卢晗锋
,
周瑛
,
黄海凤
,
刘华彦
,
陈银飞
催化学报
用浸渍法制备了负载型钒磷氧(VPO)催化剂,并以甲苯氨氧化合成苯甲腈为探针反应,考察了载体、还原剂、P/V比和V2O5负载量对催化剂性能的影响. 结果表明,大比表面积SiO2负载的VPO催化剂性能稳定,在高温下也具有较好的选择性. 采用不同还原剂制备的催化剂在反应一段时间后活性趋于一致,表明催化剂活性中心是在反应气氛下形成的. P/V比对催化剂活性和结构影响较大,P的加入破坏了V2O5的晶型结构,使磷酸盐物种从催化剂体相向表面聚集,减少了催化剂表面存在的过度氧化物种O-和O-2的数量,选择性氧化物种晶格氧(O2-)起主要氧化作用,提高了催化剂的选择性. V2O5负载量增大,催化剂活性提高,但生成苯甲腈的选择性降低. 表面单分子层覆盖的VOx可能是反应的活性位和选择性位.
关键词:
氧化钒
,
氧化磷
,
制备条件
,
甲苯
,
氨氧化
,
苯甲腈
袁川
,
刘华彦
,
张泽凯
,
卢晗锋
,
朱秋莲
,
陈银飞
催化学报
乳酸作为一种生物质,含有羟基和羧基双官能团,被广泛用于转化为其他化学品,如乙醛、丙酸、丙烯酸和2,3-戊二酮.其中,丙烯酸是一种重要的化工原料,广泛应用于生产
增稠剂、胶黏剂及高吸水性聚丙烯酸酯类树脂,市场前景广阔,国内丙烯酸需求量达2000 kt/a.目前工业上主要采用石油基产品丙烯两步氧化生产丙烯酸,但石油价格不断
上涨,导致丙烯酸生产成本相应增加.针对这一问题,研究者逐渐转向以生物质乳酸为原料,一步脱水法制备丙烯酸路线,该方法因环保、经济、符合可持续发展方向而成为
研究热点.文献中报道的催化剂主要有硫酸盐(BaSO4),磷酸盐(Ca3(PO4)2-Ca2(P2O7)), NaY和β分子筛.研究发现,适中的表面酸碱性强度和密度是乳酸高选择性转化为丙
烯酸的关键.硫酸盐和磷酸盐催化剂由于表面活性位的缺乏,必须在高温下才能有效催化乳酸转化成丙烯酸,但高温易导致碳氢化合物积炭,造成原料浪费.分子筛催化剂具
有较高的比表面积和较多的酸碱位分布,能够在较低温度下催化醇脱水反应.其中, NaY分子筛催化乳酸脱水时丙烯酸选择性达到68%,但NaY分子筛具有超笼结构,易造成积
炭,催化剂易失活.因此,需选择一种合适的分子筛催化剂,以抑制积炭. ZSM-5分子筛具有二维十元环微孔孔道结构(孔径分别为0.51 nm × 0.55 nm和0.53 nm × 0.56
nm), 且有可调的酸碱性和较高的水热稳定性,被广泛应用于醇脱水(如甲醇制烯烃)和催化裂化反应.本文采用离子交换法,利用碱金属(Li, Na, K, Rb和Cs)改性ZSM-5分
子筛用于催化乳酸脱水制丙烯酸.采用X射线衍射、NH3程序升温脱附、CO2程序升温脱附、吡啶吸附红外光谱和N2吸附等手段表征了催化剂晶相结构、表面酸碱性、比表面
积和孔径.通过气固相反应装置评价了催化剂催化活性、选择性和稳定性,并考察了反应温度和空速等工艺条件对催化反应的影响.结果表明,碱金属改性的ZSM-5分子筛,晶
相结构基本未受到破坏,比表面积下降,表面酸碱性强度减弱,酸碱位密度降低.在催化乳酸脱水制丙烯酸过程中,碱金属改性的ZSM-5催化剂表现出优异的催化活性,使乳酸
较高选择性地转化成丙烯酸.其中, K+交换后的KZSM-5催化剂催化活性和丙烯酸选择性最高,在最优反应条件(乳酸浓度40 wt%,反应温度365°C,液体空速(LHSV)2 h?1)下
,乳酸转化率可达98%,丙烯酸选择性可达77%.结合表征结果可知,弱酸及弱碱位的协同作用能够提高丙烯酸选择性.同时,碱金属的引入使催化剂表面Lewis酸位增多,该酸性
位有利于乳酸脱水生成丙烯酸.另外, ZSM-5分子筛由于其特殊的孔道结构和强酸位的缺失,在催化过程中很好地抑制了原料和产物的积炭,使其具有良好的催化稳定性,催
化剂寿命长,具有良好的工业化应用前景.
关键词:
ZSM-5分子筛
,
碱金属
,
乳酸
,
丙烯酸
,
脱水
卢晗锋
,
袁泉东
,
黄海凤
,
陈银飞
,
刘化章
材料科学与工程学报
以TiOSO4和硅溶胶为原料,采用氨水滴定共沉淀方法制备了不同SiO2掺杂量的TiO2-SiO2复合氧化物,并对样品进行了BET、孔结构、XRD、SEM、FT-IR表征.结果表明,复合氧化物具有明显的多孔性质,比表面积和孔体积随着Si含量增加而增大.孔结构表现为由近似球形颗粒经均匀排列而成的无序"隧道"孔,当Ti/Si为4时平均孔径最小(5.1nm),分布最为集中.IR和表面元素分析发现,复合氧化物存在Ti-O-Si键,Ti元素更易在材料表面富集.
关键词:
TiO2-SiO2复合氧化物
,
结构
,
共沉淀
李秋菊
,
刘华彦
,
卢晗锋
,
郑敏珠
,
谢晶
,
陈银飞
材料科学与工程学报
doi:10.3969/j.issn.1673-2812.2007.04.029
以氯化镁(分析纯)为原料,反向滴加到氨水中制备普通氢氧化镁,然后在200℃反应釜中对普通氢氧化镁进行水热改性.通过扫描电镜(SEM),X射线多晶衍射仪(XRD),全自动氮物理吸附仪(BET)和激光粒度仪等对样品进行表征分析,得到不同pH条件下晶体生长情况和产品收率.结果表明,常温沉淀过程中pH值为10.0时,产品收率高,粒径分布均匀,分散性好.并且分析了pH值对氢氧化镁晶体生长作用机理.
关键词:
氢氧化镁
,
pH值
,
阻燃剂
,
水热法
郑敏珠
,
卢晗锋
,
刘华彦
,
陈银飞
人工晶体学报
以氯化镁为镁源,氨水为沉淀剂,分别采用正向、反向和双向三种滴定过程制备Mg(OH)2,通过监测溶液动态pH值变化,并引入晶体生长驱动力指标S(镁与氢氧根离子积与容度积的比值取对数)来定量表示溶液滴定过程中动态过饱和度变化,SEM和XRD表征Mg(OH):的结构和形貌.结果表明,正向滴定过程合成的Mg(OH):晶粒大小混杂(100-600 am),反向滴定合成的晶粒偏小(200 nm左右),双向滴定合成的晶粒粒径分布集中(400 nm左右).引入的S较能准确地描述Mg(OH)2成核和晶体生长的规律,不同的滴定过程有不同的S值变化规律.联系S值的变化和晶体粒径的分布,认为S>0时晶体成核占主导,S<0时晶体生长占主导.通过动态控制溶液S值的动态变化,可以目的性地控制Mg(OH)2晶体的结构和形貌.
关键词:
氢氧化镁
,
滴定过程
,
晶体形貌
,
粒径
杨睿
,
黄海凤
,
陈一杰
,
张细雄
,
卢晗锋
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60884-1
火电厂和机动车辆等的NOx排放量与日俱增, NOx的治理已成为环境保护的重要组成部分.以NH3作为还原剂的选择性催化还原(SCR)技术是目前消除NOx最为高效的方法之一.该反应最为典型的催化剂是V2O5–WO3(MoO3)/TiO2,催化活性窗口为250–400 oC.国外通常将SCR系统置于省煤器之后,此时烟气温度在300 oC以上,催化剂能保持较高的活性,但易受到烟气中高浓度烟尘、SO2和碱金属等的影响,寿命相对较短.此外,高温工艺中副产物硫酸铵的堵塞也是一个不可忽视的问题.因此,将SCR脱硝装置设在脱硫除尘之后成为一种优选技术之一,但烟气温度会降至250 oC以下,而常规的钒基催化剂不能满足低温活性要求.通过添加助剂或改变载体可改善钒基催化剂的低温活性,同时保持其高效的抗硫能力.
本文以Cr和V为活性组分, TiO2为载体,采用浸渍法制备了铬钒钛(Cr–VOx/TiO2)系列催化剂,考察了它们的低温脱硝活性和抗水抗硫性,并通过N2吸附-脱附、X射线衍射、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)、H2程序升温还原(H2-TPR)和X射线光电子能谱等手段对催化剂进行了表征,分析了Cr–V催化剂的作用机制.
结果显示,当n(Cr)：n(V)为0.2：0.8,活性组分负载量为10 wt%时, Cr–VOx/TiO2催化剂表现出最佳的低温催化活性；当反应温度为160°C时, NOx转化率达到90%以上,明显优于其他催化剂,同时活性窗口(160–300°C)得到拓宽. NH3-TPD结果表明, VOx/TiO2催化剂表面呈中弱酸性,随着Cr的添加,钒基催化剂的NH3脱附峰向高温拓宽,说明其表面强酸量有所增加, Cr0.2–V0.8/TiO2在160–300°C范围内均出现了NH3的脱附峰,此时催化剂表面弱酸量最大.当n(Cr)：n(V)大于0.2：0.8时,催化剂表面出现强酸位,这种强酸位不利于NH3脱附,从而不利于SCR反应的进行.因此适量Cr的添加有助于提高钒基催化剂表面弱酸及中性酸量. H2-TPR结果发现,助剂Cr的添加使得催化剂表面氧量增加,这可能是由于Cr的添加形成了较多的氧空穴和未饱和的化学键.催化剂表面化学吸附氧是氧化还原反应最活跃的氧物种,在SCR反应中,表面氧可作为NO的吸附介质参与到催化剂表面反应中,可有效提高SCR反应速率.通过考察活性组分负载量对催化剂活性的影响,发现不同负载量催化剂的催化活性依次为10 wt%>20 wt%>50 wt%>5 wt%. XPS分析发现,当负载量为10 wt%时,催化剂表面非计量的钒离子和化学性质活跃的自由电子最多,因此表现出最佳的SCR活性；当负载量过高时,大量氧化物堆积烧结形成V2O5和Cr2V4O13,覆盖了钒离子活性位点,降低了催化剂脱硝效率.
催化剂在220°C表现出良好的抗硫性,在通入100 ppm SO212 h后NOx的转化率仍可达99%以上,并未出现硫中毒现象.同时该催化剂也表现出较好的抗水性,在通入10 vol%水蒸气12 h后, NOx转化率仍能达85%以上.
关键词:
低温
,
选择性催化还原
,
氨
,
铬钒钛催化剂
,
烟气脱硝
,
抗硫性
,
铬掺杂
谢晶
,
卢晗锋
,
刘华彦
,
李秋菊
,
陈银飞
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2007.01221
以316L不锈钢丝网为基材, 利用电泳沉积技术对丝网表面进行改性, 考察了添加剂浓度、电压加压方式、热处理温度对铝粉在丝网表面包覆效果的影响, 制备出表面规整、高粘结强度的Al2O3/Al载体膜, 在30min超声振荡后, 载体膜脱落率仅为0.5wt%; 结合表面浸涂技术, 在丝网上涂覆纳米La0.8Sr0.2MnO3, 通过SEM、XRD、BET等手段对催化剂进行表征, 发现丝网表面催化剂负载均匀, 比表面积达到119.4m2/g, 在30min超声振荡后, 脱落率为5.0wt%. 催化燃烧性能测试表明, La0.8Sr0.2MnO3在不锈钢丝网上有较好的活性, 高空速、高浓度的甲苯在400℃基本能被完全燃烧.
关键词:
金属丝网
,
electrophoretic deposition
,
La0.8Sr0.2MnO3
,
catalytic combustion
谢晶
,
卢晗锋
,
刘华彦
,
李秋菊
,
陈银飞
无机材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-324x.2007.06.042
以316L不锈钢丝网为基材,利用电泳沉积技术对丝网表面进行改性,考察了添加剂浓度、电压加压方式、热处理温度对铝粉在丝网表面包覆效果的影响,制备出表面规整、高粘结强度的Al2O3/Al载体膜,在30min超声振荡后,载体膜脱落率仅为0.5wt%;结合表面浸涂技术,在丝网上涂覆纳米La0.8Sr0.2MnO3,通过SEM、XRD、BET等手段对催化剂进行表征,发现丝网表面催化剂负载均匀,比表面积达到119.4m2/g,在30min超声振荡后,脱落率为5.0wt%.催化燃烧性能测试表明,La0.8Sr0.2MnO3在不锈钢丝网上有较好的活性,高空速、高浓度的甲苯在400℃基本能被完全燃烧.
关键词:
金属丝网
,
电泳沉积
,
La0.8Sr0.2MnO3
,
催化燃烧
顾蕾
,
陈晓
,
周瑛
,
朱秋莲
,
黄海凤
,
卢晗锋
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(17)62781-5
近年来,随着大气环境污染问题日益严重,汽车尾气排放受到政府越来越严苛的控制.柴油车排气成分主要包括碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、微粒(PM)和二氧化硫(SO2),因此常用的尾气后处理系统有颗粒捕获器(DPF)、氧化型催化转换器(DOC)以及NOx选择还原系统(SCR),在处理尾气时三者联合使用.其中柴油机氧化型催化剂(DOC)是汽车尾气后处理装置的重要组成部分,主要用于氧化CO,HC和NO,可以将CO和HC氧化成无害的CO2和H2O,将NO氧化成NO2,为后续SCR反应提供条件.柴油机排气温度一般较低(150?400°C),特别是在冷启动阶段,排气温度可降低到100°C左右,要求催化剂具有良好的低温催化活性.此外,由于柴油中存在少量含硫有机化合物,经过燃烧分解,使得柴油机尾气中含有少量SO2,对催化剂又有钝化作用,因此催化剂的抗硫性也是需要关注的重点.本文采用浸渍法制备Pt/Ce-Zr-SO42?催化剂,考察了催化剂载体硫酸化以及Pt和H2SO4的负载顺序对催化剂催化氧化C3H6和CO的活性及抗硫性的影响,并且对Pt/Ce-Zr-SO42?催化剂进行了一系列表征,探究其物理化学性质.结果表明,SO42?的添加能有效提高催化剂活性.Pt/CZ-10S对C3H6和CO的T90(转化率为90%时的温度)相较于Pt/CZ催化剂降低了约75°C,另外,Pt/CZ-10S催化剂也表现出较好的抗硫稳定性,在含硫尾气中240°C反应20 h后,其对C3H6和CO的转化率仍保持在95%以上.CO-TPD和XPS分析结果显示,Ce-Zr-SO42?载体上Pt的分散度增加,增加的Pt颗粒可以产生更多新的活性位点(Pt&+-(SO42?)&?couples),从而表现出优异的催化活性.此外,硫酸化后催化剂表面酸性的变化也是其抗硫性能提高的原因.
关键词:
柴油车尾气氧化催化剂
,
Pt/Ce-Zr-SO42?催化剂
,
抗硫性
,
催化氧化
