二硒化钴电催化剂的制备及氧还原性能测试

具有高附加值的绿色环保型氧化剂——过氧化氢(H_(2)O_(2))的需求日益增加,急需发展绿色且安全的H_(2)O_(2)合成新方法。两电子氧还原反应(2e-ORR)是一种制备H_(2)O_(2)的高效方法,其中催化剂的高效率和高选择性是2e-ORR的关键。对二硒化钴(CoSe_(2))电催化剂的制备和性能测试实验进行了探索。首先,通过联氨还原法制备钴纳米粒子;然后,通过简单的固相反应并在不同温度下退火制备CoSe_(2)电催化剂;最后,通过一系列的表征方法对CoSe_(2)电催化剂的表面形貌、晶型、电化学及其稳定性等进行了研究。为2e^(-)ORR电催化剂CoSe_(2)的进一步研究和应用开发提供借鉴。

LaCoO_(3)钙钛矿型催化剂的制备及其光催化降解酸性品红和碱性品红的研究

以硝酸钴、硝酸镧及柠檬酸为原料,在水热体系中采用水热合成法合成出一系列的钙钛矿型催化剂LaCoO_(3),考察当焙烧温度不同时,所合成催化剂的物化性质和降解酸性品红和碱性品红的光催化性能,并分析了催化剂降解品红的降解机理.实验结果表明,采用水热合成法能够成功合成出钙钛矿型催化剂LaCoO_(3),随着焙烧温度的升高,催化剂的颗粒尺寸逐渐增大,结晶度则呈现先升高后降低的趋势.与此同时,比表面积、孔径和孔体积则逐渐减小.另外通过光催化降解品红来测试催化剂的光催化性能,结果表明LaCoO_(3)对酸性品红和碱性品红都具有很好的光催化活性,但对酸性品红的降解率高于碱性品红,这可能与不同品红的结构或者溶液的酸碱性有关.

单原子催化剂在类芬顿水处理领域的研究进展

单原子催化剂(SACs)以其独特的结构和特性,特别是在最大限度地利用原子和提高内在催化活性方面受到了广泛的关注。近年来,基于SACs的高级氧化技术(AOPs)已成为水污染控制研究中的一个新兴领域,广泛应用于去除各种难降解有机污染物。本文分析了SACs的合成及表征方法,着重介绍了SACs在不同类芬顿催化反应中的性能及其作用机理。此外,还介绍了将SACs固定在膜状或柱状过滤器上连续流的测试,以探究SACs在类芬顿反应中实际应用的潜力。最后,对合理的SACs设计、类芬顿反应机理探索等方向进行了展望,旨在提高SACs应用于类芬顿反应在实际废水处理中的应用潜力。

煤液化固渣萃余物的组成结构及铁催化剂活性相回收

为解决大规模煤直接液化催化剂铁源供应问题,同时实现煤液化固渣萃余物的无害化分质利用,从固渣萃余物中回收铁催化剂的角度进行研究,探索采用物理磁选法进行铁催化剂富集回收的可行性。首先采用粒度分析、XRF、XRD、SEM、TG、SEM-EDX等表征手段对固渣萃余物进行全面的物化性质表征,确定铁催化剂的质量分数和存在形态。由分析可知,工业装置固渣萃余物主要由未反应煤中的炭及残炭、挥发分及灰分组成,其粒度均匀且没有团聚,其中铁元素质量分数为5.96%,铁物种仍以具有顺磁性的Fe1-xS活性相存在,被未反应煤、残余沥青掺杂、包裹,与各种元素Ca、Si、Al、O等均匀混杂分布在萃余物中。在此基础上,选用4种型式的磁选设备在不同磁场强度下进行磁选富集,并将富集后的样品作为催化剂用于煤直接液化反应,考察其直接液化反应性能。试验结果表明,湿式立环脉动高梯度磁选机一方面将所产生的高梯度磁场力作用于磁性催化剂细粉,同时脉动流体力在一定程度上消除了非磁性颗粒的机械夹杂。在清水作为分散介质及洗涤介质下,更有效地实现了固渣萃余物中铁催化剂细粉的精细分离。在640000 A/m外加磁场强度下,含铁催化剂物料富集率为10.48%,铁元素质量分数可达11.37%,高压釜萃取油产率为41.96%,与无催化剂时相比高7.17%,比固渣萃余物提高8.99%,可掺混至新鲜催化剂中实现有效回用,部分解决催化剂铁源短缺的问题。

钒基催化剂催化苯羟基化制苯酚反应机理

苯羟基化制苯酚是C—H键向C—O键转化及富有挑战性的课题之一。该文论述了钒基催化剂催化苯羟基化制苯酚反应机理的研究进展。以钒活性中心为主线,着重从自由基、非自由基和双催化活性机理进行了详细介绍,同时分析了双催化活性中心催化剂高效催化的本质和重要性。提出此类催化体系及催化机理能够解决苯环上C—H键难活化和苯酚的深度氧化等问题,是经济与安全并存的苯酚合成方法,依托已有的催化反应机理,开发更稳定且高性能的催化剂,以促进烃类有机化合物资源利用的原始创新。

NiW/介孔Y型分子筛催化剂上菲加氢裂化过程研究

为了实现对煤焦油中副产物多环芳烃菲的有效利用,采用等体积浸渍法制备了介孔Y型分子筛负载金属Ni、W催化剂,利用XRD、H2-TPR、BET、SEM-EDS对制备的催化剂进行表征分析,并在固定床反应器中考察催化剂上菲加氢裂化性能,探讨了反应过程中空速、气液比、温度、压力对催化剂积碳率、菲的转化率、液体收率及产物分布的影响.研究表明,增加空速和气液比会降低催化剂的积碳率,过高的反应温度会导致催化剂快速地积碳失活.通过定时采样对裂解产物分析得到菲在催化剂上的裂解率变化情况,同时也能反映出催化剂的稳定性.对反应过程条件优化得到的最优条件为:空速6 h^(-1),气液比750,温度400℃,压力6.5 MPa.此时,菲的裂解率可以稳定在99%以上,同时催化剂保持较高的稳定性,在4 h内未出现活性降低.

三维球状BiOI/BiOBr异质结光催化剂制备及其光催化脱汞性能

光催化氧化技术是治理污染物排放的重要手段。目的为增强BiOBr对可见光的利用率并提高其光催化活性,方法采用共沉淀法制备碘掺杂的三维球状BiOI/BiOBr异质结光催化剂,使用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、扫描电子显微镜扫描、N2吸附-脱附、X射线光电子能谱和电子自旋共振波谱等对样品结构进行表征,开展光催化脱除单质汞(Hg0)性能研究。结果结果表明,随着I含量升高,BiOBr衍射峰逐渐降低,BiOI衍射峰逐渐增强;BiOI/BiOBr复合光催化剂保留了BiOBr的三维微球形貌,BiOI均匀分散于BiOBr表面,且复合后比表面积有所提高,较大的表面积能提供更多的反应空间,促进活性自由基产生和提高光催化剂性能;与BiOBr相比,复合光催化剂的带隙能降低,可见光响应能力大幅增强。BiOI/BiOBr光催化脱汞性能高于单纯BiOI与单纯BiOBr;BiOI和BiOBr摩尔比为2∶8时,光催化剂脱汞效率高达98%,是单纯BiOBr的2.58倍;酸性条件下制备的BiOI/BiOBr异质结光催化剂会与碱性溶液反应,引起光催化剂成分的变化,进而影响光催化剂的催化性能;Hg0高效光催化氧化过程中,阴离子超氧自由基(•O_(2)^(-))和空穴(h^(+))是主要活性物质。结论研究结果可为卤氧化铋光催化剂的复合制备及其在脱汞领域的应用提供理论依据。

RhCu催化剂中限域环境调控合成气转化生成CH_(x)反应性能

合成气制C2含氧化合物的选择性目前仍面临巨大挑战。本研究基于密度泛函理论计算方法,探究了4种RhCu限域催化剂中Rh活性位限域环境对合成气转化生成CH_(x)反应性能的影响,揭示了RhCu限域催化剂中限域效应调控催化性能的本质。结果表明,RhCu限域催化剂中Rh活性位限域环境能够调控合成气转化生成CH_(x)的活性和选择性。筛选获得RhGCN5.5催化剂具有最高的生成CH_(x)(x=1~3)单体活性,归因于适中的限域效应使得表层原子d带中心远离费米能级,导致CH2OH解离过渡态与RhCu表面之间呈现适当的电子转移,利于CH2OH解离,从而呈现良好的CH_(x)生成活性。本研究为通过调变单原子限域环境实现调控合成气转化生成C2含氧化合物反应的催化性能提供了理论依据,并为单原子限域金属催化剂设计提供了结构线索。

碳笼负载镍基磁性催化剂Ni@Cage-C的制备与性能研究

以自然结晶法制备的ZIF-67为前驱体,采用包裹-刻蚀-碳化策略,得到大小均匀的纳米碳笼(Cage-C),再于液相条件下以碳笼为载体负载上活性金属镍(Ni),成功制备了非贵金属磁性催化剂Ni@Cage-C,并应用于对硝基苯酚催化还原反应以考察其多相催化性能。结果表明:优化条件下制备的Ni@Cage-C催化剂为碳笼包裹单质镍结构,其平均颗粒大小为550 nm;将Ni@Cage-C用于对硝基苯酚催化还原反应时,催化性能明显优于参照催化剂雷尼镍(Raney-Ni)。质量反应速率常数kM为6.11 mg^(-1)·min^(-1),催化效率达到98.87%,循环反应十圈后活性仍高于初始活性的85%。

络合剂对固相法Cu/ZnO/In_(2)O_(3)催化剂的CO_(2)加氢制甲醇反应性能的影响

为了促进催化剂中Cu物种的分散,在金属硝酸盐中分别加入草酸、甲酸和柠檬酸,采用固态研磨合成Cu/ZnO/In_(2)O_(3)催化剂.结果表明:草酸的加入对Cu的分散效果最好,在280℃,2 MPa,3.6 L·gcat^(-1)·h^(-1),V(H2)∶V(CO_(2))=3∶1时,甲醇收率最高,达到2.1 mmol·gcat^(-1)·h^(-1).但甲酸在高温下会分解为CO_(2)和H_(2),导致制备的CuO/ZnO/In_(2)O_(3)催化剂部分还原,随后此催化剂在H_(2)预处理后被过度还原,形成Cu_(3)In_(7)合金相,导致甲醇产率降低.

钴基助催化剂在光催化产氢中的应用研究进展

通过光催化分解水产生的氢气可以用于驱动燃料电池或其他能源转换设备,这有助于减少对化石燃料的依赖,减少温室气体排放。但是实验发现,很多光催化剂存在可见光利用率低和光生电子-空穴易复合的问题。为了抑制光生电子-空穴的复合,提高光催化剂产氢效率,研究者们尝试了多种催化剂改性方式,加入助催化剂是其中最有效的方式之一。传统的贵金属助催化剂虽然有良好的效果,但是价格高,不利于大量生产应用。钴(Co)是一种廉价易得的过渡金属,作为助催化剂其效果有时可与铂(Pt)等贵金属相当。本文总结了不同Co基助催化剂,如Co的硫化物、氧化物、氢氧化物以及磷化物等助催化剂在光解水产氢方面的研究进展,希望对该领域的研究提供一些有价值的参考。

TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备及可见光降解有机染料的研究

本文利用静电纺丝技术、溶剂热合成技术、高温焙烧技术、气相沉积法等制备方法,对复合催化材料TiO2/g-C3N4进行制备,并研究复合催化材料TiO2/g-C3N4在不同条件下对有机染料碱性亚甲基蓝的降解能力。

ZSM-5/USY/Beta分子筛催化剂对四氢萘加氢裂化制备BTEX的性能研究

分别采用ZSM-5、USY、Beta 3种分子筛通过等体积浸渍法制备了NiMo/ZSM-5、NiMo/USY、NiMo/Beta 3种催化剂,分别标记为cat-1、cat-2、cat-3。利用XRD、NH3-TPD、SEM对催化剂进行表征分析,在固定床反应器上以四氢萘作为模型化合物,研究其加氢裂化制备BTEX的催化性能,考察了四氢萘加氢裂化的工艺条件,并探讨了加氢裂化机理。结果表明,Beta分子筛制备的催化剂cat-3金属组分颗粒大小均匀,呈现出高度分散的状态,并且酸量适中。在反应温度为400℃、氢油比为600、反应压力为4MPa、2h-1空速的最佳反应条件下,与cat-1、cat-2相比,cat-3具有最佳的四氢萘转化率和BTEX选择性,分别高达95%和70%左右。

离子液体凝胶催化剂在合成乙酸正龙脑酯中的应用

乙酸正龙脑酯作为医药中间体,具有广泛用途。无论是传统工艺的酸性催化剂,还是离子液体催化剂都存在催化剂与反应物有效分离困难、不易循环使用的缺点。将具备温敏性的离子液体凝胶作为乙酸正龙脑酯的新型催化剂,可突破离子液体催化酯化反应工业化的技术瓶颈。本工作以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、聚乙烯醇、单宁酸为原料,基于超分子组装原理,制备了温敏性离子液体凝胶催化剂。采用流变仪、热重分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、核磁共振波谱仪对离子液体凝胶进行表征。结果显示,PVA-Ta-[BMIM]HSO4离子液体凝胶中存在羧酸酯键和氢键,是由咪唑环和苯环的π-π堆积作用构成的混合双网络聚合物,具有较高的机械强度和韧性。以乙酸正龙脑酯为反应模型,考察了离子液体凝胶催化剂的活性,通过单因素实验法优化了离子液体凝胶催化剂合成乙酸正龙脑脂的反应条件,得到反应温度为90℃,反应时间为6 h,α-蒎烯与冰醋酸的物质的量比为1∶1。实验结果表明,该催化剂对温度产生可逆相变响应,高温时反应体系为均相,保证了催化效率,反应结束后降温凝固成为凝胶并析出。离子液体凝胶的催化活性与酸性离子液体的活性差别不大,重复使用五次后,α-蒎烯转化率保持在75%以上,乙酸正龙脑酯的选择性在8.5%以上。

TiO_(2)-GO复合光催化剂对工业废水吸附降解作用的研究

本文以H_(3)PO_(4)、石墨粉、浓H_(2)SO_(4)等试剂为原料制备二氧化钛-氧化石墨烯(TiO_(2)-GO)复合光催化剂,以不同浓度的亚甲基蓝溶液模拟工业废水,通过向工业废水中加入催化剂进行降解吸附实验,考察在不同条件下所合成的催化剂对工业废水的吸附降解效果,并通过光反应仪器、热重分析仪等仪器量化分析催化剂吸附降解效果,实验结果表明,合成催化剂(TiO_(2)-GO)对多种工业废水有较好的吸附降解效果;在光照条件下,催化剂的量为10g·L^(-1)、作用时间为210min时,吸附降解效果最佳;催化剂对工业废水吸附降解性能稳定,可重复使用。

微生物在生物基催化剂制备中的应用

随着工业催化过程对环境友好水平和效率需求的日益增长,微生物的功能多样性和环境适应性使其成为了生物基催化剂制备的理想选择。微生物以其固有的酶系统提供了一种高效、特异性强的催化方式,有利于生物基催化剂制备。微生物催化剂在药物合成、生物燃料生产和环境保护等多个领域展现了广泛的应用潜力。因此,文章将探讨微生物在生物基催化剂制备中的应用,以期为相关领域提供理论参考。

CdS/石墨烯纳米复合光催化剂的可控合成及其性能研究

光催化技术是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。为提高光催化效率,利用简单的“自下而上”法合成了尺寸可控,具有中空内核且核与壳之间有一定间隙层的中空蛋黄壳结构型CdS/石墨烯复合光催化剂Hollow CdS@void@GR。采用多晶粉末X-射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和比表面积测定(BET)表征样品的晶体结构、微观形貌、元素组成和孔结构。采用光催化降解罗丹明B(RhB),采用紫外-可见漫反射光谱仪(DRS)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP)测定Cd^(2+)浓度,分析该材料的光催化性能及抗光腐蚀性能。结果表明:Hollow CdS@void@GR的结构大小可通过PS模板大小、S/Cd比例、超声反应时间及TEOS量进行调控。在强光照射下,由于多级中空结构,中空CdS内核与中空GR外壳之间的协同效应,Hollow CdS@void@GR纳米复合材料表现出较强的光催化活性、优异的光催化稳定性和良好的抗光腐蚀作用。

Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂对半焦基DC-SOFC性能的影响

半焦与CO_(2)的气化反应速率是影响半焦燃料基DC-SOFC电池性能的关键。为提高半焦的CO_(2)气化反应性,采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了具有钙钛矿结构的Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂,用SEM、XRD、XPS、低温氮气吸脱附等分析手段研究了Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂的形貌和结构,采用热重分析实验研究Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂对半焦燃料的CO_(2)气化反应催化活性;在Ag-GDC|YSZ|GDC-Ag电解质支撑电池系统上,研究了添加Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂对半焦燃料基DC-SOFC输出性能的影响。结果表明,随着催化剂焙烧温度的提高,Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂晶粒尺寸逐渐增大、比表面积降低,750℃焙烧的催化剂具有良好的分散性、颗粒尺寸约为0.1μm,在半焦的CO_(2)气化反应中催化作用最好;相较于CaO和Fe2O3,Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂结构中吸附氧浓度更高,在半焦的CO_(2)气化反应中表现出更为优异的催化活性;Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂的循环稳定性取决于催化剂结构的热稳定性,其循环使用时活性降低主要归因于半焦燃料中无机灰分的包裹。催化剂对DC-SOFC输出性能影响表明,当半焦中添加10%的Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂时,电池的峰值功率密度从15.3 mW/cm^(2)增大到23.7 mW/cm^(2);EIS分析表明阳极传质阻力是影响DC-SOFC输出性能和燃料利用率的主要因素,降低灰分、催化剂累积带来的传质阻力可有效提高电池寿命和燃料利用率。

碳二加氢催化剂在高空速下的工业应用

碳二加氢是乙烯装置分离工序中最重要的反应过程,碳二加氢催化剂的稳定运行对乙烯装置的长周期运转具有重要的意义。中国石化北京化工研究院开发的碳二加氢催化剂BC-H-20B具有催化性能好、适应性广、运行稳定的优点,在国内外乙烯装置上广泛应用。空速是碳二加氢催化剂的一个重要的运行指标,针对新建乙烯装置和现有乙烯装置改扩建对高空速催化剂的要求,研究了高空速下BC-H-20B催化剂的适应性和使用条件。碳二加氢催化剂BC-H-20B在国内某大型乙烯装置上首次在高空速条件下稳定运行,具有较好的活性和选择性。

半再生重整装置催化剂硅中毒现象及分析

某炼油企业的半再生重整装置因重整催化剂活性下降而停工,更换了第一反应器和第二反应器的催化剂。对旧催化剂进行分析后发现,第一反应器催化剂二氧化硅质量分数高达20.40%,因此判断重整催化剂发生了硅中毒。在硅中毒期间:第一反应器的温降由初期的73.70℃下降到末期的20.12℃,重整反应后移到第二反应器;循环氢的氢气纯度上升到90%,纯氢产率下降到2.17%;稳定汽油RON(研究法辛烷值)下降到83.7。重整催化剂硅中毒较为罕见,其表现与氮中毒相似,容易误判为催化剂氮中毒。对硅进行溯源,确认是原油携带。分析认为:重整预加氢捕硅剂无法完全捕获所有硅,导致部分硅穿透预加氢系统;硅对预加氢催化剂的影响小于对重整催化剂的影响;硅中毒会导致催化剂的氯流失,需要加大注氯量。