Ni-Mg复合催化剂催化裂解CH_4制氢动力学研究

基于定温热重实验,建立了甲烷催化裂解反应动力学模型和催化剂表面积炭失活动力学模型。其中,甲烷催化裂解动力学模型将初始产氢速率视为催化剂未积炭条件下的动力学基础数据;催化剂表面积炭失活动力学则基于甲烷催化裂解速率的降低。实验使用Ni-Mg复合催化剂,分别在535、585、635℃,甲烷分压10~4、2×10~4、3×10~4Pa条件下展开甲烷催化裂解动力学特性研究。结果表明,甲烷催化裂解的反应级数为0.5,活化能为82 k J/mol;Ni-Mg复合催化剂反应失活级数为0.5,催化剂失活活化能为118 k J/mol。实验条件下均制得了多壁碳纳米管。

石墨烯复合载体催化剂在柴油车尾气NO脱除中的应用

氨气选择性催化还原法有利于柴油车尾气中NO的脱除,为适合柴油车尾气条件和温度,制备一种石墨烯和TiO_(2)复合载体的脱硝催化剂,通过NH_(3)-SCR催化活性评价、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积与孔隙度分析仪(BET)和程序升温还原(H_(2)-TPR)等表征得出以下结论:对于TiO_(2)载体催化剂,高含量的Ce有利于提高NH_(3)-SCR催化活性,并扩宽活性温度区间,活性组分Fe有利于其低温活性;对于石墨烯载体催化剂,活性组分Ce的催化活性更优越,但Fe更有利于高温活性;针对TiO_(2)和石墨烯复合载体脱硝催化剂,进一步扩宽了催化活性温度区间,改善催化剂反应过程中的粉化现象,但是催化活性略有下降,其中Fe0.1Ce0.4Ti/10%GR催化剂具有最优的NH_(3)-SCR活性,在220~450℃温度区间内NO转化率达到90%以上。

用于常温氢氧复合的新型Pt/疏水改性陶瓷催化剂

常温氢氧复合反应由于安全性高且能耗低,在核工业除氚、消氢等领域有重要应用,其得以实现的关键为制得性能优异的疏水催化剂。为获得稳定性优且兼具高催化活性的疏水催化剂,本研究制备了新型Pt/疏水改性陶瓷催化剂。陶瓷载体通过构筑CeO2表面粗糙结构,结合涂覆低表面能十三氟辛基三甲氧基硅烷(PFOTMS)进行疏水改性,而后经浸渍-气相还原制得疏水催化剂。结果表明,与常规仅涂覆低表面能材料对陶瓷载体进行疏水改性相比,新型疏水结构的构筑不仅可使疏水催化剂获得更优的疏水性,还可进一步提升催化剂的催化活性及稳定性。制得的新型Pt/疏水改性陶瓷催化剂在480 min反应时长内,氢氧复合效率可维持在99.5%。

复合光催化剂的制备及其光催化性能研究

利用静电纺丝技术、溶剂热合成技术、高温焙烧技术、气相沉积法等制备方法,对复合催化材料TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)进行合成制备,进而研究不同的实验条件对催化剂性能的影响,用以比较不同合成方式制成的复合催化剂对有机污染物的降解能力。

TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备及可见光降解有机染料的研究

本文利用静电纺丝技术、溶剂热合成技术、高温焙烧技术、气相沉积法等制备方法,对复合催化材料TiO2/g-C3N4进行制备,并研究复合催化材料TiO2/g-C3N4在不同条件下对有机染料碱性亚甲基蓝的降解能力。

水热反应温度对ZnIn_(2)S_(4)/Bi_(2)WO_(6)复合催化剂的影响研究

为解决传统半导体光催化剂可见光响应能力弱、光生电子空穴复合快、能带结构导致载流子氧化还原能力弱等问题,采用水热法制备ZnIn_(2)S_(4)/Bi_(2)WO_(6)(ZlS@BW)复合催化剂并系统研究水热反应温度对其结构性能的影响。当水热温度从80℃升高到160℃,ZlS@BW复合光催化剂结晶度提高,形貌转变为致密核壳结构,比表面积和光电性能先降低再升高,氟伐他汀去除率逐步上升。而当温度升高到200℃时,核壳结构遭到了破坏,比表面积和光电性能变差,氟伐他汀的降解效果降低,光催化性能下降。结果表明,水热温度为160℃时,制备的ZlS@BW复合光催化剂晶型结晶程度较高,且形貌致密,比表面积最大,产生的瞬态光电流最大,阻抗半径最小,具有最优光催化性能。对污染物氟伐他汀降的降解效率最高,可达到75.47%。

锰铈钛纳米管复合催化剂低温SCR活性和抗SO2性能研究

本文采用溶胶凝胶法水热法相结合的方法制备TiO2纳米管(TiNTs)为载体MnOx-CeO2为活性组分的MnOx-CeO2/TiNTs催化剂(记作MnCe/TiNTs)用于NH3-SCR反应。结果表明,水热温度为150℃、水热时间为24 h是MnCe/TiNTs催化剂水热阶段的最佳工况。MnCe/TiNTs催化剂具有优异的低温活性和较宽的温度窗口,在150~350℃范围内NO脱除效率达95%以上。一方面,归因于TiNTs的大比表面积能促进催化剂活性组分在其内外壁面高度分散,提高催化剂氧化还原能力;另一方面,TiNTs的量子尺寸效应能使催化剂活性组分中更多原子由晶相内部暴露于表面,增加催化剂表面活性位点;此外,TiNTs的毛细作用能使反应物分子进入其管道内部,增强催化剂对反应物的捕获能力,促进NH3-SCR反应。

球形黏土介孔复合材料在聚乙烯茂金属催化剂中的应用

采用离心喷雾干燥机合成公斤级球形黏土(海泡石、硅藻土和凹凸棒石)介孔复合材料。并对球形黏土介孔材料进行X射线衍射结构分析、比表面积-孔径分布和透射电镜测试,表明球形黏土介孔材料具有介孔结构和高度有序孔道。扫描电镜分析结果表明,3种新材料球体度均匀、分散性好。研究雾化器转速和反应物配比对球形黏土介孔复合材料粒形的影响,得到最佳喷雾干燥条件。考察海泡石、硅藻土和凹凸棒石球形黏土介孔复合材料负载聚乙烯催化剂的组成、结构和微观形貌。结果表明,3种黏土介孔复合材料在负载聚乙烯催化剂后仍然保持较好的微观形貌及其特有的介孔材料孔道结构。离心喷雾干燥制备球形介孔材料的实验优化条件:进、出口温度200℃和100℃,黏土介孔浆料浓度30%,雾化器转速12000 r·min^(-1)。以3种介孔复合材料作为载体负载聚乙烯催化剂进行高压乙烯聚合小试试验,结果表明,3种催化剂对乙烯聚合的活性(4000~4300)gPE·(gcat·h)^(-1)均优于当前工业用载体955硅胶负载同样茂金属后的乙烯聚合的活性1005 gPE·(gcat·h)^(-1)。聚乙烯粉料重要物性参数堆密度、熔融指数、平均粒径D50及碎粉率均优于工业用955硅胶得到的粉料物性。

加氢裂化复合分子筛催化剂研究进展

分子筛催化剂是加氢裂化的核心,传统分子筛催化剂只具有单一性质,无法兼具酸性强、水热稳定性及催化活性高等优点,因此复合分子筛催化剂的使用受到业界广泛关注。分别对微孔、介孔组成的复合分子筛进行介绍,通过将多种具有不同孔道结构和特性的分子筛进行复合,制备出在加氢裂化反应中性能优异的复合分子筛催化剂,并对加氢裂化催化剂的发展趋势进行展望。

复合催化剂合成可降解共聚酯PBAT及性能表征

通过钛酸四丁酯、正硅酸乙酯以及磷酸三乙酯的反应制备了一种复合催化剂,然后以1,4-丁二醇、己二酸和对苯二甲酸为原料,使用该复合催化剂通过直接酯化法合成了聚对苯二甲酸丁二醇-co-聚己二酸丁二酯(PBAT)。研究了酯化率、缩聚时间对合成的PBAT特性黏度的影响,重点对比了制备的复合催化剂与传统聚酯催化剂的活性。采用核磁共振、傅里叶变换红外光谱对聚合物的结构进行了表征。结果表明,当酯化率由80%增加至95%时,PBAT的特性黏度从0.95 dL/g增加到1.25 dL/g;随着缩聚反应时间的增加,PBAT的特性黏度先增加后减小,当缩聚时间为65 min时,PBAT的特性黏度达到最大,为1.25 dL/g。当制备的复合催化剂质量分数为0.025%时,PBAT的特性黏度可以达到1.1 dL/g以上,并且缩聚温度只需要240℃左右(传统的催化剂需要270℃以上),这大大降低了反应能耗。从熔融温度、结晶温度、拉伸断裂强度以及断裂伸长率等性能测试结果来看,采用自制复合催化剂合成的PBAT的结晶温度为84.75℃,拉伸断裂强度为26.2 MPa,断裂伸长率为870%,性能得到了更好的提升。

吸附强化水气变换制氢复合催化剂研究进展

吸附强化水气变换反应(SEWGS)是实现高纯氢制备及二氧化碳(CO_(2))减排的关键反应之一。SEWGS借助复合催化剂将水气变换反应(制氢)和原位移除CO_(2)反应(脱碳)耦合,打破热力学限制使反应平衡向制氢侧移动。SEWGS具有一步制取高纯氢气的特点,但复合催化剂在连续操作过程中由于烧结和CO_(2)扩散受阻存在循环稳定性下降的问题,进而影响制氢效率。本文阐述了高温Ni/CaO基复合催化剂吸附强化制氢的研究现状,简述了Fe/CaO基复合催化剂SEWGS制氢面临的主要问题,回顾了中温Cu/MgO基和Cu/类水滑石基复合催化剂的SEWGS制氢现状及现阶段的核心问题。从复合催化剂的催化组分和吸附组分角度,分析了SEWGS制氢过程中复合催化剂循环稳定性降低的原因,简述了现阶段最有效的改性手段。进一步从增强CO_(2)扩散和改善烧结角度入手,围绕复合催化剂设计、操作条件和床层装填方式等方面探讨提高复合催化剂循环稳定性的策略。指出设计开发组成简单、易制备、兼具高活性和高稳定性的复合催化剂实现制氢和脱碳耦合是今后SEWGS制氢的研究方向。

光催化剂应用于微生物复合碳转化体系的研究进展

结合具有光激发特性的光催化剂和有特定生物固碳途径的微生物,构建光催化剂-微生物复合体系,将实现太阳能捕获、催化反应活性和选择性等方面的优势互补.不同类型光催化剂在光吸收特性及光催化性能等方面存在巨大差异,本文总结了含金属、非金属基或复合光催化剂与微生物构成的复合碳转化体系,对比光催化剂引入方法、光催化剂作用途径及碳转化产物、效率等关键因素.针对率先与微生物结合的CdS光催化剂,系统阐述了其生产乙酸、甲烷、C_(2+)产物及复合改性的发展历程.分析杂化体系界面电荷转移的关键基础,概括其研究方法、现有成果及存在问题等.分析了应用于微生物复合碳转化体系光催化剂的面临挑战及发展趋势.

RuO_(2)/TiO_(2)复合催化剂制备及光催化性能

通过湿浸法结合热处理工艺制备了RuO_(2)/TiO_(2)复合催化剂,利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其结构进行了表征,并对RuO_(2)用量、光照强度、甲基橙溶液的pH值和通气量等不同条件下该复合催化剂的光催化效果进行了分析。结果显示,RuO_(2)的掺杂并未显著改变TiO_(2)的晶面结构,随着RuO_(2)质量分数的增加,样品颗粒尺寸先增大后减小,在添加质量分数为0.15%时达到较为理想的平衡点,光照强度为4.23 mW/cm2时,降解甲基橙的降解率达65%。同时甲基橙溶液为酸性,煅烧温度为550℃时,光催化效果更好。通气量并不是影响光催化效果的关键因素。RuO_(2)/TiO_(2)复合催化剂的制备和应用提供有价值的参考。

整体式钴基复合金属催化剂微波催化燃烧甲苯特性

以蜂窝状堇青石为载体,通过将钴与过渡金属铜锰铈复合,浸渍法制备系列整体式钴基复合金属催化剂,探究其在微波辐照下对典型VOCs—甲苯的催化活性.结果表明,甲苯进气浓度1000mg/m^(3),进气流速4L/min时,催化剂对甲苯的催化活性为CoCuCeOx>CoCuOx>CoCuMnCeOx>Co CuMnOx,CoCuCeOx对甲苯的T50=220℃、T90=295℃.表征可知,钴铜氧化物的复合使得催化剂表面颗粒态的CoOx、CuOx和Cu Co_(2)O_(4)尖晶石相互搭建形成有空隙的球状结构,而锰的加入不利于该球状结构生成.Cu^(2+)取代了一部分Co3O4尖晶石结构中的Co^(2+)形成Cu Co_(2)O_(4)尖晶石,CuCo_(2)O_(4)尖晶石中的Co-O和Cu-O键容易断裂,从而促进气态氧的吸附与活化,产生表面活性氧物种参与甲苯的氧化反应.Ce的加入会存在Ce^(3+)/Ce4+价态的转化,促使CoCuCeOx催化剂表面产生丰富的氧空位,进而作为活性中心促进甲苯的氧化降解.钴、铜、铈之间的复合改变了活性组分结构,提高了催化剂的吸波性能与催化活性,可应用于微波催化燃烧VOCs技术中.

NaY分子筛复合材料及其催化裂化催化剂性能

以高岭土和水玻璃为原料,采用水热法原位晶化合成了NaY分子筛复合材料,通过离子交换法改性并制备出催化裂化催化剂,利用X射线荧光仪、N2吸附-脱附仪、扫描电子显微镜等仪器对试样进行结构表征,在固定流化床微型反应器装置上进行催化剂裂化反应性能评价。结果表明:该NaY分子筛复合材料的外比表面积为93.70 m^(2)/g,介孔孔容为0.19 cm^(3)/g,颗粒直径约在300~500 nm;改性后复合材料的介孔主要分布在2~20 nm,且为双孔分布,分布峰分别为3.8,5.6 nm;与常规NaY型分子筛催化剂相比,采用该NaY型分子筛复合材料所制备的催化剂其反应转化率、液化气和总液体收率依次提高6.18,5.16,1.61个百分点,重油收率下降3.34个百分点,生焦因子下降0.80。

二元复合氧化物载体在加氢脱硫催化剂中的应用进展

加氢脱硫技术对实现劣质油品清洁化、低碳化与多元化高效利用至关重要,其关键是高性能催化剂的开发,核心之一是适宜催化剂载体材料的创新。本工作分别总结了向Al_(2)O_(3)及TiO_(2)中引入第二组元后作为加氢脱硫催化剂载体的研究进展。第二组元氧化物的引入克服了Al_(2)O_(3)载体酸类型单一及商用催化剂金属与载体间相互作用过强等缺点,同时保持了较大的比表面积;第二组元氧化物能够有效提升TiO_(2)载体材料的热稳定性及比表面积的同时调节了载体材料表面酸性等。究其原因在于第二组元的引入可显著改变Al_(2)O_(3)或TiO_(2)表面羟基环境,进而促进了活性金属前驱体在载体表面的锚定和分散,有利于更多NiMo(W)S活性相的形成,提升了催化剂的加氢脱硫性能。

碳材料/钙钛矿型复合氧化物双功能催化剂在金属-空气电池中应用研究进展

金属-空气电池具有能量密度高、安全性能好、成本低、无污染等优点,是一种很有前途的化学能源存储与转化器件,但其氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)的动力学缓慢,且依赖于昂贵的贵金属催化剂(例如:Pt或Ir),这都阻碍了其可持续商业化的发展进程。钙钛矿型氧化物因其高的固有催化活性、丰富的种类、低成本和丰富的资源,近年来受到越来越多的关注,并有望成为替代贵金属催化剂的高效ORR和OER催化剂。由于钙钛矿氧化物的固有导电性较低,一般认为需要导电碳来增强钙钛矿电极内部的电子导电性,使钙钛矿的利用率最大化。综述了溶胶凝胶法、化学气相沉淀、水热法、静电纺丝法等碳材料负载钙钛矿型双功能催化剂的制备方法,总结了各制备方法的优缺点。阐述了钙钛矿/碳复合材料双功能催化剂在常见的三种金属-空气电池中的应用研究进展,提出了基于钙钛矿/碳复合材料的高效氧催化剂的合成和发展面临的挑战和未来的方向。

铁铜双金属复合类Fenton催化剂的制备及用于处理阿莫西林模拟废水研究

针对粉末状类Fenton催化剂难以回收再利用的难题,采用煅烧法制备球形铁铜双金属复合催化剂,优化了催化剂制备条件(成分配比、煅烧条件和氮气流量),表征了催化剂的表面形态,考查了阿莫西林降解动力学,探讨了催化剂催化机理,并利用以该催化剂为核心的类Fenton催化体系处理阿莫西林模拟废水。反应在最优条件下阿莫西林去除率可达到99.9%。

Bi_(2)S_(3)/NiS复合催化剂光催化还原Cr(VI)的研究

通过水热法制备了一种新型Bi_(2)S_(3)/NiS复合光催化剂,采用FT-IR、XRD、SEM、固体荧光和固体紫外等光谱对催化剂的组成、结构、形貌和光学性质进行了表征.Bi_(2)S_(3)/NiS复合催化剂在可见光照射下能有效将溶液中的Cr(VI)光催化还原为Cr(III).在最优条件下,复合催化剂的反应速率常数约为Bi_(2)S_(3)或NiS的反应速率常数的10倍.复合催化剂光催化还原Cr(VI)效率的提高主要是因为Bi_(2)S_(3)和NiS的复合降低了禁带宽度,扩大了光吸收范围,并且复合后有效降低了光生载流子的复合效率.催化剂循环实验表明Bi_(2)S_(3)/NiS复合催化剂具有良好的光学稳定性.研究结果为光催化处理含Cr(VI)废水的材料合成和设计研究提供了参考.

高性能棒状复合催化剂用于锂氧气电池性能研究

锂氧气电池的正极氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的缓慢动力学过程严重影响了电池性能。因此,设计制备了一种一维纳米棒状CoSe_(2)@Co_(0.85)Se复合材料作为锂氧气电池正极催化剂。结果表明,独特的多孔棒状结构使材料具有高比表面积和丰富的催化活性位点,复合材料界面上的电子相互作用优化了界面电子结构,有利于电荷转移和反应中间体的吸脱附,从而提高了ORR/OER反应动力学。当该复合材料用于锂氧气电池正极催化剂时表现出优异的放电比容量(14 748 mAh/g)和循环稳定性(231圈)。