分子篩-堇青石整體式催化劑選擇性催化還原氮氧化合物的性能及水熱穩(wěn)定性研究.pdf

1、柴油機的使用雖然增加了燃油經(jīng)濟性并降低了含碳物質(zhì)的排放(CO，CO2和碳氫化合物等)，但卻明顯地增加了NOx的排放。傳統(tǒng)的三效催化劑無法滿足實際使用的需要。選擇性催化還原技術(shù)是指通過添加還原劑，使還原劑在催化劑的作用下與廢氣中的氮氧化合物反應(yīng)并使其還原為N2的催化過程。其催化過程通常采用NH3、尿素、各種烴類和醇類作為還原劑。NH3-SCR反應(yīng)中，需要將催化劑負載在堇青石載體上來滿足實際使用的需求。
　　基于此，本文選擇堇青石為催

2、化劑載體采用水熱合成法首先制備了Cu-ZSM-5/堇青石整體式催化劑，采用XRD和SEM等手段對催化劑進行了表征，證明了該合成方法的可行性。在此基礎(chǔ)上，研究了合成時間對催化劑結(jié)構(gòu)和機械性能的影響。之后，模擬實際柴油車的工作條件，對催化劑的性能進行評價，發(fā)現(xiàn)其具有較好的催化活性，但是在650℃下水熱老化后催化活性大幅下降無法滿足實際使用的需求。
　　進一步采用原位水熱合成技術(shù)，制備了具有更好水熱穩(wěn)定性的Cu-SSZ-13/堇青石催化

3、劑，并借助X射線衍射(XRD)和場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)等手段對其進行表征。在此基礎(chǔ)上，研究了合成時間對催化劑結(jié)構(gòu)和機械性能的影響。另外，使用固定床反應(yīng)器測試了離子交換度為50％的Cu-SSZ-13/堇青石催化劑和 Cu-SSZ-13催化劑水熱老化前后的NH3-SCR性能。結(jié)果表明，通過原位合成法制備的Cu-SSZ-13/堇青石催化劑在200~500℃的窗口溫度內(nèi)能達到80％以上的轉(zhuǎn)化率，并在300℃時達到96.4％的轉(zhuǎn)化率。

4、在850℃水熱老化12 h后，Cu-SSZ-13催化劑完全喪失了催化性能，而Cu-SSZ-13/堇青石催化劑在300℃時仍然保持91％的轉(zhuǎn)化率。使用XRD和固體27Al核磁(27Al NMR)的方法，研究了水熱老化前后兩種催化劑結(jié)構(gòu)的變化，結(jié)果表明，當(dāng)水熱老化12 h后，Cu-SSZ-13基本喪失了SSZ-13結(jié)構(gòu)特征峰，而Cu-SSZ-13/堇青石仍然保持了一定的SSZ-13骨架結(jié)構(gòu)。證明了通過原位合成法制備的Cu-SSZ-13/堇青

5、石催化劑具有較好抗水熱老化性能。
　　為了滿足更高溫度的使用需求，本文進一步利用氟硅酸銨(AHFS)對Cu-SSZ-13催化劑進行預(yù)處理，提高了其高溫水熱穩(wěn)定性。經(jīng)850℃水熱老化12 h后，NO轉(zhuǎn)化率最高仍然能達到99％，而相同水熱老化條件下的Cu-SSZ-13催化劑NO轉(zhuǎn)化率最高只有53％。采用XRD、TEM、固體NMR、N2吸脫附、ICP、FT-IR和Raman光譜等表征手段研究了水熱老化對催化劑結(jié)構(gòu)和Cu物種變化的影響，結(jié)

6、果表明，Cu-SSZ-13催化劑經(jīng)水熱老化后，Si(OSi)2(OAl)2催化劑骨架發(fā)生脫Al導(dǎo)致CHA結(jié)構(gòu)破壞并且骨架上Cu2+轉(zhuǎn)換生成CuO，并在高溫水熱環(huán)境下逐漸聚集生長成約幾納米的顆粒。而Cu-SSZ-13催化劑在使用AHFS預(yù)處理后，其中Si(OSi)2(OAl)2結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成水熱穩(wěn)定性更好的 Si(OSi)3(OAl)或者Si(OSi)4結(jié)構(gòu)，使其在高溫水熱處理過程中保持了較好的CHA骨架結(jié)構(gòu)。同時，AHFS預(yù)處理使Cu-SS