MnO_(2)负载贵金属催化剂用于CO低温催化氧化的研究

利用双氧水驱动促进贵金属沉淀的方法在MnO_(2)上负载贵金属制备了一系列Pd/MnO_(2)、Ru/MnO_(2)、Ag/MnO_(2)、Pt/MnO_(2)催化剂。通过对比贵金属负载型催化剂(负载量3.0%)催化氧化CO的活性,得到如下结果:3.0%Pd/MnO_(2)>3.0%Ru/MnO_(2)>MnO_(2)>3.0%Ag/MnO_(2)>3.0%Pt/MnO_(2)。为了探究催化剂活性与材料结构特性之间的关系,分别使用球差电镜、XRD、Raman、H_(2)-TPR、O_(2)-TPD和XPS等表征技术对催化剂表面贵金属的粒径尺寸、晶体结构、缺陷结构、低温还原性、活性氧物种以及金属元素价态分布等物理化学特性进行了系统的表征和分析。研究发现,负载了Ag或Pt的催化剂仅仅改善了MnO_(2)的低温还原性,由于在CO催化氧化过程中催化剂表面的贵金属被快速还原,因此催化活性有所下降。相反地,负载了Pd或Ru的MnO_(2)催化剂在CO氧化反应中的活性显著提高,这是材料良好的低温还原性与表面化学吸附氧物种之间的协同促进作用所致。由于3.0%Pd/MnO_(2)具有更好的低温还原性和更多的表面化学吸附氧物种,其能够在10℃条件下完全催化氧化CO气体(浓度为1%CO/4%O_(2),GHSV=40000 mL/(g·h))。通过分析不同催化氧化反应过程,推测Pd/MnO_(2)催化氧化CO遵循Langmuir-Hinshelwood(L-H)机理。

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%。

喷涂法负载TiO_(2)/MnO_(2)陶瓷膜催化臭氧氧化降解染料废水

染料废水存在排放量大、色度高、COD大、可生化性差、难降解等特点,其处理存在低效高耗的问题.本研究首先通过水热法制备了TiO_(2)/MnO_(2)催化剂,对催化剂进行了XRD、XPS、SEM/EDS表征,以罗丹明B(RhB)溶液为模拟染料废水,进行了催化臭氧氧化降解RhB的性能对比研究.再通过喷涂成膜技术将TiO_(2)/MnO_(2)催化剂负载于平板式陶瓷膜表面,研制成反应性陶瓷膜(TiO_(2)/MnO_(2)-CM),自制了配套膜反应器,研究了TiO_(2)/MnO_(2)-CM水处理系统对RhB降解去除效果和水通量变化规律.结果表明,本工作成功合成了棒状和不规整球状结合的TiO_(2)/MnO_(2)催化剂,XPS结果表明存在Mn^(4+)活性中心,促进了催化臭氧活化能力.喷涂TiO_(2)/MnO_(2)催化剂后,陶瓷膜的纯水通量略有下降,12层为适宜的喷涂层数,采用TiO_(2)/MnO_(2)-CM对2 L初始浓度为20 mg·L^(−1)的RhB在臭氧浓度为2.5 g·m^(−3)条件下,反应40 min去除率可达100%,去除效率远高于空白膜,陶瓷膜负载TiO_(2)/MnO_(2)有助于提高O_(3)溶解性、加速生成·OH.本工作可为染料废水等难降解有机废水的高效低耗处理,提供新技术思路.

负载型MnO_(2)-AC催化剂的制备及其对杀螟丹农药模拟废水的处理

通过“浸渍-共沉淀-煅烧”工艺制备催化剂MnO_(2)-AC,以负载型催化剂联合微波催化氧化工艺处理杀螟丹农药模拟废水。结果表明,在微波/H_(2)O_(2)/催化剂的反应体系中,杀螟丹农药模拟废水中COD的质量浓度约为800 mg/L,MnO_(2)-AC催化剂投加量为9 g/L,H_(2)O_(2)投加量为0.3 mL,模拟废水pH值为6,微波功率为700 W,反应时间为5 min,COD去除率达到87.5%。催化剂重复使用7次后,COD去除率依然保持在60%左右,催化剂可重复利用性好。TEM和SEM结果表明,过渡金属锰氧化物以颗粒形式负载在催化剂载体表面;XRD结果表明,在催化剂载体表面,活性组分主要以MnO_(2)形式存在。

MnO_(2)-CeO_(2)复合催化剂制备及室温下催化降解甲醛性能研究

本文采用络合法制备了MnO_(2)-CeO_(2)复合催化剂,用于室温下催化降解甲醛。通过正交实验确定了催化剂的最佳制备条件,通过连续催化降解甲醛实验考察了催化剂的催化稳定性。通过扫描电镜(SEM),X-射线能谱(EDS),X-射线衍射(XRD),N2吸附-脱附分析(BET)和氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)对催化剂进行表征。结果表明,Mn/Ce摩尔比1∶1,水化热温度120℃,焙烧温度400℃,焙烧时间4h为催化剂的最佳制备条件,其中水化热温度为制备最关键的影响因素。MnO_(2)-CeO_(2)复合催化剂在室温下12h甲醛催化降解率为74.7%。连续催化降解甲醛实验中,降解率虽略有下降但仍在72%以上,催化剂的催化活性稳定。MnO_(2)-CeO_(2)复合催化剂是以MnO_(2)为主体的Mn-Ce-O混合氧化物,其表面形成以介孔为主的多孔表面,具有较大比表面积,在室温下对甲醛具有良好催化降解性能。

一步法合成α-MnO_(2)/β-MnO_(2)催化剂及其对甲苯催化氧化的性能研究

采用水热法在不同pH条件下制备了一系列MnO_(2)基催化剂,通过XRD、SEM、N_(2)吸脱附等手段对其进行了表征,并评价了它们对甲苯催化氧化反应的催化活性。表征结果表明,不同的pH本质上改变了s反应溶液的初始H+浓度,从而影响了所得样品的结晶环境,并赋予它们不同的晶相。甲苯的催化氧化评价结果表明,催化剂的催化性能与α-MnO_(2)的含量密切相关。当pH=11时所得到的MnO_(2)-11催化剂,具有最大的比表面积和最多的缺陷结构,使其具有最佳的催化活性(T_(2)=245℃和T_(2)=256℃)和优异的循环稳定性。

TiO_2-AC催化剂的制备与处理染料废水的实验研究

采用溶胶-凝胶法制备二元复合光催化剂TiO_2-AC,在太阳光下对刚果红溶液模拟染料废水进行光催化反应实验,考察了新型光催化剂的催化活性,并通过XRD和SEM对复合催化剂进行表征。结果表明:TiO_2-AC催化活性较高并具有良好的处理效果,AC的加入减小了半导体复合体的禁带宽度,提高了光催化效率。TiO_2-AC的最佳复合质量比为1∶0. 01,以平均紫外光强为63. 81 W/m2照射120 min后,对刚果红染料废水的最高去除率可达96%。

MnO_(2)-C载体对Pd催化剂电催化性能的研究

以MnO_(2)和CabotVulcanXC-72为原料合成了MnO_(2)-C材料,并将其用作担载Pd纳米颗粒的载体,从而制备出Pd/MnO_(2)-C催化剂,并研究其在酸性环境下对甲酸的电催化氧化性能,在电化学测试中,催化剂的稳定性及活性有明显的提高,通过进一步的优化MnO_(2)在载体材料中所占比例,当MnO_(2)占载体质量15%时,催化剂在甲酸中氧化的稳定性及活性达到最高。

La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)-Ba/Al_(2)O_(3)催化剂对NO选择性生成NH_(3)的影响

为了实现碳中和目标,降低内燃机碳排放,稀薄燃烧技术成为了当前重要的研究方向.该技术不仅能提高发动机燃油热效率,还能有效降低CO_(2)排放.但是稀薄燃烧往往会伴随着大量氮氧化物的产生,为了解决该问题,采用LNT-SCR耦合的NO_(x)净化技术,此时LNT的作用是将排气中部分NO_(x)转化为NH_(3),为下游的SCR提供还原剂.基于此,制备了LNT催化剂,研究催化剂对NO选择性生成NH_(3)的影响.采用溶胶-凝胶法制备了La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)系列钙钛矿氧化物,并通过分步浸渍法得到了La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)-Ba/Al_(2)O_(3)负载型催化剂.利用XRD、H_(2)-TPR、NO-TPD等表征手段研究了钙钛矿氧化物的晶相结构,以及负载型催化剂的还原特性、NO_(x)吸附-脱附性能等物化性质,并且通过H_(2)选择性催化还原NO实验探究了催化剂掺杂Ce对NO转化成NH_(3)的影响.结果表明,Ce掺杂催化剂具有良好的NH_(3)产物选择性,并且显著提高了NO转化率.温度是NO转化和NH_(3)产物选择性生成的决定性因素,而H_(2)和NO体积比是NO转化和NH_(3)产物选择性生成的关键性因素.其中,La_(0.95)Ce_(0.05)MnO_(3)-Ba/Al_(2)O_(3)在低温下催化活性表现最佳,在350℃、H_(2)和NO体积比为5.0时NH_(3)产物选择性为65%,NO转化率为100%.此外,所制备的La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)都形成了钙钛矿型结构,而且Ce掺杂催化剂的大部分Ce离子可以进入到LaMnO_(3)结构中.在催化剂适量掺杂Ce后,H_(2)消耗总面积增大、还原峰的峰值温度降低,表明掺杂Ce改善了催化剂的还原特性;同时NO吸附和脱附面积增大,表明Ce掺杂改变了催化剂的NO_(x)吸附-脱附性能.

锰基催化剂制备及其对甲基橙染料废水处理

本文采用水热法制备负载Co的二氧化锰(MnO_(2)),并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和EDS能谱分析、对材料进行表征,继而进行活化过一硫酸盐(PMS)降解甲基橙模拟废水实验。实验结果符合二级反应动力学,再考虑实际的经济应用成本以及对甲基橙去除效果和环境的二次污染的条件下,选取的最佳的实验工艺方案为:甲基橙的浓度C=30 mg·L^(-1),反应温度T=25℃,酸碱度pH=6,PMS投加量C_(PMS)=2mmol·L^(-1),催化剂C_(催)=1g·L^(-1)时吸附效果最好,最佳降解效率是81.64%。实验表明α-MnO_(2)是活化PMS降解甲基橙的有效催化剂,实验结果可为后续染料废水处理提供参考。

Mn-FeO_(x)/PDOPA@CNTs催化剂的原位制备及低温脱硝性能

利用聚多巴胺(PDOPA)对碳纳米管(CNTs)进行温和改性,赋予CNTs二次功能化平台。结合高锰酸钾与氯化铁间的氧化还原反应及聚多巴胺上邻苯二酚官能团对阳离子的吸附作用,实现活性组分在CNTs表面的原位负载,得到低温脱硝活性优良的Mn-FeO_(x)/PDOPA@CNTs催化剂。当(Mn+Fe)/CNTs=0.07时(摩尔比),0.07 Mn-FeO_(x)/PDOPA@CNTs催化剂取得最佳脱硝活性,其在80—180℃间的脱硝率达到39.7%—77.2%。上述催化剂的优良性能归因于催化剂活性组分以纳米片状均匀负载于CNTs表面,催化剂的活性组为高价态MnO_(2)和Fe_(2)O_(3),催化剂中表面氧的质量分数达到76.9%。

新型稀土固体超强酸SO_4^(2-)/MnO_2/La^(3+)的合成研究

以硫酸锰和硝酸镧为原料,采用共沉淀-浸渍法制备不同比例的SO^(2-)_4/MnO_2/La^(3+)。以催化合成乙酸苄酯为探针反应,考察H_2SO_4浓度、La(NO_3)_3的质量分数、焙烧温度、焙烧时间等因素对其催化活性的影响。结果表明,催化剂制备的最佳条件为:硝酸镧的加人为硫酸锰的3%(质量分数),浸渍浓度为1 mol·L^(-1)的H_2SO_4,焙烧温度为450℃,焙烧时间3 h,酯化率到达最大,为89.7%。

高活性锰氧化物催化甲苯完全氧化反应

采用简单的水热结晶法成功制备了具有混合晶型的高活性MnO_(2)催化剂并用于甲苯的完全氧化反应,考察了原料比、水热时间、水热和煅烧温度对MnO_(2)催化氧化甲苯活性的影响,并对催化剂进行了XRD、SEM、BET和XPS表征分析。表征结果表明,提高水热温度可促使MnO_(2)从_α相向_β相生长,微观形貌由堆积的颗粒状逐渐演变为棒状结构,从而获得混合晶型的介孔MnO_(2)。XPS显示MnO_(2)-180℃中有最高的O_(ads)/O_(latt)(0.45)和Mn^(3+)/Mn^(4+)(0.90)比值,同时Mn^(3+)离子的出现伴随氧空位产生,故MnO_(2)-180℃有最高氧空位浓度。活性测试结果表明,在原料比H^(+)∶Mn=1.8,结晶时长为12 h,结晶温度为180℃,煅烧温度为500℃下制备的混合晶型MnO_(2)催化剂催化甲苯的完全转化温度低至195℃,连续反应36 h后仍然保持高的催化活性,表现出了优异的低温催化和良好的稳定性。

基于泡沫镍的MnO2整体式催化剂构筑及其催化氧化甲苯性能研究

开发兼具良好催化活性和优异稳定性的整体式催化剂是VOCs催化燃烧技术工业化应用的关键。传统的整体式催化剂通过在陶瓷载体上进行涂覆、浸渍等工艺制备而成,会导致活性组分分布不均、利用率低甚至失活等问题,从而降低整体式催化剂的性能。因此,利用泡沫镍与KMnO_(4)之间的氧化还原反应,原位合成了MnO_(2)整体式催化剂MnO_(2)/NF-IS,考察了其催化氧化甲苯的性能,并通过XRD、SEM、TEM、H_(2)-TPR、O_(2)-TPD、XPS等手段对催化剂进行表征,并对MnO_(2)/NF-IS催化氧化甲苯的反应路径进行探究。结果表明:基于泡沫镍原位合成的MnO_(2)/NF-IS具有最佳的催化性能(T_(90)=248℃),优于粉末催化剂MnO_(2)(T_(90)=271℃)以及涂覆法制备的整体式催化剂MnO_(2)/NF-WC(T90=293℃)。通过表征发现,MnO_(2)/NF-IS具有特殊的多孔纳米片阵列的形貌和更高的氧空位含量,这可能是其性能优势的重要原因。研究成果为制备基于泡沫镍的MnO_(2)整体式催化剂提供了新思路。

低温高效催化湿式氧化处理甲醛废水Pt/MnO_(2)催化剂

研究了MnO_(2)形貌对Pt/MnO_(2)催化剂催化湿式氧化(catalytic wet air oxidation,CWAO)处理甲醛废水性能的影响.结果表明,Pt/C-MnO_(2)(蚕茧状MnO_(2)负载Pt)催化剂具有优异的CWAO处理甲醛废水的催化性能.即使在50°C,Pt/C-MnO_(2)的甲醛矿化率高达88.1%,连续反应4次后,甲醛矿化率稳定在80%以上.Pt/R-MnO_(2)(棒状MnO_(2)负载Pt)和Pt/S-MnO_(2)(片状MnO_(2)负载Pt)催化剂活性较低,且随着反应的进行而逐渐失活,连续使用4次后,甲醛矿化率分别由初始的82.2%和82.4%降低至最终的16.3%和35.6%.分散度测定结果表明,Pt/C-MnO_(2)催化剂的Pt具有更好的分散性.X射线光电子能谱和氧气程序升温脱附结果表明,Pt/C-MnO_(2)催化剂具有更丰富的表面氧物种.氢气程序升温还原结果表明,Pt/C-MnO_(2)催化剂具有更低的还原温度和更强的氧化能力.电感耦合等离子体发射光谱结果表明,Pt/C-MnO_(2)催化剂具有更好的抗流失性能.高的分散度、丰富的表面氧物种、强的氧化能力和良好的抗流失性能是Pt/C-MnO_(2)催化剂具有优良催化性能的主要原因.

石蜡油催化裂化改进实验中使用MnO_(2)催化之风险

分析石蜡油分解实验改进原因及MnO_(2)的性质,论证MnO_(2)不能做石蜡油分解催化剂的原因,避免实验改进推广中的不必要风险。

同一实验环境下炭黑燃烧催化剂活性测试及制备方法优选

催化燃烧是最有效的炭黑消除手段之一,催化剂是其中的核心,其活性的提高对催化效果优化及成本控制有重要影响.然而目前报道的大量炭黑燃烧催化剂活性测试是基于不同实验环境进行的,其结果之间缺乏比较意义.为了筛选活性优异的催化剂,并总结出催化剂活性与物理化学性质之间的关系,同时为催化过程中氧物种原位定量观测建立基础,根据易得、环保、有应用前景等原则初选了7种方法制备MnO_(x)⁃CeO_(2)催化剂,分别测试了其活性,并从比表面积、晶格结构、表面形貌、涉氧参量和元素价态等5个角度进行综合探究.结果发现,炭黑催化燃烧活性的提升主要归因于两个因素:①形貌改变导致接触效率改善;②制备条件和低价锰离子含量改变引起涉氧参量和氧物种活化能力提升.

二氧化锰/银复合材料的制备及其电解水析氧性能的研究

锰基材料因其具有特殊的结构和性能而被广泛地应用在电化学储能及催化领域。以KMnO_(4)和MnSO_(4)·H_(2)O为原料,聚乙二醇-4000(PEG-4000)为分散剂,通过水热法成功制备出了花瓣片状和细长方柱状MnO_(2)纳米晶体,通过X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和能谱仪等多种表征技术,详细地揭示了其形貌、微观晶体结构和化学组分分布。此外,利用电化学研究方法对所制备的不同结构和不同负载量的MnO_(2)与Ag形成的双金属表面的催化析氧性能进行了探究。结果表明,MnO_(2)/Ag催化剂对析氧反应具有一定的协同催化作用,特别是由细长柱的MnO_(2)与Ag组成的MnO_(2)(0.2mg·cm^(-2))/Ag催化表面,表现出较强的催化活性。