论文部分内容阅读
催化分解和还原技术是目前应用于工业氧化亚氮减排的最有前景的一种方法，而基于分子筛制备的催化材料是目前应用于该技术最有吸引力的一个催化剂体系。本论文制备了一系列过渡金属Fe改性的分子筛催化材料，采用多种分析测试手段对催化材料的理化性质进行了系统的表征，考察了Fe负载量和分子筛载体对Fe-zeolites催化材料在氧化亚氮的催化分解和还原中的反应性能，探讨了材料的理化性质和反应行为的关系，研究了催化反应的微观机理，获得了如下的研究结果和规律性:
(1) Fe-zeolites催化材料对氧化亚氮催化分解还原反应性能的研究通过热离子交换法成功地合成了高负载量的Fe-Beta催化材料，离子交换温度从20℃升高到90℃，材料上Fe的质量百分比从0.88％提高到16.56％。考察了催化材料对N2O催化分解和还原的活性，结果显示，80℃离子交换温度下制备的Fe-Beta-80℃具有较高的催化活性，能在480℃完成N2O的完全分解，在375℃完成N2O被NH3完全还原。通过XRD、TEM、UV-vis、H2-TPR和NH3-TPD等表征手段对催化剂上的Fe物种进行研究。结果表明:Fe-Beta-80℃比Fe-Beta-20℃活性好的原因是前者含有更多的四面体配位的八面体的Fe3+xOy团簇和孤立Fe3+离子，他们分别是N2O催化分解和还原的活性位。该方法同样适合其他不同孔道结构的分子筛，制备的Fe-USY、Fe-MOR和Fe-ZSM-5催化材料同样具有较高的Fe负载量和催化活性。
(2)不同硅铝比的Fe-ZSM-5催化剂对氧化亚氮催化分解性能的研究以不同硅铝比的H-ZSM-5分子筛为载体，采用离子交换法、热离子交换法和化学气相沉积法制备Fe-ZSM-5催化剂，并用XRD、BET、TEM、UV-vis和NH3-TPD等表征手段对催化剂进行分析，研究催化剂中Fe的存在状态。结果表明:分子筛的硅铝比影响Fe在分子筛中的分布形态，化学气相沉积法和热离子交换法制得的Fe-ZSM-5-25（硅铝比为25）分子筛催化剂上均匀地分布着粒径为8 nm左右的纳米氧化铁颗粒，并且Fe-ZSM-5-25分子筛催化剂比Fe-ZSM-5-300更容易形成Fe3+xOy团簇。制得的Fe-ZSM-5分子筛催化剂催化分解N2O，结果表明:相同的制备方法，硅铝比小的Fe-ZSM-5-25催化剂对N2O分解活性更好;相同硅铝比的Fe-ZSM-5催化剂，采用化学气相沉积法制得的对N2O分解活性最好，热离子交换法的其次，离子交换法的最差。另外，O2的存在对Fe-ZSM-5上N2O催化分解活性有抑制作用，而NO对N2O催化分解活性展示了一定的正效应。最后，经过100 h的连续反应，Fe-ZSM-5催化剂依然能够保持催化起始活性。