被动氮氧化物分子筛催化剂NOx吸脱附特性实验研究

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柴油机的NOx排放是柴油机的主要排放问题之一,由于越来越严格的排放法规,对于柴油机冷起动阶段及怠速阶段,当排气温度较低时的NOx排放也越来越受到关注。目前主要的NOx后处理技术路线是采用SCR系统通过NH3还原排气中的NOx,但是由于SCR系统中催化剂的高效活性窗口往往在200℃以上,同时产生NH3的尿素的分解温度也在180℃以上。因此在排气温度较低的阶段,需要对NOx进行特殊的处理。被动NOx吸附技术(Passive NOx Adsorber,PNA)被认为是一种有效的低排气温度阶段NOx处理技术。被动NOx吸附技术通过在低温下完成对NOx的吸附,在排气温度升高到180℃以上时完成对NOx的解吸,整个阶段NOx的吸附与解吸只与排气温度相关。本文选取SSZ-13分子筛作为载体,研究了钯(Pd)与钴(Co)作为活性元素负载后分子筛催化剂的PNA特性。研究了在吸附阶段与脱附阶段,硅铝比、活性元素负载量及不同进气成分对分子筛催化剂PNA特性的影响,同时对在水热老化后催化剂的PNA特性进行了研究。Pd-SSZ-13催化剂中,合理的硅铝比及Pd负载量对PNA性能有重要的影响,本文研究了不同硅铝比及Pd负载量Pd-SSZ-13催化剂的PNA特性。研究结果表明对于Pd基PNA催化剂,二价Pd离子具有重要作用。过高的硅铝比在一定程度上影响二价Pd离子的分布状态,从而对分子筛催化剂PNA性能造成影响。而SSZ-13载体的硅铝比过低会使得其自身的结晶度降低,导致氧化铝的形成从而使得PNA性能降低。对于Pd负载量,当Pd负载量过低时,SSZ-13载体上活性位点不足,此时催化剂PNA性能较低,而过高的Pd负载量也会使得PNA性能降低,这是由于生成过量的Pd Ox物种使得SSZ-13分子筛孔结构参数劣化所造成。从原子利用层面考虑,过高的负载量也会造成Pd原子利用率降低。同时研究了进气中含有C3H6时对催化剂性能的影响,研究结果表明,当进气中存在有C3H6时,对催化剂NOx吸脱附性能造成抑制,并且当C3H6浓度为200ppm时催化剂NOx吸附能力完全丧失。对催化剂水热老化后PNA特性进行了研究。在水热老化过程中,硅铝比具有重要的影响,当硅铝比过低时,Pd-SSZ-13催化剂在经历水热老化过程以后,出现了严重的骨架结构坍塌的情况,造成了催化剂NOx吸脱附性能的降低。催化剂水热老化后,随着Pd负载量的增加,催化剂PNA性能提高,认为是水热老化条件在一定程度上促进了氧化态Pd物种向离子态转变,从而提高PNA性能。同时水热老化温度对催化剂性能具有重要的影响,对于Pd-SSZ-13催化剂,当水热老化温度提高到850℃后,催化剂PNA性能明显降低。非贵金属作为PNA催化剂在实际应用中具有重要意义,本文通过采用钴取代钯作为分子筛催化剂的活性元素,研究了影响Co基PNA催化剂的活性的因素。其中Co含量对NOx脱附温度具有重要的影响,适当的提高Co含量能够提高NOx的吸附量,但过多的Co会生成更加稳定的硝酸盐物种,从而使得NOx脱附温度较高,对于连续的PNA循环不利。同Pd基分子筛催化剂相比,Co基分子筛催化剂同样具有优秀的PNA特性,但是其在水热老化后表现弱于Pd基分子筛催化剂。
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