多元金屬改性ZSM-5催化劑選擇性催化還原柴油機(jī)NOx的研究.pdf

1、NOx對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康危害極大,柴油機(jī)NOx排放控制技術(shù)始終是內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。而多元金屬改性分子篩型SCR催化劑的性能優(yōu)化策略及反應(yīng)機(jī)理研究將為新型SCR催化劑的開(kāi)發(fā)及SCR催化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有益的理論參考。本文采用液態(tài)離子交換法制備了Cu/ZSM-5和 CuCexZr1?xOy/ZSM-5(x=0,0.25,0.5,0.75和1)系列催化劑,并采用多種先進(jìn)的表征手段探索了多金屬改性對(duì)分子篩型催化劑的物化性能、NH3-SCR反

2、應(yīng)催化活性及反應(yīng)機(jī)理的影響規(guī)律。主要研究?jī)?nèi)容及取得的結(jié)果如下:
　　(1)鋯的摻雜提高了Cu/ZSM-5催化劑表面銅元素的分散性,其有利于擴(kuò)大NH3-SCR反應(yīng)中高溫段的活性窗口;而適量鈰的摻雜提高了金屬改性ZSM-5催化劑自身的氧化還原性能,含鈰催化劑的低溫催化活性顯著提高。此外,銅物種能夠富集在ZSM-5分子篩表面,從而提高催化劑對(duì)SCR反應(yīng)的催化活性。
　　(2)ZSM-5分子篩中大部分的強(qiáng)酸位在離子交換中被銅物種占據(jù)

3、,導(dǎo)致催化劑對(duì)NH3吸附量的降低;而NO在金屬改性ZSM-5催化劑上的脫附包括3個(gè)過(guò)程,即,催化劑表面對(duì)NO分子的物理脫附(110℃脫附),催化劑表面亞硝酸鹽(200–350℃脫附)和硝酸鹽(350℃以上脫附)物種的分解。
　　(3)在Cu/ZSM-5催化劑中摻雜鈰、鋯等元素后,催化劑在NH3-SCR反應(yīng)中的高、低溫活性都得到擴(kuò)展。其中,CuCe0.75Zr0.25Oy/ZSM-5催化劑具有最佳的催化活性,NO轉(zhuǎn)化效率達(dá)到95％以

4、上的溫度窗口在175–468℃之間。
　　(4)低溫下,一部分NH3以NH4+離子的形式吸附在Br?nsted酸位上,另一部分NH3以共價(jià)鍵的形式吸附在Lewis酸位上。而NOx以螯式、橋式硝酸鹽的形式在活性銅原子上形成SCR反應(yīng)中的活性中間體;同時(shí),NOx還會(huì)在催化劑表面形成連二亞硝酸鹽等無(wú)SCR反應(yīng)活性的過(guò)渡態(tài)物種。此外,與Cu/ZSM-5催化劑相比,鈰、鋯等元素的摻雜提高了催化劑表面硝酸鹽等過(guò)渡態(tài)物種的含量,從而促進(jìn)催化劑催