SiO_(2)@TiO_(2)催化剂载体在甲醇重整制氢中的应用研究

氢能是重要的可再生清洁能源,催化剂载体是影响甲醇重整制氢效率的关键因素。以SiO_(2)@TiO_(2)粉体为原料制备了新型催化剂载体,通过浸渍法吸附锌、镍、铈等金属离子合成催化剂,研究了载体的物理性能、吸附性能及其对催化剂催化性能的影响。结果表明:SiO_(2)@TiO_(2)载体具有较高的热稳定性和抗压强度,且孔径主要分布在5 nm附近,比表面积为138.930 m^(2)·g^(-1);该载体对锌、镍、铈等活性金属具有良好的吸附性能,浸渍温度为80℃、浸渍时间为50 min时吸附效果最好;通过对比Al_(2)O_(3)载体和SiO_(2)@TiO_(2)载体对催化剂催化性能的影响,发现新型SiO_(2)@TiO_(2)载体在高温条件下具有更高氢气选择性。该研究可为开发新型甲醇重整制氢催化剂提供参考。

Na-W-Mn/SiO_(2)催化剂上不同含量WO_(4)活性位点在甲烷氧化偶联中的催化行为

甲烷氧化偶联(OCM)作为生产C_(2)(C_(2)H_(6)和C_(2)H_(4))的直接途径受到了广泛关注.在传统催化剂中,Mn/Na_(2)WO_(4)/SiO_(2)(Na-W-Mn/SiO_(2))类催化剂具有甲烷转化率高、C_(2)选择性高且在高温下也能保持相对高的稳定性等优点.本文利用硅钨酸作为前驱体,制备了一系列不同W载量的Na-nW-Mn/SiO_(2)催化剂,并进行了X射线粉末衍射、透射电子显微镜、氢气程序升温还原、氧气程序升温脱附和X射线光电子能谱表征以及甲烷氧化偶联活性的评价.研究发现,所有催化剂上的Na_(2)WO_(4)、Mn_(2)O_(3)和α-方英石晶相之间均存在较强的相互作用,并通过协同催化作用来提高催化剂的OCM性能.随着W载量的持续增加,以硅钨酸作为前驱体制备的催化剂表面的W物种一直保持以四面体WO_(4)的形式存在,而构效关系分析揭示了四面体WO_(4)是此系列催化剂上OCM反应的活性中心.具有高含量四面体WO_(4)的Na-10.0%W-Mn/SiO_(2)催化剂有较低的W^(6+)→W^(4+)还原温度和较高的表面晶格氧占比,这可能是其获得最佳甲烷转化率和C_(2)产率的主要原因.当温度为775℃时,Na-10.0%WMn/SiO_(2)催化剂上CH_(4)的转化率为44.2%,C_(2)的产率为24.1%,其中乙烯的产率为18.7%.

用于苯乙酮催化加氢制α-苯乙醇高稳定Cu/SiO_(2)催化剂的研究

Cu/SiO_(2)催化剂存在热稳定性差、易失活等方面的问题。为进一步改善其热稳定性差这一缺陷,通常以添加助剂的方式对催化剂电子结构进行调节,提高其稳定性。通过引进Ca、In、Al 3种金属材料对Cu/SiO_(2)修饰改性。结果表明:Ca-Cu/SiO_(2)催化剂在反应10 h后活性仍然维持稳定,苯乙酮转化率维持在100%,未出现失活现象。In-Cu/SiO_(2)和Al-Cu/SiO_(2)催化剂在反应10 h后苯乙酮转化率只维持在20%和25%左右,改性未达到预期目标。通过N_(2)吸附、XRD、H_(2)-TPR、NH_(3)-TPD和TG等技术表征,进一步证明Ca的添加能够提高催化剂稳定性及活性组分与载体间相互作用力,获得Ca-Cu/SiO_(2)催化剂在苯乙酮加氢制备α-苯乙醇反应过程中的高转化率、高选择性以及高稳定性。

Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)催化剂催化沼气蒸汽重整制氢性能研究

沼气蒸汽重整是重要的制氢方式,开发高效稳定的催化剂是其规模化应用的重要环节。基于此,采用连续浸渍法制备了一系列基于ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)复合载体的Ni基催化剂,对其进行了沼气蒸汽重整制氢催化性能测试。利用N_(2)吸/脱附、XRD等表征方法,分析了催化剂的织构性质、晶相组成等。探究了催化剂的物理结构和化学性质对沼气蒸汽重整制氢的影响机制,并探讨了焙烧温度与金属助剂Fe对催化剂催化性能的影响。结果表明,在700°C、空速12000 h^(-1)条件下,焙烧温度为550°C制得的Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)表现出突出的催化性能,CH_(4)转化率和H_(2)产率分别稳定在89.94%和81.49%。ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)复合载体相比于Al_(2)O_(3)载体增大了催化剂的比表面积,促进了平均粒径较小的Ni在载体表面的高度分散,进而提高了催化剂的催化沼气蒸汽重整制氢性能。焙烧温度可以调控催化剂的比表面积和孔体积,焙烧温度为550°C制得的Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)的比表面积和孔体积比焙烧温度为700°C制得的Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)大。Fe与ZrO_(2)的耦合改性提升了催化剂的还原性能,生成了更多高活性Ni^(0),有利于甲烷干重整制氢反应的发生,调控了气体产物中的n_(H_(2))/n_(CO)。

Ni/CeO_(2)基催化剂构筑及其CO_(2)甲烷化催化性能研究进展

CO_(2)加氢制甲烷(即“CO_(2)甲烷化”)是实现碳中和目标的重要途径。CeO_(2)由于具有丰富的表面氧空位和优异的储氧性能被认为是重要的催化剂载体之一,过渡金属Ni也因为具有优异的催化性能和低廉的价格被广泛应用于催化剂的研究,CeO_(2)和金属Ni结合形成的Ni/CeO_(2)基催化剂在CO_(2)甲烷化反应中展现了良好的应用前景。阐述了Ni/CeO_(2)基催化剂催化CO_(2)甲烷化的机理,介绍了Ni/CeO_(2)基催化剂制备方法,重点总结了活性中心特征、载体性质、助剂类型和金属-载体相互作用等影响Ni/CeO_(2)基催化CO_(2)甲烷化催化性能的因素,并总结了改性Ni/CeO_(2)基催化剂的催化性能。分析发现,通过对Ni/CeO_(2)基催化剂进行改性,可以调控Ni/CeO_(2)基催化剂的CO_(2)甲烷化催化性能与产物选择性,可为提升其CO_(2)甲烷化催化性能提供新的思路。

固体碱催化剂Na_(2)SiO_(3)/MgO催化大豆油合成生物柴油的研究

以MgO为载体,采用等体积浸渍法制备固体碱催化剂Na_(2)SiO_(3)/MgO。通过X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分别对催化剂和产物进行表征。通过单因素试验和正交试验优化了大豆油制备生物柴油的工艺条件。结果表明:当Na_(2)SiO_(3)/MgO中的Na_(2)SiO_(3)负载量为20%(以MgO质量计)、醇油摩尔比为10∶1、催化剂用量4%(以大豆油质量计)、反应温度55℃、反应时间3h时,生物柴油的产率可以达到98.77%。XRD表征结果表明,当Na_(2)SiO_(3)的负载量为20%时,Na_(2)SiO_(3)以单层分散的形式附着在载体MgO表面,且没有形成新的晶体。FT-IR表征结果表明,所合成产物分子的官能团结构与目的产物相符。

废SCR催化剂中TiO_(2)载体的深度净化研究

湿法化学法是从废脱硝催化剂中回收高纯度TiO_(2)载体的有效方法。为进一步提高回收TiO_(2)纯度,同时探究湿法化学过程对TiO_(2)表面物化性质的影响,采用草酸浸出+混碱热压浸出的方法从废脱硝催化剂中回收TiO_(2),其纯度可达97.37%。采用XRD、TEM、BET、TGA等表征手段对废催化剂、回收TiO_(2)载体以及高纯商业TiO_(2)载体的表面性质进行了研究。结果表明,回收TiO_(2)载体物相结构、表面形貌、比表面积和孔结构、颗粒粒径和表面羟基均得到有效恢复,满足商业TiO_(2)载体的要求。但氧化还原性和表面酸性与高纯商业TiO_(2)载体存在一定差异。该研究为从废脱硝催化剂中回收TiO_(2)的进一步利用和改性提供了基础和参考。

SiO_(2)@Co(Ⅲ)-Salen负载型催化剂的制备及其催化CO_(2)与环氧丙烷环加成性能

CO_(2)具有惰性性质,难以固定、回收及利用,将其与环氧化物通过环加成反应制备环状碳酸酯是解决该问题的有效途径之一。M(Salen)型催化剂合成简单、催化活性高,被广泛应用于催化该环加成反应,但是均相M(Salen)催化剂很难从产物中分离、回收及再利用,因此,将均相M(Salen)催化剂非均相化是该领域的重要研究方向。采用溶胶-凝胶法制备的纳米SiO_(2)作为无机载体对Co(Ⅲ)-Salen配合物进行了负载,通过FT-IR、XRD、TGA、SEM等手段对该负载型催化剂(SiO_(2)@Co(Ⅲ)-Salen)的结构形貌进行了表征,并考察了反应温度、压力、反应时间和催化剂用量等因素对CO_(2)和环氧丙烷环加成反应的影响行为,得出该反应的最佳条件为:70℃、1.5 MPa、6 h、催化剂/环氧丙烷摩尔比=1∶500,环状碳酸酯的收率为93%。另外,通过离心分离回收催化剂进行了一次循环实验,发现该纳米催化剂可能由于离心回收过程形成了不易分散的多团聚体导致其催化效率大幅度降低。

糠醛气相加氢制备糠醇Cu/SiO_(2)催化剂的失活机理研究

采用共沉淀法制备了Cu/SiO_(2)催化剂,在固定床反应器上评价其糠醛气相催化加氢制备糠醇的反应性能,并采用XRD、H2-TPR、ICP-OES、XPS、TG、Raman、TEM等手段对使用后的Cu/SiO_(2)催化剂进行表征,研究其在反应中的失活机理。在常压、反应温度140℃、质量空速2.4 h^(−1)、氢醛比9.7的条件下,反应5 h内糠醛转化率均高于97%;反应6−21 h,糠醛转化率从96%快速下降到32%,说明Cu/SiO_(2)催化剂在糠醛加氢反应中快速失活,失活的主要原因是活性组分铜的团聚烧结和催化剂表面上积炭覆盖了反应活性位。

高分散Cu/SiO_(2)逆水煤气变换反应催化剂研究

逆水煤气变换(RWGS)反应可以有效的将CO_(2)转化为更具有价值的CO,被认为是最具有应用前景的反应之一。将Cu/SiO2催化剂用于RWGS反应,考察了在浸渍过程中添加尿素对催化剂结构和性能的影响。采用包括H2-TPR、XRD和TEM等对催化剂进行表征,并且在400~750℃的温度范围内进行RWGS性能测试。结果表明,与Cu/SiO_(2)催化剂相比,尿素辅助法制备的Cu/SiO_(2)-N催化剂在逆水煤气变换反应中具有较高的催化活性,并且对CO具有100%的选择性,尿素的引入可以有效地减小活性金属Cu的粒径,使其具有高分散性,Cu/SiO_(2)-N催化剂金属分散度达到26.5%,催化剂的活性得到了显著提高。

SiO_(2)-镍铁基复合析氧催化剂研制

近年来,电催化制氢析氧反应在清洁能源生产和高效储能方面倍受关注。镍铁基化合物资源丰富,价格低廉,具有优异的催化性能,被广泛用作电解水OER催化剂。为提高镍铁基催化剂的活性和稳定性,以泡沫镍金属片作为导电基底材料,用水热合成的方法在其表面原位合成镍铁基析氧催化剂本体,然后在其上制作SiO_(2)膜层材料,得到SiO_(2)-镍铁基复合析氧催化剂。采用CH660E电化学工作站对催化剂进行电化学测试,发现S2催化剂优于其他催化剂的析氧反应活性,过电位η10达到230 mV,比对照组S0降低17.8%,稳定电流密度提高了110.45%,达到15.3 mA/cm^(2),转移电阻值降低16%。通过SEM形貌观察,EDS元素分析,HR-TEM观察其表面形态,研究了这种SiO_(2)-镍铁基复合析氧催化剂表面材料形态及分布对其电催化性能的影响。

TiO_(2)/SiO_(2)/H^(+)-ATP复合催化剂的制备及性能

为了制备色度低、活性高、反应时间短且副反应少的钛系催化剂,以坡缕石(ATP)为载体,制备了TiO_(2)/SiO_(2)/H^(+)-ATP复合催化剂。研究了催化剂Ti,Si物质的量比及酸化ATP(H^(+)-ATP)载体引入量对催化剂催化性能的影响规律。通过探究聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)色度及流变性能,评价TiO_(2)/SiO_(2)/H^(+)-ATP催化剂的催化性能。结果表明,催化剂n(Ti)∶n(Si)为9∶1,H^(+)-ATP载体加入量为10%时,催化剂TiO_(2)/SiO_(2)/H^(+)-ATP的催化效果最佳,制备的PET性能最好。

尿素水解法制备高活性Cu-Ag/SiO_(2)催化剂及其催化草酸二甲酯加氢性能

采用尿素水解法制备了系列xCu-Ag/SiO_(2)催化剂,并用于催化草酸二甲酯(DMO)加氢合成乙醇酸甲酯(MG),使用BET、XRF、XRD、FT-IR和H_(2)-TPR对催化剂物化结构进行表征,考察不同Cu/Ag质量比对催化剂物化性质及催化活性的影响。结果表明,合适的Cu/Ag比值可有效提高催化剂的比表面积、增强Cu和Ag物种在SiO_(2)载体上高度分散、抑制Cu粒子的聚集生长、产生更多的活性位点,从而提高催化剂的反应活性。当Cu/Ag质量比为2时,催化剂活性最佳,草酸二甲酯转化率和乙醇酸甲酯选择性可达86.9%和85.3%。

不同方法制备的Cu/SiO_(2)催化剂对己二酸二甲酯加氢制1,6-己二醇的影响

分别采用沉积沉淀法、溶胶凝胶法和蒸氨法制备Cu/SiO_(2)催化剂.利用N_(2)吸附-脱附、N_(2)O滴定、XRD、FT-IR、H_(2)-TPR和NH_(3)-TPD对催化剂的物理化学性质进行表征,并考察其己二酸二甲酯加氢合成1,6-己二醇的性能.结果表明:虽然溶胶凝胶法和蒸氨法因层状硅酸铜的存在具有较高的铜分散度和表面酸性等性质,但受制于较小孔径结构,反而是传统的沉积沉淀法制备的Cu/SiO_(2)催化剂因较大的孔径具有更高的反应活性.在反应温度200℃、反应压力5.0 MPa、液时空速0.6 h^(-1)和n(氢)/n(酯)=175的条件下该催化剂可稳定运行50 h,己二酸二甲酯的转化率可达99.8%,1,6-己二醇的选择性可达98.2%.

SiO_2/(γ-Fe_2O_3-SiO_2)磁性催化剂载体的制备

采用溶胶-凝胶法制备了具有高热稳定性的γ-Fe2O3-SiO2复合材料,并在其表面进行SiO2包覆,获得了纳米尺寸磁核的单分散球形SiO2/(γ-Fe2O3-SiO2)颗粒.X射线衍射分析、热重差热分析、扫描电镜、透射电镜以及振动样品磁强计等实验结果说明:Fe2O3-SiO2复合物经过700℃以上温度煅烧30 min后才出现γ-Fe2O3晶相,更高温度或者更长的煅烧时间将导致γ-Fe2O3向α-Fe2O3的转变;经SiO2包覆后得到的SiO2/(γ-Fe2O3-SiO2)为粒径均匀的单分散球形颗粒,颗粒尺寸在150～200 nm左右,内部核心为γ-Fe2O3颗粒,外层则被严密的SiO2包裹.通过将纯Fe3O4粉外层直接包覆SiO2做对比实验表明,SiO2/(γ-Fe2O3-SiO2)具有更加优异的磁性能,是一种优良的催化剂磁性载体.

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。

聚丙烯接枝马来酸酐/SiO_2复合载体型钛催化剂制备及表征

The composite,prepared with polypropylene grafting maleic anhydride and silica crosslinked by 3 aminopropyltriethyoxysilane,was used as the carrier to support titanium chloride.XPS and FTIR measurements were emplyed to investigate the states of several atoms during stepwise supporting catalyst for clarifying the mechanism.The results showed two possible mechanisms of active catalytic sites on the composite carrier:the catalytic sites bridged through MAO on the inorganic silica gel;on contrary,the catalytic sites bridging with carbonyls of amide formed in the composite.

新型MgCl_2/SiO_2复合载体丙烯聚合催化剂的研究

采用喷雾干燥法制备了MgCl2/SiO2球形复合载体,经载钛处理后得到丙烯聚合催化剂。利用SEM、XRD、XPS、EDX等分析了催化剂的形态和物性,并进行了丙烯本体聚合研究。结果表明:负载TiCl4后制备出的球形丙烯聚合催化剂中,Ti/Mg活性组分均匀负载于SiO2堆成的微球中,催化剂保持了良好的颗粒形态。该催化剂用于丙烯聚合,具有催化活性高、立体定向性好、氢调敏感性好等特点。

载体焙烧温度对Ni/SiO_2-Al_2O_3催化剂稳定性的影响

为了获得高水热稳定的负载Ni催化剂,延长催化剂在含水液相体系中的使用寿命,以不同温度焙烧的Si O2-Al2O3为载体,采用浸渍法制备Ni/Si O2-Al2O3催化剂,通过吡啶-原位傅立叶变换红外光谱、X射线衍射、NH3-程序升温脱附和H2-程序升温还原等方法进行表征,以水相1,4-丁炔二醇加氢为探针反应,研究载体焙烧温度对Ni/Si O2-Al2O3催化剂催化加氢性能及含水体系中稳定性的影响。结果表明,在（400~800）℃,随着载体焙烧温度升高,活性组分Ni存在状态及催化剂加氢活性变化较小,但催化剂的水热稳定性下降,造成这一现象的原因是随着载体焙烧温度升高,载体表面Si O2聚集,暴露的Al3＋增加,载体水合程度增大。载体焙烧温度400℃时,Ni/Si O2-Al2O3催化剂表现出最佳的水热稳定性。

Fe_(3)O_(4)@TiO_(2)@SiO_(2)@Ag光催化剂的制备及其光催化活性研究

采用溶剂热法和溶胶-凝胶法合成了磁性Fe_(3)O_(4)@TiO_(2)@SiO_(2)复合光催化剂,再通过巯基改性,使二氧化硅表面原位合成银纳米颗粒,最终形成目标光催化剂。利用XRD、FT-IR、XPS、SEM、VSM等分析测试手段对该催化剂的组成、结构、形貌及其磁学性能进行表征。通过光催化降解40 mL罗丹明B溶液(pH 5.3,30 mg/L),催化剂按1 g/L加入反应体系,光照120 min时,罗丹明B溶液的降解率达96.22%。相同条件重复循环实验10次,罗丹明B溶液降解率仅下降4.32%,表明Fe_(3)O_(4)@TiO_(2)@SiO_(2)@Ag磁性光催化剂具有出色的光催化活性和循环使用性。