氮氧化物（NO_x）是对人类危害极大的大气污染物之一。十几年来,稀燃发动机和柴油发动机尾气中NO_x的有效消除已成为世界环保催化领域难以解决的课题。本文从提高NO_x的选择性催化还原（SCR）的低温选择性出发,以C₂H₂为还原剂,研究了富氧条件下多种金属离子(Mⁿ⁺交换的和锆担载的H-ZSM-5催化剂（M-H-ZSM-5,Zr/H-ZSM-5）上NO_x的SCR反应,得到了以下规律和结果: 在所研究的M-H-ZSM-5催化剂中,C₂H₂为还原剂的NO_x的择性催化还原（C₂H₂SCR）活性顺序是In-H-ZSM-5>Mn-H-ZSM-5>H-ZSM-5>Co-H-ZSM-5>Ga-H-ZSM-5>Fe-H-ZSM-5>Zn-H-ZSM-5>Cr-H-ZSM-5,Cu-H-ZSM-5>Ni-H-ZSM-5。该结果表明交换金属对H-ZSM-5分子筛在C₂H₂-SCR中的催化性能起着至关重要的影响。在325℃,800ppm C₂H₂,1600ppm NO,9.95%O₂（He为平衡气）,GHSV=17000h^-1的反应条件下,In-H-ZSM-5催化剂上NO_x的消除转化率（生成N₂）达到了76%,而由Na-ZSM-5出发制得的In-Na-ZSM-5催化剂对NO_x的消除几乎没有活性。这表明分子筛中H质子与In离子在NO_x的SCR中存在协同作用。 在担载量优化的2%Zr/H-ZSM-5催化剂上,NO_x的消除转化率在350℃达到了89%。同一催化剂上同“C”浓度的丙烯和甲烷为还原剂时,其NO_x的最高消除转化率分别为27%和45%,表明乙炔为还原剂对NO_x的选择消除比后二者显著有效。使用乙炔为还原剂在2%Zr/H-ZSM-5催化剂上所得到的这一结果,与近期文献报道的不同催化剂上丙烯的NO_x选择催化还原消除相比,在达到大致相同的NO_x消除转化率时仅用了其1/3浓度的乙炔（以碳原子摩尔数计）。30小时连续催化实验结果表明,2%Zr/H-ZSM-5催化剂不仅在乙炔为还原剂的上述常规反应条件下活性非常稳定,还可耐受高温（≤650℃）和低温（200℃）波动的冲击。 与乙炔为还原剂相比,丙烯为还原剂时催化剂H-ZSM-5和Zr/H-ZSM-5则迅速失活。这两个催化剂上乙炔和丙烯的吸附、脱附结果表明,丙烯在H-ZSM-5分子筛和Zr/H-ZSM-5催化剂上80℃达到的饱和吸附量分别为1.85和1.75mmol·g^-1,而在相同条件下乙炔的饱和吸附量仅分别为0.08和0.11mmol·g^-1。即在同一条件下丙烯的饱和吸附量为乙炔的15-20倍。该实验结果可很好地解释丙烯为NO_x的SCR还原剂时催化剂极易积碳失活,而乙炔为还原剂时催化剂性能极其稳定的实验事实。 根据催化剂的XRD和紫外可见漫反射表征,提出了Zr/H-ZSM-5催化剂中离子态的锆和锆氧化物簇是NO_x的C₂H₂-SCR反应活性物种。这些锆物种通过与分子筛中H贡子的协同作用,促进了NO氧化为NO₂（本C₂H₂-SCR反应的控速步骤）。此外,系列崔化剂上NO与O₂的共吸附、脱附以及NO₂的吸附、脱附研究结果表明,锆在H-ZSM-5分子筛中的引入还有效促进了催化剂上NO₂的强吸附（对应340℃附近脱附）,这可能是锆促进H-ZSM-5分子筛催化剂目的反应活性的另一原因。