Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂的制备及其在甲烷氧化偶联反应中的应用

采用浸渍法制备了Na_(2)WO4-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂,研究了Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂对甲烷氧化偶联反应(OCM)的影响,利用SEM,XRD,EDS等分析方法对催化剂进行表征,并与Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/SiO_(2)催化剂进行对比。实验结果表明,Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂的活性组分W和Mn在钛酸钡表面分布均匀,且反应过程中催化剂的结构基本保持不变,在反+应温度为800℃、甲烷与氧气摩尔比为1.5时,Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂催化OCM反应的C_(2)收率约为19%,C_(2)^(+)收率约为21%。与Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/SiO_(2)催化剂相比,Na_(2)WO_(4)-Mn_(x)O_(y)/BaTiO_(3)催化剂的反应起活温度低60℃,具有更加活泼的活性氧位,能够在更低的温度条件下开始OCM反应。

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.

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。

类金属WO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂的构造及其优异的光催化性能

随着化石燃料快速消耗和环境污染日益严峻,高效光催化产氢技术作为最有前景的绿色能源技术之一而备受关注.作为典型的2D纳米片,g-C_(3)N_(4)具有很多适合应用在光催化领域的特性,如可见光效应、大比表面积和环境友好等,但单一g-C_(3)N_(4)的载流子复合率高,光催化性能不佳.研究者尝试负载贵金属(如Pt,Ag,Au等),利用贵金属功函数较高,可以快速捕获g-C_(3)N_(4)表面的光生电子,从而有效抑制光生载流子的复合;但其成本较高,限制了该技术的产业化.目前类金属材料(MoO_(2),NbO_(2),WO_(2)等)不仅表现出类似贵金属的特性,且价格低廉,有望替代贵金属.因此,引入类金属助催化剂是实现高载流子浓度和宽光谱照射下强光子吸收的好方法.本文设计并制备了类金属WO_(2)/g-C_(3)N_(4)纳米复合物,其表现出了较好的光催化性能:在可见光照射2h,4 wt%WO_(2)/g-C_(3)N_(4)的光催化降解效率高达96%;同时,4 wt%WO_(2)/g-C_(3)N_(4)/Pt产氢效率高达2436.9μmolg^(-1)h^(-1),是未改性样品3 wt%Pt/g-C_(3)N_(4)的2.55倍和非贵金属样品WO_(2)/g-C_(3)N_(4)的6.18倍,且表现出很好的循环稳定性.紫外可见漫反射光谱和态密度计算结果表明,WO_(2)具有非常窄的带隙,可吸收200-800 nm的宽范围可见光.实验测试和理论计算结果表明,WO_(2)因带隙较窄而表现出类金属特性,即在WO_(2)/g-C_(3)N_(4)界面,WO_(2)快速捕获电子,从而抑制光生载流子的复合.类金属WO_(2)因具有较低的功函数而表现出比贵金属Pt低的捕获光生电子活性.综上,本文为合理设计助催化剂/半导体,实现高效的光催化性能提供了新视角.

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。

WO_(3)改性Cu/CeO_(2)催化剂选择性催化氧化乙二胺的性能研究

以CeO_(2)为载体、Cu物种为主要活性位点,采用浸渍法制备了一系列WO_(3)改性Cu/CeO_(2)催化剂。研究了WO_(3)质量分数对乙二胺(EDA)选择性催化氧化(SCO)性能的影响,并通过XRD、XPS、H_(2)-TPR、NH_(3)-TPD等方法对催化剂的物理化学性质进行了分析表征。结果表明,WO_(3)改性的Cu/CeO_(2)催化剂的N2选择性大幅提高,其中Cu/5W/CeO_(2)在337℃时对EDA实现了100%的转化率,该温度条件下NO_(x)的浓度大幅降低,同时具有较好的活性和选择性。表征结果表明,WO_(3)的引入显著提高了催化剂的酸性位点数量,促进了对反应副产物NO_(x)的催化还原,提高了反应的N2选择性。

WO_(3)/TiO_(2)纳米晶的火焰合成及其电致变色性能研究

通过自行设计的火焰喷雾燃烧系统合成纯WO_(3)和Ti掺杂的WO_(3)/TiO_(2)纳米晶,采用旋涂法进行薄膜制备,并通过多种表征手段研究Ti掺杂量和退火温度对薄膜电致变色的影响。研究表明,Ti掺杂为薄膜提供更多的活性位点,增大离子迁移速率和电导率,WTi-6薄膜在633 nm处的最大光学调制为67.11%,着色效率也为纯WO_(3)薄膜的1.7倍。同时,400℃的退火处理增强了WTi-6薄膜和导电基材的附着力,薄膜的电化学性能得到提升,Li+在薄膜上嵌入/脱出的可逆性增强。相应地,退火后WTi-6薄膜获得较高光学调制范围(76.05%),响应速度加快,在着色时间和褪色时间也分别由未退火的5.7、10.4 s缩短为5.5和8.2 s,着色效率提高至82.20 cm^(2)/C。因此,通过火焰喷雾燃烧进行Ti掺杂改性和退火工艺精进,提高了WO_(3)薄膜电致变色性能,拓展了WO_(3)纳米晶的制备工艺,具有良好的应用前景。

化学混凝-TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)光催化降解处理印刷废水

为了实现对高色度和高化学需氧量实际印刷废水的高效降解,采用混合法制备了TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、N_(2)吸附-脱附、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、稳态荧光光谱(PL)、瞬态光电流(TPC)和电化学交流阻抗(EIS)等表征技术对复合光催化剂的物相晶型、比表面积、光化学和电化学性能进行了全面的表征。TiO_(2)与g-C_(3)N_(5)复合后形成异质结,提高了对可见光的吸收和转化能力,拓宽了光谱响应范围,有效抑制了光电子-空穴的复合,TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)比表面积达到了76.77 m^(2)/g。以FeCl_(3)和聚丙烯酰胺(PAM)为混凝剂和助凝剂对实际印刷废水进行预处理,实现了对印刷废水中悬浮物的去除。在Ti O_(2)/g-C_(3)N_(5)复合光催化剂投加量为0.8 g/L、光照时间为60 min、印刷废水p H为5的条件下光催化处理实际印刷废水,实际印刷废水的COD去除率和色度去除率分别为94.36%和96.82%。循环使用10次后TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)复合光催化剂对实际印刷废水的COD去除率和色度去除率分别为89.76%和90.34%,仍具有良好的处理效果。

La^(3+)修饰对纳米ZnO/TiO_(2)复合粉体的光催化性能影响

以La_(2)(SO_(4))3、Ti(SO_(4))2和ZnSO_(4)·7H_(2)O为原料,体积分数为40%的乙醇作溶剂,用共沉淀法制备La^(3+)修饰纳米ZnO/TiO_(2)复合光催化材料,初步研究了La^(3+)修饰对ZnO/TiO_(2)光催化性能的影响。有实验可知,用最佳镧掺杂量为0.2%的Zn∶Ti=3∶10的ZnO/TiO_(2)样品,La^(3+)修饰ZnO/TiO_(2)纳米复合粉体对甲基橙降解率可达到38.4%。掺入金属La^(3+)有效地抑制ZnO/TiO_(2)纳米复合粉体粒子之间的团聚,比表面积增加,光催化活性明显增强。并采用XRD等测试手段对其进行表征。

制备条件对柴油车用V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂催化性能的影响

采用偏NH_4VO_3和TiO_2为前驱体制备选择性催化还原(SCR)催化剂涂层所需浆料,分别以分步涂覆法和一步涂覆法将浆料浸涂在蜂窝陶瓷载体上,得到了整体涂覆式选择性催化还原催化剂。对草酸添加量、焙烧时间及V_2O_5含量对催化活性的影响进行了研究,结果表明,V_2O_5(4%)-WO_3/TiO_2(450℃,3 h)和V_2O_5(5%)-WO_3/TiO_2(450℃,2 h)催化剂活性最优,新鲜催化剂的NO起燃温度(T_(50))分别为195℃和205℃,在270℃,NO转化率接近100%;操作窗口(≥80%转化率)相对较宽,分别为(225～500)℃和(230～485)℃;当V_2O_5负载量较小时,V_2O_5主要以等轴聚合的钒基型式V_3O_7和V_6O_(13)存在,钒基为催化剂活性中心,当V_2O_5负载质量分数较大(超过6%)时,V_2O_5主要以结晶相存在,催化作用较小。

WO_(3)/TiOF_(2)-TiO_(2)复合催化剂的制备及其光催化性能研究

采用水热法制备了具有太阳光光催化性能的WO_(3)/TiOF_(2)-TiO_(2)三元复合的系列光催化剂W∶Ti=X∶10(X=0.5、1、3、5)(其中X∶10为W与Ti元素的物质的量之比,下同)。为提升催化剂性能,在复合前用NaOH溶液对TiOF_(2)进行了改性处理,制备了W∶OH-Ti=X∶10(X=0.5、1、3、5)系列光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光光谱(PL)等手段对样品进行了表征。在模拟太阳光照射下,以盐酸四环素(TTCH)溶液为模拟废水,对催化剂性能进行了研究。结果表明,WO_(3)的加入使部分TiOF_(2)在高温下转变为TiO_(2),W∶OH-Ti=1∶10复合光催化剂与TiOF_(2)相比,禁带宽度降低,可见光响应增强,电子-空穴的复合受到了抑制,并且TiOF_(2)经NaOH处理后,复合光催化剂增加了更多的羟基。模拟太阳光照射2.5h后,投加量为0.3g/L的W∶OH-Ti=1∶10催化剂对TTCH的降解率可达85%,说明所制备的三元复合光催化剂具有良好的催化效果。

基于WO_(3)-MoO_(3)和TiO_(2)/CdS复合电极的光电致变色器件

以导电玻璃为基底,通过水热法制备WO_(3)-MoO_(3)薄膜,采用循环伏安、计时电量、计时电流、电化学阻抗测试方法对其电致变色性能进行测试;通过水热法结合连续离子层沉积法制备了TiO_(2)/CdS复合薄膜,采用线性循环伏安、瞬态光电流、透过率测试方法对其光电转换性能进行了测试。最后将性能最好的WO_(3)-MoO_(3)薄膜和TiO_(2)/CdS复合薄膜分别作为光电致变色器件的变色阴极、光阳极构建WO_(3)/MoO_(3)-TiO_(2)/CdS光电致变色器件。结果表明,与WO_(3)-TiO_(2)/CdS器件相比,WO_(3)/MoO_(3)-TiO_(2)/CdS光电致变色器件具有较大的光学调制范围(630nm处为41.99%)、更高的着色效率(35.787cm^(2)/C),且光电转换效率(0.126%)为WO_(3)-TiO_(2)/CdS器件(0.053%)的2.38倍。

WO_(3)/TiO_(2)催化剂活性组分W对SO_(2)的氧化特性

采用超声浸渍法制备了不同W负载量的WO_(3)/TiO_(2)催化剂,研究了W负载量、温度及SO_(2)浓度对催化剂表面SO_(2)氧化过程的影响。结果表明,催化剂表面SO_(2)氧化率随W负载量及温度的升高而增大,当W负载量由1%增至7%时,SO_(2)氧化率由0.034%升高至0.210%;而当温度由280℃升高至400℃时,SO_(2)氧化率由0.043%升高至0.240%。通过N_(2)吸附、XRD、Raman、NH_(3)-TPD、H_(2)-TPR及XPS等方法对催化剂样品进行表征。结果表明,活性组分W的增加会导致WO_(x)增加,该结构能够减弱催化剂表面Brønsted酸性位点强度,增强SO_(2)在催化剂表面的吸附,同时导致催化剂表面吸附氧(O_(α))增多,促进SO_(2)氧化;针对W负载量5%的催化剂原位红外试验结果表明,通入SO_(2)后会与催化剂表面W—O—W结构反应形成HSO_(4)^(-),同时将W^(6+)还原为W^(5+)。反应过程中,O_(2)并不直接氧化SO_(2),而是与中间产物反应重新生成W—O—W,使得W^(5+)再次氧化为W^(6+);另外,O_(2)会促进HSO_(4)^(-)向吸附态的SO_(3)转化,促进SO_(3)在催化剂表面的脱附。

固体酸催化剂WO_3/TiO_2催化合成丁酸异戊酯

本制备了WO_3为活性组分,TiO_2为载体的双金属固体酸酯化催化剂WO_3/TiO_2,采用IR测试技术对催化剂进行了表征。将该催化剂用于正丁酸与异戊醇进行酯化反应合成了丁酸异戊酯,考察了催化剂用量、n(异戊醇):n(正丁酸)、反应时间、带水剂种类和催化剂重复使用性等因素对酯化率的影响。实验结果表明,该催化剂催化合成丁酸异戊酯的适宜反应条件为:n(异戊醇):n(正丁酸)=1.2、催化剂用量2.0g、反应时间110min,酯化率可达95.2%。

烧结烟气中Zn对V_(2)O_(5)-WO_(3)/TiO_(2)催化剂脱除NO_(x)和二噁英性能的影响

V_(2)O_(5)−WO_(3)/TiO_(2)(VWTi)催化剂可以同时脱除铁矿烧结烟气中的NO_(x)和二噁英,但复杂的烟气成分会导致催化剂失活.本文采用浸渍法对VWTi催化剂进行ZnCl_(2)、ZnO和ZnSO_(4)中毒实验.模拟烧结烟气条件,研究了在VWTi催化剂表面负载不同形态Zn对其同时脱除NO_(x)和二噁英(以氯苯作为模拟物)性能的影响,分析了中毒前后催化剂表面活性物质的理化性质,并对中毒催化剂开展了再生实验.结果表明:不同Zn物种对VWTi催化剂同时脱除NO_(x)和氯苯(CB)均具有失活作用.Zn物种会引起催化剂表面颗粒轻微团聚,表面酸性位点数量减少,表面V的还原性减弱,表面化学吸附氧比例,以及V^(5+)和V^(4+)的物质的量比值降低.再生实验结果表明:酸洗可以在一定程度上恢复中毒催化剂的催化活性,但水洗不能恢复中毒催化剂的活性.研究发现Zn盐中毒作用机理为:Zn^(2+)与催化剂表面酸性位点V=O和V−OH反应形成V−O−Zn,对NH_(3)与CB的吸附产生不利影响,造成催化剂中毒失活,ZnSO_(4)中的SO_(4)^(2-)可以为NH_(3)和CB的吸附转化提供新的酸性位点,减轻中毒效果,ZnCl_(2)中的Cl−会在反应后产生副产物HCl,造成催化剂表面更多活性位点中毒,加深中毒效果.

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。

复合材料WO_(3)-TiO_(2)的制备及光催化应用研究进展

TiO_(2)作为一种优良的半导体材料,广泛适用于工业生产,同时作为一种廉价无害的催化剂,应用于有机污染物降解和光解水制氢,WO_(3)与TiO_(2)均具有一定的光催化性能,但由于二氧化钛对禁带宽度较大,电子-空穴对恢复速率快,导致其对可见光的响应小。TiO_(2)与WO_(3)的复合能够显著改善TiO_(2)的光催化性能。主要介绍近十年来WO_(3)-TiO_(2)材料的一些复合制备方法和应用,最后对其发展方向进行展望。

TiO_(2)介晶催化剂的制备与性能研究

利用三聚氰胺与偏钛酸为主要材料,制备出g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)介晶催化剂,以此为基础,通过X射线衍射、N2-物理吸附、傅里叶红外光谱、紫外-可见光漫反射吸收光谱与荧光谱检测等方式,对g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)介晶催化剂性能予以检测。通过检测发现,该催化剂的禁带宽度较低,仅有2.42 eV,在紫外与可见光区间内,都具有良好的吸收性,比表面积显著提升,光生电子与空穴复合率降低,同时在500℃煅烧条件下,持续煅烧1.0 h,且g-C_(3)N_(4)与TiO_(2)的比例在2∶1时,其可见光活性达到峰值;在30 min之内,NOx的去除率较高,可以达到50.19%,远远高于常规gC_(3)N_(4)催化剂。

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。

介孔WO_(3)/SiO_(2)的制备及其氧化脱硫性能

以稻壳为硅源和介孔模板,磷钨酸为钨源,采用等体积浸渍法制备了一系列不同WO_(3)负载量的介孔WO_(3)/SiO_(2)催化剂。结果表明,低负载量的样品,WO_(3)晶粒在载体SiO_(2)上高度分散,且样品的比表面积、外表面积和介孔体积均较高。采用二苯并噻吩(DBT)和4,6-二甲基二苯并噻吩(4,6-DMDBT)模拟油的氧化脱硫反应,评价了样品的催化性能。在优化的条件下,2.4%WO_(3)/SiO_(2)样品给出了99.9%的DBT转化率和99.5%的4,6-DMDBT转化率。