因。CuO／γ-Al2O3催化剂能将NO氧化生成N02，NO在催化剂上的吸附对脱硝过程有重要作用。改进的CuO-CeO2-Na2o／γ-Al2O3催化剂能使NH3在高温400℃下不被氧化，也促进了NO在催化剂表面的吸附，从而提高了催化剂脱硝效率。催化反应的机理为NO吸附在催化剂表面，氧化生成吸附态的NO2，再与吸附催化剂上的NH3反应。

沉淀pH对CuO/ZnO/Al_2O_3系催化剂前体性质的影响

用并流共沉淀方法制备了一系列CuO／ZnO／Al2O3催化剂前体及催化剂,用XRD,TG-DTG,TPR及微反活性评价等技术考察了沉淀pH对催化剂前体物相组成及焙烧后物相中CuO-ZnO间的作用情况。研究表明,沉淀pH主要对催化剂前体的物相组成有重要影响,在不同的沉淀pH下,前体中的物相组成不同。在pH为7的情况下,前体中存在碱式硝酸铜Cu2(NO3)(OH)3、碱式碳酸铜Cu2CO3(OH)2、类碱式碳酸锌(Zn,Cu)5(CO3)2(OH)6及类孔雀石(Cu,Zn)2CO3(OH)2等多种物相;在pH为8-9时,前体中主要存在(Cu,Zn)2CO3(OH)2和(Zn,Cu)5(CO3)2(OH)6两种物相,且其结晶度较低,在此范围内催化剂的活性最好,TPR实验表明,此时催化剂中形成了较多的CuO-ZnO固溶体。实验结果表明,(Cu,Zn)2CO3(OH)2和(Zn,Cu)5(CO3)2(OH)6两种物相对提高催化剂的活性至关重要。

CuO/CeO_2-Al_2O_3催化剂中CuO物种的原位XRD、Raman和TPR表征

采用原位XRD、激光Raman光谱和TPR(程序升温还原)技术研究了CuO(w,%)/CeO2-Al2O3催化剂中CuO物种的存在形式及其CuO物种的迁移.低温焙烧(300℃)催化剂,CuO以高分散和晶相两种形式存在于CeO2-Al2O3载体表层.随着焙烧温度的升高,CuO开始从表层向CeO2内层迁移.处于内层的CuO部分以晶相形式存在,部分与Al2O3载体反应生成CuAl2O4.高温有利于表层CuO向CeO2内层迁移,同时促进CuAl2O4生成.结果表明结合原位XRD、激光Raman光谱和TPR技术可以有效地观察催化剂中CuO物种的存在形式和分布.

焙烧温度对CuO/γ-Al_2O_3和CeO_2-CuO/γ-Al_2O_3催化剂NO还原活性的影响

用浸渍法制备了CuO γ Al2O3催化剂和CeO2改性的CeO2 CuO γ Al2O3催化剂,考察了焙烧温度对CuO γ Al2O3和CeO2 CuO γ Al2O3催化剂C3H6还原NO反应活性的影响,以及CeO2的添加量对CeO2 CuO γ Al2O3催化剂C3H6还原NO反应活性的影响。结果表明,在200℃～500℃的焙烧温度范围内,焙烧温度对CuO γ Al2O3催化剂的活性影响很小;在500℃～800℃的焙烧温度范围内,随着焙烧温度的升高CuO γ Al2O3催化剂的活性急剧下降,由XRD物相测定结果可知,归因于对反应表现惰性的尖晶石CuAl2O4相的生成。当焙烧温度为500℃时,CeO2的添加对CuO γ Al2O3催化剂的活性影响很小;当焙烧温度为800℃时,CeO2的添加对CuO γ Al2O3催化剂有明显的助催化作用,当Ce和Cu的摩尔比为1∶10时,NO转化率较为理想。

Zr对CuO/ZnO/Al_2O_3前驱体物相、催化剂结构及其合成甲醇性能的影响

采用并流共沉淀法,在CuO/ZnO/Al2O3三元催化剂中加入第四组分Zr,考察了沉淀温度对四元催化剂的前驱体物相组成及浆态床合成甲醇催化活性的影响。通过XRD、DTG、TPR、FTIR、CO-TPD、XPS、HR-TEM等对所制备催化剂及其前驱体的微观结构进行了表征。研究表明:Zr促进了绿铜锌矿(Cu,Zn)5(CO3)2(OH)6物相的生成,使催化剂前驱体中绿铜锌矿含量增加,焙烧后的催化剂铜锌协同作用增强,CuO分散度提高,CuO晶粒平均直径只有4.18nm,同时还原温度显著降低为150℃,CO吸附能力增强,结果显著提高了浆态床合成甲醇催化活性和稳定性。与CuO/ZnO/Al2O3三元催化剂相比,80℃沉淀制备的含4%Zr的CuO/ZnO/Al2O3/ZrO2四元催化剂的甲醇时空收率提高了8.67%,失活率降低了65.12%。

沉淀温度对CuO/ZnO/Al_2O_3系催化剂前驱体性质的影响

用并流共沉淀方法制备了一系列CuO/ZnO/Al2O3催化剂前驱体及催化剂,用XRD、TG-DTG、TPR及微反活性评价等技术考察了沉淀温度对催化剂前驱体物相组成及焙烧后物相中CuO-ZnO间的作用情况,研究表明沉淀温度主要影响前驱体中各物相的转变速率及Cu2+、Zn2+的同晶取代速率。前驱体中(Cu,Zn)2CO3(OH)2和(Zn,Cu)5(CO3)2(OH)6两种物相是生成高活性CuO-ZnO催化剂的主要物相,而(Zn,Cu)5(CO3)2(OH)6对提高催化剂的活性更为重要。

加料方式对CuO/ZnO/Al_2O_3系催化剂前驱体性质的影响

用XRD、TG DTG、TPR技术研究了不同加料方式对CuO ZnO Al2O3系催化剂前驱体物相组成及其结晶情况的影响,用加压微反装置考察了催化剂合成甲醇反应活性。结果表明,加料方式对Cu2+形成的中间化合物的物相组成及结晶度影响显著,对Zn2+及Al3+的沉淀物相的影响很小。不同加料方式对催化剂前驱体物相组成及催化剂性能的影响主要是形成的初始前驱体中Cu的物相及结晶度不同。正加法主要形成Cu2(OH)3NO3,并流法主要形成无定形Cu2CO3(OH)2,后者与Zn5(CO3)2(OH)6相互作用转化为(Cu,Zn)2CO3(OH)2和(Cu,Zn)5(CO3)2(OH)6,由它们分解形成的CuO ZnO固溶体是合成甲醇反应的活性相。并流法能最大程度的形成CuO ZnO固溶体,有利于CuO粒子的细化,其催化活性较好。

CuO/CeO_2和CuO/Al_2O_3催化剂的催化性能

本文以ＣＯ氧化为模式反应考察了ＣｅＯ２和Ａｌ２Ｏ３负载氧化铜催化剂的氧化活性，运用ＸＲＤ和ＴＰＲ技术研究了催化剂的还原性能和物相结构，结果表明：载体性质对负载ＣｕＯ催化剂的ＣＯ氧化活性有很大影响，ＣｕＯ／ＣｅＯ２催化剂活性明显高于ＣｕＯ／Ａｌ２Ｏ３催化剂．催化剂的还原特性随载体不同而不同．同时发现，热处理对催化剂铜物种的存在形式，晶粒大小、还原特性及其催化活性有明显影响，ＣｕＯ／Ａｌ２Ｏ３催化剂活性下降的主要因素是生成了活性较低的ＣｕＡｌ２Ｏ４相，而ＣｕＯ／ＣｅＯ２催化剂活性下降是由于ＣｕＯ和ＣｅＯ２发生烧结。

CuO/Al_2O_3催化剂高温固相反应的原位XRD和Raman研究

采用原位 XRD 和激光 Raman 光谱等技术对 CuO/Al_2O_3系列催化剂高温下的表面组成和体相结构的变化进行研究，结果表明，随着焙烧温度升高，CuO 首先与载体 Al_2O_3发生固相反应生成 CuAl_2O_4．CuAl_2O_4层能阻止外层 CuO 进一步向载体 Al_2O_3扩散，从而使部分 CuO 稳定在 CuO/Al_2O_3催化剂的表层。

聚乙二醇对CuO/Al_2O_3光催化剂制备与活性的影响

以葡萄糖为模板、聚乙二醇(PEG-4000)为分散剂通过一步水热法所得前驱体,经600℃焙烧4 h得到CuO/Al2O3光催化剂,并对样品进行XRD、SEM、TEM、BET、TG/DTA和XPS等表征分析。在模拟太阳光照射下,以甲基橙溶液的光催化降解考察样品的光催化活性,研究焙烧温度、添加PEG-4000对样品光催化活性的影响。结果表明:PEG-4000的添加对产物的晶相和比表面积有一定影响;当焙烧温度600℃,加入10%PEG-4000到前驱体CuO/Al2O3中时,光催化活性最佳;光照60 min后,0.5 g/L光催化剂用量对甲基橙的脱色率达96.7%,与未加PEG-4000的样品比较,相同条件下对甲基橙的脱色率提高6.5%。

超声改性的CuO/Al_2O_3-MgO催化剂结构及其超低浓度甲烷催化燃烧性能

采用普通浸渍和超声改性的方法分别制备了CuO/Al2O3-MgO催化剂,用于超低浓度甲烷的催化燃烧,并利用SEM、XRD、XPS、H2-TPR等技术对催化剂进行表征,研究了超声改性作用对催化剂的结构和性能的影响。结果表明,与普通浸渍法制备的催化剂相比,在超声改性的CuO/Al2O3-MgO催化剂上,甲烷的转化率得到提高,燃烧特征温度降低。随着超声时间的延长和超声功率的增加,催化剂的催化活性均呈现先增大后减小的趋势;催化剂制备的最佳超声工况为功率150 W、时间20 min。超声改性可使催化剂的比表面积和孔容积增大,表面催化活性较高的Cu+浓度增加,活性组分CuO由晶相向非晶相转变、分散度增大,晶粒粒径变小、分布更均匀;这使得甲烷催化燃烧的表观活化能下降、催化剂活性得到增强。

原位漫反射红外光谱研究NO和NH_3在CuO/γ-Al_2O_3催化剂上的吸附行为

利用原位漫反射红外光谱法在线研究NH3和NO在CuO/γ-Al2O3催化剂表面吸附和氧化的反应过程。NH3不仅能被吸附在L酸位,也能被吸附在B酸位。NH3氧化脱氢形成NH2物种是反应的中间步骤。NO和NO2以多种形态吸附在催化剂表面。O2存在条件下有利于吸附的NO物种被氧化成高价的NO2。暂态实验中,吸附NH3饱和的催化剂载体通入NO和O2后,共价吸附的NH3首先消失,而NH+4没有参加反应。吸附NO饱和的催化剂载体通入NH3和O2后,吸附态NO特征峰基本没有变化。选择性催化还原反应发生在吸附态NH3和气态NO之间,吸附态的NO及其氧化生成的亚硝基和硝基物种不参与SCR反应。

CuO/γ-Al_2O_3负载型催化剂催化燃烧处理油烟

采用等体积浸渍法制备不同CuO负载量的CuO/γ-Al2O3负载型催化剂,用X射线衍射仪、扫描电镜对该催化剂负载层活性组分的表面形态、晶相结构和颗粒大小进行表征,考察了该催化剂催化燃烧处理油烟的催化活性(以油烟净化效率表征)。结果显示,催化活性随CuO负载量的增加、反应温度的升高而提高,但随烟气流量的增大而降低;在CuO负载量为20%(质量分数)、反应温度为350℃、烟气流量为5L/min的最佳实验条件下,CuO/γ-Al2O3负载型催化剂的油烟净化效率最高,可达88.6%。该催化剂对油烟的催化燃烧具有较高的催化活性。

微波辐射对浆态床合成甲醇CuO/ZnO/Al_2O_3催化剂前驱体晶相转变的影响

在微波辐射条件下,对CuO/ZnO/Al2O3催化剂的沉淀母液进行老化,通过XRD、TG、H2-TPR,FTIR、HR-TEM和XPS对前驱体及催化剂微观结构的进行表征,探讨了CuO/ZnO/Al2O3催化剂前驱体晶相转变过程中微波辐射的作用。结果表明,微波辐射有利于Cu2+取代Zn5(CO3)2(OH)6中Zn2+的同晶取代反应。微波辐射的老化过程中,首先发生Cu2+取代Zn5(CO3)2(OH)6中Zn2+生成(Cu,Zn)5(CO3)2(OH)6的同晶取代反应,并于1.0 h内基本完成;随着老化时间继续延长,主要进行Zn2+取代Cu2(CO3)(OH)2中Cu2+生成(Cu,Zn)2(CO3)(OH)2的同晶取代反应,同时(Cu,Zn)5(CO3)2(OH)6进一步结晶。与常规老化1 h制备的前驱体相比,微波辐射老化1.0 h制备的前驱体含有较多的(Cu,Zn)5(CO3)2(OH)6物相,有助于增强焙烧后CuO/ZnO/Al2O3催化剂中CuO-ZnO协同作用,提高表面铜含量,进而提高CuO/ZnO/Al2O3催化剂在浆态床合成甲醇的催化活性和稳定性,在400 h浆态床合成甲醇评价期间,甲醇时空收率最大达318.9 g.kg-1.h-1,失活率仅为0.11%.d-1。

高分散CuO/CeO_2-Al_2O_3催化剂中铜物种的精细结构表征

采用化学吸附-水解法制备了系列CuO/CeO2-Al2O3催化剂,运用XANES、EXAFS、XRD和H2-TPR等方法对催化剂的结构进行了表征,探讨了不同焙烧温度对催化剂中高分散Cu物种的微观局域结构、分散状态和存在形式的影响,并与样品的CO氧化性能关联。结果表明,500℃焙烧样品中Cu物种主要以高分散的CuO微晶形式存在,与载体及CeO2的作用相对较弱;当焙烧温度提高至650℃,存在3种铜物种,即与Al2O3接触的五配位的、缺角八面体结构的表面尖晶石相,与CeO2接触的小晶粒Cu物种,以及存在于CeO2表面的无定形CuO物种,这些Cu物种与CeO2的作用较强;在更高的焙烧温度(800℃)下,CeO2发生了较严重烧结,Cu与Al2O3作用显著增强,一部分八面体配位的Cu2+离子扩散进入四面体位。CO氧化活性评价结果表明,650℃焙烧的样品,氧化性能最佳,该温度下Cu与CeO2产生有效的相互作用使部分Cu2+取代Ce4+进入CeO2晶格,形成-Cu2+-O-Ce4+-链,导致Cu-O键拉长,而易活化。500℃焙烧样品中Cu与CeO2相互作用不显著,其催化协同性没有完全体现;而800℃焙烧时,Cu与Al2O3发生强相互作用,部分铜物种转化为尖晶石相,致使Cu-O键收缩,加上CeO2的烧结,活性明显下降。

焙烧温度对CuO在γ-Al_2O_3载体上的分散和催化CO完全氧化性能的影响

采用浸渍法制备了经不同温度焙烧的CuO/γ-Al_2O_3催化剂,并通过BET、XRD、UV-DRS、H_2-TPR以及CO完全氧化反应,研究了不同焙烧温度对CuO/γ-Al_2O_3催化剂中CuO组分的分散、还原和催化性质的影响.结果表明:当焙烧温度为450℃时,CuO在γ-Al_2O_3上的分散容量约为0.56mmol/100m^2;当焙烧温度达到750℃时,Cu^(2+)同时占据γ-Al_2O_3载体(110)面上的八面体和四面体空位.对于450℃焙烧的低CuO含量的样品,在H_2-TPR结果中只观察到处于八面体空位的CuO物种的还原,而经750℃焙烧的样品则同时观察到处于八面体和四面体空位的CuO物种的还原,且处于八面体空位的CuO的还原会促进处于四面体空位的CuO的还原.处于八面体空位的CuO在CO完全氧化反应中的活性要高于处于四面体空位的CuO.

蜂窝状堇青石基CuO/Al_2O_3催化剂用于烟气同时脱硫脱硝的研究

考察了制备参数及反应条件对蜂窝状堇青石基CuO Al2O3催化剂同时脱硫脱硝活性的影响。结果表明,添加碱金属可以提高脱硫活性,但由于促进NH3氧化而降低了脱硝活性。为了获得理想的同时脱硫脱硝活性,催化剂的适宜载铜量为6.0%,载钠量为2.0%。随着反应温度从350℃升高到450℃,该催化剂的脱硫活性逐渐升高,再生后脱硫活性都有所下降,但仍具有活性随温度升高而升高的趋势,说明脱硫过程为反应控制型;但由于温度升高,NH3氧化加剧,脱硝活性逐渐降低,所以适宜操作温度为400℃。在1450h-1～3600h-1范围内,空速对脱硝活性影响不大,对脱硫活性影响较大。对于再生催化剂,当空速由3600h-1降低到2300h-1时,硫容(SO2转化率达80%时单位质量催化剂所吸附的SO2量)不断增加,继续降低空速时硫容基本保持不变,所以适宜操作空速为2300h-1以下。

CuO在CeO_2和γ-Al_2O_3上的表面性质及对NO+CO反应性能的研究

在色谱-微反实验装置上考察了CuO/CeO2、CuO/γ-Al2O3及CeO2改性的催化剂对NO+CO的反应性能,并用TPR、XRD、XPS、BET和NO-TPD等技术对上述催化剂进行了表征.结果表明催化剂活性的提高与铜物种在两种载体(CeO2和γ-Al2O3)上的价态(Cu2+和Cu+)、分散状态和吸附特性有关.TPR实验显示CuO在CeO2上存在两种还原物种,而在γ-Al2O3上只有一种还原物种.XPS检测表明CuO/CeO2的Cu2p3/2结合能值与Cu2+和Cu+的标准结合能基本吻合,而CuO/γ-Al2O3的Cu2p3/2结合能值接近或略低于Cu2+的标准结合能.NO-TPD实验表明催化剂表面的NO脱附峰温低于载体表面的NO脱附峰温,而CuO/CeO2表面的NO脱附峰温低于CuO/γ-Al2O3表面的NO脱附峰温,说明NO在CuO/CeO2表面的分解活性大于CuO/γ-Al2O3,而NO在催化剂表面的分解活性大于载体.