乙炔為還原劑在Ce基催化劑上選擇催化還原NO-,x-的研究.pdf

1、氮氧化物(NOx)是引起酸雨、光化學(xué)煙霧等破壞地球生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致人體呼吸道等疾病的主要大氣污染物。在富氧和較低溫度下高選擇性的去除汽車尾氣中的NOx一直是環(huán)保催化領(lǐng)域令人矚目的研究課題。以烴為還原劑選擇催化還原NOx(SCR)被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的研究方法。本研究首次提出使用C2H2為還原劑在富氧條件下選擇催化還原NOx(C2H2-SCR)，以期獲得比以往SCR研究更高的NOx低溫(～300℃)高選擇性。 研究了Ce在多種分子

2、篩離子交換或浸漬制備所得催化劑，在800ppmC2H2，1600ppmNO，9.95％O2(He為平衡氣)條件下的C2H2-SCR性能。發(fā)現(xiàn)離子交換法制備的Ce-H-ZSM-5(25)催化劑在300～400℃的反應(yīng)溫度窗口有很高還原活性和選擇性，NO的轉(zhuǎn)化率達(dá)到83％。該數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)使用丙烯為還原劑的較好研究相比僅使用其～1/3碳數(shù)的還原劑，這意味著本C2H2-SCR研究所得到的選擇性是文獻(xiàn)丙烯為還原劑所得結(jié)果的近3倍。本研究結(jié)果與文獻(xiàn)使

3、用甲烷為還原劑的較好研究相比雖然選擇性大致相同，但所需要的反應(yīng)溫度降低了近200℃。 研究得到了以下重要規(guī)律：不同分子篩Ce基催化劑的活性順序是Ce-H-ZSM-5(Si/Al=25)＞Ce-H-Y(Si/Al=2.5)＞Ce-H-β(Si/Al=20～30)＞Ce-H-SAPO(Si/Al=34)＞Ce-H-5A(Si/Al=12)，與H型沸石本身的C2H2-SCR活性順序一致，這表明分子篩種類對C2H2-SCR催化性能起至

4、關(guān)重要的作用；Ce3+在H型沸石的硅鋁比越低，對C2H2-SCR催化選擇性越高。Ce3+在Na型沸石上幾乎沒有C2H2-SCR活性，而H型沸石，特別是H-ZSM-5(Si/Al=25)，離子交換(或擔(dān)載)Ce后其C2H2-SCR性能顯著提高，表明H質(zhì)子對催化劑的C2H2-SCR活性起著非常關(guān)鍵的作用，且與Ce3+在催化過程中存在協(xié)同作用。 研究發(fā)現(xiàn)，雖然O2在C2H2-SCR反應(yīng)中與NOx競爭還原劑，但在沒有O2存在時(shí)C2H2

5、-SCR反應(yīng)很難進(jìn)行。另一方面，在沒有NO存在時(shí)C2H2的氧化反應(yīng)也較難進(jìn)行。由此提出NO氧化為NO2是本C2H2-SCR反應(yīng)的控速步驟，C2H2的氧化主要起始于與NO2的作用。該反應(yīng)機(jī)制與使用其它還原劑(在分子篩系列催化劑上)文獻(xiàn)結(jié)果相一致。 考察了Ce-H-ZSM-5(Si/Al=25)催化劑應(yīng)用性能。發(fā)現(xiàn)催化劑在反應(yīng)體系中經(jīng)650℃處理1h后在325℃的性能沒有變化，表明催化劑具有很好的耐熱沖擊性能；C2H2-SCR反應(yīng)

6、體系在Ce-H-ZSM-5(Si/Al=25)催化劑上受水(6.8％H2O蒸氣)的影響是可逆的；SO2(50ppm)在無水條件下有利于催化活性增加，在有水條件下降低了NOx消除效果。 在Ce-H-ZSM-5(Si/Al=25)催化劑上，與C2H2保持相同C濃度的CH4和C3H6分別為還原劑時(shí)，在300℃下NOx的消除率分別為0和17％，在500℃下NOx的消除率分別為27％和29％。該結(jié)果進(jìn)一步表明C2H2作為還原劑比CH4、