水热法制备立方体二氧化铈及其CO催化氧化性能研究.pdf

研究与开发化 工 设 计 通 讯 Research and DevelopmentChemical Engineering Design Communications 146 第43卷第4期 2017年4月 二氧化铈作为一种稀土氧化物具有较多的特性 应用广 泛 可以作为发光材料 催化剂 玻璃的抛光剂 紫外吸收 剂等应用在各行各业 二氧化铈纳米材料 同时具备纳米材 料的良好特性 1 目前应用的铈基催化剂的催化反应较多 包 括 CO 氧化 NO 还原 VOCs 氧化等 铈基催化剂的种类也 比较多 包括纯 CeO2和以 CeO2为载体负载的贵金属或非贵 金属催化剂 如 Au CeO2 CuO CeO2等 2 对于铈基催化剂 而言 其中的活性组分有多种存在形式 如体相掺杂 表面 分散和体相颗粒 文献中对这一方面的研究多集中在对这些 物种状态的确认 而催化剂的形貌效应 各活性物种的含量 及其与载体表面性质的相应变化关系的研究都具有重要意义 汽车尾气对环境大气污染的危害人尽皆知 二氧化铈对于尾 气中一氧化碳的氧化消除具有明显的优势 而形貌效应对于 铈基催化剂的影响有重要的研究价值不同形貌 活性组分的 存在形式对于催化性能都与影响 3 所以 本工作选择 CO 氧 化作为模型反应 从形貌 晶形 催化性能等方面进行比较 从本质上探索铈基催化剂催化氧化 CO 的作用机制提供参考 为合成高催化活性的铈基催化剂提供方向 1 实验部分 1 1 立方体CeO2催化剂的制备 将 1 6gCe NO3 3 6H2O 16mLH2O 64mLNaOH 15 moL L 投入到100mL 的高压釜 聚四氟乙烯内衬 中 搅 拌均匀 170 烘箱内反应24h 冷却 经离心后沉淀用乙醇 水超声洗涤数次至中性 固体于70 烘干 马弗炉中500 焙 烧4h 升温速率2 min 得淡黄色 样品记为 CeO2 C 1 2 CO催化氧化性能测试 立方体二氧化铈样品催化 CO 氧化反应 CO O2 CO2 测试在固定床 内径为8 mm 流动反应装置中进行 原料气 中 CO O2 N2的比例是1 10 89 原料气流速60mL min 升温速率1 5 min 2 结果与讨论 2 1 催化剂形貌 从图1样品的扫描电镜表征结果中可以看出 CeO2纳米立 方体样品形貌规整 未出现团聚现象 表明样品具有良好的 分散性 样品表面及边缘光滑 尺寸集中在100 150 nm 直 径较为相近 伴随少量团聚的无定型纳米粒子 500 焙烧并 未带来 CeO2形貌的变化 这说明其具有良好的热稳定性 从 而可以避免在催化反应过程中高温带来的形貌变化 图1 纳米立方体CeO2的扫描电镜结果 2 2 催化剂表征 图2是水热合成立方体 CeO2样品和共沉淀法指标的 CeO2 纳米粒子样品的 X 射线衍射 XRD 图谱 水热合成样品的 衍射峰与标准卡 JCPDS N 34 0394 立方相氧化铈 晶胞参 数为5 41 完全一致 衍射峰尖锐并且有比较高的强度 峰 的位置与标准卡相比在对应面立方氧化铈的 111 200 220 311 等晶面 没有出现杂峰 对比发现水热合成立 方体 CeO2样品衍射峰强度减弱 宽度变宽 说明水热合成立 方体 CeO2的晶粒尺寸小于共沉淀法制备的 CeO2粉末样品 1020304050607080 2 CeO2 CeO2 Cube 111 200 220 311 Intensity a u 图2 CeO2的XRD图谱 2 3 CO氧化催化活性 图3为不同形貌 CeO2催化剂在 CO 氧化反应活性结果 催化剂具有较好的低温活性 在100 时即可将 CO 氧化为 下转第168页 摘 要 利用水热合成法合成立方体形貌的二氧化铈 并与共沉淀法合成的二氧化铈催化剂在催化剂形貌 晶形 CO 催 化氧化活性方面进行了比较 结果显示 利用水热法合成的二氧化铈立方体形貌规整 分散性能好 热稳定性能优良 与共沉 淀法制备的 CeO2纳米材料相比 对于 CO 的催化氧化具有更高的活性 关键词 铈基催化剂 水热合成法 立方体晶形 CO 催化氧化 中图分类号 TB383 1 O614 332 文献标志码 A 文章编号 1003 6490 2017 04 0146 02 Study on Preparation and Properties of Cubic CeO2 Catalyst Prepared by Hydrothermal Method Sun Xiao xiao Liu Xiao lu Xiong Yan Abstract The CeO2 of cubic morphology was synthesized by hydrothermal synthesis method And the CeO2 nano powders catalyst was synthesized by co precipitation for comparison The microstructure and surface morphology of the catalysts were characterized by XRD SEM and the catalytic performances in CO catalytic oxidation activity were studied Results showed that the cubic CeO2 synthesized have regular morphology and dispersion performance with excellent thermal stability And it was found to have higher catalytic activity for CO oxidation than the catalyst prepared by co precipitation which was supposed to be concerned with its special morphology and exposed crystal surface Key words cerium based catalysts hydrothermal synthesis cubic crystal catalytic oxidation of CO 水热法制备立方体二氧化铈及其CO催化氧化性能研究 孙潇潇 刘晓露 熊 燕 南阳师范学院化学与制药工程学院 河南南阳 473061 收稿日期 2017 04 05 基金项目 南阳师范学院校级专项项目 项目编号 ZX2016018 作者简介 孙潇潇 1997 女 河南安阳人 本科在读 主要研 究方向为制药工程 通讯作者 熊燕 1977 女 湖北利川人 讲师 主要研究方向 为环境催化 工业生产化 工 设 计 通 讯 Industrial ProductionChemical Engineering Design Communications 168 第43卷第4期 2017年4月 带等 材料抗老化性和抗腐蚀性能在整个设计寿命内都要满 足要求 为了避免因国产螺旋列板所用材料不合格带来的风 险 可以采取以下几点措施 1 生产螺旋列板的主体材料采用技术成熟的 国际通 用的螺旋列板制作材料 2 对产品进行抽样检查 在成品上取样进行材料测试 确认成品螺旋列板的材料满足规范和项目要求 5 结语 由于螺旋列板在国内设计和生产还属于起步状态 使用 过程中存在的风险及应对措施还处于逐渐摸索和完善的阶段 随着国内深水油田的开发速度加快 螺旋列板的应用将逐渐 增多 国产螺旋列板产品的设计和生产 尤其是涡激振动抑 制效率较高 拖曳力系数较小的螺旋列板的研发 将在我国 深水油田开发中起到重要作用 参考文献 1 闫嗣伶 张晓灵 杨加栋 等 涡激振动抑制装置聚氨酯弹性体的 研制 J 聚氨酯工业 2011 26 6 27 30 上接第155页 经过化验 明晰组分的化学组成 如果存在影响聚合反应的 物质 返回到处理工艺流程 直到合格为止 继续进行聚合 反应 3 结束语 通过对聚丙烯生产工艺及影响聚合反应杂质的分析 有 效地控制聚丙烯生产过程 通过净化的方式 减少杂质的影响 提高催化剂系统的活性 使聚丙烯产品的质量达标 满足用 户的需求 达到聚丙烯生产企业的经济效益指标 参考文献 1 路桂杰 间歇式聚丙烯装置生产工艺的优化研究 J 石化技术 2015 22 5 上接第151页 理包括 输油站在运行过程中 由于离子与金属管道表面出 现化学反应 随后保护膜慢慢形成 在该环境中 能够有效 防止腐蚀问题的产生 3 结束语 综上所述 加强输油站工艺管线的腐蚀管理工作 对于 确保整个输油站的运行安全性有着不可或缺的作用 所以我 们必须切实掌握其技术要点 并在管理过程中加强阴极保护 法控制与缓蚀剂法的开展 从而更好地提高输油站工艺管线 的性能 参考文献 1 尚路野 输油站场工艺管线的腐蚀管理 J 化工管理 2016 27 158 上接第146页 CO2 随着反应温度的升高 活性有明显提高 立方体CeO2催 化剂在两个温度点的CO转化率都明显高于共沉淀法制备的CeO2 纳米粒子催化剂 因此 从这一角度来考虑 使用不同形貌的 CeO2作为催化剂时 存在一定的形貌效应并带来催化性能的差 异 说明具有立方体这个特殊形貌对于CeO2催化剂的催化活 性有重要作用 相关报道表明 110 的晶面的催化活性高 于 111 晶面 110 或者 100 晶面更容易形成阴离子 空位 使得催化剂具有更好的活性 因此 合成 110 或者 100 晶面的铈基纳米催化剂是提高活性的一个重要研究方 向 Yan等通过调节氢氧化钠的浓度和反应温度 水热合成了包 含 111 和 100 暴露晶面的铈基纳米材料 纳米立方块暴露 100 晶面 催化活性可能与晶面对气相CO与O2的吸脱附和转 化有关 具体的不同晶面上的催化机理有待进一步研究 3 结论 采用水热法在170 制备了具有立方体形貌的 CeO2纳米 催化剂 纳米立方块形貌规整 粒子大小在150 200nm 左右 热稳定性好 立方体 CeO2催化剂 CO 转化率都明显高于共沉 淀法制备的无定形 CeO2纳米粒子催化剂 证实了形貌效应带 来催化性能的差异的重要结果 本研究对于从微观层次探索 铈基催化剂体系提供了一条有益的思路 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 CeO2 partical CeO2 Cube Temperature 100 150 图3 立方体CeO2催化剂和的CO氧化反应活性结果 参考文献 1 Moraes T S Neto R C R Ribeiro M C et al The study of the performance of PtNi CeO2 nanocube catalysts for low temperature steam reforming of ethanol J Catalysis Today 2015 242 35 49 2 刘珍 梁伟 纳米材料制备方法及其研究进展 J 材料科学与工艺 2000 8 3 103 108 3 Rao R A facile synthesis for hierarchical porous CeO2 nanobundles and their superior catalytic performance for cooxidation J J Mater Chem A 2015 3 2 782 788 上接第150页 0 5 2 6 具体见表1 表1 解吸效率与重现性 化合物加入量测定值解吸效率相对标准偏差 丙酸15871494 6 494 7 0 3 丙酸396 7356 7 4 493 1 1 1 丙酸793 5718 9 12 993 8 0 6 丙烯酸421 8376 1 1 590 1 0 5 丙烯酸209 7179 3 4 484 6 1 6 丙烯酸104 888 4 1 283 4 2 6 2 2 选择色谱柱 在对色谱柱进行选择过程中 应当将丙酸以及丙烯 酸的理化性质和相乘可能