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2023年  第51卷  第12期

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2023 年 12 期目录
2023, 51(12): 1-8.
摘要:
摘要:
CO2催化加氢被认为是生产高附加值化学品和燃料最实用的途径之一。然而由于其化学惰性、C–C键偶联过程的高能垒和诸多的竞争反应,因此,开发高效的催化剂以促进CO2的活化并转化为多样的化工产物显得至关重要。近年来,氧化铟因具有丰富的氧缺陷位点,在催化CO2加氢方面对甲醇的高选择性以及对CO2转化的高活性引起了人们的广泛关注。本工作主要对In2O3的结构及其与氧化物负载或金属元素掺杂的复合催化剂用于催化CO2加氢制备甲醇的催化性能进行了综述。探讨了In2O3与不同类型的分子筛的接近度和元素迁移在CO2加氢制烃类产物中的影响。并对In2O3基催化剂在CO2选择性加氢方面存在的挑战和发展方向进行了总结。
摘要:
柴油机尾气排放的氮氧化物(NOx)是造成环境污染的主要污染源之一。氨选择性催化还原(NH3-SCR)技术是目前最有效的NOx控制技术,而NH3-SCR催化剂的催化活性是该技术的核心。如今,分子筛基NH3-SCR催化剂已在该领域工业化并被广泛应用。但是,随着环保法规日益严苛及柴油机尾气“零排放”要求实施,开发具有更加优异催化活性以及抗中毒性能的分子筛基催化剂,特别是核壳结构催化剂显得尤为重要。本综述着重介绍了三种常用的Beta、ZSM-5、SSZ-13分子筛为内核的核壳结构分子筛基催化剂在NH3-SCR反应中最新的研究进展。还总结了抗高温水热老化,抗硫中毒,抗碳氢中毒以及抗碱金属中毒的反应机理,并解释了核与壳之间的界面效应在该反应中所起的重要作用。最后,对核壳结构分子筛基催化剂未来的发展和应用前景进行了展望。
摘要:
本研究利用热重-傅里叶变换红外光谱和卧式固定床热解反应装置,探究了纤维素与草酸的慢速和快速共热解反应特性。慢速共热解的失重曲线包括草酸分解和纤维素分解两个阶段,由于草酸与纤维素分解不同步,草酸主要通过其分解形成的挥发分影响纤维素的分解,且影响并不明显。而在快速共热解中,草酸与纤维素同步热解,原料及挥发分之间有着充分的交互反应,因此,草酸对纤维素的三相热解产物具有显著影响。相比于纤维素单独快速热解,快速共热解形成的生物油中左旋葡聚糖、左旋葡萄糖酮含量减少,1,4∶3,6-二脱水-α-D-吡喃葡萄糖含量显著提高;热解气中CO减少,CO2增多;此外,纤维素分解更为彻底,热解炭具有更高的芳香化程度。
摘要:
本研究以生物质/煤的焦油模型化合物(TMCs)为研究对象,在两阶段固定床实验上探究了铁基氧载体(70%Fe2O3/30%Al2O3)对TMCs的转化特性,考察了不同TMCs的反应性及其转化的影响因素。研究发现,TMCs与氧载体的反应活性为:苯酚>蒽>萘,且苯酚转化生成积炭的比例最多(64%),而萘转化生成积炭的比例最少(40%);氧载体与萘的反应程度相对较高,但容易导致氧载体的烧结。此外,积炭表征显示萘生成的积炭在三种TMCs中具有最高的稳定性。增加氧载体的用量和提高反应温度不仅有利于萘和蒽的进一步转化,而且能够增加气相产物中CO2的分率。由于苯酚分子具有较高的反应活性及较强的裂解效果导致其转化率随氧载体用量和反应温度的增加变化较小,然而,较高的反应温度(1000 ℃)导致焦油发生严重的裂解现象并产生大量积炭。三次循环实验结果表明与萘反应的氧载体失活最为严重。
摘要:
采用共沉淀法制备了Cu/SiO2催化剂,在固定床反应器上评价其糠醛气相催化加氢制备糠醇的反应性能,并采用XRD、H2-TPR、ICP-OES、XPS、TG、Raman、TEM等手段对使用后的Cu/SiO2催化剂进行表征,研究其在反应中的失活机理。在常压、反应温度140 ℃、质量空速2.4 h−1、氢醛比9.7的条件下,反应5 h内糠醛转化率均高于97%;反应6−21 h,糠醛转化率从96%快速下降到32%,说明Cu/SiO2催化剂在糠醛加氢反应中快速失活,失活的主要原因是活性组分铜的团聚烧结和催化剂表面上积炭覆盖了反应活性位。
摘要:
以Anderson结构Ni-Mo杂多酸簇(NH4)4[NiMo6O24H6]·5H2O、硫脲、柠檬酸、氯化钠为原料,采用冻干法得到前驱体后焙烧、洗涤得到介孔碳骨架负载(Ni)MoS2纳米颗粒的加氢脱硫催化剂,考察了其对二苯并噻吩的加氢脱硫活性,并采用X射线衍射、N2低温吸附-脱附、拉曼光谱、X光电子能谱、扫描电子显微镜、高分辨透射电镜、程序升温还原等表征手段对催化剂进行了分析。结果表明,介孔碳骨架负载(Ni)MoS2纳米颗粒催化剂具有较弱的载体-金属相互作用,MoS2纳米颗粒平均长度较短(4.9 nm),层数适宜(4.8),NiMoS活性相含量较高,二苯并噻吩的转化率可达94.1%,反应速率常数及活性位转换频率分别可达1.7 × 10–6 mol/(g·s)和2.8 × 10–3 s–1。该方法利用原位生成的氯化钠晶体及硫化氢气体分别作为介孔模板剂和硫化剂,实现了介孔碳载体与(Ni)MoS2纳米颗粒的同步合成及锚定,并为加氢脱硫催化剂的绿色制备提供了新的思路。
摘要:
通过改变水热法条件合成了不同形貌CeO2载体(棒状CeO2-R、立方体CeO2-C和多面体CeO2-P),并用浸渍法制备了Ni3Fe/CeO2催化剂,继而研究了不同载体形貌Ni3Fe/CeO2催化剂对其甲烷干重整反应性能的影响。采用X射线衍射、N2吸附-脱附、透射电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、热重等对反应前后催化剂结构进行表征。结果表明,Ni3Fe/CeO2-R具有较大比表面积和较高的氧空位浓度,在甲烷干重整反应中表现出了优异的催化反应活性。800 ℃时,CH4和CO2的转化率分别为82%和91%,且反应10 h性能稳定并且其积炭石墨化程度较低。同时,通过CeO2-R载体氧空位对CO2活化,有效抑制了对亲氧性Fe物种的过度氧化行为,反应前后催化剂Ni3Fe合金结构保持稳定,具有良好的抗脱合金能力。
摘要:
H2S和CO2两种有害酸性废气常共存于煤化工、天然气化工及石油化工等重要化工生产中,造成了工业设备及管线腐蚀,必须就地进行无害化处理。采用介质阻挡放电等离子体催化实现一步转化H2S-CO2混合酸气制合成气,将具有强腐蚀性、毒性的H2S和温室气体CO2无害化,又产出合成气,完成了以废治废的酸性废气资源化再利用。研究了用于H2S-CO2一步转化制合成气的介质阻挡放电等离子体反应各参数对转化反应的影响,进行了不同参数的对比研究,考察并揭示了比能量密度(SEI)、放电结构、放电频率、放电间隙以及放电区域长度等与H2S-CO2转化制合成气反应性能的内在关联。在此基础上设计并构建了多管并联介质阻挡放电等离子体反应系统。
摘要:
Aqueous phase reforming (APR) of methanol is a potential pathway for the effective hydrogen production under relatively mild conditions. The Pt/CeO2 and a series of Pt-MOx/CeO2 (M = Fe, Cr, Mg, Mn) catalysts were prepared by sequential impregnation method and their APR reaction performances were studied. The catalyst properties including valence state of the promoters, the amount of oxygen vacancies, the metal distributions, the adsorption properties of CO and the acidity/basicity of catalysts were characterized and analyzed by XPS, XRD, TEM, CO-TPD, NH3-TPD, CO2-TPD, etc. It was found that the addition of MOx weakened the Pt-CeO2 interaction and promoted the generation of Ptδ + species with lower valence state, which contribute to the C−H bond cleavage and facilitate methanol conversion. The highest hydrogen production (164.78 mmol) and relatively low CO and CH4 selectivities were obtained over the Pt-MgO/CeO2, while the highest CH4 selectivity was obtained over the Pt-CrOx/CeO2 (2.21%). Over the Pt/CeO2 and Pt-MOx/CeO2 (M = Fe, Cr, Mg, Mn) catalysts, CO2/CH4 ratio correlated well with the catalyst basicity, indicating that the basicity promotes the dissociation adsorption of H2O as well as the water-gas shift (WGS) reaction activity and decreases the methanation activity.
摘要:
结合浸渍法和物理混合法调控金属活性中心Pt的位点,使其单独落位到ZSM-22分子筛或氧化铈载体上,从而分别得到金属-酸双中心位点的间距达到原子级接触的Pt-ZSM-22/CeO2催化剂和保持纳米级间距的Pt-CeO2/ZSM-22催化剂。利用球差电镜、XRD、BET、H2-TPR和XPS等手段,表征了两种催化剂的物化性质,并对其正庚烷异构化反应性能进行了研究。另外,考察了不同还原温度下Pt-CeO2/ZSM-22催化剂的物化性质和反应性能变化。结果显示,金属-酸中心保持纳米级间距Pt-CeO2/ZSM-22催化剂具有更高的正庚烷异构化活性和异构烃收率,这是由于Pt在CeO2载体上呈原子级分散的原因。在Pt-CeO2/ZSM-22催化剂还原过程中,CeO2载体释放更多的氧空位有助于延缓金属Pt的聚集且有利于庚烷分子的吸附。当还原预处理温度为300 ℃时,庚烷转化率和庚烷异构烃收率分别为79.2%和75.4%,异构化选择性达到95.2%。
摘要:
本工作在水热法制备WO3过程中直接引入Cr3 + 作为改性剂,其在非(001)晶面的选择性吸附,实现了WO3形貌从纳米棒到[001]取向超细纳米线(UNWs)的转变,最终所得Cr-WO3 UNWs催化剂的比表面积可达297 m2/g。此外,Cr3 + 的晶格掺杂和减缓结晶作用有效增加了WO3表面氧空位(L酸位点)浓度。在苯乙烯选择性氧化制苯甲醛反应中,最佳条件下(70 ℃、r(nH2O2/n苯乙烯)=2.0、6 h、m=30 mg),Cr-WO3 UNWs分别将苯乙烯转化率和苯甲醛选择性从单一WO3纳米棒的19.0%和49.6%提升到72.0%和84.6%,其催化性能的提升归结于以下两点:第一,超大比表面积可提供充足的反应活性位点;第二,L酸位点可将H2O2活化为W-OOH活性物种,L酸位点浓度的增加有利于更多活性物种的产生。
摘要:
The photocatalysis of direct dehydrogenation of benzyl alcohol to benzaldehyde is an energy saving way to synthesize fine chemicals and pure hydrogen by using solar energy. The CdS-based catalysts were one of the typical kinds of photocatalysts for this reaction. The morphology of CdS could be easily tuned, which could greatly influence the photocatalytic performances. However, the morphology effect of CdS on the photocatalytic behaviour of the direct dehydrogenation of benzyl alcohol has not been investigated yet. In this work, we synthesized CdS with two different morphologies (nanosheet (NS) and nanowire (NW)) and found the CdS-NS showed much higher photocatalytic activity for converting the benzyl alcohol than the CdS-NW, but the selectivity to benzaldehyde over the two supports was very low. By depositing Au25 nanoclusters on the CdS-NW and CdS-NS, the morphology effect of the CdS support could be mitigated and their catalytic activity and selectivity could be greatly boosted for the photocatalytic anaerobic dehydrogenation of benzyl alcohol to benzaldehyde and H2. The results of this work would provide new insight into the design of efficient photocatalysts for synthesizing fine chemicals.
摘要:
研究采用浸渍还原法制备了碳修饰的二氧化钛负载的Ni纳米颗粒催化剂,在苯乙炔选择性加氢反应中表现出良好的光催化性能。Ni纳米颗粒在可见光激发下产生高能“热电子”促进了反应底物的解离和活化。富电子态的Ni纳米颗粒抑制了苯乙烯在Ni/TiO2表面的吸附,提高了苯乙烯的选择性。本工作为光催化苯乙炔选择性加氢反应提供了一种绿色且高效的方法。
摘要:
The selective catalytic reduction (SCR) NH3 catalyst is mainly used in industrial production and automobile exhaust cleaning. In this study, a novel α%Fe2O3/ZrTiO4 (α=0, 8, 12, 15) catalyst was prepared by the coprecipitation impregnation method. The results show that the NOx conversion rate of 12%Fe2O3/ZrTiO4 catalyst with the optimal composition is high above 80% at 250−400 °C, close to 100% at 300 °C, and N2 selectivity is high above 90% at 200−450 °C. The redox properties, surface acidity, and Oβ/(Oα + Oβ) ratio of ZrTiO4 catalysts are improved after loading Fe2O3 on the ZrTiO4 surface, which is attributed not only to the porous structure of α%Fe2O3/ZrTiO4 catalyst but also to the synergistic interaction between the active component Fe2O3 and the support ZrTiO4. In addition, in-situ DRIFT reactions show that the NH3-SCR reaction of 12%Fe2O3/ZrTiO4 catalyst follows the Eley-Rideal mechanism. A clear reaction mechanism is conducive to a deeper understanding of the reaction process of NOx conversion during SCR. This work provides a feasible strategy for Fe-based SCR catalysts to replace V-based catalysts in the medium temperature range in the future.
摘要:
本研究使用低温溶胶凝胶自燃法制备了不同载体负载的CuMn2O4/MO2 (M=Mn、Ti、Ce)催化剂,并对其同时去除甲苯和NOx的性能进行了评价。结果表明,CeO2载体的加入可显著缓解CuMn2O4上甲苯氧化与NH3-SCR的相互抑制,因此,CuMn2O4/CeO2催化剂表现出最优异的甲苯与NOx同时去除效率。通过BET、XRD、NH3-TPD、O2-TPD及结合XPS与in-situ DRIFTs对催化剂的物化性质及CuMn2O4同时去除甲苯与NOx的反应机理进行了分析。结果表明,CeO2的引入提高了催化剂中Mn4 + /Mnn + 的占比,促使CuMn2O4/CeO2催化剂形成表面丰富的酸性位点和氧空位。此外,Cu、Mn和Ce之间的强相互作用加速电子转移,增强了Cu + + Ce4 + ↔Cu2 + + Ce3 + 、Mn4 + + Ce3 + ↔Mn3 + + Ce4 + 的氧化还原循环。In-situ DRIFTs证实了CuMn2O4催化剂上NH3-SCR反应遵循Langmuir-Hinshelwood机制,甲苯的氧化遵循Mars-van Krevelen机制。因此,CeO2作为载体的CuMn2O4/CeO2催化剂优异的氧化还原能力促使甲苯的完全氧化,表现出优异的甲苯与NOx同时去除能力。本工作可为同时消除甲苯和NOx的催化剂开发提供指导。
摘要:
本研究采用浸渍法制备了Fe改性的Mn/CeO2催化剂,并测试了催化剂在低温条件下同时脱硝与脱甲苯的性能。结果表明,Fe5Mn/CeO2催化剂表现出最佳的催化性能,甲苯的转化效率在175 ℃达到90%,NO转化率在95–300 ℃达到90%。通过BET、SEM、XRD、XPS、H2-TPR、NH3-TPD和O2-TPD等表征手段对催化剂的理化性质进行分析。XPS结果表明,Fe5Mn/CeO2催化剂中Ce3 + 和Mn4 + 的含量增加,促进氧空位和不饱和化学键的形成,提供了更多的活性位点,从而有利于在低温下高效脱除NO和甲苯。H2-TPR、NH3-TPD和O2-TPD表征表明,与其他催化剂相比,Fe5Mn/CeO2催化剂具有优异的氧化还原能力、更强的酸性和更好的氧迁移能力。此外,本研究还探究了Fe5Mn/CeO2催化剂上选择性催化还原(NH3-SCR)反应与甲苯催化氧化反应之间的影响。其中,NH3优先吸附活性位点而抑制了甲苯吸附,而NO2的生成促进了甲苯催化氧化反应;甲苯对NH3-SCR反应的抑制作用随着温度的升高而减弱,在100 ℃时,甲苯对NH3-SCR反应的抑制作用消失。超过225 ℃后,甲苯作为还原剂与NO发生反应且促进了NO2的生成,从而对NH3-SCR反应有促进作用。
摘要:
针对吸附天然气(ANG)应用的吸附剂研发,试制了SAC-02活性炭、HKUST-1和MIL-101(Cr),通过微观形貌观察、氮气物理吸附和293.15–313.15 K、0–4 MPa条件下甲烷吸附等温线测定,采用Toth、D-A和Ono-Kondo等方程对实验数据进行关联预测比较,由等量吸附热和吸附相密度分析这些吸附剂样品对甲烷的吸附性能。结果表明,在测试范围内,Toth方程预测的吸附平衡数据精度最高,可用于ANG系统的吸附平衡分析;甲烷在MIL-101(Cr)上的平均等量吸附热最大,吸附相密度比液态甲烷的密度小但随压力的增高而增大,比活性炭和HKUST-1更适合于甲烷吸附。