高效稳定的MoS_(2)-TiO_(2)纳米复合催化剂用于浆态床菲催化加氢

浆态床加氢是一种先进的非常规石油资源(重油等)加氢提质技术,它采用分散型催化剂以提高催化剂与原料中的沥青质等大分子的接触程度.沥青质等大分子中多环芳烃的快速转化是浆态床重油加氢技术的挑战,因此设计高活性的加氢催化剂是浆态床加氢技术的关键.作为典型的二维层状材料,分散型MoS_(2)催化剂表现出较好的催化加氢性能.然而,纳米尺寸的分散型MoS_(2)催化剂的稳定性有待提高,在高温高压下MoS_(2)片层会折叠并聚集成较大的颗粒以降低其表面能.MoS_(2)颗粒的生长会导致其悬浮性降低和边缘活性位点暴露量减少,因而降低催化剂的活性和寿命.因此,急需设计开发高性能的分散型MoS_(2)纳米催化剂,从而解决MoS_(2)层在高温高压条件下的折叠和聚集难题,提高MoS_(2)纳米催化剂的催化加氢活性和稳定性.纳米复合材料的构建可以有效地解决活性组分的团聚问题.近年来,Janus纳米复合材料因其在催化方面的广泛应用引起了科研人员的关注.此外,复合材料中各组分的种类对其催化活性有显著影响.早期研究表明,与Al_(2)O_(3),SiO_(2),MgO或其他金属氧化物相比,TiO_(2)复合MoS_(2)催化剂具有较高的催化加氢活性.本文通过一步溶剂热法合成了一系列不同MoS_(2)含量的Janus MoS_(2)-TiO_(2)纳米复合催化剂,并研究了其在浆态床催化菲加氢中的活性和稳定性.高分辨透射电镜结果表明,Janus MoS_(2)-TiO_(2)纳米复合催化剂由TiO_(2)纳米粒子(10-15 nm)和MoS_(2)片层(堆积层数为1-3和片层长度为2-10 nm)组成.活性位模型计算和NO化学吸附测试表明,与MoS_(2)和负载型MoS_(2)/TiO_(2)催化剂相比,Janus MoS_(2)-TiO_(2)纳米复合催化剂中的MoS_(2)层具有更高的MoS_(2)分散度,暴露出更多的边缘配位不饱和Mo原子.X射线光电子能谱结果表明,通过形成Mo-O-Ti键成功构建了具有强MoS_(2)-TiO_(2)相互作用的Janus结构,并出现了TiO_(2)向MoS_(2)的电子转移现象.从TiO_(2)到MoS_(2)的电子转移会削弱Mo-S键并在基面产生大量配位不饱和Mo原子.浆态床催化菲加氢反应结果表明,Janus MoS_(2)-TiO_(2)纳米复合催化剂上菲转化率最高可达91.6%.而MoS_(2)催化剂上菲转化率仅为50.4%.催化剂的稳定性评价结果表明,经过7次菲催化加氢循环反应后,Janus MoS_(2)-TiO_(2)-15纳米复合催化剂上菲转化率降低了25.1%,保持在68.6%,仍高于新鲜的MoS_(2)催化剂上菲的转化率.然而经过7次菲催化加氢循环反应后,MoS_(2)催化剂上菲的转化率下降了49.6%,仅为25.4%.与MoS_(2)催化剂相比,Janus MoS_(2)-TiO_(2)纳米复合催化剂在高温高压下表现出更高的菲催化加氢活性和稳定性.结合反应后的催化剂表征,其高活性可归因于大量配位不饱和Mo原子的暴露.而其高稳定性主要是源于其稳定的Mo-O-Ti键提供的MoS_(2)-TiO_(2)强相互作用,可以有效地将MoS_(2)层锚定在TiO_(2)纳米粒子表面,避免MoS_(2)层卷曲、折叠和团聚.综上,将二维层状催化剂与另一种纳米材料耦合形成Janus纳米复合催化剂是设计和构建在高温高压条件下具有较好催化性能和稳定性的二维层状催化剂的有效途径.

TiO_2/Cu_2O复合光催化剂的制备及表征

通过浸渍-还原法,在不同Cu2+/Ti 4+摩尔比下制备TiO2/Cu2O复合光催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见漫反射(UV-DRS)等手段对TiO2/Cu2O复合光催化剂进行了表征。在可见光照射下,研究TiO2/Cu2O复合光催化剂对水中难降解有机污染物甲基橙的光催化降解效果。结果表明,氙灯照射下,TiO2/Cu2O复合光催化剂与单纯的纳米TiO2(P25)相比,光催化降解效果得到明显的提高。Cu2+/Ti 4+摩尔比1∶2时制备的TiO2/Cu2O复合光催化剂具有最好的光催化降解效果。

Al_2O_3-ZrO_2复合氧化物对Cu基催化剂选择加氢性能的影响

采用共沉淀法制备Al2O3-ZrO2复合氧化物,并以此为载体制备负载型Cu基催化剂,运用X射线衍射、X射线能谱、扫描电子显微镜对载体和催化剂进行表征。以糠醛气相加氢制糠醇反应为探针,考察复合氧化物对Cu基催化剂选择加氢活性的影响。结果表明,Al2O3-ZrO2复合氧化物中ZrO2的存在会减少CuO与Al2O3的接触,降低Cu基催化剂的深加氢能力;Al2O3有助于延迟ZrO2的晶化,避免活性组分Cu嵌入到ZrO2晶格中导致催化活性下降。载体中ZrO2质量分数为20%时,Cu/Al2O3-ZrO2催化剂选择加氢活性最高,与Cu/Al2O3催化剂相比,该催化剂具有较好的低温加氢活性和高温加氢选择性。

ZnO/Cu2O复合光催化剂的制备及光催化性能研究

采用水热法,通过调控Zn^2+与Cu^2+摩尔比制备出不同摩尔比的ZnO/Cu2O复合光催化剂,结合XRD、SEM、XPS、EDS等表征手段,对ZnO/Cu2O复合材料晶体结构、元素组成、形貌分析进行表征,并在可见光下对甲基橙进行光催化降解反应。结果表明,当Zn^2+和Cu^2+摩尔比为3∶1时,水热法合成的ZnO/Cu2O复合光催化剂对甲基橙表现出最优的光催化性能,90 min内对MO的降解达到93.8%,五次循环降解实验后样品对甲基橙的降解率仍可达88.2%;另外ZnO与Cu2O之间形成的复合结构,有效抑制Cu2O光生电子-空穴的复合,从而使得ZnO/Cu2O复合光催化剂催化效果和稳定性显著提高。

Cu-Sn-TiO_2复合光催化剂对水中苯酚降解的研究

采用硬脂酸法制备了一种新型的Cu-Sn-TiO2三元复合光催化剂,并采用XRD研究了复合催化剂的物相,且以苯酚为目标降解物对其光催化活性进行了评价。结果表明,经500℃焙烧的Cu-Sn-TiO2催化剂的晶型为锐钛矿型,并具有较高的光催化活性,以摩尔比n(Cu)∶n(Sn)∶n(Ti)=0.25∶5∶100为最佳,光催化反应3 h时苯酚的降解率达97.1%。

Cu_2O/Ag复合催化剂的合成及红外光激发下的光催化性能研究

采用液相还原法合成不同摩尔比的Cu2O/Ag(x)复合型催化剂,应用X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射(DRS)等分析手段对样品进行表征.结果显示,纳米金属Ag的存在使得Cu2O/Ag(x)样品对光的吸收扩展到了整个可见和近红外区,且随样品中Ag含量的增加,该区域的吸收逐渐增强,证明Cu2O/Ag(x)复合催化剂对太阳光具有高的吸收能力.以甲基橙(MO)为目标降解物,研究催化剂在黑暗条件下的降解性能,结果表明Cu2O/Ag(0.05)催化剂具有最高的降解能力,在120 min内黑暗条件下MO(30 mg/L)降解率达到89.2%.另外对Cu2O/Ag(x)复合催化剂的降解机理进行了探讨.

Cu_2O/Bi_2O_3复合催化剂的制备及光催化活性研究

采用水热法成功制备了Cu_2O/Bi_2O_3复合光催化剂。光学实验结果表明窄带半导体Cu_2O不仅拓宽了Cu_2O/Bi_2O_3复合光催化剂的光谱响应范围,同时有效抑制了复合物中光生电子-空穴的复合。原位红外光谱结果表明Cu_2O/Bi_2O_3复合光催化剂在可见光照射下能对氯苯进行有效地矿化降解,反应3 h的转化率为52.9%,是单一Bi_2O_3催化剂的2.5倍。此外,复合材料的能带结构分析结果表明Cu_2O和Bi_2O_3具有交迭的价带导带位置,形成复合物后大大促进了光生载流子的分离和迁移效率。

Ag/MoS_(2)/TiO_(2)复合光催化剂的制备及其性能研究

以钛酸四丁酯、氢氟酸、钼酸钠、硫代乙酰胺和硝酸银为原料,通过水热合成法和光沉积法成功制备了Ag/MoS_(2)/TiO_(2)复合光催化剂。在可见光照射下,将该复合光催化剂应用于罗丹明B(RhB)的降解和Cr(Ⅵ)的还原实验。结果表明:在可见光照射下,Ag/MoS_(2)/TiO_(2)复合光催化剂光催化降解RhB和还原Cr(Ⅵ)的效率(100.0%、100.0%)相比TiO_(2)(6.8%、29.8%)、MoS_(2)(14.3%、48.8%)、MoS_(2)/TiO_(2)复合光催化剂(92.0%、93.5%)均有所提高,且降解和还原速率都有一定的提高。这主要得益于Ag纳米颗粒的等离子体共振效应、MoS_(2)的优异助催化性能、MoS_(2)/TiO_(2)匹配的能带隙与空间结构。在可见光照射下,Ag/MoS_(2)/TiO_(2)复合光催化剂能高效实现光生电子和空穴对的分离与转移,提高光催化效率。

CuS/La2Ti2O7光催化剂的制备及光催化产氢性能研究

通过水热-溶剂热法合成了CuS/La2Ti2O7复合光催化剂,以乳酸为牺牲剂,在模拟太阳光下考察了制备样品的光催化分解水产氢性能,并采用X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、低温氮吸-脱附、紫外-可见漫反射、电化学表征等手段对样品的理化性能进行了详细表征,探究了影响其光催化性能的关键因素。结果表明复合CuS后La2Ti2O7样品在模拟太阳光下能催化分解水产氢,当CuS复合量质量分数为0.5%时,复合样品光催化产氢的活性最佳,产氢速率为12.57μmol/h,并具有良好的活性稳定性;La2Ti2O7复合CuS后,样品的光响应性能增强,瞬态光电流增强,阻抗降低,有利于光生电荷的有效分离,从而提高了复合样品的光催化活性。

镧掺杂Cu_2O/TiO_2催化剂制备及性能研究

以水合肼、硝酸镧等为原料,通过浸渍-还原法制备La掺杂的Cu_2O/TiO_2(La-Cu_2O/TiO_2)复合光催化剂.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及荧光光谱(FS)等对La-Cu_2O/TiO_2纳米复合材料的组成、形貌进行了表征,并以甲基橙为目标降解物,研究复合材料的光催化活性.结果表明,LaCu_2O/TiO_2晶型为混晶相,稀土元素La的掺入抑制了复合材料晶粒尺寸的生长,提高了分散性,复合材料的光催化活性增强,反应100min后,降解率达到88%.

(Cu)CeO_2复合氧化物对硝基苯加氢反应的催化性能

研究了制备方法、组分含量和反应工艺条件对 (Cu) Ce O2 复合氧化物催化剂上硝基苯加氢制苯胺反应的影响。结果表明 ,硝基苯的转化率和苯胺选择性在 (Cu) Ce O2 中 Cu质量分数为 9%的结构阈值附近达到近 1 0 0 % ,且具有良好的稳定性。优化的反应条件为 1 90℃ ,氢气压力 0 .5 MPa,H2 、C6 H5NO2 摩尔比大于 4,硝基苯进料空速小于 6h- 1 。

MIL/MoS_(2)的制备及光催化降解盐酸四环素研究

通过溶剂热法制备了双金属MIL-101(Fe,Al)/Mo S_(2)复合材料,以盐酸四环素为目标污染物探究材料的光催化性能。利用紫外-可见光谱分析和荧光发射光谱分析对材料的光催化活性进行表征,考察了不同MoS_(2)添加量、盐酸四环素初始浓度对光催化性能的影响。结果表明,适量负载MoS_(2)可显著增强MIL-101(Fe,Al)的光催化活性,10%为MoS_(2)最佳添加量,MIL/MoS_(2)-10%表现出优于MIL-101(Fe,Al)的可见光吸收能力和电子-空穴对分离效率,在MIL/Mo S_(2)-10%用量为0.2 g/L时,对20 mg/L盐酸四环素模拟废水的总去除率达到90.06%,其反应速率常数分别是MIL-101(Fe,Al)和MoS_(2)的1.99和3.11倍左右,表明复合材料的光催化性能相比单体明显提高。

可见光催化剂改性粘胶基活性炭纤维脱硫脱硝试验

采用水合肼还原法制备了TiO_(2)/Cu_(2)O复合光催化剂,并将其负载在活性炭纤维(ACF)上。利用SEM、XPS、BET和XRD分析了催化剂的性能变化和反应行为。考察了催化剂对NO和SO_(2)的去除效率。结果表明,TiO_(2)/Cu_(2)O改性后ACF的孔径减小。表面官能团包括石墨碳和羰基的增加,提高了活性炭纤维对NO和SO_(2)的吸附能力。在可见光下,当温度为40℃时,TiO_(2)/Cu_(2)O脱硫脱硝效率最高,分别为90%和60%。

黑暗条件下Cu_2O/Ag_x复合催化还原Cr(Ⅵ)的研究

采用一步液相还原法合成了系列Cu_2O/Ag_x复合催化剂,使用X射线衍射谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)、电子顺磁共振谱(EPR)等分析手段对样品进行表征和分析.结果显示,复合催化剂Cu_2O/Ag_x表面附着大量的纳米金属Ag,形成无数的纳米岛,使得样品的表面等离子体共振效应大幅增强,导致催化剂在紫外、可见和近红外光谱区域的光吸收非常强.在无超声分散、黑暗条件下Cu_2O/Ag_x催化剂可以有效地还原Cr(Ⅵ),其中Cu_2O/Ag_(0.15)样品的催化还原效率最高.当存在0.01 mol/L的柠檬酸缓冲液(pH 5.0)时,100 mg/L的Cr(Ⅵ)在黑暗下于30 min内被完全还原为Cr(Ⅲ).另外,对Cu_2O/Ag_x体系催化还原Cr(Ⅵ)的机理以及柠檬酸的作用进行了初步探讨.

无气喷涂MoS_(2)/Cu/C复合涂层对海上管柱螺纹抗粘扣性能的影响

目的采用无污染的无气喷涂表面处理工艺,制备MoS_(2)/Cu/C复合涂层,提高海上管柱螺纹抗粘扣性能。方法在MoS_(2)/C涂层中掺杂纳米级Cu粉末,采用无气喷涂+高温固化+喷砂处理工艺,制备MoS_(2)/Cu/C复合涂层。通过显微组织、硬度测定和摩擦试验,分别评价MoS_(2)/Cu/C复合涂层的微观组织、显微硬度和摩擦系数,并通过扫描电子显微镜对MoS_(2)/Cu/C复合涂层进行形貌分析。最后,在实物试样上进行上卸扣试验,测试其抗粘扣性能。结果无气喷涂+高温固化过程中,半熔融粉末经过多次叠加,沉积形成致密的结构,未见明显孔隙。对MoS_(2)/Cu/C复合涂层进行喷砂预处理,可明显提高涂层的均匀度,增加涂层的粘结强度。涂层与基体之间呈锯齿形紧密机械结合,喷砂无气喷涂前后,基体硬度未发生改变,未对金属基体造成不利影响。MoS_(2)/Cu/C复合涂层在螺纹表面结合形成光滑的保护膜,螺纹表面摩擦系数降低,上扣扭矩降低幅度为19%~23%。结论在MoS_(2)/C涂层中掺杂纳米级Cu粉末,形成MoS_(2)/Cu/C复合涂层,可有效降低螺纹表面的摩擦系数,同时不降低本体强度。采用无气喷涂+高温固化得到MoS_(2)/Cu/C复合涂层,可有效提高石油管螺纹的抗粘扣性能,在海上钻完井现场已取得成功应用,该技术具有极大的借鉴意义和推广价值。

MoS_(2)上Cu_(2)O的担载及催化性能研究

采用两步水热法制备了Cu_(2)O/MoS_(2)催化剂,首先,通过水热法获得层状的MoS_(2)纳米片,然后在MoS_(2)纳米片上合成Cu_(2)O纳米颗粒,形成负载型Cu_(2)O/MoS_(2)催化剂.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对催化剂的结构进行表征,并以NaBH4还原对硝基苯酚(4-NP)为探针反应评价其催化性能.研究表明,担载之后,Cu_(2)O纳米粒子均匀分散在MoS_(2)载体表面,粒子尺寸明显减少,由此催化NaBH4还原4-NP的性能也得到了显著改善.

Cu/TiO_2-NiO上光促表面催化CO_2和H_2O合成CH_3OH反应规律

采用溶胶-凝胶法制备了n(电子型)-p(空穴型)复合半导体材料0.5%Cu/TiO2-2.0%NiO(w),利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、红外光谱(IR)、紫外-可见光漫反射(UV-Vis)、程序升温脱附(TPD)技术对材料结构、吸光性能、化学吸附性能进行了表征,研究了该材料对CO2和H2O合成CH3OH的光促表面催化反应(PSSR)规律.结果表明,所制备材料能够明显促进目的反应,室温条件下即有CH3OH生成.在200℃下,由于光-表面-热的协同效应,CO2转化率得以提高,且CH3OH的选择性达到87.5%.根据实验结果,得出CO2在材料表面的卧式吸附态为CH3OH的前驱物,并对PSSR机理进行了讨论.

TiO2与Cu2O复合催化剂的制备及对甲基橙的脱色效能

针对印染废水中大量以甲基橙为代表的有色物质难以被微生物降解问题,制备了二氧化钛与氧化亚铜复合催化剂,在自然光照的条件下,考察其对甲基橙的脱色效能,并与单独的二氧化钛和氧化亚铜作对比。研究结果表明:二氧化钛与氧化亚铜复合催化剂对甲基橙的脱色效果明显好于氧化亚铜催化剂和二氧化钛催化剂;在二氧化钛与氧化亚铜复合催化剂投加量为150 mg/L、pH为2、反应时间为3 h的条件下甲基橙的褪色率可达到95.71%。

光促CO_2和H_2O在Cu/TiO_2-NiO上的表面反应

采用溶胶 凝胶法制备了n p复合半导体材料Cu/TiO2 NiO ,并用TG DTA和TPR方法进行了前驱体的表征 ;利用XRD ,TEM ,UV Vis技术测试了材料的晶态结构和吸光性能 ;CO2 和H2 O的光促表面催化反应 (PSSR)实验结果表明 ,所制备的Cu/TiO2 NiO能够明显促进二者的反应 ,室温条件下有CH3OH、CH4 和CO生成 ,其中对CH3OH的选择性较高 ,材料组分配比对PSSR有显著影响 ,在质量分数为 0 5 0 %Cu/TiO2 2 0 %NiO上获得了最高CO2

活性炭/ZnO/MoS_(2)的制备及其超声辅助降解甲基橙

为提高ZnO基光催化剂对染料的降解性能,通过水热法制备活性炭(AC)/ZnO/MoS_(2)(AZM)复合光催化剂。分析活性炭掺杂量对复合催化剂降解甲基橙(MO)性能的影响,并对复合催化剂结构进行表征。结果表明:在所制备的催化剂中,0.1 g AC掺杂的复合光催化剂(0.1 AZM)具有最佳的MO去除能力(约为96.5%);超声辅助的声-光催化降解速率(k=0.0158)比单一光催化(k=0.0119)约高32.8%。由此可知,适量的AC掺杂促进光催化剂与染料分子的接触,光催化剂在光照和超声协同作用下产生具有氧化性自由基,可降解MO。