铁铜双金属催化剂选择性催化氧化氨为氮气

孙萌萌 曹毅 兰丽 邹莎 房志涛 陈耀强

引用本文: 孙萌萌, 曹毅, 兰丽, 邹莎, 房志涛, 陈耀强. 铁铜双金属催化剂选择性催化氧化氨为氮气[J]. 物理化学学报, 2014, 30(12): 2300-2306. doi: 10.3866/PKU.WHXB201409291 shu
Citation:  SUN Meng-Meng, CAO Yi, LAN Li, ZOU Sha, FANG Zhi-Tao, CHEN Yao-Qiang. Selective Catalytic Oxidation of Ammonia to Nitrogen over Iron and Copper Bimetallic Catalysts[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(12): 2300-2306. doi: 10.3866/PKU.WHXB201409291 shu

铁铜双金属催化剂选择性催化氧化氨为氮气

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21173153) (21173153)

    国家高技术研究发展计划项目(863) (2013AA065304) (863) (2013AA065304)

    四川省科技厅科技支撑项目(2011GZ0035, 2012FZ0008)资助 (2011GZ0035, 2012FZ0008)

摘要:

固定铜铁的总质量不变, 采用共浸渍法制备铜铁双金属催化剂. 为了更好地了解催化剂的性质, 分别用N2吸附-脱附、H2-程序升温还原(H2-TPR)、NH3-程序升温脱附(NH3-TPD)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)方法对制备的催化剂进行表征. 研究发现在100000 h-1空速下, 铜铁双金属催化剂呈现出好的活性和氮气选择性. 在低温区, 随着铜含量的增加, 活性和氮气的选择性增加, 然而在高温区氮气的选择性直接和铁的含量相关. 其中催化剂Fe0.25Cu0.75/ZSM-5, 在350℃氨的转化率达到最高, 在300℃氮气的选择性上升到97%. Fe0.75Cu0.25/ZSM-5 在500 ℃有很高的氮气选择性甚至可以达到98%. 并且所有的催化剂均产生很少的N2O副产物. 表征结果显示催化剂的酸量和铜物种的含量可以影响催化剂的活性, 并且高的还原能力和铁含量有助于高温氮气选择性的提高.

English

    1. [1]

      (1) Krupa, S. V. Environ. Pollut. 2003, 124, 179. doi: 10.1016/S0269-7491(02)00434-7

      (1) Krupa, S. V. Environ. Pollut. 2003, 124, 179. doi: 10.1016/S0269-7491(02)00434-7

    2. [2]

      (2) Hung, C. M. Powder Technol. 2009, 196, 56. doi: 10.1016/j.powtec.2009.07.001(2) Hung, C. M. Powder Technol. 2009, 196, 56. doi: 10.1016/j.powtec.2009.07.001

    3. [3]

      (3) Akah, A.; Cundy, C.; Garforth, A. Appl. Catal. B: Environ. 2005, 59, 221. doi: 10.1016/j.apcatb.2004.10.020(3) Akah, A.; Cundy, C.; Garforth, A. Appl. Catal. B: Environ. 2005, 59, 221. doi: 10.1016/j.apcatb.2004.10.020

    4. [4]

      (4) Sobczyk, D. P.; Hensen, E. J. M.; Jong, A. M. D.; Santen, R. A. V. Top. Catal. 2003, 23, 1. doi: 10.1023/A:1024834800948(4) Sobczyk, D. P.; Hensen, E. J. M.; Jong, A. M. D.; Santen, R. A. V. Top. Catal. 2003, 23, 1. doi: 10.1023/A:1024834800948

    5. [5]

      (5) Hung, C. M. Powder Technol. 2010, 200, 78. doi: 10.1016/j.powtec.2010.02.014(5) Hung, C. M. Powder Technol. 2010, 200, 78. doi: 10.1016/j.powtec.2010.02.014

    6. [6]

      (6) Broek, A. C. M. V. D.; Grondelle, J. V.; Santen, R. A. V. J. Catal.1999, 185, 297. doi: 10.1006/jcat.1999.2506(6) Broek, A. C. M. V. D.; Grondelle, J. V.; Santen, R. A. V. J. Catal.1999, 185, 297. doi: 10.1006/jcat.1999.2506

    7. [7]

      (7) Gang, L.; Anderson, B. G.; Grondelle, J. V.; Santen, R. A. V. Appl. Catal. B: Environ. 2003, 40, 101. doi: 10.1016/S0926-3373(02)00129-7(7) Gang, L.; Anderson, B. G.; Grondelle, J. V.; Santen, R. A. V. Appl. Catal. B: Environ. 2003, 40, 101. doi: 10.1016/S0926-3373(02)00129-7

    8. [8]

      (8) Zhang, L.; Zhang, C. B.; He, H. J. Catal. 2009, 261, 101. doi: 10.1016/j.jcat.2008.11.004(8) Zhang, L.; Zhang, C. B.; He, H. J. Catal. 2009, 261, 101. doi: 10.1016/j.jcat.2008.11.004

    9. [9]

      (9) Zhang, L.; He, H. J. Catal. 2009, 268, 18. doi: 10.1016/j.jcat.2009.08.011(9) Zhang, L.; He, H. J. Catal. 2009, 268, 18. doi: 10.1016/j.jcat.2009.08.011

    10. [10]

      (10) Long, R. Q.; Yang, R. T. J. Catal. 2002, 207, 158. doi: 10.1006/jcat.2002.3545(10) Long, R. Q.; Yang, R. T. J. Catal. 2002, 207, 158. doi: 10.1006/jcat.2002.3545

    11. [11]

      (11) Cui, X. Z.; Zhou, J.; Ye, Z. Q.; Chen, H. R.; Li, L.; Ruan, M. L.; Shi, J. L. J. Catal. 2010, 270, 310. doi: 10.1016/j.jcat.2010.01.005(11) Cui, X. Z.; Zhou, J.; Ye, Z. Q.; Chen, H. R.; Li, L.; Ruan, M. L.; Shi, J. L. J. Catal. 2010, 270, 310. doi: 10.1016/j.jcat.2010.01.005

    12. [12]

      (12) Qi, G. S.; Yang, R. T. Appl. Catal. A: Gen. 2005, 287, 25. doi: 10.1016/j.apcata.2005.03.006(12) Qi, G. S.; Yang, R. T. Appl. Catal. A: Gen. 2005, 287, 25. doi: 10.1016/j.apcata.2005.03.006

    13. [13]

      (13) Qi, G. S.; Gatt, J. E.; Yang, R. T. J. Catal. 2004, 226, 120. doi: 10.1016/j.jcat.2004.05.023(13) Qi, G. S.; Gatt, J. E.; Yang, R. T. J. Catal. 2004, 226, 120. doi: 10.1016/j.jcat.2004.05.023

    14. [14]

      (14) Long, R. Q.; Yang, R. T. J. Catal. 2001, 201, 145. doi: 10.1006/jcat.2001.3234(14) Long, R. Q.; Yang, R. T. J. Catal. 2001, 201, 145. doi: 10.1006/jcat.2001.3234

    15. [15]

      (15) Gang, L.; Grondelle, J. V.; Anderson, B. G.; Santen, R. A. V. J. Catal. 1999, 186, 100. doi: 10.1006/jcat.1999.2524(15) Gang, L.; Grondelle, J. V.; Anderson, B. G.; Santen, R. A. V. J. Catal. 1999, 186, 100. doi: 10.1006/jcat.1999.2524

    16. [16]

      (16) Metkar, P. S.; Harold, M. P.; Balakotaiah, V. Appl. Catal. B: Environ. 2012, 111, 67.(16) Metkar, P. S.; Harold, M. P.; Balakotaiah, V. Appl. Catal. B: Environ. 2012, 111, 67.

    17. [17]

      (17) Song, S. Q.; Jiang, S. J. Appl. Catal. B: Environ. 2012, 117, 346.(17) Song, S. Q.; Jiang, S. J. Appl. Catal. B: Environ. 2012, 117, 346.

    18. [18]

      (18) Liang, C. X.; Li, X. Y.; Qu, Z. P.; Tade, M.; Liu, S. M. Appl. Surf. Sci. 2012, 258, 3738. doi: 10.1016/j.apsusc.2011.12.017(18) Liang, C. X.; Li, X. Y.; Qu, Z. P.; Tade, M.; Liu, S. M. Appl. Surf. Sci. 2012, 258, 3738. doi: 10.1016/j.apsusc.2011.12.017

    19. [19]

      (19) Shi, L.; Yu, T.;Wang, X. Q.;Wang, J.; Shen, M. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1550. [石琳, 于铁, 王欣全, 王军, 沈美庆. 物理化学学报, 2013, 29, 1550.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201304283(19) Shi, L.; Yu, T.;Wang, X. Q.;Wang, J.; Shen, M. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1550. [石琳, 于铁, 王欣全, 王军, 沈美庆. 物理化学学报, 2013, 29, 1550.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201304283

    20. [20]

      (20) Rauscher, M.; Kesore, K.; Mönnig, R.; Schwieger,W.; Tißler, A.; Turek, T. Appl. Catal. A: Gen. 1999, 184, 249. doi: 10.1016/S0926-860X(99)00088-5(20) Rauscher, M.; Kesore, K.; Mönnig, R.; Schwieger,W.; Tißler, A.; Turek, T. Appl. Catal. A: Gen. 1999, 184, 249. doi: 10.1016/S0926-860X(99)00088-5

    21. [21]

      (21) Zhang, T.; Liu, J.;Wang, D. X.; Zhao, Z.;Wei, Y. C.; Cheng, K.; Jiang, G. Y.; Duan, A. J. Appl. Catal. B: Environ. 2014, 148, 520.(21) Zhang, T.; Liu, J.;Wang, D. X.; Zhao, Z.;Wei, Y. C.; Cheng, K.; Jiang, G. Y.; Duan, A. J. Appl. Catal. B: Environ. 2014, 148, 520.

    22. [22]

      (22) Wang, J.; Huang, Y.; Yu, T.; Zhu, S. C.; Shen, M. Q.; Li,W.; Wang, J. Q. Catal. Sci. Technol. 2014, 4, 3004. doi: 10.1039/c4cy00451e(22) Wang, J.; Huang, Y.; Yu, T.; Zhu, S. C.; Shen, M. Q.; Li,W.; Wang, J. Q. Catal. Sci. Technol. 2014, 4, 3004. doi: 10.1039/c4cy00451e

    23. [23]

      (23) Brüggemann, T. C.; Keil, F. J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 13860.(23) Brüggemann, T. C.; Keil, F. J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 13860.

    24. [24]

      (24) Wagner, C. D.; Riggs,W. M.; Davis, L. E.; Moulder, J. F. Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy, 1st ed.; Muilenberg, G. E. Ed. Perkin-Elmer Corporation: Eden Prairie, Minnesota, USA, 1979.(24) Wagner, C. D.; Riggs,W. M.; Davis, L. E.; Moulder, J. F. Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy, 1st ed.; Muilenberg, G. E. Ed. Perkin-Elmer Corporation: Eden Prairie, Minnesota, USA, 1979.

    25. [25]

      (25) Gurgul, J.; ??tka, K.; Hnat, I.; Rynkowski, J.; Dzwigaj, S. Microporous Mesoporous Mat. 2013, 168, 1. doi: 10.1016/j.micromeso.2012.09.015(25) Gurgul, J.; ??tka, K.; Hnat, I.; Rynkowski, J.; Dzwigaj, S. Microporous Mesoporous Mat. 2013, 168, 1. doi: 10.1016/j.micromeso.2012.09.015

    26. [26]

      (26) Lisi, L.; Pirone, R.; Russo, G.; Stanzione, V. Chem. Eng. J. 2009, 154, 341. doi: 10.1016/j.cej.2009.04.025(26) Lisi, L.; Pirone, R.; Russo, G.; Stanzione, V. Chem. Eng. J. 2009, 154, 341. doi: 10.1016/j.cej.2009.04.025

    27. [27]

      (27) Long, R. Q.; Yang, R. T. J. Catal. 2001, 198, 20. doi: 10.1006/jcat.2000.3118

      (27) Long, R. Q.; Yang, R. T. J. Catal. 2001, 198, 20. doi: 10.1006/jcat.2000.3118

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  424
  • 文章访问数:  890
  • HTML全文浏览量:  19
文章相关
  • 发布日期:  2014-11-27
  • 收稿日期:  2014-06-16
  • 网络出版日期:  2014-09-29
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章