氮氧化物是典型的环境污染物,它会产生酸雨、臭氧空洞和光化学烟雾等问题,其对自然界和人类的身体健康带来了灾难性的伤害。氮氧化物的主要来源为固定源和移动源,固定源如燃煤电厂、水泥厂、玻璃窑炉等,移动源如机动车、大型柴油机等。随着目前我国经济的快速发展,汽车的保有量在不断增加,移动源产生的NOx逐年上涨。因此消除移动源所产生的NOx是十分重要的。氨气选择性催化还原(NH3-SCR)被认为是一种高效的脱硝技术,其核心是催化剂的选择。目前商业催化剂Cu-SSZ-13面临着专利被国外大公司所掌握,脱硝窗口窄以及稳定性差的问题。开发Cu-SSZ-16催化剂应用到柴油车尾气有着重要的现实意义。
中山大学化学学院姜久兴与黑龙江大学朱宇君在《ChemicalEngineeringJournal》期刊上发表题为“UnderstandingtheinfluenceofhydrothermaltreatmentonNH3-SCRofNOxactivityoverCux-SSZ-16”的文章(DOI:10./j.cej..),其通过调变配比和原料提供了具有AFX结构的SSZ-16分子筛的合成条件。并且对其进行不同含量的Cu物种修饰发现Cu2.2-SSZ-16催化剂展现出最优异的脱硝性能。对Cu2.2-SSZ-16催化剂进行不同水热温度处理,并对处理后的催化剂进行活性测试以及物理化学表征,得出以下结论:
(1)Cu2.2-SSZ-16催化剂在-°C的温度区间内可以达到90%的NOx转化,并且展现出优异的抗高空速和抗硫性能。不同温度的水热测试发现其在°C的水热处理之后可以维持优异的脱硝性能,但是°C的水热处理之后活性下降的很快。
(2)水热处理之后的催化剂活性降低主要是活性物种的变化和对骨架的破坏。一系列的表征结果证明Cu2.2-SSZ-16-催化剂是由于水热处理过后AFX结构发生坍塌以及生成大量的CuOx和Cu(AlO2)2物种。但是在和°C温度下水热处理,催化剂仍然可以维持较好的脱硝性能。
(3)原位红外结果表明水热处理过程会导致酸性位点的变化,既Al-OH-Si、末端Si-OH和Lewis酸性位点降低。
通过对Cu-SSZ-16分子筛性能和水热老化稳定性的了解,我们将进一步拓宽具有自主知识产权的脱硝催化剂研究,以期后续产品开发。
图1SSZ-16有机结构导向剂的制备
表1不同的Si源Si:0.09Al:xOSDA:yNaOH:20H2O的合成配比结果
图2Cux-SSZ-16系列催化剂在NH3-SCR反应中NOx转化(A)和N2选择性(B),Cu2.2-SSZ-16抗SO2和CO2能力(C),Cu2.2-SSZ-16催化剂抗高空速的能力(D)
图3Cu2.2-SSZ-16,Cu2.2-SSZ-16-,Cu2.2-SSZ-16-和Cu2.2-SSZ-16-催化剂的活性谱图
图4Cu2.2-SSZ-16,Cu2.2-SSZ-16-,Cu2.2-SSZ-16-和Cu2.2-SSZ-16-样品SEM图
图5Cu2.2-SSZ-16,Cu2.2-SSZ-16-,Cu2.2-SSZ-16-和Cu2.2-SSZ-16-样品NH3-TPD图
图6Cu2.2-SSZ-16,Cu2.2-SSZ-16-,Cu2.2-SSZ-16-和Cu2.2-SSZ-16-样品的UV-vis图
图7Cu2.2-SSZ-16和水热处理催化剂的EPR(a)和精细结构谱图(b)
图8Cu2.2-SSZ-16(a),Cu2.2-SSZ-16-(b),Cu2.2-SSZ-16-(c)和Cu2.2-SSZ-16-(d)样品在°C预吸附NH3后通入NO+O2的红外谱图;NOx与预先吸附的NH3反应,其Lewis酸性位点(e)和Br?nsted酸性位点(f)随着时间的变化
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