银基催化剂调控及其甲醛催化氧化性能研究

银基催化剂具有较好的氧化能力,在环境催化领域具有良好的应用前景.采用等体积浸渍法制备银基催化剂,考察了助剂种类、预处理气氛和温度、载体孔道结构等制备工艺条件对银基催化剂上甲醛(HCHO)催化氧化性能的影响.实验结果表明,在6%的Ag/SBA-15催化剂中添加3%的Fe助剂能显著提高催化剂的HCHO催化氧化性能,先后采用O_(2)和H_(2)处理有助于提高催化剂活性,载体孔道结构对HCHO催化氧化活性影响较小,采用共浸渍法制备的银基催化剂的性能优于两步浸渍法制备的催化剂的性能.其中采用共浸渍法制备的AgFe/SBA-15催化剂,在O_(2)(600℃)和H_(2)(400℃)先后处理后,表现出良好的HCHO催化氧化性能,在75℃时可将HCHO完全转化为CO_(2)和H_(2)O.

硫掺杂氧化钨电催化剂的析氢性能研究

通过硫掺杂来改善氧化钨(WO_(3))电催化剂活性不足和反应动力学缓慢的问题.采用二次煅烧法成功合成了硫掺杂氧化钨(S-WO_(3))电催化剂,并系统地研究了掺杂浓度对其形貌、结构和电化学性能的影响.结果表明,硫掺入氧化钨后能够在引入氧缺陷的同时调控电子结构,显著提高了氧化钨的电催化活性.使用硫粉量为0.11 g的S-WO_(3)-1催化剂具有最佳的硫掺杂浓度.为了实现10 mA cm^(-2)的电流密度仅仅需要161 mV过电位,并且能够持续长达30000 s的析氢过程,显示出优异的催化活性和循环稳定性.本研究为开发掺杂型高效析氢电催化剂提供了新途径.

Fe-Si-Al高级氧化催化剂非均相Fenton处理造纸废水

造纸废水中的污染物种类繁多,COD_(Cr)排放量较大.目前,常规均相Fenton工艺在造纸废水深度处理中得到了广泛应用,然而该工艺存在硫酸亚铁用量较高和污泥产量较大的问题.本文将常规Fenton污泥为主要原料制取的Fe-Si-Al高级氧化催化剂应用于非均相Fenton处理造纸废水,以COD_(Cr)的去除率和污泥产量作为评价指标,并利用SEM、XRD、FT-IR等现代仪器手段,研究其应用工艺及反应机理.结果表明,当反应体系初始pH值为3、催化剂投加量10 g/L、m(COD_(Cr))∶m(H_(2)O_(2))=1∶1、反应时间90 min时,COD_(Cr)的去除率可达73.6%,污泥产量较常规Fenton降低了91.8%.催化剂中的铁铝尖晶石(FeAl_(2)O_(4))和铁橄榄石(Fe_(2)SiO_(4))为体系提供Fe^(2+).催化剂经过10次循环利用,COD_(Cr)去除率仍保持在70%左右,表明其具有良好的循环利用性能.非均相Fenton降解有机物的种类较均相Fenton更多,可破坏苯环结构.

无有机模板法制备Cu-ZSM-5催化剂及其选择性催化氧化苯乙烯

不使用任何有机模板剂,硝酸铜和正硅酸四乙酯(TEOS)经过酸性水解、碱性陈化和水热晶化,制备得到四配位铜修饰ZSM-5沸石(Cu-ZSM-5)。考察凝胶的Si/Al摩尔比、pH值、晶化温度和晶化时间对Cu-ZSM-5的晶型和相对结晶度的影响。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、紫外漫反射谱和X-射线光电子能谱等手段对Cu-ZSM-5进行分析表征。结果表明:Cu-ZSM-5沸石具有MFI结构,结晶度高,无其他杂晶;铜原子以四配位为主。四配位铜是催化氧化苯乙烯的活性位点;在m(Cu-ZSM-5-50)=0.1 g、n(TBHP)/n(Styrene)=1.5、T=60℃、t=5 h条件下,苯乙烯转化率和苯甲醛选择性分别为76.5%和69.4%,表明Cu-ZSM-5-50具有较高的催化活性和较好的重复利用性。该制备方法不使用有机模板剂,无需高温焙烧,Cu-ZSM-5催化剂的制备成本大大降低。

电解银催化甲醇氧化制甲醛实验的课程思政设计

将具有工业生产特色的“电解银催化甲醇选择性氧化”转化为一个综合的物理化学实验,通过实验学生可以掌握气固相反应装置运行的规范操作及反应条件的控制对催化性能的调控,推动了工科和理科融合渗透。同时引导学生理解催化技术对提高工业生产经济效益和可持续绿色发展的重要意义,该实验的开展可以强化学生学以致用的意识,增强对化工生产问题的综合性和复杂性的认识,还可以培养学生团队意识和合作能力,培养科技创新促进化工生产的意识和抓住事物本质从根本上解决问题的意识,强化学生的学科素养和社会责任感。

锰超氧化物歧化酶的催化原理与酶活性调节机制

锰超氧化物歧化酶(MnSOD)催化两分子超氧自由基歧化为分子氧和过氧化氢。超氧自由基被Mn~(3+)SOD氧化成分子氧的反应以扩散的方式进行。超氧自由基被Mn~(2+)SOD还原为过氧化氢的反应以快循环和慢循环两条途径平行进行。在慢循环途径中,Mn~(2+)SOD与超氧自由基形成产物抑制复合物,然后该复合物被质子化而缓慢释放出过氧化氢。在快循环途径中,超氧自由基直接被Mn~(2+)SOD转化为产物过氧化氢,快速循环有利于酶的复活与周转。本文提出温度是调节锰超氧化物歧化酶进入慢速或者快速循环催化途径的关键因素。随着在生理温度范围内的温度升高,慢速循环成为整个催化反应的主流,因而生理范围内的温度升高反而抑制该酶的活性。锰超氧化物歧化酶的双相酶促动力学特性可以用该酶保守活性中心的温度依赖性配位模型进行合理化解释。当温度降低时,1个水分子(或者OH~-)接近Mn、甚至与Mn形成配位键,从而干扰超氧自由基与Mn形成配位键而避免形成产物抑制。因此在低温下该酶促反应主要在快循环通路中进行。最后阐述了几种化学修饰模式对该酶的调节,说明锰超氧化物歧化酶受到多种形式的快速调节(变构调节与化学修饰)。这些快速调节直接改变酶的活化状态,进而调节细胞中超氧自由基和过氧化氢的平衡与流量,为揭示锰超氧化物歧化酶和超氧自由基的生理作用提供新理论。

高选择性部分氧化催化剂Au-Pd/TiO_(2)-SiO_(2)的设计合成与苯甲醇部分氧化反应

贵金属纳米催化剂在苯甲醇部分氧化制备苯甲醛过程中具有较高的反应活性,产物苯甲醛选择性较低。采用一锅法制备TiO_(2)改性的Au-Pd/TiO_(2)-SiO_(2)纳米合金催化剂并用于苯甲醇部分氧化反应。对催化剂结构表征关联反应进行评价。结果表明:少量TiO_(2)的引入会改善贵金属纳米颗粒在载体表面的分散度,调变了金钯合金表面的电子结构,提高反应活性,并显著提高载体表面Lewis酸位的数量,从而大幅提高苯甲醛选择性;大量TiO_(2)的引入会导致金钯合金程度降低,产生大量的Bronsted酸位,使得反应活性和产物选择性都大幅降低。

光催化制备过氧化氢的研究进展

过氧化氢是一种高价值、多功能的绿色化学品,被广泛应用于各种工业生产以及清洁能源燃料等领域。传统蒽醌法制备过氧化氢的工艺不仅能耗巨大,且会产生各种化学废料,环境污染较大。光催化技术是近年来生产H_(2)O_(2)的一种绿色环保和发展前景广阔的新方法,但其仍受制于光催化活性较低、H_(2)O_(2)产量较低和反应较慢等问题。简要阐述了光催化制备H_(2)O_(2)基本原理,介绍了光催化制备H_(2)O_(2)的研究进展,对比分析了不同光催化材料的结构及光催化性能,归纳总结了光催化材料的结构调控及性能提高途径和策略,提出了存在的问题,并展望了未来的发展方向。

丙烯环氧化工艺概述及催化剂研究进展

综述了目前已工业化的丙烯环氧化生产环氧丙烷的工艺,包括氯醇法、共氧化法、异丙苯氧化法和过氧化氢氧化法等。以氧气为氧化剂的直接氧化法是最理想的环氧丙烷生产技术,但目前尚未实现工业应用。结合氧气直接氧化法的技术特点,重点讨论了用于该方法的催化剂的研究进展、反应原理及存在的问题,并对其未来的应用和发展方向进行了展望。

二氧化铅电极改性及电催化降解焦化废水中蒽

为了研究电催化对焦化废水中污染物的降解效果,采用电沉积法制备了Ti/PbO_(2)、Ti/PANI/PbO_(2)和Ti/PANI/PbO_(2)-Ce三种电极,对电极进行扫描电镜和X射线衍射表征、电化学性能测试、产羟基自由基(·OH)能力测试和加速寿命测试。结果表明,经聚苯胺(PANI)和铈(Ce)改性的Ti/PANI/PbO_(2)-Ce电极具有更好的表面形貌和更高的催化活性,能产生更多的·OH,析氧电位为1.83 V,加速寿命时间为720 min。采用Ti/PANI/PbO_(2)-Ce电极降解焦化废水中的蒽,考察了主要因素对降解效果的影响,得到蒽的最佳降解条件为电压14 V,板间距1.0 cm,电解质浓度0.35 mol/L,反应时间120 min,pH值10。Ti/PANI/PbO_(2)-Ce电极显示了良好的电催化性能。

Ti_(4)O_(7)/Ti电极电催化氧化法处理铝合金化铣清洗废液

铝合金化学铣切过程产生的清洗废液具有高碱度和富含有机物的特性,常规的生化处理方法难以有效处理,直接排放会对环境造成严重危害。采用电催化氧化法处理铝合金化铣清洗废液,以亚氧化钛涂层的钛电极作为阳极、不锈钢作为阴极,研究了化铣清洗废液中的典型有机物在Ti_(4)O_(7)/Ti电极表面的氧化和降解机制及电解工艺参数(如初始pH、电流密度、搅拌方式、污染物初始浓度及处理时间等)对清洗液COD_(Cr)去除率的影响。结果表明:铝合金化铣清洗废水中的三乙醇胺无法在Ti_(4)O_(7)/Ti电极表面直接氧化,其降解机制为Ti_(4)O_(7)/Ti电极表面产生·OH对其间接氧化;采用曝气搅拌方式,在溶液pH=7、电流密度5 mA·cm^(-2)优化条件下,处理后的铝合金化铣清洗废液的COD_(Cr)由初始5210 mg·L^(-1)降至42 mg·L^(-1),低于300 mg·L^(-1)环保排放标准。因此,以Ti_(4)O_(7)/Ti为阳极的电催化氧化法可有效地处理铝合金化铣清洗废液,使其达到环保排放标准。本研究为含醇胺类有机废水的处理提供可靠的理论和技术支持,在降低企业生产成本、改善人类生存环境等方面具有重要理论和实际意义。

载铁活性氧化铝催化臭氧氧化处理废水COD的工艺研究

为了提高臭氧催化氧化技术对工业废水中有机污染物的去除效率,采用浸渍法,将铁负载于活性氧化铝上。当硝酸铁浓度为0.8 mol/L、臭氧量为5 g/h时,载铁活性氧化铝催化臭氧氧化工业废水有机污染物的去除率最大,约为56%。相比单独使用吸附和臭氧催化氧化技术,它大大提高了废水有机污染物的去除效果。因此载铁活性氧化铝催化臭氧氧化可作为高浓度工业废水去除有机污染物的一种有效方法。

堇青石负载CuCo整体式催化剂的制备及其催化氧化甲苯性能

以堇青石蜂窝陶瓷为载体,采用浸渍法制备了CuCo整体式催化剂,通过XRD、SEM、XPS和H2-TPR等手段对催化剂进行了表征,考察了Cu^(2+)与Co^(2+)的质量比(Cu/Co质量比)、活性组分负载量、煅烧温度对其催化氧化甲苯性能的影响。结果表明:部分Cu^(2+)取代Co^(2+)进入Co3O4形成Cu_(0.27)Co_(2.73)o_(4)尖晶石;整体式催化剂的最佳制备条件为Cu/Co质量比2∶1、活性组分负载量15%(w)、煅烧温度500℃;在空速为10000 h^(-1)、甲苯质量浓度为2000 mg/m^(3)的条件下,整体式催化剂催化氧化甲苯转化50%和90%时的温度分别为252℃和289℃。

石墨烯负载Pt催化剂的制备及对甲酸的电催化氧化

采用恒电位电化学还原技术制得石墨烯电极,然后采用循环伏安方法在石墨烯基体上电沉积一层Pt纳米微粒.采用电化学测试技术研究Pt/石墨烯电极材料的电子传递性能及对甲酸电催化氧化性能.相对于商用Pt电极材料,Pt纳米微粒/石墨烯电极材料对甲酸表现出优异的电催化氧化活性,氧化峰电流显著提高.该种石墨烯负载Pt催化剂有望用作直接甲酸燃料电池的优良电极材料.

亚麻催化氧化与碱煮一浴脱胶工艺及其性能

使用棉纺系统进行亚麻纺纱前需经过脱胶处理,为解决传统碱脱胶工艺得到的亚麻纤维白度低和氧化脱胶时纤维易氧化受损、木质素残留造成纤维断裂伸长率低的问题,采用N-羟基-3,4,5,6-四苯基邻苯二甲酰亚胺(NHTPPI)催化氧化与碱煮一浴的方法对亚麻落麻进行脱胶,研究了pH值,反应温度以及催化剂NHTPPI、助催化剂9,10-蒽醌、双氧水、氢氧化钠质量浓度等因素对脱胶后亚麻纤维断裂强度以及白度的影响,得到了NHTPPI催化氧化与碱煮一浴亚麻脱胶的最佳工艺:pH值为10.5,反应温度为83.6℃,NHTPPI、9,10-蒽醌、双氧水、氢氧化钠质量浓度分别为0.6、0.5、10.35、5.67 g/L,此优化条件下得到的亚麻纤维断裂强度为4.39 cN/dtex,白度为70.53%。将催化氧化与碱煮一浴脱胶、高碘酸钠氧化脱胶以及传统碱脱胶与双氧水漂白3种工艺进行对比,发现3种工艺得到的纤维主体长度在28 mm左右,白度均在70%以上,但催化氧化与碱煮一浴脱胶得到的亚麻纤维断裂强度最高,处理时间最短。

锰基催化剂催化氧化甲苯的研究进展

甲苯是一种来源广泛的芳香族化合污染物,对人体健康及环境都产生强烈的危害。锰氧化物具有形貌可控、晶体结构多样、价态可变等特点,被认为是最具有应用潜力的甲苯氧化催化剂。本文综述了近年来锰基催化剂催化氧化甲苯的研究进展,主要介绍了单一锰氧化物和复合锰氧化物,讨论了形貌、晶型结构、氧空位、金属-载体相互作用等因素对甲苯催化氧化性能的影响,并归纳了一部分甲苯催化氧化的反应机理。最后,提出开发简单的合成工艺以构建MnO_(x)纳米催化剂或Mn基复合纳米催化剂,研究实际的工业尾气影响催化剂行为的因素等是该领域未来的研究方向。

石墨烯基介孔锰铈氧化物催化剂:制备和低温催化还原NO

锰铈氧化物由于较强的氧化还原活性、优良的低温脱硝性能,已被广泛用于选择性催化还原(SCR)脱硝反应,但是锰铈氧化物存在活性组分易团聚、比表面积较低等问题,限制其催化剂活性的提高。本研究以介孔结构的石墨烯基SiO_(2)(G@SiO_(2))纳米材料为模板,采用水热法制备了系列石墨烯基介孔锰铈氧化物(G@MnO_(x)-CeO_(2))催化剂,并考察了该催化剂在低温下(100~300℃)的SCR脱硝性能。结果表明,与石墨烯基铈氧化物(G@CeO_(2))相比,G@MnO_(x)-CeO_(2)催化剂具有较高脱硝活性。当Mn、Ce与模板G@SiO_(2)质量比分别为0.35、0.90时,G@Mn(0.35)Ce(0.9)催化剂的脱硝活性最佳,220℃下NO转化率达到最高(80%)。添加适量MnO_(x),提高了G@MnO_(x)-CeO_(2)催化剂的比表面积、孔容,降低了催化剂的结晶度;并且MnO_(x)-CeO_(2)以纳米尺度(2~3 nm)较为均匀地分散于石墨烯片层表面。此外,由于MnO_(x)与CeO_(2)之间存在协同作用,Mn原子可以部分替代Ce原子掺杂于CeO_(2)的晶体结构中形成MnO_(x)-CeO_(2)固溶体,使G@Mn(0.35)Ce(0.9)催化剂表面存在较高含量的高价态Mn^(3+)和Mn^(4+)、Ce^(4+)以及较高的化学吸附氧浓度,从而展现出较高的脱硝性能。该工作为MnO_(x)-CeO_(2)基催化剂在低温NH3-SCR中的实际应用提供了基础数据。

CuCe-SAPO-34选择性催化丙烯还原柴油车尾气氮氧化物

采用等体积浸渍法制备Cu Ce-SAPO-44分子筛催化剂,用于选择性催化丙烯还原柴油车尾气氮氧化物(C3H_(6)-SCR)。采用X射线衍射(XRD)、N_(2)吸附-脱附、紫外可见光谱(UV-Vis)、H_(2)程序升温还原(H_(2)-TPR)和NH3程序升温脱附(NH3-TPD)等方法对催化剂的物理化学性质进行表征。研究表明,引入的铈与铜物种之间存在相互作用,有利于生成更多的孤立Cu^(2+)物种,提高了分子筛催化剂的低温氧化还原性能,从而提高了Cu CeSAPO-34的低温脱硝活性。同时,双金属分子筛骨架上具有丰富的Lewis酸性位,有助于C3H_(6)和NO_(x)的吸附和活化。当Cu∶Ce=4∶2时,Cu Ce-SAPO-34催化剂具有最佳的脱硝性能,在含有10%O_(2)和5%H_(2)O的柴油车尾气氛围中,在250℃最高能实现90%以上的脱硝效率。

活性碳负载纳米金属氧化物对AP热分解的催化性能

采用水热法制备了两种纳米金属氧化物(纳米CuO和纳米Fe_(2)O_(3)颗粒),将纳米CuO和纳米Fe_(2)O_(3)负载在活性碳上,制备成CuO@C、Fe_(2)O_(3)@C复合材料,并将其作为催化剂与高氯酸铵(AP)混合制备成混合物样品AP/CuO、AP/CuO@C、AP/Fe_(2)O_(3)、AP/Fe_(2)O_(3)@C;通过扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、热重-微分热重分析(TG-DTG)和热重-红外光谱(TG-FTIR)联用等技术研究了4种催化剂对AP热分解的催化机理及分解动力学特性。结果表明,4种催化剂均将AP的两步分解反应催化为单放热峰,在5 K/min升温速率下,AP的分解峰温较纯AP分别提前90.1、73.4、65.4和69℃;AP/CuO@C分解主要气相产物有HCl、CO_(2)、N_(2)O、HNO_(3)和NO_(2),其中NO_(2)含量最高;AP/Fe_(2)O_(3)@C分解主要气相产物中CO_(2)含量显著提升,NO_(2)含量稍有降低。

Cu-TiO_(2)@CeO_(2)催化剂催化氧化NH_(3)/Hg^(0)

为了减少SCR系统逃逸氨和气态单质汞的排放,采用模板法制备一系列具有氨氧化和汞氧化活性的Cu-TiO_(2)@CeO_(2)催化剂,在150—400℃下测试其氨氧化和汞氧化性能,并对其进行了XRD(X射线衍射)、BET(比表面积测试)和XPS(X射线光电子能谱)表征。结果表明:高温可以促进NH_(3)的氧化,但不利于保持高N 2选择性和Hg^(0)氧化效果。随着铜、铈质量分数的增加,催化剂的氨氧化和汞氧化活性均逐渐增加,而N_(2)选择性有所下降。其中Cu、Ce质量分数为5%的Cu-TiO_(2)@CeO_(2)-5催化剂可以达到较为理想的NH_(3)和Hg^(0)去除效果,350℃下对NH_(3)和Hg^(0)的氧化效率均高于90%,N_(2)选择性在95%以上,副产物N 2 O生成量低于5×10^(-6)。表征结果显示Cu-TiO_(2)@CeO_(2)催化剂中形成了Cu^(+)+Ce^(4+)←→Cu^(2+)+Ce^(3+)氧化还原双电对,Cu与Ce的氧化物在NH_(3)和Hg^(0)氧化反应中起协同作用,大量的Oβ作为活性氧参与到反应中,有效促进了NH_(3)和Hg^(0)的催化脱除。