Cu-Ce改性USY分子篩的低溫NH3-SCR性能的研究.pdf

1、氮氧化物(NOx)是引起光化學(xué)煙霧、酸雨和溫室效應(yīng)等一系列環(huán)境問題的主要污染物，隨著機(jī)動車數(shù)量的增加和工業(yè)的迅速發(fā)展，NOx排放量日益增多，必將引起生態(tài)和環(huán)境的嚴(yán)重惡化。因而，消除NOx污染問題已刻不容緩。目前，消除NOx污染的主導(dǎo)技術(shù)是NH3的選擇性催化還原(NH3-SCR)，其關(guān)鍵是選擇性能優(yōu)異的催化劑，這將決定整個催化反應(yīng)體系的成敗。Cu基分子篩催化劑因其優(yōu)異的低溫活性、N2選擇性和寬的活性溫度窗口在SCR研究領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，一

2、直被認(rèn)為是最具實際應(yīng)用前景的脫硝催化劑。
　　本文從研究不同Cu改性分子篩催化劑的NH3-SCR性能著手，選擇綜合性能優(yōu)異的Cu-USY催化劑，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)地研究了銅負(fù)載量對Cu-USY催化劑的NH3-SCR性能的影響。為進(jìn)一步改善Cu-USY催化劑的低溫活性和拓寬其活性溫度窗口，研究了Ce添加量對Cu-USY催化劑的NH3-SCR性能的影響。最后探討了催化劑的高溫水熱穩(wěn)定性以及抗S性能。通過N2吸附-脫附、XRD、H2-TPR

3、、XPS、CO紅外吸附和In-situFTIR等手段對催化劑的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征分析，主要得到以下結(jié)論:
　　1.研究了不同Cu-zeolite催化劑的NH3-SCR性能。結(jié)果表明，5Cu-ZSM-5和5Cu-beta(40)具有良好的低溫SCR活性，且具有較寬的NO轉(zhuǎn)化溫度窗口(170～400℃)，但N2選擇性相對較低，低溫SCR活性順序:5Cu-ZSM-5、5Cu-beta(40)＞5Cu-USY＞5Cu-beta(40)

4、＞5Cu-SAPO-34;而5Cu-USY催化劑在100～140℃之間的SCR活性要高于其它催化劑，并表現(xiàn)出較寬的NO轉(zhuǎn)化溫度窗口(200～420℃)和良好的N2選擇性。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了Cu負(fù)載量及Ce添加量對Cu-USY催化劑的NH3-SCR性能影響。結(jié)果表明，隨著Cu負(fù)載量的增加，低溫活性不斷增強(qiáng)，NO轉(zhuǎn)化溫度窗口也明顯拓寬，但N2選擇性也逐漸降低。Ce的加入可以進(jìn)一步明顯改善Cu-USY催化劑的低溫SCR活性，當(dāng)Ce添加量為

5、8wt.％時，其低溫活性達(dá)到最佳，NO轉(zhuǎn)化溫度寬口最寬(160～、410℃)，而對N2選擇性無明顯影響。
　　2.H2-TPR和CO-DRIFTs結(jié)果表明，在Cu-USY和Cu-Ce-USY催化劑中存在多種Cu物種，主要包括:孤立態(tài)Cu2+、納米級CuOx物種和Cu+物種;而分布于USY分子篩的超籠中的Cu2+和Cu+物種是低溫SCR反應(yīng)的主要活性位。過量Cu負(fù)載，使分散在載體表面的納米級CuOx物種數(shù)量明顯增加，這可能是高溫條件

6、下N2選擇性下降的主要原因。而Ce的添加，由于CuOx物種與CeO2之間的強(qiáng)相互作用，促進(jìn)了Cu-Ce-USY催化劑中各CuOx物種的還原性，進(jìn)而更容易在低溫下將NO氧化為NO2，從而提高了催化劑的低溫活性。原位紅外研究結(jié)果表明，NH3先吸附在催化劑表面的Lewis酸位(Cun+位)和Br(o)nsted酸位上，進(jìn)而參與SCR反應(yīng)，且吸附在Lewis酸位上的NH3物種有更高的低溫NH3-SCR活性。
　　3.經(jīng)高溫水熱老化處理后，

7、5Cu-USY和5Cu-8Ce-USY催化劑的低溫SCR活性均有所改善，尤其前者更明顯，這可能是由于高溫水熱老化處理提供的熱動力驅(qū)使位于方鈉石籠中的Cu2+向超籠中遷移，同時促進(jìn)超籠中Cu+數(shù)目的增加，從而提高了催化劑的低溫SCR活性。但副產(chǎn)物NO2和N2O的生成量也隨老化溫度的升高明顯增加，即N2選擇性有所下降。而預(yù)硫化處理可導(dǎo)致5Cu-USY和5Cu-8Ce-USY催化劑的低溫SCR活性明顯下降，這可能是由于預(yù)硫化過程促使催化劑中部