袁瑞雪
,
李杨
,
闫浩兵
,
王欢
,
宋健
,
张中申
,
樊卫斌
,
陈建刚
,
刘忠文
,
刘昭铁
,
郝郑平
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60180-7
采用溶胶-凝胶法制备了一系列钒氧化物催化剂,并用于CO2氧化异丁烷脱氢反应.采用X射线衍射、低温N2吸附-脱附、O2程序升温氧化、程序升温表面反应和原位傅里叶变换红外光谱等方法研究了催化剂的性质.反应结果表明,尽管所有钒氧化物催化剂的丁烯选择性都大于85%,但随着催化剂组成和制备方法的改变,催化活性和稳定性差异显著.其中,12 wt% V2O5/Ce0.6Zr0.4O2(7 wt%)-Al2O3的催化活性最高,而6 wt% V2O5-Ce0.6Zr0.4O2(7 wt%)-Al2O3的稳定性最佳.关联分析催化反应结果与催化剂表征表明,钒氧化物的催化活性取决于VOx物种的结晶度和分散度,而催化剂表面所积重质焦炭的特性是决定催化剂稳定性的关键.非稳态反应和原位光谱结果确认, CO2氧化异丁烷脱氢遵循Mars-van Krevelen氧化还原机理.
关键词:
异丁烷
,
氧化脱氢反应
,
二氧化碳
,
五氧化二钒
,
三氧化二铝
吴敏芳
,
王慧
,
钟良枢
,
张新艳
,
郝郑平
,
沈群
,
魏伟
,
钱光人
,
孙予罕
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61052-X
作为六大温室气体之一, N2O的增温潜能是 CO2的310倍,甲烷的21倍,目前仍然以0.80 ppb/年的速度增长,但是减排成本很低,因此对 N2O的消除具有重要意义.在工业中金属修饰的微孔分子筛因其优良的催化活性,高水热稳定性,低成本等优点而成为研究重点.但是微孔分子筛狭窄的微孔孔道限制了金属前驱体的进入,导致活性金属含量低,进而限制了活性的提高.因此采用一定的改性手段减小分子筛颗粒尺寸,缩短微孔孔道长度或者扩大微孔孔道来增加活性铁物种的含量进而提高分子筛催化活性.
本文选用商用的 ZSM-5和 beta分子筛作为母板分子筛,按照3 g ：50 mL比例将分子筛母板与1.0 mol/L的 HNO3在室温下混合,分别搅拌0,2和24 h,然后采用液相离子交换法负载金属铁制备得到 Fe-ZSM-5和 Fe-beta.通过 X射线衍射、N2物理吸吸脱附、电感耦合等离子原子发射光谱仪、扫描电镜、透射电镜、NH3程序升温脱附及紫外漫反射(UV-vis)等手段对不同时间处理的分子筛的形貌、酸性和铁物种等物理化学性质进行表征.对两种催化剂催化消除 N2O的反应性能进行了测试.结果显示,温和的酸处理下分子筛脱除了部分 Al,其中, ZSM-5分子筛的表现为由外向内逐层刻蚀,颗粒尺寸减小,孔道长度缩短,但是由于 MFI型分子筛较高的稳定性,酸处理对分子筛孔道大小的改变并不明显,而对于 beta分子筛,首先是其中大量无定形物种的去除,然后对孔道进行修饰,使之略微扩大,但是对颗粒尺寸的影响不大.
ICP结果显示,商用 ZSM-5和 beta分子筛经过温和的酸处理改性后, Si/Al比增大,负载 Fe的含量明显增加,各催化剂催化消除 N2O的活性也出现了不同程度的提高. Fe-ZSM-5和 Fe-beta分子筛上 N2O完全转化温度分别向低温段移动了10–15和30°C. UV-vis谱图显示,分子筛中存在着不同种类的铁物种,通过分峰计算发现,孤立的 Fe3+铁离子和低聚态的 Fex3+Oy均是催化活性铁物种,其含量的增加部分也解释了活性提高的原因.
关键词:
金属铁修饰的分子筛
,
氧化亚氮
,
催化性能
,
酸浸
,
活性位
秦纬
,
刘建军
,
左胜利
,
于迎春
,
郝郑平
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2007.00931
采用不同的醇溶剂, 以六亚甲基四胺为沉淀剂, 以TiCl3为前驱体, 通过溶剂热的方法控制合成出纳米级的锐钛矿型、金红石型和板钛矿型的二氧化钛. 通过XRD、TEM、UV-Vis光谱和XPS能谱对其进行了表征, 研究了醇的种类、 六亚甲基四胺的量对二氧化钛相组成及光催化性能的影响. 结果发现, 以甲醇为溶剂, 酸性条件有利于生成锐钛矿相, 碱性条件有利于生成金红石相和板钛矿相. 溶剂热条件下可以得到氮掺杂的TiO2-xNx. 光催化降解甲基橙活性结果表明锐钛矿和板钛矿混晶具有最好的光催化活性.
关键词:
溶剂热
,
titania
,
phase composition
,
photocatalysis
蒋政
,
李进军
,
郝郑平
,
侯红霞
,
许秀艳
,
胡春
催化学报
采用共沉淀水热处理法制备了铁取代六铝酸盐(BaFexAl12-xO19-δ,x≤3)催化剂,并用XRD,SEM,UVVis和BET等技术对催化剂进行了表征.结果表明,经1000℃焙烧后催化剂开始出现少量六铝酸盐相,1100 ℃焙烧后六铝酸盐相为主要的晶相,当x＞3时催化剂中的杂质相不可忽略.Fe取代六铝酸盐中的Fe主要为Oh配位.在x≤3范围内,随着Fe取代量的增加,催化剂对甲烷燃烧的催化活性逐渐升高,其中BaFe3Al9O19-δ的起燃温度最低(515℃);继续增加Fe含量,催化剂的高温活性反而下降.向Fe单取代六铝酸盐晶格中引入La制得的Ba05La05FeAl11O19-δ催化剂,其起燃活性与BaFeAl11O19-δ的基本相同,但高温活性有较大提高.反应气组成对催化剂的活性有显著影响,提高O2分压可以降低催化剂的起燃温度,但对高温活性的影响不大.BaFe2Al10O19-δ催化剂在800℃下运行100 h没有发生失活现象.
关键词:
甲烷
,
催化燃烧
,
铁取代
,
六铝酸盐
,
镧掺杂
,
水热合成
蒋政
,
李进军
,
郝郑平
,
胡春
,
苏继新
,
肖天存
中国稀土学报
采用共沉淀和水热法合成了不同阴离子粘土前驱型复合氧化物催化材料,样品经XRD,FTIR,TPR,TG-DSC,SEM进行表征.同时考察了铜含量在掺杂和不掺杂稀土时对甲烷催化燃烧的影响,结果发现随含铜量增加催化活性增加;未掺杂La的催化剂在高温下出现失活现象,而掺杂型催化剂稳定性良好.同时,制备方法对催化剂的性能有显著影响,在不同制备前驱物pH的条件下,使用共沉淀和水热法合成的阴离子粘土材料,合成时的pH均对催化剂的活性影响较大;同时焙烧温度对催化活性有不同程度的影响.
关键词:
催化化学
,
稀土改性
,
甲烷催化燃烧
,
阴离子粘土
,
含铜复合氧化物
,
镧
王东辉
,
董同欣
,
史喜成
,
郝郑平
催化学报
采用共沉淀法制备了2.5%Au/ZnO催化剂,并用扫描隧道显微镜、 X射线衍射、 X射线光电子能谱和热重研究了纳米金催化剂在空气中存放失活的机理. 结果表明,纳米金催化剂在空气中存放失活是部分可逆的. 纳米金催化剂的存放失活有两方面原因: 一是纳米金粒子的长大,导致不可逆失活;二是碳酸盐在催化剂表面的累积,这种失活可以通过高温焙烧来恢复,是可逆的.
关键词:
纳米粒子
,
金
,
氧化锌
,
负载型催化剂
,
一氧化碳氧化
,
失活机理
,
碳酸盐
李杨
,
张中申
,
王俊慧
,
麻春艳
,
杨洪玲
,
郝郑平
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60914-7
异丁烯用途广泛,被认为是除乙烯和丙烯外最重要的基础化工原料.异丁烯的来源主要是石油裂化过程中产生的碳四馏分,但随着对其需求量的逐年增加,分离法已逐渐无法满足,因此异丁烷直接脱氢工艺逐渐受到工业界和学术界的重视.铬系和铂系催化剂是两类传统工业催化体系,但铬对环境污染严重,铂作为贵金属成本较高,而且现有工艺大多存在催化剂稳定性较差需要反复再生的问题.近年来碳材料用于烷烃氧化脱氢反应的研究较多,并表现出较高的活性和稳定性,甚至有研究组提出金属催化剂在反应中快速生成的活性积碳(active coke)可能是真正的催化活性中心.但氧化脱氢反应不同于直接脱氢,需在反应中加入氧气,这在实际生产中会带来一系列问题：考虑到烷烃的爆炸极限,实际应用时反应气必须稀释,这不利于产物的收集；而且氧气会导致反应物过度氧化产生CO和CO2等副产物,也限制了氧化脱氢工艺在工业上的应用和发展.
我们研究组将椰壳碳、煤质碳和碳纳米管等碳材料作为催化剂用于催化异丁烷直接脱氢反应,发现碳催化剂表现出较高的催化活性：在625 oC,椰壳碳上异丁烷转化率和异丁烯选择性分别为70%和78%,连续反应3d后仍能维持34%的转化率,且选择性基本不变.与铬基催化剂相比,碳催化剂在稳定性方面表现出更大优势.我们进一步采用N2吸脱附、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等手段对反应前后的碳催化剂进行了详细表征. N2吸脱附结果表明,椰壳碳比表面积高达1190.2 m2/g,这可能是其具有较高催化活性的原因；而结合催化剂活性数据,对比反应前后椰壳碳催化剂比表面积和异丁烷转化率可知,两者呈现近乎线性的相关性,进一步证实比表面积大小对碳催化剂催化活性有重要影响. XPS谱图证明椰壳碳在反应前表面除了有少量硅(0.73%)外,不存在金属氧化物等杂质,证实碳材料无需负载氧化物等即可表现出较高的催化活性；反应后沉积的积碳附着在催化剂表面,使硅含量降低至0.47%；催化剂中氧含量也由4.43%降低至3.78%,同时有碳酸盐生成. FTIR谱图进一步证实反应前的椰壳碳表面有丰富的有机官能团,但反应开始后有机官能团很快消失,而催化剂仍保持较高的催化活性,因此有机官能团并非碳催化剂催化活性高的必要因素,这与文献中已报道的结果不同. FE-SEM照片中观察到反应后椰壳碳催化剂表面形成积碳,随着反应时间延长积碳明显增多,这与XPS结果一致.
碳材料具有来源广泛、绿色环保等显著优势,可作为一种新的催化体系应用于异丁烷直接脱氢反应,无需负载其他物质或添加氧化性气体即可表现出良好的催化活性和稳定性,其比表面积对催化活性有重要影响,反应中产生的积碳导致催化剂比表面积下降进而降低其催化活性,而有机官能团的存在对催化活性影响不大.
关键词:
碳
,
直接脱氢
,
异丁烷
,
异丁烯
,
多相催化
乔南利
,
李杨
,
李娜
,
张鑫
,
程杰
,
郝郑平
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60924-X
催化氧化技术是挥发性有机物(VOCs)减排与控制的主流技术之一,其关键之处在于高效催化材料的研究与开发,负载型贵金属催化材料由于其低温下优越的VOCs催化氧化性能,受到国内外研究者的广泛关注.对于负载型催化剂而言,载体的性质直接影响活性相的分散,反应物和生成物的扩散与吸脱附,是影响负载型催化剂性能的主要因素.近年来,多级孔结构硅基材料由于具有多级的孔道结构、高比表面积和大的孔体积,逐渐成为VOCs催化氧化材料的研究热点.本文采用溶胶凝胶法和浸渍法制备了系列双介孔结构硅基材料负载Pd催化剂(Pd/BMS-x),通过控制合成过程中氨水的用量以调节催化剂的介孔结构分布. X射线衍射(XRD)结果表明,所合成的Pd/BMS-x催化剂在~2.0°的衍射峰,类似于MCM-41的(100)晶面衍射峰,表明所有的样品均具有有序的介孔结构. N2吸脱附实验表明所有样品的比表面积均高于1000m2/g,孔径分布表明Pd/BMS-30样品为单一介孔结构,而Pd/BMS-5~Pd/BMS-20样品具有2.64 nm以及18–45 nm范围内的双介孔结构,且Pd/BMS-15样品介孔分布较为集中. Pd/BMS-x催化剂上甲苯催化氧化性能测试表明,双介孔结构的Pd/BMS-5~Pd/BMS-20催化剂上甲苯催化氧化活性远高于单一介孔结构的Pd/BMS-30催化剂,表明载体结构对催化剂性能有重要影响.其中, Pd/BMS-15催化剂性能最佳(T90为228°C)且具有较强的稳定性,250°C条件下,反应持续60h催化剂未见明显失活. SEM和TEM结果表明, Pd/BMS-15催化剂中Pd高度分散于载体上,平均粒径在~3 nm左右.而Pd/BMS-30催化剂中Pd颗粒间有明显的团聚,平均粒径在8~17 nm之间.分散度测试表明,单一介孔结构的Pd/BMS-30催化剂, Pd分散度仅为27%,而双介孔结构Pd/BMS-5–Pd/BMS-20催化剂介于39%到69%,其中Pd/BMS-15催化剂中Pd分散度高达69%.与常规单一介孔MCM-41和MCM-48负载Pd催化剂相比,在低空速(42000 h–1)条件下, Pd/BMS-15催化剂上甲苯催化氧化性能与Pd/MCM-41和Pd/MCM-48催化剂相当.高空速(70000h–1)条件下, Pd/BMS-15催化剂的活性远高于单一介孔的Pd/MCM-41和Pd/MCM-48催化剂. Pd/BMS-15催化剂独特的双介孔结构,有利于活性相Pd的分散、反应物的扩散和传输,特别是在高空速条件下,有利于反应物与活性相的接触,提高了材料的氧化反应性能.进一步考察了材料的水热稳定性,将11 vol%的水蒸气引入到反应体系中,测试结果表明水蒸气的加入导致Pd/MCM-41和Pd/MCM-48催化剂的甲苯催化氧化性能显著下降,反应500 min后甲苯转化率分别从100%下降到76%和81%,而对于Pd/BMS-15催化剂,水蒸气的引入并未导致其活性明显下降,从而表明Pd/BMS-15催化材料具有较高的水热稳定性.
关键词:
双介孔硅
,
孔结构
,
催化氧化
,
甲苯
,
钯
