华东理工大学 化工学院, 化学工程联合国家重点实验室, 上海 200237
锰铈氧化物由于较强的氧化还原活性、优良的低温脱硝性能, 已被广泛用于选择性催化还原(SCR)脱硝反应, 但是锰铈氧化物存在活性组分易团聚、比表面积较低等问题, 限制其催化剂活性的提高。本研究以介孔结构的石墨烯基SiO2(G@SiO2)纳米材料为模板, 采用水热法制备了系列石墨烯基介孔锰铈氧化物(G@MnOx-CeO2)催化剂, 并考察了该催化剂在低温下(100~300 ℃)的SCR脱硝性能。结果表明, 与石墨烯基铈氧化物(G@CeO2)相比, G@MnOx-CeO2催化剂具有较高脱硝活性。当Mn、Ce与模板G@SiO2质量比分别为0.35、0.90时, G@Mn(0.35)Ce(0.9)催化剂的脱硝活性最佳, 220 ℃下NO转化率达到最高(80%)。添加适量MnOx, 提高了G@MnOx-CeO2催化剂的比表面积、孔容, 降低了催化剂的结晶度; 并且MnOx-CeO2以纳米尺度(2~3 nm)较为均匀地分散于石墨烯片层表面。此外, 由于MnOx与CeO2之间存在协同作用, Mn原子可以部分替代Ce原子掺杂于CeO2的晶体结构中形成MnOx-CeO2固溶体, 使G@Mn(0.35)Ce(0.9)催化剂表面存在较高含量的高价态Mn3+和Mn4+、Ce4+以及较高的化学吸附氧浓度, 从而展现出较高的脱硝性能。该工作为MnOx-CeO2基催化剂在低温NH3-SCR中的实际应用提供了基础数据。
石墨烯 铈氧化物 锰氧化物 NO 选择性催化还原 graphene cerium oxide manganese oxide NO selective catalytic reduction
1 1.西南石油大学 油气藏地质及开发工程全国重点实验室, 成都 610500
2 2.西南石油大学 新能源与材料学院, 成都 610500
室内甲醛污染已成为影响人类生命健康的重要问题之一。以氧气为氧化剂的催化氧化甲醛技术以其条件温和、无毒副产物等优势而受到广泛关注, 但是开发经济高效的催化材料仍然面临巨大的挑战。本工作通过一步水热法制备了α-Ni(OH)2, 并研究了其催化氧化甲醛机理。测试结果表明, 以水为溶剂、硝酸镍为镍源制备的α-Ni(OH)2在室温下催化氧化甲醛效率最高, 达到71.2%。原位红外和理论计算分析发现, 由于α-Ni(OH)2表面丰富的羟基官能团, 吸附的甲醛与α-Ni(OH)2表面羟基之间存在强烈的相互作用, 增强了对甲醛的活化, 在无氧气条件下实现了甲醛氧化。另一方面, 不同条件处理的α-Ni(OH)2的XPS分析证实了催化氧化甲醛的活性位点为Ni3+, 且氧气可加速Ni3+活性位点的回复。α-Ni(OH)2表面羟基协同活性位点Ni3+促进了甲醛的催化氧化, 这与传统氧气解离为速控步的甲醛氧化反应路径明显不同。本研究提出了表面羟基协同活性位点促进甲醛氧化的反应机理, 为催化氧化甲醛技术的实际应用提供了理论基础。
催化氧化甲醛 表面羟基 反应机理 反应路径 catalytic formaldehyde oxidation surface hydroxyl reaction mechanism reaction path
1 1.上海理工大学 材料与化学学院, 上海 200093
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 201899
甲烷是对全球温升贡献仅次于二氧化碳的温室气体, 且其全球增温潜势是CO2的80倍以上。在全球变暖和大气中甲烷含量不断增长的背景下, 完全催化氧化大气甲烷对于减缓温室效应和全球变暖具有重要价值。然而, 由于甲烷具有较高的结构稳定性, 在温和条件下将其催化氧化一直面临巨大的挑战。本文综述了近年来甲烷完全氧化在热催化、光催化以及光热协同催化三种反应条件下的研究进展, 热催化中高温增大了能耗并加速了催化剂的失活, 开发低温反应条件下的催化剂已经成为甲烷完全热催化的重点; 光催化提供了一种常温常压条件下利用光能氧化甲烷的方法, 但是相对热催化来说反应速率较低; 光热协同催化在光能和热能的协同作用下, 可实现温和条件下的甲烷高效完全催化氧化, 表现出潜在的应用前景。本文就三种反应催化剂的发展进行综述, 系统分析了不同反应的原理, 以及不同反应条件下甲烷完全催化氧化的优势与不足, 同时总结了催化氧化甲烷所面临的挑战, 并提供潜在的解决方案, 期望为今后的甲烷氧化研究提供借鉴。
甲烷完全氧化 热催化 光催化 光热协同 综述 catalytic oxidation of methane thermal catalysis photocatalysis photothermal catalysis review
合肥工业大学资源与环境工程学院，纳米矿物与污染控制安徽省普通高校重点实验室，合肥 230009
对铜陵叶山铁矿开采所产生的低品位褐铁矿尾矿(LT)进行探究，旨在发掘其在室温净化甲醛领域中的应用价值及其载体性能。通过分析该尾矿的成分，发现其含有纳米针铁矿、石英等矿物，具有较大的比表面积，适合作为催化剂载体。采用化学还原法将δ-MnO2(Bir)负载于尾矿颗粒表面，制备了一系列不同锰含量的除醛催化剂(x-Bir/LT)。结果表明：该催化剂具有良好的催化降解甲醛的能力。在甲醛初始浓度为1.2 mg/m3，体积空速为260 000 h-1的条件下，27.3-Bir/LT在600 min时净醛效果仍有97.2%，并且具有长时间稳定性和抗水性。通过原位红外光谱分析发现，甲醛在催化剂表面反应的机制为：甲醛被表面羟基吸附后氧化成H+和HCOO-，并经过羟基和表面活性氧氧化，进一步分解成CO2和H2O。同时，氨气吸附原位红外分析发现，该尾矿能为催化剂提供大量的L-酸位点，提高了复合催化剂的催化氧化能力。因此以褐铁矿尾矿为催化剂的载体可以提升复合催化剂的净醛能力，为其用于室内甲醛等污染治理提供了理论支撑。
褐铁矿尾矿 甲醛 催化氧化 环境温度 L-酸位点 limonite tailings formaldehyde catalytic oxidation ambient temperature L-acid sites
山东理工大学材料科学与工程学院，山东 淄博 255000
纳米催化抑菌材料在解决因抗生素滥用导致的细菌耐药性方面具有广阔的应用前景，但其催化效率受限于低的pH值环境(pH = 2.0～5.0)，而实际的细菌微环境pH值相对较高(pH = 6.0～7.0)，这导致大多数材料催化效率有限、杀菌效果不理想。本研究用简单的共沉淀法一步制备了MnSiO3纳米颗粒，采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)等测试手段对样品的形貌、结构和催化性能进行了表征，研究了其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性能。结果表明：非晶态的MnSiO3纳米颗粒在pH值为6.4、7.0的缓冲溶液中，形态从纳米颗粒转变成微米花球；MnSiO3纳米颗粒在较高pH值下具有强催化能力，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出了优异的抑菌性能。因此，可原位形貌转变的MnSiO3材料在抗菌感染的治疗方面具有一定的应用优势。
纳米催化 形貌转变 pH响应 抑菌治疗 nano-catalytic therapy structure transformation pH-ultrasensitive bacterial infection treatment
1 安徽理工大学材料科学与工程学院, 淮南 232001
2 安徽理工大学, 环境友好材料与职业健康研究院(芜湖), 芜湖 241003
本文以无水葡萄糖和六水合硝酸钴为原料, 采用水热法与原位负载相结合制备了一种掺钴的碳基化合物, 并将其作为过硫酸氢钾活化剂用于催化降解水体中的四环素。对制备的掺钴碳基化合物进行了XRD、SEM、TEM、XPS等表征, 从晶形结构、显微形貌、表面化学元素等方面分析了该催化剂降解四环素效果明显高于单一水热碳的原因。此外, 考察了催化剂投加量、过硫酸氢钾投加量、溶液pH等因素对四环素催化降解效果的影响。实验结果表明: 掺钴碳基化合物在最佳反应条件下催化降解60 min, 四环素的降解率达到了95.84%(k=0.051 36 min-1)。同时还对降解机理进行了探究, 分析结果表明掺钴碳基材料中的Co0和Co2+参与了激活过硫酸氢钾产生·O-2、SO·-4、1O2、·OH的过程, 该材料具有高效的催化降解四环素的能力, 在处理抗生素废水方面具有良好的前景。
掺钴碳基材料 催化降解 四环素 高级氧化处理 无水葡萄糖 水热碳 cobalt-doped carbon-based material catalytic degradation tetracycline advanced oxidation treatment anhydrous glucose hydrothermal carbon
1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院大学北京 100049
银纳米团簇作为一种新兴的纳米材料，由于其极小的尺寸，表现出独特的物理化学性能，得到了广泛的关注。本文利用辐射技术设计了一种简单有效的银纳米团簇复合材料的制备方法。利用聚丙烯酸类聚合物分子链携带的羧基，通过辐射还原直接获得了银纳米团簇水溶液。基于辐射接枝技术，将聚丙烯酸模板接枝到不同基体材料上得到固体模板。利用固体模板代替水溶性模板材料，实现了银纳米团簇在固体模板上的原位合成，直接得到银纳米团簇复合材料。制备的银纳米团簇及其复合材料依旧保有银纳米团簇光致发光及催化活性，在金属离子检测和催化4-硝基酚还原加氢具有应用潜力。同时，基体材料的结构与银纳米团簇也会形成协同作用，提高银纳米团簇的使用性能。利用辐射技术简化银纳米团簇复合材料的合成路线，对于不同基体材料具有普适性，扩宽了银纳米团簇复合材料的潜在应用领域。
辐射还原 辐射接枝 银纳米团簇 荧光 催化 Radiation reduction Radiation graft Silver nanoclusters Fluorescence The catalytic
我国的水泥生产以新型干法水泥窑技术为主, 使用燃料为高挥发分、低灰分的优质烟煤。水泥生产属于高能耗、高排放行业, 控制水泥生产过程能耗、降低碳排放对实现“双碳”目标具有重大意义。燃煤催化剂可以有效地解决水泥生产过程中高能耗、高排放的问题, 近年来引起了广泛的关注。本文结合国内外研究现状, 系统综述了燃煤催化剂的组成与评价方法、催化剂的催化机理、脱硫脱硝型燃煤催化剂的研究和催化剂在工业生产中的应用。研究改进催化剂添加方式, 保证在煤粉中的分散度可以提高催化剂的催化效率, 是推进燃煤催化剂工业化使用的关键之处。
水泥工业 燃煤催化剂 着火温度 燃烧烈度 催化机理 工业应用 cement industry coal combustion catalyst ignition temperature burning intensity catalytic mechanism industry application
中国建筑材料科学研究总院有限公司, 北京 100024
氮氧化物是大气主要污染物之一, 选择性催化还原(SCR)是国内外工业锅炉(窑炉)烟气脱硝的主要技术途径。脱硝催化剂是SCR技术的核心, 近几十年来为人们所关注和广泛研究。金属氧化物催化剂材料来源广泛, 制备简单, 脱硝效率稳定, 在工业锅炉(窑炉)烟气脱硝中具有广阔的应用前景, 因而成为人们研究关注的重点。本文基于SCR烟气脱硝理论现状, 归纳了金属氧化物催化剂优化设计的关键与重要基础, 同时, 梳理了目前备受研究关注的钒基、锰基、铈基、铁基等四种典型金属氧化物催化剂的研究进展, 系统介绍了不同氧化物催化剂的脱硝机理、本质特征、元素改良、结构和形貌设计, 以及存在的问题等, 并展望了今后金属氧化物催化剂研究的发展趋势, 为今后工业锅炉(窑炉)烟气高效脱硝催化剂的研发提供参考借鉴。
氮氧化物 选择性催化还原 机理 烟气脱硝 金属氧化物 催化剂 nitrogen oxide selective catalytic reduction mechanism flue gas DeNOx metal oxide catalyst
1 郑州大学材料科学与工程学院, 郑州 450002
2 郑州大学国际学院, 郑州 450002
利用脱铁铁蛋白制备的纳米材料具有尺寸可控、单一等优点, 在催化方面同样具有很大优势。本文以脱铁铁蛋白为模板, 硒脲为硒源, 乙酸铵与乙酸铅为原料, 通过模板合成法和两步法制备脱铁铁蛋白/硒化铅(apo/PbSe)复合材料, 采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDS)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)、荧光光谱仪(PL)等手段分析材料, 并测定了apo/PbSe复合材料在可见光下对废水染料甲基橙的催化降解性能。结果表明, 蛋白质内部的矿物核心主要物质为PbSe, 成功合成了apo/PbSe复合光催化剂。复合光催化剂的最佳实验条件为溶液pH=3.0, H2O2质量分数9%, 此时对甲基橙的降解效率最高可达97.10%, 五次循环降解实验证明了其光催化效率的稳定性。基于以上结果, 说明apo/PbSe具有良好的催化活性和稳定性, 并提出了apo/PbSe复合材料对甲基橙的光催化降解机理。
脱铁铁蛋白 复合材料 光催化 催化机理 apoferritin PbSe PbSe composite photocatalytic catalytic mechanism
