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。

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。

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。

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。

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。

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.

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.

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。

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。

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。

铥改性MnCeO_(x)/TiO_(2)催化剂在氨中低温还原NO_(x)的优越性能

采用溶胶-凝胶法制备了MnCeTm_(y)O_(x)/TiO_(2)(y为Tm/Mn摩尔比,y=0.1,0.3,0.5)低温SCR脱硝催化剂,研究和分析了TmO_(x)对催化剂脱硝性能的影响。所研制的MnCeTmO_(x)/TiO_(2)催化剂提高了以氨为还原剂的低温选择性催化还原(SCR)脱硝性能,并采用XRD、NH_(3)-TPD分析探究了TmO_(x)的作用及内在机制。结果表明,当y=0.3时,催化剂具有最佳的脱硝效果,在150℃具有95%以上的NO_(x)转化率。对催化剂进行了稳定性测试和不同空速下的性能测试结果表明,MnCeTm 0.3 O_(x)/TiO_(2)催化剂具有良好的稳定性,且在两种空速下均能保持优异的低温NH_(3)-SCR脱硝性能。

MoO_(3)用量对5%TiO_(2)-nMoO_(3)催化剂加氢脱硫性能的影响

采用熔融盐焙烧法和浸渍法制备了不同MoO_(3)用量的5%TiO_(2)-nMoO_(3)催化剂,在自制高压微反装置上以二苯并噻吩/环己烷溶液为模型反应物评价了催化剂的加氢脱硫活性。采用XRD,BET,H_(2)-TPR,NH 3-TPD等手段对催化剂试样的物相结构、比表面积、还原性能、表面酸性等进行表征分析。结果表明,在反应压力4.0 MPa、液时空速10 h^(-1)、氢油体积比600∶1的条件下,增大MoO_(3)用量,加氢脱硫活性先增大后降低,当MoO_(3)用量为15%时,在280℃、300℃、320℃下,对二苯并噻吩的加氢脱硫转化率最大能够达到30.08%、95.35%、97.42%。5%TiO_(2)-nMoO_(3)催化剂的二苯并噻吩脱硫反应主要以直接脱硫途径进行。

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。

CdSe QDs/TiO_(2)复合催化剂对氨氮废水的光降解性能研究

针对氨氮废水的有效处理,文章以水相合成法制备CdSe量子点溶液,通过巯基丙酸将CdSe量子点负载在P25载体上,制备了CdSe QDs/TiO_(2)复合光催化剂。通过TEM、XRD、XPS和EIS等表征测试结果,分析证实了复合催化剂的结构和可见光吸收能力。在弱碱条件下,通过考察助催化剂、CdSe QDs负载量、催化剂投加量和氨氮初始浓度等因素,评价了该体系在多因素影响下的光催化降解效率。结果表明,氨氮初始浓度为50 mg/L,pH=9,CdSe QDs负载量为1%,催化剂添加量为0.05 g,K_(2)S_(2)O_(8)添加量为0.054 g(2 mmol/L)时,光催化降解效果最佳,氨氮降解率达到81.79%。通过活性物质捕获实验研究了CdSe QDs/TiO_(2)光催化降解氨氮废水的机理,证实了体系中主要氧化活性物质为·O_(2)^(-)。

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。

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。

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%。

稀土La掺杂TiO_(2)纳米纤维高响应光催化降解染料研究

为了提高TiO_(2)光催化性能,并研究金属离子掺杂对TiO_(2)光催化性能的影响,采用静电纺丝技术和煅烧工艺制备稀土元素La掺杂TiO_(2)无机纳米纤维膜,通过SEM、XRD、FT-IR、TG测试对材料的形貌、结构进行表征,以亚甲基蓝为靶向降解剂,进一步深入研究La^(3+)改性TiO_(2)光催化氧化降解染料的机理。结果表明,当染料浓度为10 mg/L,La^(3+)掺杂改性纳米TiO_(2)纤维的浓度为15 mg/10 mL条件下,催化10 min的降解率为63.41%,催化70 min的降解率即可达到99.87%,比未掺杂TiO_(2)纳米纤维的降解率提高了6.36%,可见,La^(3+)的掺杂提高了TiO_(2)光催化降解速率,所需要的时间减少了。