孔洁静
,
赖晓冬
,
芮泽宝
,
纪红兵
,
季生福
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61093-2
甲苯是一种最常见的室内有毒挥发性有机物(VOCs),目前消除方法主要有吸附、催化燃烧和光催化氧化,其中光催化是一种最高效和经济可行的方法,能在较温和条件下将甲苯完全矿化为 CO2.作为研究最广泛的光催化剂, TiO2在应用中通常有锐钛矿(ATiO2)和金红石(RTiO2)两种物相,但单物相 TiO2的低量子产率和光生电子-空穴对的快速复合严重限制了它的应用.本文选择兼具锐钛矿和金红石两种物相的 P25为催化剂载体,通过负载少量 ZnO和构建多组分并具备多通道载流子分离功能的异质结以提高 TiO2基光催化剂的性能.
利用一步浸渍法制备了一系列 ZnO/P25复合光催化剂,考察了其光催化降解气相甲苯性能. X射线粉末衍射结果表明, ZnO/P25异质光催化剂是由 ATiO2, RTiO2和红锌矿三种物相结构组成.高分辨透射电镜结果表明, ZnO/P25具备三相异质结 ZnO(002)/ATiO2(101)/RTiO2(110).紫外可见光谱、荧光光谱和光电流表征结果表明, ZnO/P25所形成的三相异质结不但增强了光吸收能力,还实现了多通道电子/空穴分离.催化降解实验表明, ZnO/P25异质光催化剂能在室温紫外光辐射下将甲苯完全矿化为 CO2和 H2O.基于三相异质结和多通道光生电子-空穴对分离的形成及促进作用, ZnO/P25光催化活性和速率均明显高于 P25.本文报道的多通道载流子分离理念可为高效光催化剂设计和应用提供一种新思路.
关键词:
二氧化钛
,
氧化锌
,
甲苯
,
光催化
,
异质结
,
多通道载流子分离
俞卫华
,
王朋朋
,
周春晖
,
赵汉彬
,
童东绅
,
张浩
,
杨慧敏
,
季生福
,
王浩
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(17)62813-4
甘油是一种可由生物资源生产、可持续的、可降解的平台化学品,是生物柴油、肥皂化工等工业生产过程中的主要副产物.催化甘油脱水反应生产丙烯醛,有望能替代丙烯等石油裂解产物合成丙烯醛的传统工业路线.丙烯醛是一种重要的化工中间体,被用于合成蛋氨酸、丙烯酸、3-甲基吡啶和1,3-丙二醇,并被广泛地应用于农药、医药、高分子材料等领域.随着全球可持续能源发展,生物柴油生产迅速发展,将产生大量的副产物甘油.利用甘油为原料,通过合适的催化剂的催化脱水反应生成丙烯醛,是近十多年来国内外工业催化的研究热点之一.用于催化甘油脱水合成丙烯醛的酸催化剂有杂多酸、金属氧化物、沸石与酸性粘土矿物等.钨磷杂多酸(H3PW12O40)负载的催化剂虽然具有较强的酸性,有利于催化甘油脱水,但容易导致结焦,而且热稳定差,容易失活.钨磷杂多酸负载于SiO2,TiO2,Al2O3,SiO2-Al2O3,K-10蒙脱石上表现出不同的催化活性,表明催化剂和载体的表面酸性和孔结构影响催化性能.近来研究发现,负载于ZrO2,Al2O3的钨氧化物(WOx)催化剂热稳定性好、酸性高,在甘油脱水反应生成丙烯醛中表现出良好的催化性能.但有关钨氧化物(WOx)结构、催化活性受载体组成、酸性影响的本质和规律一直不清楚.本文采用20 wt%的硫酸、盐酸、磷酸和乙酸对蒙脱石进行酸改性,并在磷酸改性的蒙脱石上负载W含量为4–16 wt%的WOx作为催化剂,用于甘油气相脱水反应.X-射线衍射(XRD)、热重-差热法(TG-DTG)、氨程序升温脱附(NH3-TPD)、红外光谱(FT-IR)和紫外漫反射可见光谱(DR UV-vis)等表征,探讨了酸改性和负载WOx的蒙脱石对催化剂催化性能的影响.蒙脱石经过20wt%的硫酸、盐酸、磷酸和乙酸的活化,酸性增加.四种酸改性的蒙脱石对甘油气相脱水反应均有催化活性,这是因为在蒙脱石酸活化过程中,H+经过阳离子交换反应进入蒙脱石层间,同时蒙脱石八面体中的部分Al3+被浸出,使层板上出现不饱和Al3+,为催化剂提供了L酸位,蒙脱石硅氧四面体上的Si?OH以及[AlO4]上吸附的H3O+提供了B酸位.XRD分析表明,负载WOx的蒙脱石表面存在WO2.72,WO2.9和WO3三种不同类型的WOx,当钨负载量从12 wt%增至16 wt%,孤立的单斜晶系WO3晶粒增多.NH3-TPD和DR UV-vis结果表明,WOx负载在蒙脱石表面以[WO5/WO6](B酸位)、[WO4]和单斜晶系WO3相(L酸位)形式存在.蒙脱石上负载WOx能够调节催化剂的酸强度、酸量和酸位.随着钨负载量从4 wt%增至12 wt%,丙烯醛收率从40.9%增加到67.3%;进一步增加钨负载量到16 wt%,丙烯醛收率降为50.7%.结果发现,随着钨负载量的增加,催化活性组分含量增加,[WO5/WO6](B酸位)增加,使催化活性增加;当W负载量达到16 wt%时,WOx分散性降低,且在催化剂表面形成孤立的单斜晶系WO3相(L酸位),不利于提高丙烯醛选择性.当反应温度为320 oC,甘油水溶液浓度为15 wt%时,磷酸活化蒙脱石负载12 wt%W的催化剂上甘油转化率为89.6%,丙烯醛收率达到73.3%.
关键词:
甘油
,
丙烯醛
,
脱水
,
WOx
,
酸活化粘土
,
催化剂
陈能展
,
季生福
,
银凤翔
,
赵丽萍
,
王伟
,
李成岳
,
刘辉
催化学报
以FeCrAl合金薄片为载体,以LaAl1-xFexO3为活性组分,以Al2O3为过渡层,制备了LaAl1-xFexO3/Al2O3/FeCrAl金属基整体式催化剂,并用XRD和SEM等方法对催化剂的物相和形貌进行了表征,对催化剂上甲烷催化燃烧活性进行了评价. 结果表明,催化剂物相中有LaAl1-xFexO3型钙钛矿及α-Al2O3 和γ-Al2O3; 催化剂的颗粒小于2 μm, 并且颗粒的尺寸及形貌与LaAl1-xFexO3中的Fe/Al摩尔比有关; 催化剂样品对甲烷催化燃烧活性的大小顺序为LaAl0.3Fe0.7O3/Al2O3/FeCrAl＞LaFeO3/Al2O3/FeCrAl＞LaAl0.5Fe0.5O3/Al2O3/FeCrAl＞LaAl0.7Fe0.3O3/Al2O3/FeCrAl＞LaAlO3/Al2O3/FeCrAl.
关键词:
镧
,
铝
,
铁
,
复合氧化物
,
铁-铬-铝合金
,
整体式催化剂
,
甲烷
,
燃烧
季生福
,
李树本
,
张兵
,
刘育
,
许传芝
催化学报
制备了一系列不同W,Mn含量的Na-W-Mn/SiO2催化剂,并进行了其催化甲烷氧化偶联反应性能评价和XPS,XRD表征.研究结果表明,W和Mn的含量分别为2.2%≤W≤8.9%和0.5%≤Mn≤3%时,催化剂具有较好的甲烷氧化偶联反应性能.Mn的表面浓度与甲烷的转化率和乙烯的选择性有较好的对应关系,W的表面浓度与乙烷的选择性有一定的关联,据此提出Na-O-Mn和Na-O-W都是甲烷氧化偶联反应的活性中心.反应的活性相是Na2WO4,Na2W2O7和Mn2O3.
关键词:
钨酸钠
,
氧化锰
,
担载型催化剂
,
甲烷
,
氧化偶联
朱全力
,
杨建
,
季生福
,
王嘉欣
,
汪汉卿
催化学报
制备了含有少量Ni,Co,Cu或K的Mo2C/Al2O3催化剂,用于甲烷部分氧化(POM)制合成气反应,并用程序升温表面反应(TPSR)进行了表征. Ni可以促进氧化钼被氢还原,进而促进氧化钼的碳化及甲烷的活化,故Ni改性催化剂具有很高的催化活性和选择性,并且有很高的催化稳定性. Co也可以促进氧化钼的碳化及甲烷的活化,故Co改性催化剂也具有较高的催化活性和稳定性. Cu的添加有利于氧化钼的碳化及甲烷的活化,故Cu改性催化剂在开始阶段表现出对甲烷转化的促进作用,但随后其促进作用消失,与Cu的存在状态发生变化有关; Cu改性催化剂具有较低的选择性,则与其促进氧的活化作用有关. K的添加不利于氧化钼的碳化及甲烷的活化,故K改性催化剂的催化活性和选择性较低.
关键词:
甲烷
,
部分氧化
,
合成气
,
碳化钼
,
氧化铝
,
负载型催化剂
,
镍
,
钴
,
铜
,
钾
,
改性
郭亚男
,
曾鹏晖
,
季生福
,
魏妮
,
刘辉
,
李成岳
催化学报
doi:10.3724/SP.J.1088.2010.90905
采用共浸渍法制备了P/Ni摩尔比为2的Ni_2P/SBA-15,再通过二次浸渍引入助剂Mo制得Mo-Ni_2P/SBA-15,将它调制成活件胶后均匀涂敷于预处理后的载体表面,干燥焙烧后在氢气流中采用程序升温还原法,制备了一系列Mo-Ni_2P/SBA-15/堇青石整体式催化剂.采用X射线衍射、N_2吸附-脱附和X射线光电子能谱对催化剂结构进行了表征,以二苯并噻吩为模型含硫化合物,考察了催化剂的加氢脱硫件能.结果表明,Mo的加入增大了催化剂的比表面积,在催化剂表面形成了MoNiP_2,且Ni_2P为主要活性物相.Mo在催化剂表而主要以Mo~(6+)和Mo~(δ+)形式存在;当w(Mo)=4.2%时,n(Mo)/n(Ni+Mo)=0.18的整体式催化剂上二苯并噻吩的转化率最高,且在较低反应温度时以直接脱硫机理为主,而较高反应温度时以加氢脱硫机理为主.
关键词:
钼
,
助剂
,
磷化镍
,
整体式催化剂
,
二苯并噻吩
,
加氢脱硫
,
联苯
,
环己基苯
赵福真
,
曾鹏晖
,
张广宏
,
季生福
,
李成岳
催化学报
doi:10.3724/SP.J.1088.2010.90903
以介孔SBA-15分子筛为载体,用等体积共浸渍法制备了不同Cu/Co比和不同Cu-Co含量的Cu-Co/SBA-15催化剂,用N2吸附-脱附、高分辨透射电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱和程序升温还原等手段对催化剂进行了表征,并在微型定床反应器上评价了催化剂催化甲苯燃烧性能.结果表明,所有催化剂仍具有SBA-15分子筛的介孔结构,Cu含量较低时催剂中存在Cu-Co-O固溶体,Cu含量较高时会形成CuO.催化剂表面的Co对甲苯催化燃烧有重要的作用,催化剂中的Cu可降低Co的还原温度,从而有利十催化剂活性的提高.40%(Cu_(0.25)Co_(0.75))/SBA-15催化剂具有最高的活性,在285℃时可完全化燃烧消除甲苯.
关键词:
甲苯
,
催化燃烧
,
铜
,
钴
,
SBA-15分子筛
胡林华
,
季生福
,
刘倩倩
,
吴平易
,
朱吉钦
,
李成岳
催化学报
分别以浸渍法和水热晶化法制备了SBA-15介孔分子筛孔中插入氧化钨和碳化钨的催化剂,采用NH3-TPD测定了表面酸性和总酸量,并采用FT-IR研究了它们的表面羟基分布情况.NH3-TPD结果表明,浸渍法制备的含氧化钨的SBA-15介孔分子筛催化剂表面只有SBA-15介孔分子筛的弱酸位,而含碳化钨的SBA-15介孔分子筛催化剂表面还出现了W2C的强酸位.水热晶化法制备的含氧化钨的SBA-15介孔分子筛催化剂表面SBA-15介孔分子筛的弱酸位随W含量的增大略有增强, W含量较高时还出现了钨物种的强酸位;含碳化钨的SBA-15介孔分子筛催化剂表面除了SBA-15介孔分子筛的弱酸位外, W含量较低时有W2C的强酸位, W含量较高时有W2C和WC两种强酸位.傅里叶变换红外光谱结果表明,浸渍法和水热晶化法制备的含氧化钨和碳化钨的SBA-15介孔分子筛催化剂除表面自由硅羟基外,还存在着α, β和γ三种不同类型的氢键羟基,并且氢键羟基和催化剂的制备方法以及催化剂的W含量都有一定的关系.
关键词:
SBA-15介孔分子筛
,
氧化钨
,
碳化钨
,
氨程序升温脱附
,
傅里叶变换红外光谱
李庆远
,
季生福
,
胡金勇
,
蒋赛
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(12)60618-4
采用浸渍法制备了SiO2,γ-Al2O3,CaO和TiO2负载的Ni催化剂,以及不同MgO含量的MgO-7.5％ Ni/γ-Al2O3催化剂,利用X射线衍射和N2吸附-脱附技术表征了催化剂的结构,在固定床反应器上评价了它们在稻草水蒸气催化重整制合成气反应中的催化性能,考察了反应条件对催化剂性能的影响.结果表明,以γ-Al2O3为载体时Ni催化剂活性最高,其中7.5％ Ni—-Al2O3催化剂的H2收率可达1071.3ml/g,H2∶CO的体积比为1.4∶1;同时,MgO的添加进一步提高了该催化剂的性能,当MgO含量为1.0％时,H2收率可达1194.6ml/g,H2∶CO体积比可达3.9:1.可见MgO的加入促进了Ni基催化剂上稻草水蒸气催化重整制合成气反应的进行,同时使得合成气中CO发生水-汽转换反应,从而大大提高了合成气中H2含量.
关键词:
镍基催化剂
,
稻草
,
水蒸气重整
,
合成气
,
氢气
