Pt/MOx (M = Al, Ce, Fe, Cr-Fe, Co-Fe)催化剂上丙烷催化燃烧反应中水汽的作用机制研究
批准号:
22072137
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
鲁继青
依托单位:
学科分类:
催化化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
鲁继青
中文摘要
催化燃烧是消除挥发性有机物的一种重要技术,而实际反应体系中存在的高浓度水汽在大部分情况下抑制了催化剂活性。由于对水汽在反应体系中的作用机制还缺乏完整认识,导致催化剂抗水能力难以提高。申请人前期工作发现水汽在某些Pt催化剂上丙烷催化燃烧中表现出明显差异的活性促进或抑制作用,且与Pt分散度和载体性质等因素密切相关。因此本项目以Pt/MOx (M = Al, Ce, Fe, Cr-Fe, Co-Fe)催化剂上丙烷催化燃烧为模型体系,考察反应气氛中水汽对催化剂结构特性和反应性能的影响。重点研究Pt物种分散度、载体性质及金属-载体相互作用、实验条件(反应温度和水汽浓度等)对水汽在催化剂上吸附活化行为的影响,探索反应条件下水汽在不同催化剂上的反应参与情况;结合反应中间体和反应历程等问题的研究,认识水汽在不同催化剂上的作用机制和影响反应行为的关键因素,为提高催化剂反应活性和抗水性能提供实验和理论支撑。
英文摘要
Catalytic combustion of volatile organic compounds (VOCs) over noble metal catalysts is a promising technology for the abatement of VOCs. Water vapor with high concentration is often presented in the reaction feedstock under practical reaction conditions, which usually results in suppression of the catalytic performance. Due to the lack of a thorough understanding of the roles of water vapor in the reaction, the development of efficient catalysts with good tolerance of water is challenging. In our previous research, it was found that water vapor could promote or suppress the activities of some Pt catalysts for propane combustion, which was closely related to facts such as Pt dispersion and properties of the supports. Therefore, in this project, propane combustion over Pt/MOx (M= Al, Ce, Fe, Cr-Fe, Co-Fe) catalysts will be taken as a model reaction system, to clarify the effects of water vapor on the catalyst structures and catalytic behaviors. The main goals of this project are to investigate the effects of dispersion of Pt species, nature of support and metal - support interaction and experimental conditions (reaction temperature and concentration of water vapor) on the adsorption/activation of water on the catalyst surface and the involvement of water in the reaction under different reaction conditions, as well as the reaction intermediates and reaction mechanisms. Therefore, this research may provide useful information on the key factors in the design of highly active Pt catalysts with good water tolerance.
催化燃烧是消除挥发性有机物的一种重要技术,而实际反应体系中存在的高浓度水汽在大部分情况下抑制了催化剂活性。由于对水汽在反应体系中的作用机制还缺乏完整认识,导致催化剂抗水能力难以提高。在国家自然科学基金支持下,我们以负载型Pt催化剂上丙烷催化燃烧为模型体系,考察反应气氛中水汽对催化剂结构特性和反应性能的影响。主要内容如下:1. Pt/CeO2催化剂上丙烷催化燃烧及抗水性能研究。通过对比不同 Pt 含量催化剂的反应性能,发现反应物分子受Pt-CeO2相互作用影响显著:在 Pt 单原子或团簇上水汽吸被削弱,从而具有优异的抗水性能。2. Pt/ZSM-5催化剂上丙烷催化燃烧及抗水性能研究。通过对比不同硅铝比的Pt/ZSM-5 催化剂反应性能,发现Pt/ZSM-5(1200)催化剂具有最好的抗水性,可归因于该催化剂中更多的 Pt0物种以及最少的表面酸位点有关。此外,在催化剂中加入WO3作为助剂可显著提高其抗水性能。助剂WO3 引入可能导致催化剂表面的丙烷氧化反应路径发生改变,从而提高其丙烷氧化性能并保持较好的抗水性。3. PtIr/TiO2双金属催化剂上丙烷完全氧化反应中Ir的促进作用及抗水机制。制备了不同Pt/Ir摩尔比的双金属PtIr/TiO2催化剂并用于丙烷完全氧化反应。催化剂中Ir的加入大大提高了反应速率以及抗水性能。在Pt/TiO2中添加Ir导致在反应条件下能够保持稳定的金属态Pt0物种,同时提高了氧吸附能力,促进了丙烷和氧分子的吸附和活化。动力学研究表明反应路径从丙烷和氧气在Pt原子上的竞争吸附转变为丙烷在Pt原子上和氧气在Ir原子上的非竞争吸附。上述研究结果澄清了水汽在不同催化剂上的作用机制和影响反应行为的关键因素,为提高催化剂反应活性和抗水性能提供实验和理论支撑。
Pt基催化剂上VOCs催化燃烧中SO2的作用机制研究
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批准号:22472154
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项目类别:面上项目
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资助金额:0万元
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批准年份:2024
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负责人:鲁继青
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依托单位:
Pt/MOx (M = Al, Ce, Fe, Cr-Fe, Co-Fe)催化剂上丙烷催化燃烧反应中水汽的作用机制研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:63万元
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批准年份:2020
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负责人:鲁继青
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依托单位:
Ir/MOx (M= Fe, Cr, Mn)催化剂的可控制备及其界面效应对巴豆醛吸附活化行为及气相选择性加氢反应的影响
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批准号:21773212
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2017
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负责人:鲁继青
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依托单位:
CuO/CeO2催化剂上CO 氧化的结构(界面)敏感性和活性物种研究
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批准号:21173195
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2011
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负责人:鲁继青
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依托单位:
纳米金催化剂上丙烯直接环氧化反应研究
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批准号:20703039
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:18.0万元
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批准年份:2007
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负责人:鲁继青
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依托单位:
国内基金
海外基金