白炭黑作为功能性材料在传统的橡胶、涂料、牙膏、农药等领域,电子材料、新能源、环保材料等新兴应用领域都有着广阔的应用前景。白炭黑原料来源广泛,农作物及工业废弃物等作为主要经济性硅源,使得白炭黑的生产不仅原料价格低廉,还具有高附加值的经济效益。目前白炭黑行业下游消费结构中轮胎占比较大,高分散白炭黑的应用经济性价值较高,硅胶行业作为下游行业之一具备很强的市场潜力。综述了6种白炭黑的制备方法(气相法白炭黑、沉淀法白炭黑、微乳液法白炭黑、溶胶-凝胶法白炭黑、稻壳谷物提取法白炭黑、非金属矿提取法白炭黑),系统分析了白炭黑的制备工艺与研究现状,重点探讨了白炭黑的绿色制造工艺,以期为解决现存工业污染物提供理论指导。

目前,传统商业SCR催化剂在火电脱硝行业中的应用相对成熟,但在玻璃、水泥、钢铁、垃圾焚烧等非电行业中,脱硝催化剂运行寿命普遍较短。这是因为非电行业工况条件特殊且烟气中含有较多的SO₂、H₂O、重金属、碱(土)金属、重金属盐以及灰分等,催化剂容易中毒失活。研究表明,通过利用催化剂中毒、失活机制和废旧催化剂有效再生手段,可增加低温催化剂的使用寿命。系统综述了低温催化剂的中毒机理和失活原因,同时总结了催化剂抗中毒和失活催化剂资源化利用的方法和措施。

在农业中过度使用农药来保护作物,使得农药广泛残留于土壤、空气、水、生物的血液和尿液中,对生态系统及人类福祉构成重大威胁。为了应对这一问题,利用半导体光催化的高级氧化工艺(AOP)将污染物降解为更简单化合物成为有前景的方法之一。光催化剂在这一过程中起着至关重要的作用,其中,氧化锌(ZnO)因其卓越的光催化性能、成本效益和环保性而受到广泛关注。重点介绍了利用半导体光催化从环境中消除农业中广泛使用的有机磷农药的研究现状。概述了有机磷农药的来源、分类及其降解方法,并介绍了掺杂ZnO光催化剂的研制情况。特别强调了使用ZnO基复合材料光催化降解有机磷农药时催化剂用量、污染物初始浓度、pH值和反应温度等操作参数对光催化降解过程的影响。

甲醇水蒸汽重整制氢(MSR)是推动清洁能源发展的重要技术,提高CO₂的选择性是该领域的关键挑战之一。采用等体积浸渍耦合水热晶化的方法,制备了不同铟含量的Pd/xIn₂O₃-CeO₂催化剂用于甲醇水蒸汽重整反应。通过铟的添加,实现了98%的甲醇转化率和100%的CO₂选择性。结合XRD、Raman、EPR、XPS、STEM和AC-STEM等多种表征技术,探究了催化剂的物理化学性质。同时,采用原位漫反射红外光谱技术揭示了反应中间物种的演变过程,并提出了潜在的反应路径。研究结果为设计高性能的甲醇水蒸汽重整催化剂提供了新策略。

电解水技术因受限于析氢和析氧反应的高活化能垒,其大规模应用亟需开发高效能、低成本的双功能电催化剂。采用水热合成法以ZIF-67为模板成功制备了具有核壳结构的CoCu₂S₄@Ni(OH)₂复合材料,并且表现出优异的析氢和析氧催化活性。在1 mol·L^-1 KOH溶液中,仅需98 mV和224 mV的过电位即可为析氢反应和析氧反应提供10 mA·cm^-2的电流密度。在双功能体系下,CoCu₂S₄@Ni(OH)₂‖CoCu₂S₄@Ni(OH)₂电解槽在电流密度为10 mA·cm^-2时电压仅为1.54 V,优于贵金属催化剂(Pt/C‖IrO₂),并且其电流密度在稳定运行70 h后无明显衰减。CoCu₂S₄@Ni(OH)₂优异的电催化性能主要归结于其具有有利于物质传输的核壳结构、良好的导电性及稳定性。

采用氯化钠(NaCl)辅助策略,通过球磨法制备一系列氧化锰八面体分子筛(OMS-2)催化剂。利用XRD、BET、Raman、XPS、HRTEM、SEM、H₂-TPR等表征手段,系统探讨NaCl助剂的添加量对OMS-2样品比表面积、孔结构和氧空位含量的调控作用。臭氧分解性能测试结果表明,适量NaCl辅助球磨合成的OMS-2样品在臭氧分解活性和稳定性方面明显优于未添加NaCl的样品,而过量NaCl则导致催化性能下降。NaCl助剂诱导生成大量表面氧空位,不仅有效促进臭氧分解,而且抑制水分子竞争吸附造成的催化剂毒化作用。最优催化剂OMS-2-10在30 ℃、600 L·(g·h)^-1的干气条件下,70 h保持89.1%的臭氧转化率;湿气(相对湿度RH为50%)条件下,6 h保持77.8%的臭氧转化率。这种基于机械化学法的催化剂制备策略,为提升臭氧分解催化剂性能提供了新的思路和理论指导。

通过两步水热法构建了具有Type-Ⅱ型异质结的BFO@UIO核壳结构压电纳米簇,显著提升了压电催化性能。UiO-66-NH₂与BFO的复合形成了高比表面积与丰富活性位点,机械应力诱导的压电场有效抑制载流子复合。其中BFO@UIO-0.5展现出最优降解性能,60 min内对罗丹明B的去除率达98%,反应速率常数达0.04367 min^-1,是纯BFO的11.4倍,且循环4次后仍保持高效催化活性。机理研究表明h⁺在降解中起主导作用,异质结结构通过调控载流子迁移路径增强压电响应。该研究突显了合理设计的异质结在先进压电催化应用中的潜力,同时强调了未来在催化剂回收与规模化合成方面优化的问题。

针对工业废气中CO₂的处理问题,将Ru或Ni纳米粒子负载于Mg-CUK-1上制得催化剂用于CO₂的高效捕集与转化。采用双溶剂浸渍法制备负载型催化剂,并深入探究了其CO₂吸附及加氢性能。结果表明,原始Mg-CUK-1在0 ℃、104.9 kPa条件下CO₂吸附量达5.28 mmol·g^-1,但随着催化剂金属负载量增加,CO₂吸附量有所降低。在CO₂加氢性能测试中,催化剂3Ru和7Ru在350 ℃时甲烷选择性分别达86.4%±2.8%和89.3%±2.6%,催化剂3Ni和6Ni在300 ℃时甲烷选择性分别为87.5%±1.3%和88.5%±1.5%。在批处理CO₂捕集与转化性能测试中,较低负载量催化剂3Ni和3Ru在CO₂吸附量和转化效率上表现更优。期望为实际工业废气中CO₂的高效、稳定转化提供新途径。

研究了一种陈化时间短、活性高的导向剂,可以在较短的时间内合成出高结晶度的NaY分子筛。重点考察了陈化时间2~12 h、陈化温度30~45 ℃对导向剂的外观状态、活性的影响,以及优化制备导向剂的加入比例对NaY分子筛晶粒尺寸的影响。结果表明:导向剂陈化时间仅需4 h,NaY分子筛相对结晶度即可达到90%以上;陈化温度为40 ℃,导向剂加入比例为8%时,经SEM表征分析,得到小粒径NaY分子筛,其晶粒尺寸为500~600 nm。

采用液-固相转移催化法,以异辛醇和环氧氯丙烷为原料、季铵盐为催化剂、氢氧化钠为缚酸剂合成异辛基缩水甘油醚,并考察了不同催化剂种类、催化剂添加量、反应温度、投料比及反应时间对产物收率的影响,最终根据正交实验设计确定了最佳醚化工艺参数。结果表明,最优工艺参数为催化剂四丁基溴化铵添加量为8 g、投料比为1∶1.2∶1.5(即1 mol异辛醇、1.2 mol环氧氯丙烷和1.5 mol氢氧化钠)、反应温度为30 ℃、反应时间为7 h,分批投入缚酸剂时,产物异辛基缩水甘油醚平均收率可达87.40%,纯度可达99.08%。

采用一锅法固相缩聚工艺成功合成了一种磷-氮-硼多元协同阻燃剂(PMB),并将其引入聚丙烯(PP)复合材料体系。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和热重分析(TGA)对PMB的结构与热稳定性进行了表征。结果表明,PMB在PP基体中展现出优异的阻燃性能,当添加量为20%时,材料达到UL-94 V-0级,极限氧指数(LOI)提升至25.08%。锥形量热测试结果显示,PMB显著降低了峰值热释放速率(pHRR)和总热释放量(THR)。PMB的阻燃机制结合了气相阻燃与凝聚相阻燃,实现了双重阻燃机制的协同效应。PMB新型结构设计为开发高效、环保的无卤阻燃材料提供了新的设计思路。

超低排放政策的提出,使得低温冷启动阶段(当温度低于150 ℃时)NO_x排放问题显得愈发突出。NO_x被动吸附技术(PNA)能够实现低温NO_x高效存储、高温释放净化,并在后端SCR催化剂作用下净化,被视为解决柴油车低温减排难题和实现超低排放的关键技术。以定量离子交换法合成了Pd基SSZ-13催化剂并对其贵金属分散性及水热老化性能进行表征测试。结果表明,Pd/SSZ-13催化剂基本实现贵金属定量负载且达到高度分散,在水热处理后仍具有较高活性。除此之外,针对研发过程中PNA催化剂测试方法缺失问题,以自制PNA催化剂工程化放大材料为样件,结合催化剂小样固定床、台架及大量文献数据总结分析,提出一套完整的适用于PNA催化剂的检验方法,为后续PNA材料的开发以及相关标准的制定提供参考。

随着城市化进程加快,城市污水产量剧增,未经处理排放危害极大。传统污水处理工艺存在诸多问题,一体式脱氮耦合(SNADF)工艺为城市污水处理提供新思路。本研究采用SNADF工艺处理模拟城市污水,实验结果表明:在污染物去除方面,COD平均去除率为84.78%,运行中波动大且后期有下降趋势;NH₃-N去除率波动明显,受环境变化影响大;TN去除率为61.90%,相对较低,可能因反硝化过程受抑制;TP去除率为60.20%,通过控制相关条件利用生物除磷可实现去除。在污泥减量方面,污泥表观产率随时间下降,该工艺能有效减少污泥产生量。SNADF工艺在城市污水处理中有一定潜力,但需优化运行条件以提升污染物去除的稳定性和高效性。