张亚平
,
郭婉秋
,
王龙飞
,
宋敏
,
杨林军
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沈凯
,
徐海涛
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周长城
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60916-0
商业选择性催化还原(SCR)催化剂V2O5-WO3(MoO3)/TiO2存在反应温度窗口窄(300–400 oC)和SO3转化率高等缺点,同时占催化剂总质量80%以上的载体TiO2比表面积小,热稳定性差.已有研究发现TiO2-ZrO2固溶体具有较大的比表面积和较强的表面酸性, TiO2与ZrO2的摩尔比为1：1时其比表面积达到最大. CeO2作为SCR催化剂的组成部分,由于其优良的储氧和放氧能力受到广泛关注.研究表明, CeO2-CuO, Ce/Ti-Si-Al和Mo2O3(Co2O3)/Ce-Zr等催化剂具有优良的SCR脱硝活性,同时对V2O5-WO3/TiO2催化剂进行CeO2改性,可提高催化剂的抗SO2中毒能力.实际烟气组分中同时存在SO2和H2O,必定会导致催化剂硫酸盐中毒,而目前对含Ce催化剂的硫酸盐中毒情况研究较少,因此开发新型高效脱硝催化剂十分必要.前期我们研究了xCeO2-3%V2O5/TiO2-ZrO2催化剂,发现CeO2可以显著拓宽脱硝温度窗口,同时增强催化剂酸性位点,但是V2O5含量较高时对环境及人体健康均有较大危害.本文采用共沉淀法制备摩尔比为1：1的TiO2-ZrO2固溶体,用浸渍法负载不同摩尔比的CeO2和1%的V2O5,得到一系列V-xCe/Ti-Zr催化剂,结合X射线衍射(XRD)、比表面积测试(BET)、高分辨透射电镜(HRTEM)、程序升温还原(H2-TPR)、原位漫反射红外光谱(in situ DRIFTS)和程序升温脱附(NH3-TPD)等手段分析催化剂的晶相、活性物质分散程度、氧化还原性质及表面酸性,在200–450 oC范围内考察Ce掺杂催化剂选择性催化还原NOx的脱硝活性,并在250 oC测试催化剂在NH3+NO+O2+SO2+H2O气氛中的脱硝活性,研究催化剂抗硫酸盐中毒能力.研究发现,CeO2掺杂可以拓宽脱硝反应活性窗口, V-0.2Ce/Ti-Zr (摩尔比Ce：Ti =0.2)表现出最优的脱硝性能,在250–350oC范围内脱硝效率均在92%以上,同时与前期研究结果对比发现CeO2含量较高时会导致高温段NOx转化率下降. XRD和HRTEM结果表明,ZrO2的添加可以显著降低载体TiO2的结晶度,复合氧化物TiO2-ZrO2呈无定形态, CeO2高度分散于载体之上,并且催化剂以单晶形式存在. H2-TPR结果表明,CeO2能显著提高催化剂的还原能力,主要的还原反应发生在CeO2的α(200–430oC)和β(430–600 oC)还原峰上,总体而言, V-0.2Ce/Ti-Zr表现出最大的氢气消耗量,即其还原性最强.低V2O5负载有利于较低温度SCR反应, V-0.3Ce/Ti-Zr的钒氧化物还原峰强度最大,其次是V-0.2Ce/Ti-Zr. NH3-TPD测试发现V2O5/TiO2主要存在中强酸及强酸,而V2O5/TiO2-ZrO2主要是弱酸, CeO2负载后随着其含量提高,弱酸强度增加.结合氨气原位漫反射红外光谱发现, CeO2可以增加催化剂Br?nsted和Lewis酸位数量,同时出现反应中间物–NH2, V2O5的负载量较高会抑制1660 cm–1处Br?nsted酸吸收峰的出现. BET结果发现, TiO2-ZrO2和V2O5/Ti-ZrO2比表面积分别可达255.73和143.77 m2/g, V2O5/TiO2仅为66.1 m2/g,表明ZrO2的添加可以显著增大催化剂比表面积,进而有利于SCR反应进行,沉积的氧化物进入载体孔道导致催化剂比表面积降低. V2O5-xCeO2/TiO2-ZrO2表现出较强的抗SO2中毒能力,但是在H2O存在条件下脱硝活性较差,可能是生成的硫酸铵盐及亚硫酸盐阻塞催化剂孔道所致. SO2和H2O停止通入后, V2O5-0.3CeO2/TiO2-ZrO2活性恢复至原有水平, V2O5-0.2CeO2/TiO2-ZrO2恢复至最初的84%.对中毒催化剂进行不同反应温度下的活性测试,发现V2O5-0.2CeO2/TiO2-ZrO2在中温段反应活性显著降低,可能是由于Ce(SO4)2的形成所致,由于V2O5-0.3CeO2/TiO2-ZrO2的Ce含量较高,其在此温度范围内活性依旧较高.两者在高温段NOx转化率均较高,推测是V2O5开始发挥活性组分作用的缘故.
关键词:
二氧化铈
,
钛-锆
,
酸性位
,
氮氧化物
,
选择性催化还原
,
中毒
张亚平
,
汪小蕾
,
沈凯
,
徐海涛
,
孙克勤
,
周长城
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(11)60427-0
采用3种不同的浸渍过程制备了系列 WO3改性 MnOx/TiO2催化剂,并采用 BET 比表面积测试、X 射线衍射、拉曼光谱、H2程序升温还原、高分辨扫描电镜和原位红外光谱等技术进行表征.结果显示,一步浸渍法和先钨后锰的分布浸渍法制备的催化剂中, Mn 和 W 的协同作用提高了活性组分的分散状态,并阻止了钛载体的转晶;在所有的 Mn 基催化剂中, Mn 物种主要以Mn2O3形式存在,但在15%MnOx-5%WO3/TiO2中出现了少量的 MnO2; WO3的加入大大增强了催化剂的还原能力,提高了其表面酸位尤其是 B 酸的数量与强度,并促进了活性中间物(-NH2)的生成.表面 Lewis 酸在低温 SCR 反应起主要作用,并且发现-NH2也是活性很高的物种.在 NH3低温催化还原 NO 的反应中,一步浸渍法制备的催化剂活性最高.
关键词:
钨氧化物
,
改性
,
锰氧化物
,
低温选择性催化剂还原
,
表面酸位
,
活性中间产物
沈凯
,
满石清
材料导报
利用乙二胺( Ethylenediamine anhydrous,EDA)/异丙醇(Isopropyl alcohol,IPA)体系对单晶硅(100)面进行了各向异性腐蚀,研究了不同温度、不同反应时间条件下单晶硅表面的绒面结构和表面反射率.利用EDA/IPA 体系得到的金字塔结构尺寸为8μμm左右,但均匀性较差.在1.5％ EDA、5％ IPA体系中添加5％Na2SiO3,80℃反应15min后获得了平均反射率为l1％、表面金字塔结构均匀且尺寸较小的单晶硅绒面.实验结果表明,Na2SiO3的引入使金字塔的尺寸从8μm左右降低至3μm左右,并且均匀度也得到改善.
关键词:
硅制绒
,
乙二胺
,
各向异性腐蚀
,
太阳能电池
周衡志
,
李子全
,
胡孝昀
,
沈凯
,
王立
中国稀土学报
为了改善纳米CeO2在Zn-Al类共晶合金中的分散性, 采用超声液相包覆法对纳米CeO2进行表面活性剂表面包覆改性, 并用AES测定了包覆层的厚度, 用TEM研究了CeO2的团聚状况, 用TGA分析了有机物包覆层的炭化温度范围, 最后用FE-SEM观察了CeO2在复合材料中的分散情况.结果表明, 包覆在纳米CeO2表面的厚度约为20 nm的表面活性剂层提高了微粒的分散性, 而且该包覆层在495 ℃时已经炭化.热力学计算的结果也表明, 炭化层能与氧化膜反应, 该反应提高了CeO2与基体间的润湿性, 并使其均匀分布在基体合金中.
关键词:
纳米CeO2
,
表面改性
,
分散性
,
炭化
,
稀土
沈凯
,
施珊
,
王斯琦
,
孙江波
,
徐庆宇
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(12)60712-8
报道了一种新型Ag/Ag3PO4/g-C3N4三元复合光催化剂的制备及其半导体界面处的快速载流子分离所引起的光催化活性的显著增强效应.通过X射线衍射,扫描电子显微镜,紫外-可见吸收光谱以及光致发光光谱等就其晶体结构、形貌、组分、光学吸收以及载流子的快速分离行为进行了表征与分析.以罗丹明B作为模型化合物分子,研究发现,所制备的Ag/Ag3PO4/g-C3N4三元复合光催化剂在可见光照射下表现出比Ag3PO4以及Ag3PO4/g-C3N4二元催化剂更为优异的光催化活性.研究认为,Ag3PO4表面尺寸约为40 nm的Ag纳米粒子在可见光下受激所产生的等离子表面共振效应以及Ag3PO4与g-C3N4界面处所形成的类似异质结结构对所制备的Ag/Ag3PO4/g-C3N4三元复合光催化剂光催化活性的显著增强起到重要作用.
关键词:
银纳米粒子
,
磷酸银
,
石墨型氮化碳
,
表面等离子共振
,
异质结
