废烟气脱硝催化剂中TiO_(2)资源化回收实验研究

采用高温碱浸和酸洗的方法对废选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂进行处理,研究碱浸和酸洗对催化剂各组分的浸出效果,考察温度对催化剂浸出行为的影响规律。结果表明,碱浸温度的提高促进V和W的浸出,210℃时V和W的浸出率分别为82.38%和74.92%。经高温碱浸和酸洗处理后,Al、Ca、Na等杂质的最高浸出率均可达98%以上,回收TiO_(2)的纯度较高,可用于生产新催化剂。高温碱浸会破坏催化剂的结构,有利于后续HCl处理对杂质的去除,除杂效果优于直接酸洗处理。高温碱浸过程中会生成Na_(2)TiO_(3),经HCl反应并水解后会形成新的TiO_(2)颗粒,形成更多的小孔,比表面积增大。

共沉淀法和浸渍法制备的HoCeMn/TiO_(2)催化剂的脱硝性能

采用浸渍法和共沉淀法制备了HoCeMn/TiO_(2)脱硝催化剂并对其结构和性能进行了表征。结果表明共沉淀法增强了活性组分和载体的相互作用,从而增加了HoCeMnTi-C催化剂表面Ce^(3+)、Mn^(4+)以及吸附氧的含量,使其表现出优异的低温氧化还原性能。此外,共沉淀法制备的HoCeMnTi-C具有更多的表面酸性位点及更强的表面酸性。催化剂表面酸性和氧化还原性能的提高有助于氨的吸附和活化,从而显著提高其活性。表面酸性位点的增多还抑制了H_(2)O和SO_(2)在催化剂表面的吸附,提升了催化剂的抗水抗硫性能。催化剂上的选择性催化还原(SCR)反应遵循Eley-Rideal(E-R)机制,催化剂硫中毒是源于形成的硫酸盐覆盖或破坏了催化剂活性位。

NiPd/TiO_(2)催化剂的制备及催化甲酸分解制氢

高效、清洁且无毒无害的催化剂是实现以甲酸(HCOOH)为化学储氢材料分解制氢的重点。首先,通过水热法453 K下制备了TiO_(2)载体;然后,通过浸渍法将活性组分Ni、Pd负载到TiO_(2)载体上合成了NiPd/TiO_(2)催化剂。采用SEM、TEM、N2吸附-脱附、XRD、XPS、UV-Vis DRS对催化剂样品进行了表征。探究了由不同n(Ni)∶n(Pd)制备的催化剂对催化甲酸分解制氢性能的影响。结果表明,NiPd金属粒子对TiO_(2)的改性不仅扩大了TiO_(2)的光吸收范围,还有助于电荷分离,加速光催化反应的进行。在光照下,当NiPd/TiO_(2)催化剂中n(Ni)∶n(Pd)=2∶8时,催化剂的反应转化频率(TOF)最大,为3528 h^(–1)(323 K下),甲酸分解的活化能(E_(a))为53.9 kJ/mol。

Mn/TiO_(2)低温SCR催化剂钾中毒机理研究

Mn/TiO_(2)具有良好的低温NH3选择性催化还原NOx(SCR)的活性。烟气中存在的碱金属会从物理和化学上毒害催化剂导致Mn/TiO_(2)催化剂中毒失活。论文以暴露{101}面TiO_(2)为载体制备Mn/TiO_(2)催化剂,采用浸渍法制备K中毒催化剂,研究了Mn/TiO_(2)低温SCR催化剂钾中毒机理。实验发现,Mn/TiO_(2)催化剂脱硝效率随K中毒浓度增加而减少;新鲜Mn/TiO_(2)催化剂表面NH3-SCR反应由E-R和L-H机理共同控制;K吸附会导致催化剂比表面积降低,催化剂表面Mn4+、化学吸附氧比例降低,表面酸性位点数量减少,导致脱硝活性降低;同时K更易吸附在Mn顶位以及桥接O位附近,导致NO的吸附活化受到严重遏制,同时削弱NH3的吸附,使得L-H机理受到阻断,只能以E-R机理控制为主。

TiO_(2)基光催化剂的负载改性方法研究进展

TiO_(2)由于比表面积大、化学性质稳定、具有较高光催化活性等优点,在环境治理保护、光催化降解污染物等方面广泛应用。但其禁带宽度较大,只能吸收紫外光,且光生电子-空穴对再复合率较高,使其对太阳光的利用率大大降低,从而限制了其大规模的工业化应用。因此,如何进一步提高TiO_(2)半导体材料的光催化效果以及对太阳光的利用率备受研究者关注。对TiO_(2)的负载改性方法如非金属元素负载、金属元素负载、半导体复合改性以及染料敏化改性等方面的研究进展进行了综述。

含钛高炉渣制备硅基TiO_(2)光催化剂及其性能研究

以含钛高炉渣为原料,采用水热法-酸解-煅烧工艺合成了亚微米片状结构硅基TiO_(2)光催化剂,研究了酸解反应浓度、酸解反应时间、光催化剂投加量及光照条件对其催化性能的影响。结果表明:当酸解反应浓度为1.2mol/L、酸解反应时间为5h、光催化剂投加量为20mg时,紫外灯照射60min后亚甲基蓝降解率最高可达97.28%,可见光照射120min后亚甲基蓝降解率最高可达77.85%。

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。

分级中空结构TiO_(2)纳米微球光催化剂的制备及其性能分析

以双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯与双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物为起始材料,通过水解-缩合反应合成实心TiO_(2)-SiO_(2)纳米微球;将这些微球经碱性水热反应和后续高温煅烧,制备分级中空结构TiO_(2)纳米微球光催化剂。通过TEM、DLS、FT-IR、EDS、XRD等表征手段对其形貌、单分散性、组分及晶体结构进行测试与分析;探讨碱性水热条件对分级中空结构形成的影响机理;研究煅烧温度对光催化剂性能的作用;通过罗丹明B的光催化降解实验来评估光催化剂的活性,并与商用P25进行对比。结果表明:所得纳米微球表面有明显的刺突、单分散性好,以钛酸盐为主要成分;钛酸盐的重结晶与二氧化硅的向内蚀刻是形成分级中空结构的关键;经500℃煅烧,所得催化剂保持分级中空结构,转变为锐钛矿相TiO_(2);其光催化性能卓越,对罗丹明B的降解速率常数k可达113.49×10^(-3)·min^(-1),是实心结构的3倍,是P25的1.45倍。分级中空结构TiO_(2)纳米微球光催化剂的制备方法简单有效,为光催化降解染料的研发提供了重要参考和理论指导。

g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)(B)S型异质结光催化剂的制备及其降解四环素性能研究

采用温和的一步溶剂法将二维TiO_(2)(B)纳米片(NSs)原位生长到2D g-C_(3)N_(4)NSs表面,制备出g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)(B)二元异质结光催化剂。在氙灯照射下,g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)(B)纳米复合材料显示出比纯g-C_(3)N_(4)和TiO_(2)(B)纳米片更高的光催化降解性能,最高为82.17%。根据能带结构和XPS结果可知,在g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)(B)的界面上电子从TiO_(2)(B)转移到g-C_(3)N_(4)形成一个内建电场。同时,g-C_(3)N_(4)导带(CB)上的光生电子和TiO_(2)(B)价带(VB)上的空穴被保留,这有助于激活氧分子和羟基产生活性自由基。提高的四环素降解活性可以归因于超薄的2D/2D纳米片结构和构建的S型异质结。

Na对CuSO_(4)/TiO_(2)脱硝催化剂的活性影响研究

Na是燃煤电厂等固定源烟气中常见的元素,可以引起商业钒基脱硝催化剂的失活。目前缺乏关于Na对CuSO_(4)/TiO_(2)脱硝催化剂的影响研究,阻碍了该催化剂的进一步应用。采用湿式浸渍法制备了负载Na的CuSO_(4)/TiO_(2)脱硝催化剂,以研究Na对催化剂活性的影响。使用N2吸附-脱附、XRD、XPS、NH_(3)-TPD和in situ DRIFTS等技术对样品进行了表征。Na会破坏催化剂表面的酸性位并引起吸附氧物种和比表面积的下降,导致CuSO_(4)/TiO_(2)脱硝催化剂的失活。Na含量为2.0%的催化剂其最高NO_(x)转化率由95.2%降至90.1%,并且温度窗口也明显变窄。此外,通过与商业钒基脱硝催化剂的比较,由于CuSO_(4)/TiO_(2)催化剂上具有丰富的酸性位特别是Br?nsted酸性位和吸附氧物种,CuSO_(4)/TiO_(2)脱硝催化剂对Na的抵抗能力显著高于商业钒基催化剂。

氮掺杂TiO_(2)光催化剂制备及性能分析

目的 :制备氮掺杂TiO_(2)光催化剂,并对催化剂性能分析。方法 :制备氮掺杂TiO_(2)光催化剂,并对其进行比表面积、紫外-可见吸收光谱、光催化活性等测试。结果 :随着煅烧温度的不断增加,催化剂比表面积呈现出逐渐递减的趋势;催化剂在400~500 nm波段可见光区域内具有光催化活性;随着煅烧温度的逐步提升,催化剂降解能力逐渐增强,直至400℃时达到最佳状态。结论 :氮掺杂TiO_(2)光催化剂在400℃温度煅烧下的各项性能最佳,因此在实际应用中,应将这一温度作为最佳煅烧条件。

VPO/TiO_(2)催化剂表面酸性位调控及低温NH_(3)-SCR脱硝性能研究

采用HCl调控负载型钒磷氧(VPO/TiO_(2))催化剂的表面酸性,用于研究VPO/TiO_(2)催化剂的NH_(3)-SCR脱硝性能.结果表明:在HCl/V物质的量比为3~5:1范围内,催化剂的脱硝活性最高,当反应温度达到200℃时脱硝效率接近100%.表征结果表明:HCl的添加能提高催化剂的结晶度,HCl的调控使得VPO/TiO_(2)催化剂的比表面积略有增加.同时,也使得VPO/TiO_(2)催化剂中活性组分V^(4+)的量从38%逐渐升高至46%,提高了催化剂的氧化还原性能.此外,不同HCl/V物质的量比的催化剂中化学吸附氧的相对含量随着HCl加入量的增加而提高.吡啶红外测试结果显示:HCl能影响催化剂酸性位点,HCl/V物质的量比=5的催化剂Lewis酸含量最高,总酸量为0.84×10^(-4)mol/g.数据拟合进一步表明,所有VPO/TiO_(2)催化剂的低温脱硝活性均与弱Lewis酸量呈正相关(相关系数>0.9),与活性测试相吻合.

Co_(3)O_(4)-MMT催化剂的制备及其N_(2)O催化分解性能

以MMT为载体,采用原位聚合-配位沉积法制备3种不同Co负载量的Co_(3)O_(4)-MMT催化剂。采用N 2物理吸附、XRD和TEM对载体和催化剂进行表征,并在连续流动微反装置上考察其N_(2)O催化分解性能。结果表明,与Co_(3)O_(4)催化剂相比,Co_(3)O_(4)-MMT催化剂的比表面积显著增大,且活性组分Co_(3)O_(4)具有较高的分散状态。Co_(3)O_(4)-MMT催化剂的催化活性随着Co含量的增加先升后降,其中0.015Co-MMT表现出最佳的催化活性,其活性远高于Co_(3)O_(4)催化剂,同时,该催化剂还表现出良好的催化稳定性和较好的杂质气体耐受性。

磷钨酸/TiO_(2)光催化剂在废水处理中的应用

磷钨酸/TiO_(2)复合光催化剂具有安全环保、催化活性高、化学稳定性好、无毒、易回收等优点,在光催化领域具有良好的前景。介绍了磷钨酸/TiO_(2)复合光催化剂的光催化机理,综述了磷钨酸/TiO_(2)复合光催化剂去除废水中染料分子及其他有机污染物的应用,并阐述了其发展前景。

碳量子点-纳米TiO_(2)复合光催化剂对污水中Cr(Ⅵ)的去除研究

为了开发高效的重金属离子可见光催化剂,以枸杞为碳源采用微波法制备碳量子点(Carbon Quantum Dots,CQDs),以三氯化钛溶液为前驱体,通过水热法制备纳米TiO_(2),并用硅烷偶联剂(KH-540)对纳米TiO_(2)表面进行改性,将改性后的纳米TiO_(2)与枸杞碳量子点复合制备出复合光催化剂(CQDs/TiO_(2)),并在含Cr(Ⅵ)废水pH值=3及pH值=7的条件下研究了CQDs/TiO_(2)对紫外光和可见光作用下的催化性能。研究结果表明:无论是紫外光还是可见光,初始pH值=3时CQDs/TiO_(2)和纳米TiO_(2)对溶液中Cr(Ⅵ)的催化去除率均比pH值=7时高;在初始pH值=3,Cr(Ⅵ)初始质量浓度为10 mg/L,CQDs/TiO_(2)投加量1 g/L的条件下,Cr(Ⅵ)的可见光催化去除率可达61%,比单独TiO_(2)提高了20%。该碳量子点-TiO_(2)复合光催化剂的制备可明显提高溶液中Cr(Ⅵ)的去除,可为污水中其他重金属离子的去除提供参照,具有显著的研究意义。

紫外光促进电子迁移对Pt/TiO_(2)催化剂CO催化氧化性能的影响

为了提高CO催化氧化性能,将Pt/TiO_(2)催化剂在液相中进行紫外照射预处理以增加电子−空穴迁移速率,诱导Pt颗粒长大,然后制备不同UV照射时间的Pt/TiO_(2)催化剂,测试样品的催化性能和氧化能力,表征样品表面的活性颗粒直径、金属分散度和元素价态,并利用原位红外光谱研究CO催化反应机理的变化。研究结果表明,制备的Pt颗粒直径为1~2 nm,经过8 h UV预处理的Pt/TiO_(2)催化剂颗粒直径最大,Pt0含量增加,且具有最佳的CO催化性能,CO的完全转化温度降低了约45℃,活性位点的TOF提高15倍。通过对反应机理的分析发现,UV照射能减少副反应发生,提高CO转化率。

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。

CuO/TiO_(2)负载型催化剂的制备、拉曼光谱表征及催化CO氧化反应性质评价

通过设计包含催化剂制备、仪器表征和性质研究一体的综合实验,可以加深学生对催化化学的认识,使得传统理论催化教学更加立体化。本综合实验包括使用沉积-沉淀法制备CuO/TiO_(2)催化剂,使用拉曼光谱对催化剂结构进行物相分析,以及评价该催化剂催化CO氧化反应的性能三方面内容,使学生建立起化学材料“结构-性能”之间的初步认识,提升科研实践能力,为今后科研之路奠定基础。

双助催化剂Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)分层花状微球用于增强光催化产氢活性

在“碳达峰、碳中和”背景下,太阳能驱动的半导体光催化技术被认为是解决能源危机和环境问题的有效方法之一.开发高效的半导体光催化材料是半导体光催化技术发展的重中之重.在众多半导体光催化材料中,TiO_(2)因其无毒性、光化学稳定性良好和价格低廉等优点,在光催化领域备受关注.然而,单一TiO_(2)较低的光生载流子的分离和转移效率是制约其进一步应用的关键问题.通过负载助催化剂可以提供更多的活性位点、增强光吸收以及提高光生载流子的分离和转移效率,被认为是提高光催化活性的有效策略.本文利用静电自组装策略和光还原法成功地将双助催化剂Ti_(3)C_(2)纳米片和Ag纳米颗粒修饰在分层花状TiO_(2)微球表面,构筑了Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合光催化材料,并考察其光催化产氢性能.Zeta电位测试结果表明,带有相反表面电荷的分层花状TiO_(2)微球和Ti_(3)C_(2)纳米片可以通过静电作用构筑稳定的Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合光催化材料.同时,基于Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料的光催化性能,在光照条件下Ag+可被还原为Ag而被固定在Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料表面.通过X射线粉末衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等证明成功制备了Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合光催化材料.此外,X射线光电子能谱也证明了复合材料中存在光生电子的分离和转移过程.接触角测试结果表明,构筑的Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料具有较好的亲水性,可以更好地吸附水分子以保证还原反应的进行.紫外-可见漫反射光谱测试结果表明,Ti_(3)C_(2)和Ag助催化剂的引入提高了材料的光吸收能力.荧光光谱、时间分辨荧光光谱、光电流密度和电化学阻抗等测试结果表明,Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料具有较好的光生载流子分离和转移效率以及更长的光生载流子寿命.另外,线性扫描伏安测试证明了Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料具有低的过电势,更加有利于析氢反应.在模拟太阳光照射下,最佳Ti_(3)C_(2)(3 wt%)和Ag(2.5 wt%)含量的Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料的光催化产氢速率为1024.72μmol g^(–1)h^(–1),分别约为单一TiO_(2),Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料和Ag/TiO_(2)复合材料的40,2.3和1.8倍,且三次循环利用后仍保持较好的光催化产氢活性.光催化产氢活性的提高主要归因于Ti_(3)C_(2)和Ag双助催化剂的引入增强了光吸收能力和提高了光生载流子的分离和转移效率,从而增强了TiO_(2)的光催化活性.综上,本文揭示了构建双助催化剂的复合光催化材料更加有利于促进光催化材料的光生电子-空穴对的分离和转移,对高活性和高稳定性光催化剂的设计和性能调控有一定参考价值.

用于析氢反应的TiO_(2)基光催化剂的研究进展

TiO_(2)作为一种应用于光催化领域的前沿材料,受到了广泛的关注。TiO_(2)作为光催化剂的性能取决于各种参数,包括形貌、表面积和结晶度。虽然TiO_(2)在各种催化体系中均表现出良好的催化活性,但由于其低导电性和较宽带隙,TiO_(2)作为光催化剂的性能普遍受到限制。众多研究致力于克服这些问题,使得光催化性能得到了显著改善。本文综述了近年来TiO_(2)光催化析氢反应的研究进展,重点讨论了关于催化剂组分的改变、掺杂以及光敏化对TiO_(2)光催化活性的调整与改良,对每种改性方法的优点和局限性进行了评述,最后指出了TiO_(2)作为光催化剂在未来发展中面临的主要问题和发展前景。