多元金屬改性ZSM-5催化劑選擇性催化還原柴油機NOx的研究.pdf

1、NOx對環(huán)境和人類健康危害極大,柴油機NOx排放控制技術始終是內(nèi)燃機領域的研究熱點。而多元金屬改性分子篩型SCR催化劑的性能優(yōu)化策略及反應機理研究將為新型SCR催化劑的開發(fā)及SCR催化系統(tǒng)的優(yōu)化設計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,并采用多種先進的表征手段探索了多金屬改性對分子篩型催化劑的物化性能、NH3-SCR反

2、應催化活性及反應機理的影響規(guī)律。主要研究內(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,其有利于擴大NH3-SCR反應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SCR反應的催化活性。
　　(2)ZSM-5分子篩中大部分的強酸位在離子交換中被銅物種占據(jù)

3、,導致催化劑對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個過程,即,催化劑表面對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反應中的高、低溫活性都得到擴展。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反應中的活性中間體;同時,NOx還會在催化劑表面形成連二亞硝酸鹽等無SCR反應活性的過渡態(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渡態(tài)物種的含量,從而促進催化劑催