非CO₂类温室气体氢氟烃(HFCs)的温室效应潜能(GWP)是CO₂的数百到数万倍,迫切需要采用有效的减排措施来减少温室气体HFCs的排放。HFCs中含有宝贵的氟资源,直接采用消除法则无法最大限度地回收和利用氟资源。采用气固相催化法通过脱HF将HFCs转变为GWP值较低且具有较高附加值的含氟烯烃(HFOs),是目前最具前景的处理方式。在HFCs转化为HFOs的过程中,催化剂的开发无疑是核心关键和难点。当前研究聚焦于非金属催化剂、Cr基催化剂、Mg基催化剂以及Al基催化剂。非金属催化剂以活性炭基材料为主,虽成本低廉但稳定性不足;Cr基催化剂表现出优异的脱氟活性,但其酸性过强;Mg基催化剂展现出高选择性,但合成工艺复杂;Al基催化剂凭借其酸性可调、环境友好及综合性能平衡的优势,成为研究热点。未来需进一步优化催化剂酸性强度与孔结构设计,开发兼具高活性、长寿命及抗积炭能力的催化体系,切实推动HFCs排放的有效控制和资源化利用。

在全球氟化工行业加速向绿色低碳环保转型的背景下,1,2,3,3,3-五氟丙烯(HFO-1225ye,CF₃—CF══CHF)可作为潜在的新型替代制冷剂、含氟聚合物材料的合成单体、高附加值卤代烯烃制备和特种氟电子气材料合成的关键原料,在半导体制造、光伏产业等高科技领域中具有广泛的应用价值,但其高成本的合成工艺及催化剂失活问题严重制约其规模化应用。根据不同原料及催化剂对HFO-1225ye的制备工艺路线进行分类归纳,剖析了各工艺路线的优势及技术难点,针对各合成路线中主要涉及的卤代含氟烷烃脱氟化氢制备含氟烯烃反应,总结了其反应机理及催化剂失活因素,并在催化剂活性位点的精准调控及结构的理性化构建方面,探讨了如何提高催化剂活性及稳定性,最后展望了机器学习辅助催化剂开发的前景,以期推动HFO-1225ye工业化与商品化的可持续发展。

以半乳糖氧化酶模型物Cu^ⅡL为催化剂,乙醛为共底物,氧气为氧化剂,研究了温和条件下仿生催化环己烯的环氧化工艺,考察了共底物、乙醛用量、催化剂用量和反应时间对环己烯环氧化的影响。在优化后的反应条件下(环己烯1.0 mmol,乙醛2.0 mmol,Cu^ⅡL物质的量分数0.04%,1,2-二氯乙烷2.0 mL,氧气常压,反应温度40 ℃,反应时间12 h),环己烯转化率为98.6%,环氧环己烷选择性为84.3%。使用UV-vis-NIR光谱仪和电子顺磁共振波谱仪对仿生催化环己烯环氧化反应机理进行分析,结合实验结果提出了仿生催化环己烯环氧化的催化反应机理。机理研究表明,过氧自由基路径为环氧化的主导路径。

采用溶胶-凝胶法制备系列Mn-CoO_x复合氧化物催化剂。在质量空速为90 000 mL/(g·h)的条件下,考察了Mn-CoO_x复合氧化物催化剂分别在电场辅助和常规条件下的CO催化氧化性能。结果表明:Mn-CoO_x催化剂在电场中展现了更优良的低温CO氧化活性,其中,Mn₁Co₅O_x在电场辅助下T₅₀(CO转化率为50%时对应的温度)较常规条件(不施加电场,仅通过管式炉升温)降低13 ℃(110 ℃完全转化)。催化剂的表征结果发现,引入电场可优化催化剂样品孔道结构,促进催化剂的电子转移,实现晶格氧活化而提升氧化还原能力。

通过水热法成功合成了具有多孔微米球形结构的Ce₁W_aO_x催化剂,并系统地探讨了W/Ce配比对催化剂脱硝性能的影响。研究表明,催化剂的脱硝活性随着W/Ce物质的量比的增加呈现出先增加后降低的趋势,其中Ce₁W_0.2O_x催化剂在175~475 ℃范围内的脱硝效率始终保持在90%以上,表现出优异的脱硝活性宽温度窗口。此外,对Ce₁W_0.2O_x催化剂在高湿高硫环境下进行稳定性测试,结果表明,其具有优异的抗水硫中毒能力,当水蒸气含量在5%~10%(体积分数)之间时,催化剂能够维持高效的脱硝性能,且在停止SO₂或水蒸气通入后,脱硝活性迅速恢复。Ce₁W_0.2O_x催化剂的优异特性使其在实际烟气处理过程中具有优异的耐久性和可靠性,能够适用于复杂烟气的深度脱硝。这一发现为开发高效、稳定、宽温域的脱硝催化剂提供了理论依据。

以草酸为沉淀剂,采用共沉淀法制备得到Cu助剂掺杂Co基CoCu/ZnO催化剂,考察焙烧温度对催化剂甘油选择性氢解反应性能的影响。采用N₂吸附-脱附、XRD、H₂-TPR、SEM、FT-IR等方法对所得催化剂进行表征分析。结果表明:随焙烧温度升高,催化剂中Cu物种分散性提高;然而,进一步升高至650 ℃,Cu物种分散度反而降低;同时,高温焙烧促进Co物种以非均相形式存在于催化剂中。此外,Co、Cu物种间作用力逐渐增强,进一步影响催化剂结构特征及催化甘油(glycerol,GL)选择性氢解性能。经350 ℃焙烧所得CoCu/ZnO催化剂用于催化GL氢解反应,GL完全转化,产物1,2-丙二醇(1,2-propanediol,1,2-PL)收率高达95%;进一步提高焙烧温度至500 ℃,GL转化率下降,产物中1,2-PL收率下降,1,3-丙二醇(1,3-propanediol,1,3-PL)收率升高;650 ℃焙烧所得催化剂上,甘油完全转化,1,2-PL收率73%,乙二醇(ethylene glycol,EG)收率20%,1,3-PL收率7%。催化剂构-效关系表明,Co、Cu物种间的化学作用力及表面共活性位浓度决定其催化性能,CoCu/ZnO催化剂中物种分散性不是决定催化剂催化活性的关键因素。

通过一步水热反应成功制备MoS₂纳米材料、过渡金属Fe或Mn掺杂的MoS₂微米花电解水制氢催化剂。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对材料进行形貌、成分及结构表征,并研究其电解水析氢性能。结果表明:Fe或Mn掺杂原子进入MoS₂晶格;在10 mA/cm²的电流密度下,Fe-MoS₂-1∶10的析氢过电位为482 mV、塔菲尔斜率为148 mV/dec,低于纯MoS₂,具有优异的电催化析氢性能。同时,Mn-MoS₂的塔菲尔斜率最小为101 mV/dec,析氢反应速率最快。

适量掺杂硼元素可显著提升Ni/MgAl₂O₄催化剂在甲烷干重整(DRM)反应中的催化性能,但其反应机理尚不明确。基于密度泛函理论(DFT)计算方法,系统比较了Ni/MgAl₂O₄与Ni-B/MgAl₂O₄体系在DRM反应过程中的机理差异。结果表明,硼的引入显著改变了Ni簇的几何构型与电子结构,增强了B原子p轨道与Ni原子d轨道之间的轨道耦合,进而降低了费米能级附近的d轨道电子密度。这种电子结构调控效应有助于增强CH₄的吸附能力、削弱CO₂的吸附强度,并显著降低两者的解离能垒,从而有效提升催化剂整体的反应活性。本研究可为高效DRM催化剂的合理设计和结构优化提供理论指导。

针对建筑工程外墙工程,以端羟基聚二甲基硅氧烷与氨水为原料,采用Stober法制备改性二氧化硅超疏水涂料,并利用接触角测试仪与黏着力测试仪等,分析其疏水性、自清洁性与耐久性等性能。结果表明:无水乙醇用量为180 mL、氨水用量为10 mL、正硅酸乙酯用量为10 mL以及改性时间为2.5 h,可获得粒径适中的改性二氧化硅颗粒。改性二氧化硅的用量对涂料的疏水性能和自清洁性能具有显著影响,当改性二氧化硅的用量为6%(质量分数)时,涂料展现出最佳的疏水性能和自清洁性能,能够在长时间的水冲击下保持较高的静态接触角和较低的滑动角;当改性剂端羟基聚二甲基硅氧烷与改性二氧化硅的质量比为3∶3时,涂料的疏水化度达到最高值;适量增加硅烷偶联剂的用量,可以显著提升涂料的耐久性能,最佳用量为20%(质量分数)。

随着燃气发电机组发展规模不断扩大,其氮氧化物(NO_x)排放问题已成为大气污染防治的管控焦点。燃气轮机通常采用选择性催化还原(SCR)技术来控制尾部烟气中的NO_x排放浓度。开发高活性、低压降的烟气脱硝催化剂对于促进燃气机组脱硝行业的发展至关重要。基于改进制备策略,在传统钒-钨/钛催化剂配方的基础上通过选择性植入的手段在纳米钛白粉载体上引入更多的钒活性组分制得高活性纳米催化剂,采用薄壁45孔模具与高活性纳米催化剂结合得到薄壁蜂窝式脱硝催化剂。通过X射线衍射(XRD)、X射线荧光(XRF)、Brunauer-Emmett-Teller(BET)等表征手段分析催化剂的微观构成,并对催化剂的脱硝效率、单元体反应活性、抗压强度、磨损率进行测试。结果显示,催化剂在反应过程中展现出高活性和低压降,各项性能指标都表现得十分优异。该催化剂在燃气轮机的NO_x烟气控制等领域展现出巨大的潜力。

污水中常含有多种复杂有机物、重金属离子等,单一催化剂难以高效降解所有污染物。通过制备纳米TiO₂-SiO₂复合光催化剂,揭示复合催化剂对污水有机污染物的降解原理,为污水治理提供一种可靠的解决方案。基于TiO₂粉体和SiO₂粉体,利用溶胶-凝胶法制备了不同质量配比的纳米TiO₂-SiO₂复合光催化剂并模拟不同pH值的污水,设定不同的光照条件,对制备的催化剂性能进行测试。在不同质量配比催化剂性能对比结果中,A4催化剂对不同pH值污水的降解率数值最大,为65.12%;在光照条件对催化剂性能的分析过程中,G006条件能够大幅降低污水中污染物的浓度,其降解率为85.15%。当光照强度为200 mW/cm²、光照时间为90min时,TiO₂质量分数为75%、SiO₂质量分数为20%的复合光催化剂在污水降解处理中的应用性能最佳。

针对苏东南区支管在低CO₂分压环境下出现腐蚀穿孔和严重点蚀等失效问题。从宏观形貌、金相组织、化学成分、腐蚀产物等多方面对苏东XX站A失效干管的理化性能进行系统分析,同时结合腐蚀模拟、灰关联度及响应面分析探究其失效原因。结果表明,干管腐蚀较为严重的区域位于气液交界面和液相区域,其中气液交界区域因气体和液体的相互冲刷作用出现腐蚀穿孔,同时液相区域存在的垢下腐蚀形成了点蚀坑。