会议名称：第十九届全国催化学术会议

会议时间：2019.10.13-2019.10.17

报告题目：钛硅分子筛负载低含量的Pt有效消除室内甲醛

报告题目：高效脱销催化剂的设计与合成策略

摘要：

钛硅分子筛负载低含量的Pt在室温下有效消除室内甲醛

陈红霞^a，王昊^a，鲍文静^a，张润铎^a*，魏莹^a*

^a北京化工大学，北京，400044

Email: zhangrd@mail.buct.edu.cn

关键词：甲醛、TS-1分子筛、负载型Pt、室温催化氧化

甲醛作为现代居室常见的污染物，对居民健康产生了重大威胁，如何有效净化甲醛受到了人们密切关注，在众多甲醛处理技术中，室温催化氧化法被认为最具有应用潜力，目前，设计低负载量的负载型贵金属催化剂是一项具有具有挑战力的工作[1]。

本文首次采用疏水性钛硅TS-1分子筛作为载体，硼氢化钠还原法制备了一系列xPt/TS-1(Si/Ti = 30, x = 0.1, 0.3, 0.6 wt%)催化剂，同时，以同样具有MFI结构的ZSM-5,Silicalite-1作为对比，考查其在反应条件为：甲醛浓度120 ppm，空速60,000 mL/(g h), RH=35%对甲醛的催化氧化活性。

参考文献

[1] C.B. Zhang, F.D. Liu, et al., Angew. Chem. Int. Ed.2012,51:9628-9632.

摘要：

高效脱硝催化剂的设计与合成策略

王昊，刘珊珊，徐瑞年，张润铎*

能源环境催化北京市重点实验室，北京化工大学，北京，100029

Email: zhangrd@mail.buct.edu.cn

关键词：氮氧化物脱除、高N2选择性、孔道拓扑结构、氧化/还原与酸协同、核壳调控合成

当前空气质量日益恶化、雾霾天气频现，造成这一环境问题的重要原因之一是各种移动源（机动车尾气）和固定源（工业锅炉尾气）氮氧化物的恣意排放。催化治理技术是解决此类污染问题最有效的途径，高效催化剂设计与定向制备成为了研究热点^[1-4]。基于本科研团队最新研究成果，着眼阐述催化材料的晶貌及孔道控制合成、理化性能（氧化/还原性、酸性）间的协同效应、还原剂选择等，实现氮氧化物废气高N₂选择性定向无害转化，达到排放标准。主要内容如下：

1. 分子筛类催化剂具有发达的孔道结构、较高的比表面积、在低温脱硝领域发挥重要作用。其中，具有CHA结构的SSZ-13超微孔（~3.8Å）分子筛在脱硝研究中表现出了更为优异的性能。传统昂贵，剧毒的三甲基金刚烷胺模板剂限制了其推广，本团队首次采用无毒、廉价的氯化胆碱为模板剂合成出高结晶度的SSZ-13分子筛产品。同时，基于不同孔道结构（直通道、直通道笼状杂化、笼状）对比了系列孔道拓扑结构分子筛的脱硝性能，结合实验结果及量化计算，发现笼状结构的分子筛具有稳定的骨架及较深的铜落位，有利于脱硝性能的提高^[5]。此外，针对调控合成的晶貌对脱硝性能的影响，我们制备了不同晶貌的ZSM-5分子筛（纳米片，纳米晶，中空）并进行系列表征，发现片状结构利于铜的分散，同时具有优异的氧化/还原性能，表现出了较好的低温活性，而中空结构具有大量强酸位点，表现出了较高的高温活性。

2. 在脱硝性能的研究中，酸性与氧化/还原性均起到了关键性的作用。酸性能稳定表面吸附的NH₃，促进高温活性，氧化/还原性则有利于低温活性的提高。为了明晰酸性与氧化/还原性之间的协同作用，本团队合成了Ce/Ti、Nb/Ti和NbCe/Ti系列催化剂，发现较多的Ce³⁺能提供更多的化学吸附氧从而提高氧化/还原性能，表现为优异的低温NH₃-SCR性能。通过对表面吸附物种的探究，发现Nb的引入能增加催化剂表面的酸度，进而提高了NH₃的吸附和高温活性。结果证明了Nb（酸性）和Ce（氧化还原性）之间存在显著的协同效应^[6]。

3. 核壳结构的调控合成是当今研究热点之一，有望改善催化剂的水热稳定性及耐毒能力。我们通过调控制备了一系列不同结构（Ce/Ti、Ti/Ce、Ti@Ce和Ce@Ti）的CeTi载体，负载W后进行NH₃-SCR活性测试，发现W/Ti@Ce催化剂脱硝性能最优。研究表明：W/Ti@Ce存在介孔结构，有利于W的分散并且表现出了较好的氧化/还原性和酸性，有利于提高NH₃-SCR性能。此外，在抗硫性能测试中，核壳结构催化剂表现出优异的抗硫性能，SO₂的引入会增加表面Ce³⁺的含量，这说明负载型催化剂和核壳结构催化剂表面形成的硫酸盐种类不同，对表面的Ce和W产生了不同的影响^[7]。

4. 醇类作为绿色的脱硝还原剂一直深受人们关注，特别是乙醇（CH₃CH₂OH）作为高效还原剂在Ag/Al₂O₃上催化脱硝的一直是研究热点，但是甲醇（CH₃OH）在Ag/Al₂O₃表面却不能作为有效还原剂脱硝。通过实验发现：当以LaFe_0.8Cu_0.2O₃钙钛矿氧化物为催化剂时，CH₃OH可以作为有效的还原剂实现氮氧化物的还原脱除。对此，本团队结合原位红外和量化计算进行深入研究^[8]，发现CH₃OH作为还原剂在LaFe_0.8Cu_0.2O₃和Ag/Al₂O₃上的反应机理不同，羧酸盐物种是主要的中间物种，C-N键上H的转移是反应的速控步骤。

参考文献

[1] R. Zhang, N. Liu, Z. Lei, B. Chen*, Chem. Rev. 2016, 116: 3658-3721.

[2] R. Zhang* et al., J. Catal., 2012, 294: 99-112; 2012, 295: 45-58; 2010, 272: 210-219.

[3] R. Zhang* et al., Environ. Sci. Technol, 2014, 45: 13909-13916; 2012, 46: 11280-11288.

[4] R. Zhang* et al., Appl. Catal. B, 2014, 146: 79-93; 2014, 146: 94-104.

[5] H. Wang, R. Xu, Y. Jin, R. Zhang*, Catal. Today 327 (2019) 295-307.

[6] S. Liu, R. Zhang, P. Li, H. Chen, Y. Wei, X. Liang, https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.02.004

[7] S. Liu, H Wang, Y. Wei, R. Zhang*, ACS Appl. Mater. Interfaces 25 (2019) 22240-22254.

[8] H. Wang, R. Zhang*, P Li, S. Royer, J. Dacquin*, J. Catal. 377 (2019) 480-493.