Mn改性Cu-SSZ-13催化剂及其NH3选择性催化还原NO性能研究

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NH3选择性催化还原技术(NH3-SCR)是柴油机尾气脱硝领域最有应用前景的技术之一,高效的催化剂是该系统的核心和关键。Cu-SSZ-13催化剂由于其宽的工作温度窗口,高的N2选择性和稳定性而被广泛研究。然而由于柴油车实际应用工况复杂,冷启动阶段NOx排放量大,尾气中C3H6含量较多,应用的催化剂必须具优良低温活性,高的抗水热老化能力、抗C3H6中毒能力等性能。而现有Cu-SSZ-13催化剂仍存在一些问题,因此,开发高效、稳定、环境友好的新型催化剂对NH3-SCR技术在柴油机尾气脱硝领域的应用有着重要意义。本文首先通过水热合成和液相离子交换法制备了Cu-SSZ-13催化剂,并研究了制备条件,不同模拟尾气条件,Cu离子交换度等对催化剂结构和性能的影响。通过共离子交换法制备了低温活性好,抗水热老化、抗C3H6中毒能力强的Cu(0.2)Mn(0.1)-SSZ-13催化剂。同时利用XRD、NH3-TPD、TG-DSC、SEM-EDS、ICP-OES、NMR、低温N2吸脱附、激光粒度仪等表征手段研究催化剂及分子筛载体理化性质,对催化剂构效关系进行研究,研究成果如下:首先优化了Cu-SSZ-13催化剂的制备条件并研究了标准SCR反应中的影响因素。然后通过共离子交换法制备的Cu(0.2)Mn(0.1)-SSZ-13催化剂使其在175-525℃温度范围内达到90%以上的NO转化率,且水热老化后仍能在175-475℃温度范围内保持90%以上的NO转化率,同时具有较高的抗C3H6中毒能力。本文首次从离子交换度影响和双金属元素影响两方面展开研究,Mn元素的加入可以提高催化剂低温活性,归因于Mn元素与Cu元素间存在协同作用。NH3-TPD、XRD、NMR等表征表明,Mn元素的加入可以降低催化剂在水热老化过程中结晶度的降低和骨架脱铝的发生从而提高其抗水热老化能力,这主要是由于提高离子交换度可以减少易被破坏的Bronsted(B)酸的总量。低温N2吸脱附、SEM-EDS等表征和NH3氧化及NO氧化实验表明,Mn元素的加入可以阻碍Cu元素在水热老化过程中的团聚因此提高了催化剂抗水热老化能力,这主要是由双金属作用引起的。TG-DSC、低温N2吸脱附等表征表明,Mn元素的加入可以降低催化剂在C3H6中毒过程中表面积碳的形成,因此提高了催化剂抗C3H6中毒能力。
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