如何制备性能高效、稳定的纳米Pt催化剂, 对提高肉桂醛C=O加氢选择性具有重要的实际价值和科学意义。本研究采用共沉淀法和水热法制备不同形貌的MgAl水滑石(LDH), 用等体积浸渍法制备负载型Pt/LDH催化剂, 研究不同形貌的LDH对Pt催化肉桂醛选择加氢性能的影响。利用不同表征方法对催化剂结构、形貌、表面理化性能进行分析。结果表明, LDH载体的形貌对Pt/LDH催化剂的结构和性能影响较大, 具有片层结构的LDH纳米片与活性组分Pt之间的相互作用易于贵金属Pt的分散和稳定。同时, LDH载体中存在丰富的碱性位点和表面羟基, 有利于提高催化加氢活性和稳定性。催化性能评价表明, 在反应温度为40 ℃、反应压力为1 MPa、反应时间为120 min的条件下, 肉桂醇(CMO)的选择性为82.1%, 肉桂醛的转化率为79.8%, 经过5轮循环测试, 催化剂仍具有较好的稳定性。

无溶剂法合成沸石法在多个方面优于常规水热合成法, 近年来引起广泛关注, 但是采用该方法合成的微孔SAPO-34沸石催化剂的催化寿命较短, 无法满足甲醇制烯烃工业应用的要求。本研究中开发了一种改良的无溶剂法, 使用该法合成了具有优异甲醇制烯烃反应性能的SAPO-34催化剂。该法在合成体系中引入酸活化晶种, 通过调节沸石晶化动力学来调控催化剂的物理化学性质。采用不同技术对无溶剂法合成的系列SAPO-34催化剂的结构性质进行了分析表征。结果表明：与未引入晶种合成的父代样品相比, 添加晶种得到的子代SAPO-34样品具有更高的结晶度、比表面积及低的强酸中心密度, 对甲醇制烯烃反应的催化寿命可延长到480 min, 远远优于对应的父代样品(40 min)。这一结果证实了无溶剂合成中晶种的使用可有效调节沸石的性质, 可见该方法在提高沸石催化性能方面具有巨大潜力。

多级孔硅铝材料因优异的性能而成为金属催化剂的重要载体。研究采用水热法以硝酸铝为铝源、正硅酸乙酯(TEOS)为硅源合成了Al掺杂SiO₂(Al-SiO₂)的多级孔材料, 然后采用等体积浸渍法负载钴, 制备了具有多级孔结构的 Co/Al-SiO₂催化剂。对Al-SiO₂材料的表征结果表明: 以四丙基氢氧化铵(TPAOH)为结构导向剂, 经80 ℃水热处理可以合成多级孔Al-SiO₂, 呈尺寸在30~40 nm范围的 “蠕虫状”大孔分布形态。将催化剂用于费-托合成反应, 与商业SiO₂负载的钴催化剂相比, Co/Al-SiO₂的CO转化率提高近一倍, CH₄选择性降低19.3wt%, C₂-C₄选择性降低13.3wt%, 汽油段产物(C₅-C₁₂)选择性达到53.3wt%。

氨选择性催化还原(NH₃-SCR)技术需要进一步研发在相对较低温度(<300 ℃)下具有良好催化活性、高稳定性及环境友好的脱硝催化材料。本工作采用草酸共沉淀法制备Mn-Fe-O催化材料, 并对其进行不同含量CeO₂修饰, 用于低温NH₃-SCR脱硝催化反应。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原或脱附(H₂-TPR、NH₃-TPD)等手段对催化剂进行了表征。催化结果表明, 在相同反应条件下适量CeO₂修饰后的Mn-Fe-O样品比纯Mn-Fe-O表现出更优异的NH₃-SCR脱硝催化性能, 在80 ℃时NO转化率在95%以上, 且具有较高的N₂选择性。CeO₂修饰提高了Mn-Fe-O氧化物表面的Fe ³⁺、Mn ³⁺和Mn ⁴⁺含量及表面酸性位点数量, 从而有助于NH₃的吸附及催化反应的进行, 并且Fe ²⁺/Fe ³⁺、Mn ²⁺/Mn ³⁺/Mn ⁴⁺以及Ce ³⁺/Ce ⁴⁺电子对之间的相互氧化还原反应提高了催化剂的氧化还原能力及稳定性。