碳化硅上生长Cu/SSZ-13分子筛及其NH3-SCR催化性能

汽车尾气和柴油不完全燃烧所释放的NOx严重污染了大气环境.为了降低对大气的污染,可将其催化还原成氮气.氨气选择性催化还原(NH3-SCR)是使用较广泛的机动车高效脱硝技术.用于催化脱硝反应的催化剂有多种类型,分子筛具有特殊的孔道结构和骨架结构及高比表面积,因而已广泛用作脱硝反应催化剂.与传统三效催化剂相比,分子筛催化剂总体表现出更好的脱硝催化活性,但在高温下不稳定,容易失活,不耐热冲击,水热稳定性差.SiC具有耐酸碱、耐腐蚀、抗氧化、耐磨及良好的热稳定性和导电性,因此作为催化剂载体近年来引起广泛关注.但是其本身也存在许多缺点,如比表面积低、表面性质不活泼、不利于金属物种分散等.因此,本文通过原位水热法将SSZ-13生长在SiC表面,制备出新型催化复合材料SSZ-13@SiC.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和N2吸附-脱附等手段研究了不同碱量和晶化时间对SSZ-13在SiC表面生长的影响,负载Cu后获得Cu/SSZ-13@SiC作为催化剂,研究了SiC对Cu/SSZ-13中高温下脱硝活性的影响规律.结果表明,碱含量会影响SSZ-13在SiC表面的结晶程度.当SiO2/NaOH ≥ 0.1时,SSZ-13有杂相出现,并且结晶度都不高; 当SiO2/NaOH < 0.1时,SiC表面会生长成纯相的SSZ-13晶粒且具有较高的结晶度.晶化时间也会影响SSZ-13在SiC表面的覆盖程度: 反应1 d时,SiC表面会生长零星的SSZ-13晶粒; 2 d时,SSZ-13达到全面覆盖; 3 d后,SSZ-13在SiC上的生长达到饱和,其比表面积达到最大值,约为201.3 m2/g.通过离子交换将不同含量Cu离子交换到分子筛表面,其中Cu(1.71)/SSZ-13@SiC样品具有最佳的脱硝活性,接近200 °C时,NO转化率就达到90%以上,到高温500 °C时,NO转化率仍能保持在70%以上.相比于未负载的Cu/SSZ-13,Cu/SSZ-13@SiC催化剂在NH3-SCR测试中具有更高的高温催化活性,同时催化活性窗口明显拓宽.上述结果说明SiC对Cu/SSZ-13的高温催化活性具有一定的提高和稳定作用.     

小孔分子筛催化剂上氨选择性还原NO_x的研究进展

选择性催化还原(NH_3-SCR)NO_x是目前用于NO_x消除的主流技术.小孔分子筛催化剂(如Cu/SSZ-13 Cu/SAPO-34等)在NO_x的脱除中表现出良好的催化活性和水热稳定性,是环境催化领域研究的热点.本文重点总结和评述了几种不同过渡金属负载的小孔分子筛(特别是Cu分子筛)在NH_3-SCR脱除NO_x中的性能、影响因素以及NH_3-SCR的反应机理,并展望了小孔分子筛在NO_x脱除中未来的发展方向.     

制备条件对Cu-SSZ-13分子筛的形貌及其氨选择性催化还原脱硝性能的影响

采用传统水热法合成SSZ-13分子筛,铜离子交换法制备Cu-SSZ-13分子筛催化剂,用于氨选择性催化还原(NH₃-SCR)脱硝,研究了有机模板剂(OSDA)用量、硅源、铝源、水硅比、硅铝比以及老化时间等制备参数对Cu-SSZ-13分子筛形貌、晶粒大小、酸性、Cu²⁺位点以及NH₃-SCR催化性能的影响。结果表明,在一定范围内,SSZ-13分子筛的硅铝比越高,其晶粒越大,所负载的活性铜含量越低,NH₃-SCR催化活性也越差。以硅溶胶为硅源、硫酸铝为铝源所合成的SSZ-13分子筛晶粒较小,结晶度最高,所得到的Cu-SSZ-13催化剂的NH₃-SCR活性也最好。较高的水硅比所合成的分子筛晶粒较大,而增加模板剂的用量有利于提高SSZ-13分子筛的结晶度,降低其晶粒尺寸。适当延长老化时间,能降低SSZ-13分子筛晶粒尺寸,提升Cu-SSZ-13的NH₃-SCR催化活性。其中,Si/Al比为10、硅溶胶为硅源、硫酸铝为铝源、OSDA/Si比为0.4、水硅比为88、老...     

Fe-Beta分子筛催化剂在选择催化还原氮氧化物反应中的活性:Fe含量的影响（英文）

NO_x是主要的大气污染物之一,对环境和人体健康具有极大的危害.其主要来源之一是柴油机尾气排放,V_2O_5-WO_3/Ti O_2催化剂是现阶段大规模商用的SCR催化剂,但V_2O_5-WO_3/Ti O_2催化剂相对较窄的温度窗口和V_2O_5的生物毒性使得迫切需要新型的环境友好的高效SCR催化剂,其中分子筛因其特殊的孔道结构和催化性能受到广泛的关注.用于SCR过程的分子筛主要包括ZSM-5,Beta,MOR,SAPO-34和SSZ-13等,通常采用Cu,Fe,Mn和Co等过渡金属对其进行改性,通过调变分子筛的表面酸性和氧化还原性能,提高催化剂的SCR活性.Beta分子筛具有三维12元环孔道结构,相对其它分子筛具有较好的水热稳定性,而且制备工艺成熟,价格低廉,因此该类分子筛催化剂在SCR过程中具有很好的应用前景.我们采用离子交换法制备了系列Fe-Beta催化剂,发现将相同质量硝酸铁溶解在不同体积去离子水中,配制成不同浓度的硝酸铁溶液后与分子筛进行离子交换反应,制备得到的Fe-Beta催化剂中Fe的含量和NH_3-SCR催化活性均存在显著差别.在此基础上,我们固定硝酸铁溶液浓度(0.02mol/L),通过增加溶液的体积,分别制备了Fe含量为(2.6,6.3和9)wt%的Fe-Beta分子筛.结果表明,Fe负载量为6.3 wt%时,Fe-Beta催化剂表现出最好的催化活性,NO_x转化率大于80%的温度窗口为202–616°C.虽然三个催化剂在比表面积,孔径和Fe的价态上没有明显的差别,但Fe含量为6.3 wt%的催化剂在保持相对较高的Fe负载量的同时具有更多的孤立Fe~(3+)物种,同时具有较好的NH_3和NO吸附性能以及NO氧化能力,这些特性使得该催化剂相对于其它两个催化剂表现出更高的NH_3-SCR催化活性.当Fe含量增加到9 wt%时,催化剂中FexOy纳米颗粒的含量大幅增加,使得NH_3非选择性氧化能力加强,从而导致高温NH_3-SCR反应活性大幅下降.     

Fe-Beta分子筛催化剂在选择催化还原氮氧化物反应中的活性:Fe含量的影响

NOx是主要的大气污染物之一,对环境和人体健康具有极大的危害.其主要来源之一是柴油机尾气排放,V2O5-WO3/TiO2催化剂是现阶段大规模商用的SCR催化剂,但V2O5-WO3/TiO2催化剂相对较窄的温度窗口和V2O5的生物毒性使得迫切需要新型的环境友好的高效SCR催化剂,其中分子筛因其特殊的孔道结构和催化性能受到广泛的关注.用于SCR过程的分子筛主要包括ZSM-5,Beta,MOR,SAPO-34和SSZ-13等,通常采用Cu,Fe,Mn和Co等过渡金属对其进行改性,通过调变分子筛的表面酸性和氧化还原性能,提高催化剂的SCR活性.Beta分子筛具有三维12元环孔道结构,相对其它分子筛具有较好的水热稳定性,而且制备工艺成熟,价格低廉,因此该类分子筛催化剂在SCR过程中具有很好的应用前景.我们采用离子交换法制备了系列Fe-Beta催化剂,发现将相同质量硝酸铁溶解在不同体积去离子水中,配制成不同浓度的硝酸铁溶液后与分子筛进行离子交换反应,制备得到的Fe-Beta催化剂中Fe的含量和NH3-SCR催化活性均存在显著差别.在此基础上,我们固定硝酸铁溶液浓度(0.02mol/L),通过增加溶液的体积,分别制备了Fe含量为(2.6,6.3和9)wt%的Fe-Beta分子筛.结果表明,Fe负载量为6.3 wt%时,Fe-Beta催化剂表现出最好的催化活性,NOx转化率大于80%的温度窗口为202-616℃.虽然三个催化剂在比表面积,孔径和Fe的价态上没有明显的差别,但Fe含量为6.3 wt%的催化剂在保持相对较高的Fe负载量的同时具有更多的孤立Fe3+物种,同时具有较好的NH3和NO吸附性能以及NO氧化能力,这些特性使得该催化剂相对于其它两个催化剂表现出更高的NH3-SCR催化活性.当Fe含量增加到9 wt%时,催化剂中FexOy纳米颗粒的含量大幅增加,使得NH3非选择性氧化能力加强,从而导致高温NH3-SCR反应活性大幅下降.     

双金属Ce-Mn/ZSM-5催化剂的制备及NH3-SCR脱硝性能研究

采用浸渍法制备了铈锰复合氧化物分子筛催化剂(Ce-Mn/ZSM-5),在固定床反应器上考察不同Ce/Mn质量比对分子筛催化剂选择催化还原NO的影响,利用XRD、TEM、NH_3-TPD、H_2-TPR、in-situ DRIFTS等手段对催化剂进行了表征分析。结果表明,双金属改性的Ce-Mn/ZSM-5催化剂在NH_3-SCR反应中表现出较为优异的催化活性,具有较宽的活性温度窗口。当Ce/Mn质量比为0.4时,催化剂具有最佳的脱硝效率,在265-465℃脱硝率均可达到80%以上,在370℃时,NO的转化率最高可达97.28%。锰和铈物种高度分散于催化剂表面,未改变ZSM-5的晶体结构,且构成协同作用。0.4Ce-Mn/ZSM-5具备丰富的酸性位、良好的氧化还原性能,该配比有助于催化剂的催化活性和稳定性的提高,在NH_3-SCR反应过程同时遵循E-R机理和L-H机理。     

重构法合成Cu-SAPO-34及其NH_3-SCR催化性能 （英文）

氨选择催化还原NO_x(NH_3-SCR)是重要的柴油车尾气脱硝技术.发展高效且稳定的催化剂是提升该技术指标、应对严苛排放标准的关键.近年来,以Cu-SSZ-13和Cu-SAPO-34为代表的金属离子负载分子筛催化剂材料因其较宽的活性温度窗口和高水热稳定性受到研究者的广泛关注.Cu-SSZ-13分子筛催化剂已被BASF公司商业应用.相较Cu-SSZ-13,Cu-SAPO-34具有更优的低温活性与高温水热稳定性,且合成成本低廉.但Cu-SAPO-34的低温耐水性差,当采用传统的金属离子负载过程进行反复多次离子交换时,存在分子筛结晶度下降(部分骨架结构塌陷)的风险.使用铜四乙烯五胺络合物(Cu-TEPA)作为模板剂和铜源一步合成Cu-SAPO-34可以避免反复的离子交换过程,但由于Cu-TEPA的模板导向能力过强,Cu负载量难以控制,而降低Cu-TEPA的投料量则会损失产品收率.同时,该方法合成的Cu-SAPO-34中含有大量硅岛,分子筛催化剂的水热稳定性显著降低.针对这些问题,本文提出利用一步合成的高铜含量Cu-SAPO-34作为前驱体与铜源合成Cu-SAPO-34的方法(命名为重构法).该方法不仅产品收率高,而且Cu和Si的含量/分布可控,合成样品的NH_3-SCR催化性能和水热稳定性也明显提升.EDX结果显示,焙烧后的Cu-SAPO-34中铜分布均匀,说明前驱体充分参与了Cu-SAPO-34的重构.~(13)C NMR和元素分析结果显示,相较一步法合成的Cu-SAPO-34,重构的Cu-SAPO-34中的四乙烯五胺在模板剂中的比例明显下降.Cu-TEPA限域在前驱体的CHA笼中,有效抑制其结构导向剂的作用.Cu引入量由前驱体加入量决定.~(29)Si NMR结果显示,Cu-SAPO-34中的硅主要呈Si(4Al)分布,这有利于Cu-SAPO-34保持良好的高温水热稳定性.NH_3-SCR反应结果显示,相较一步法合成的Cu-SAPO-34,重构的Cu-SAPO-34表现出良好的NH_3-SCR反应活性和更优异的高温水热稳定性.不同硅含量的重构Cu-SAPO-34的NH_3-SCR反应结果显示:在低温段,低硅含量的Cu-SAPO-34具有更高的反应活性;在高温段,高硅含量的Cu-SAPO-34具有更高的反应活性.通过NH_3-TPD和原位红外漫反射分析发现,低硅含量的Cu-SAPO-34具有相对较弱的酸性,使得吸附的氨具有较高的反应性,催化剂的低温活性较高.     

利用适用于SAPO-34的有机结构导向剂合成SSZ-13分子筛（英文）

硅铝分子筛SSZ-13和硅磷铝分子筛SAPO-34已广泛应用于已商业化的催化应用中,如甲醇制烯烃反应(MTO)和氨气选择性催化还原反应(NH3-SCR).目前,已有多种商业化的有机结构导向剂(OSDA)可用于制备SAPO-34,而用于合成SSZ-13的OSDA仍主要依赖经典的N,N,N-三甲基-1-金刚烷基氢氧化铵(TMAdaOH).因此,寻找具有较高性价比且可导向合成高硅铝比(SAR)SSZ-13的OSDAs具有重要意义.本文使用3种可制备SAPO-34的OSDAs[二异丙胺(DIPA)、二丙胺(DPA)、正丁胺(nBA)]替代部分TMAdaOH,发现即使不加入晶种也可合成出SSZ-13.采用粉末X射线衍射(PXRD)和固体核磁共振(ss-NMR)分析方法对制备的SSZ-13进行了系统研究.结果显示,所合成的具有可调变SARs的SSZ-13负载Cu之后,在NH3-SCR性能上与商业化催化剂相当.此外,通过研究DIPA和TMAdaOH合成SSZ-13的晶化机理发现, DIPA的加入可以加快结晶过程、提高产率并防止非晶相的形成.本文提出的观点可为寻找更高效和商业化的SSZ-13结构导向剂及合成具有特定性质的SSZ-13提供参考.     

微波辅助催化氧化苯高性能催化剂实验研究

采用传统浸渍法制备分子筛负载过渡金属和稀土元素催化剂,通过微波辅助催化氧化苯性能实验考察其催化活性。研究表明,天津科密欧的5A分子筛为优良的催化剂载体,分子筛负载铜-锰-铈催化剂对苯的完全燃烧温度为230℃,铜(Cu)锰(Mn)双金属催化剂中晶相与非晶相Cu_1.5Mn_1.5O₄尖晶石提高了催化剂的催化活性,稀土铈(Ce)的助催化效果显著;30 h的连续性实验表明,Cu-Mn-Ce/分子筛催化剂具有良好的稳定性和高的催化活性。催化剂的比表面积和表面形貌表征表明,催化剂比表面积和孔径受高温煅烧和氧化反应而增大,从而有助于苯的吸附与氧化降解;X射线衍射表明,实验前后分子筛结构未发生明显变化,铜锰主要以二价和三价的氧化物形态分布于催化剂表面。     

DFT计算结合固体NMR研究富铝SSZ-13的铝分布和Br?nsted酸性

具有菱沸石(CHA)结构的SSZ-13分子筛在甲醇制烯烃(MTO)及柴油机车尾气氨选择性催化还原(NH_3-SCR)反应中具有重要的应用,采用富铝SSZ-13可以调节MTO反应的烯烃选择性和提升NH_3-SCR的低温脱硝活性,因此SSZ-13中的铝含量和分布与对应的酸性决定了其催化性能。本文采用密度泛函理论结合固体核磁共振实验研究了富铝和富硅HSSZ-13的Al位置与Br?nsted酸强度的内在关系。通过计算取代能发现,对于孤立Al位,质子位于Al周围4个不同O位时能量差异较小,最稳定的B酸位点是O(1)―H。对于富铝SSZ-13,两个Al原子位于同一六元环的对位是Al-Si-Si-Al (NNNN)序列中最稳定的结构,而Al-Si-Al (NNN)序列中能量最优的Al分布是两个铝原子排布于六棱柱上下不同的六元环上。通过计算最稳定构型下的质子亲和势、NH3脱附能和吸附氘代乙腈后的1H NMR化学位移,发现富铝SSZ-13中含有Si(2Al)分布的NNN序列导致了其Br?nsted酸强度弱于高硅的分子筛。分峰拟合29Si魔角旋转核磁共振(MASNMR)谱图表明富铝SSZ-13中Si(2Al)的含量在43%以上,而吸附氘代乙腈后的1H MAS NMR实验显示富铝SSZ-13的桥羟基化学位移向低场移动,进一步证明富铝SSZ-13具有较弱的Br?nsted酸强度。     

原位合成的Cu-SSZ-13催化剂：结晶时间对NH3-SCR性能的影响

通过一步法原位合成Cu-SSZ-13分子筛催化剂,考察了结晶反应时间对NH3选择性催化还原(NH3-SCR)催化性能的影响,利用H2程序升温还原(H2-TPR)、X射线衍射(XRD)、电子顺磁共振光谱(EPR)和X射线电子能谱(XPS)等分析手段表征催化剂。结果表明,结晶时间不同会影响到Cu-SSZ-13分子筛中活性Cu物种的含量和分布,结晶时间为4 d时Cu-SSZ-13分子筛的NH3-SCR催化性能最佳。高温水热条件下,Cu-SSZ-13分子筛中不稳定的Cu~(2+)A物种会发生迁移而形成相对稳定的Cu~(2+)B物种;Cu~(2+)物种发生团聚而造成分子筛结构破坏,部分Cu~(2+)物种也因分子筛骨架坍塌而被包埋,这是导致催化活性下降的主要原因。     

CuCl_2和HY分子筛的表面反应及Cu/Y分子筛的制备及其催化甲醇氧化羰基化（英文）

以CuCl2为前驱物与HY分子筛进行固相离子交换制备了Cu/Y催化剂,采用热重方法研究了CuCl2与HY分子筛的表面固相离子交换反应,结合活性测试表明催化剂中高度分散的CuCl和离子交换形式的Cu+物种是甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯的催化活性中心.X射线光电子能谱表征和元素分析结果表明,活性金属Cu主要以CuCl形式存在于分子筛外表面,而在分子筛笼内则以交换的Cu+和少量吸附的CuCl形式存在.与以CuCl为交换铜源所制催化剂相比,以CuCl2为铜源制备的催化剂Cu含量低,催化活性更高.     

NH_4~+交换度对CuY催化剂上甲醇氧化羰基化反应性能的影响（英文）

碳酸二甲酯(DMC)是一种应用极其广泛的绿色化工产品,其中经济、绿色的甲醇氧化羰基化合成DMC工艺极具工业前景,而Y分子筛负载铜(CuY)是有效催化剂之一.众所周知,CuY催化剂上的Cu~(+)是催化活性中心.Cu~(+)催化活性中心的引入方式用两种:(1)CuCl直接与HY分子筛固相离子交换;(2)Cu~(2+)与NaY分子筛溶液离子交换,然后Cu~(2+)自还原生成活性中心Cu~(+).在无溶剂条件下制备CuY催化剂时,载体HY分子筛中的可交换位H+量是决定催化剂CuY氧化羰基化催化性能的关键因素.文献通过以不同硅铝比的HY分子筛为载体制备的催化剂CuY,研究铜离子可交换位H+量对氧化羰基化的影响,然而,硅铝比的不同也直接影响了分子筛骨架的组成、Si–O–Al的键角、甚至影响了Al~(3+)的分散度,这些因素都直接影响了CuY催化剂活性.因此,研究NaNH_4Y分子筛载体中的可交换位(NH_4~+)的量与CuY催化剂活性间的关系具有非常重要的意义.本文将NaY分子筛与不同浓度的NH_4NO_3溶液进行离子交换,制得具有不同NH+4交换度的NaNH_4Y分子筛,以其为载体,以具有易升华、易分解性质的乙酰丙酮铜Cu(acac)2为铜源,在无溶剂条件下,高温热处理二者固相混合物,NaNH_4Y分子筛中的NH_4~+与Cu(acac)_2中的Cu~(2+)发生了离子交换,Cu~(2+)进一步发生自还原生成活性中心Cu~(+),成功地制备了完全无氯的CuY催化剂,应用于催化常压甲醇氧化羰基化合成DMC过程,研究NaNH_4Y分子筛中的铜离子可交换位NH_4~+与催化剂CuY催化性能间的关系.通过各种表征及对CuY催化剂在甲醇氧化羰基化过程中催化活性分析发现,Y分子筛经过NH_4NO_3溶液离子交换及催化剂的制备过程,其八面沸石结构和孔道保持良好.以未经过离子交换的NaY负载的CuY催化剂上的铜物种完全以CuO形式存在,且没有催化活性.随着NH_4~+交换度增加,CuY催化剂表面CuO含量逐渐降低,而活性中心Cu~(+)含量逐渐增加,且其催化活性也随之增加.当NH_4~+交换度趋于极限值时,CuY催化剂中Cu~(+)含量达最大,其催化活性也达最佳,DMC的时空收率和选择性分别为267.3mg/(g·h)和68.5%,甲醇转化率为6.9%.因此,无溶剂条件下,以NaNH_4Y分子筛为载体,Cu(acac)_2为铜源,制备完全无氯CuY催化剂时,NH_4~+是形成Cu~(+)活性中心的必须条件,且NH_4~+交换度直接影响催化剂CuY的催化活性.     

ZSM-5型分子筛的表面酸性与甲醇转化为烃类反应活性的关系

ZSM-5型分子筛由于它的高表面积、择形催化性能、独特的表面酸性和对甲醇转化为烃类特有的催化活性,引起了广泛的兴趣.在其骨架的基础上进行了各种改性研究,或用Ga、Fe、Zn、B和Ti等代替骨架中的Al或Si原子,或用离子交换改变可交换的阳离子,或在分子筛表面覆盖适量的各种氧化物,从而获得合适的孔径和适当的表面酸碱性能,以达到提高催化剂的反应活性和选择性以及防止结炭等副反应发生的目的.     

Cu-SSZ-13/堇青石整体式催化剂的原位合成及其NH3选择性催化还原NO性能

采用水热合成技术, 在堇青石蜂窝陶瓷载体上原位合成了SSZ-13分子筛, 并借助X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)等手段对其进行表征. 在此基础上, 研究了合成时间对催化剂结构和机械性能的影响. 另外, 使用固定床反应器测试了离子交换度为50%的Cu-SSZ-13/堇青石催化剂和Cu-SSZ-13催化剂水热老化前后的氨气选择性催化还原(NH₃-SCR) NO性能. 结果表明, 通过原位合成法制备的Cu-SSZ-13/堇青石催化剂在200-500 ℃ 的窗口温度内能达到80%以上的转化率, 并在300 ℃ 时达到96.4%的转化率. 在850 ℃水热老化12 h后, Cu-SSZ-13催化剂完全丧失了催化性能, 而Cu-SSZ-13/堇青石催化剂在300 ℃时仍然保持91%的转化率. 使用XRD和固体27Al 核磁共振(²⁷Al NMR)的方法, 研究了水热老化前后两种催化剂结构的变化, 结果表明, 当水热老化12 h 后, Cu-SSZ-13 基本丧失了SSZ-13 结构特征峰, 而Cu-SSZ-13/堇青石仍然保持了一定的SSZ-13 骨架结构. 证明了通过原位合成法制备的Cu-SSZ-13/堇青石催化剂具有较好的抗水热老化性能.     

新型八元环孔结构分子筛Cu/SAPO-35应用于NH_3-SCR的研究

采用六亚甲基亚胺(HMI)为模板剂,合成了新型SAPO-35分子筛,研究发现SAPO-35的酸性随着硅铝摩尔比增加[n(SiO_2)/n(Al_2O_3)=0.3,0.5,0.7]呈现先增加后降低的趋势,当n(Si)/n(Al)=0.7时,部分Si将发生SM3取代,进而降低SAPO-35酸量.进一步采用旋转浸渍法和离子交换法对SAPO-35进行改性,制得Cu/SAPO-35催化剂,并研究了其催化氨气选择性还原(NH3-SCR)反应的性能.催化剂表征结果表明,Cu主要以Cu~(2+)离子形式存在于离子交换法制备的Cu/SAPO-35中,因此其NH3-SCR催化性能更优良.基于液相离子交换法,进一步研究了不同硅铝比[n(SiO_2)/n(Al_2O_3)=0.3,0.5,0.7]SAPO-35原粉酸性对所制备Cu/SAPO-35催化剂NH_3-SCR反应活性的影响,结果表明,分子筛原粉强酸量越大,制得的Cu基催化剂中Cu~(2+)离子含量越高,从而催化剂的SCR活性、N_2选择性更优.     

CuCl／SiO2-Al2O3催化剂的表面结构及甲醇氧化羰基化催化性能

通过掺杂Al对无定形层析硅胶进行表面改性,采用固体离子交换法制备了CuCl/SiO2-Al2O3催化剂,并考察了它在甲醇液相氧化羰基化合成碳酸二甲酯反应中的催化性能.结果表明,掺杂Al制备的SiO2-Al2O3载体仍保持了硅胶的无定形结构,比表面积降为200m2/g,但表面酸性明显增强,具有B酸中心.CuCl不仅分散于SiO2-Al2O3载体表面,而且与载体表面的B酸发生离子交换作用形成了表面Cu 物种,使催化剂比表面积降为148m2/g,且两种Cu 物种共同构成了催化活性中心.当CuCl/SiO2-Al2O3催化剂的Si/Al比为5,在500℃焙烧时,催化剂上甲醇氧化羰基化反应的碳酸二甲酯的选择性和时空收率分别达到74%和1.27g/(g.h).     

Mn/beta与Mn/ZSM-5催化剂对氨选择性催化还原NO的低温催化活性比较:锰前驱体的影响（英文）

氮氧化物(NO_x)作为主要的大气污染物之一,给环境和人类带来一定危害,其主要源于汽车、轮船以及工厂中液态(汽油和柴油)或固态(煤)化石原料的燃烧.目前,选择性催化还原法(SCR)因技术相对成熟且经济有效,被广泛应用于氮氧化物脱除.催化剂是该技术的关键,而典型的商业钒系催化剂(V_2O_5-WO_3/TiO_2和V_2O_5-MoO_3/TiO_2)存在工作窗口温度窄(300–400 oC)、V_2O_5的生物毒性以及较高的SO_2氧化性能等缺点,因此开展高效且环境友好催化剂的研究工作迫在眉睫.近年来,锰基催化剂因其丰富的价态变化以及氧化形态而受到科研工作者的广泛关注.研究者已经对锰前驱体做了大量研究,但是关于不同锰前驱体制备得到的催化剂的活性物种组成以及催化活性往往存在着不同观点.因此进一步开展对锰前驱体研究仍有必要.同时,二氧化钛载体比表面积较小,并不是制备锰基催化剂的理想载体.分子筛载体因其比表面积大、特殊的孔道结构以及丰富的酸位等特点引起了研究者的关注.用于制备锰基催化剂的分子筛载体主要有ZSM-5,Beta,USY和SAPO等,其中ZSM-5系列催化剂是研究热点.另一方面,研究发现Beta分子筛具有良好的水热稳定性,被认为是理想的NH_3-SCR催化剂载体.研究者对比了不同金属负载的Beta分子筛与ZSM-5分子筛的催化活性,结果表明,Fe/beta的催化活性高于Fe/ZSM-5和Fe/ZSM-11;Cu/beta的催化活性与Cu/ZSM-5相当,均表现出较高的活性.而关于Mn/ZSM-5的研究已有大量文献报道,但关于Mn/beta的研究相对较少.另外,关于不同锰前驱体在Beta以及ZSM-5分子筛载体表面的物化性质差异也少有报道.本文以H/beta和H/ZSM-5分子筛作为载体,采用硝酸锰、乙酸锰和氯化锰三种前驱体,通过湿法浸渍制备了Mn/beta和Mn/ZSM-5两类NH_3-SCR催化剂,并在固定床管式反应器中对比评价了两类催化剂的催化活性.凭借氮气等温吸附/脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、X射线荧光(XRF)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)、氨气程序升温脱附(NH_3-TPD)以及X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂进行了表征,系统分析了不同前驱体在两种载体表面形成的活性组分以及理化性质对催化性能的影响.催化剂活性评价结果表明,对于Mn/beta和Mn/ZSM-5催化剂,在220–350°C反应温度区间内,乙酸锰和硝酸锰制备的催化剂NO脱除率均在80%以上.其中Mn/beta-Ac在240°C时达到最高的NO脱除率97.5%,并且在220–350°C温度区间内保持着90%以上的活性,具有最宽的活性温度窗口.同时,在两系列锰基催化剂中,乙酸锰制备的催化剂均表现出最佳的催化活性,且对于同一种前驱体制备的催化剂,Mn/beta催化剂的NH_3-SCR活性优于Mn/ZSM-5.BET数据显示,负载锰物种之后,催化剂的比表面积和孔体积均明显减小,但相对于Mn/ZSM-5催化剂,Mn/beta催化剂仍保持着优良的织构性质.XRD、XRF及H_2-TPR结果表明,氯化锰前驱体主要产生少量的结晶Mn_3O_4并且大部分保持以MnCl_2的形式存在,这也是此类催化剂表现出较差的低温催化活性的原因.结合XPS表征分析了催化剂的表面性质.结果表明,硝酸锰前驱体主要产生结晶MnO_2和少量未分解的硝酸锰,乙酸锰前驱体主要产生高度分散的无定形MnO_2和Mn_2O_3混合物以及结晶Mn_3O_4.进一步结合NH_3-TPD分析结果以及活性评价结果可以得出:丰富的无定形MnO_x(MnO_2和Mn_2O_3)物种、较高的表面锰含量和表面活性氧基团以及适当含量的弱酸位有利于提升催化剂的低温NH_3-SCR催化活性.     

Pt修饰和反应气氛对富铝Cu-Beta分子筛NH_3-SCR反应性能的影响

富铝Cu-Beta分子筛具有优异的低温NH_3-SCR性能,在汽车尾气脱硝中具有潜在的应用前景.我们考察了H_2O、CO_2、丙烯等气氛对富铝Cu-Beta分子筛NH_3-SCR反应性能的影响.发现H_2O会降低催化剂的低温活性,CO_2则提高低温活性,丙烯对中、低温活性均有明显抑制作用.固体13C核磁共振显示丙烯在分子筛上形成链状脂肪烃积碳,导致催化剂的活性降低.Pt修饰使丙烯存在下低温NH_3-SCR活性有所提高,但在中高温度下会催化NH_3氧化产生大量的N_2O和NO,从而降低了NO转化率.电子顺磁共振(EPR)和紫外-可见(UV-Vis)光谱研究表明,Pt的引入使部分孤立铜离子转化为簇状多聚态铜离子,会进一步加剧高温NH_3氧化反应的发生,进而降低了催化剂的活性.     

CeO_2表面分散态WO_3的氨选择性催化还原性能（英文）

铈基材料在氨选择性催化还原氮氧化物(NH_3-SCR)的研究中备受关注,亦被认为是潜在的新型环境友好型催化剂.CeO_2具有独特的氧化还原性能和优良的储释氧性能,易与其它金属氧化物发生协同催化而有利于提高催化剂的催化反应性能,而WO_3可以改善催化剂的表面酸性.研究亦报道了WO_3可以改善CeO_2的NH_3-SCR反应的高温活性和N2选择性,其原因在于WO_3增加了铈基催化剂NH_3的吸附性能且抑制了NH_3非选择性氧化成NOx.我们采用浸渍法制备了一系列负载型WO_3/CeO_2催化剂,并利用XRD,Raman,XPS,H2-TPR,NH_3-TPD和in situ DRIFT对其理化性质进行了表征,系统研究了WO_3负载量对WO_3/CeO_2催化剂NH_3-SCR催化性能的影响,主要研究的内容包括:(1)WO_3/CeO_2催化剂中WO_3的状态与催化性能之间的关系;(2)WO_3负载量对WO_3/CeO_2催化剂的NH_3和NO吸附行为的影响.NH_3-SCR反应测试表明WO_3负载量对WO_3/CeO_2催化剂有显著影响,优化的WO_3/CeO_2催化剂在200–450°C具有良好的脱硝性能,且在300°C通入SO2+H2O条件下依然保持优异的催化活性.XPS和H2-TPR结果表明,WO_3分散在CeO_2表面抑制了CeO_2表面活性氧和表面晶格氧的氧化能力,这导致催化剂对NO的氧化以及对硝酸盐的吸附性能相比于纯CeO_2显著降低,同时,in situ DRIFT也证实,随着WO_3负载量的增加,WO_3/CeO_2催化剂表面吸附硝酸盐能力下降.因此,我们认为,由于低活性的晶相WO_3覆盖在催化剂表面,阻碍了催化剂的表面活性位,降低了催化剂的氧化还原能力和表面酸量,从而晶相WO_3抑制了WO_3/CeO_2催化剂的催化活性.同时,我们发现在70°C下采用氨水可以洗掉WO_3/CeO_2催化剂中的晶相WO_3,且洗涤后的样品催化活性有所提升,这进一步验证了晶相WO_3对催化活性的抑制作用.In situ DRIFT结果表明WO_3/CeO_2催化剂上NH_3-SCR反应是通过Eley-Rideal机理进行,即吸附NH_3物种与气相NO之间发生反应.随着WO_3负载量的增加,WO_3/CeO_2催化剂中NH_3的吸附能力先增强后减弱,而NO吸附能力持续减弱,这有利于表面酸位在反应过程中不被硝酸盐阻碍,当WO_3负载量在分散容量附近时,这种吸附特性的效果发挥到最大,从而最大限度地促进NH_3-SCR反应按照Eley-Rideal机理顺利进行.