柴油车尾气净化NH3-SCR催化剂

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氨选择性催化还原(NH3-SCR)技术是一种贫燃条件下净化柴油车尾气中NOx的主流技术之一,该技术具有燃油经济性高、脱硝效率高和对柴油的含硫量要求低等优势。鉴于我国目前的燃油品质,NH3-SCR技术成为满足柴油车国IV排放阶段的首选技术路线,该技术的核心问题是开发具有高活性、宽操作温度窗口、优异的水热稳定性和环境友好型的催化剂体系。立足于我国基本国情,本论文的研究目的是开发适用于我国机动车工况,具有高催化性能和自主知识产权的NH3-SCR催化剂。  首先,我们制备了满足柴油车国 IV排放标准的钒基催化剂,详细考察了普通浸渍法和超声辅助浸渍法对钒基催化剂的 NH3-SCR催化活性和水热稳定性能的影响,结果表明,超声辅助浸渍法通过增强活性钒物种和载体的相互作用,提高了活性组分的分散性并保持其还原性,从而提高催化剂的水热稳定性能,如在650 oC水热老化64 h苛刻的条件下,在300~400oC的测试温度区间仍达到75%的NO转化率;该催化剂在国IV燃油标准(50ppm SO2)中具有优异的抗硫性能,在通入SO2气体14 h后,该催化剂的催化活性没有出现失活现象,仍保持95%的NO转化率;同时该催化剂在东风汽车有限公司生产的 EQH180-40的发动机上的台架试验结果达到了柴油车国IV阶段排放法规的要求,表明了该催化剂具有较强的商业应用性。  其次,我们制备了满足柴油车国V排放标准的新型CeO2掺杂的Cu/ZSM-5分子筛催化剂,详细考察了CeO2掺杂对Cu/ZSM-5催化剂的NH3-SCR反应活性、水热稳定性和抗硫性能的影响,并结合一系列表征手段深入探讨了CeO2的掺杂对Cu/ZSM-5催化剂活性的影响,结果表明,当CeO2的负载量为1.26 wt%时,Cu-Ce/ZSM-5催化剂具有最佳的NH3-SCR反应活性,在250~425oC的温度范围内保持90%以上的NO转化率;CeO2的掺杂有效地抑制了活性组分在水热老化过程中的迁移和团聚,从而有效地提高了催化剂的水热稳定性能。CeO2的掺杂通过抑制了催化剂在 SO2气氛中生成CuSO4,从而提高了Cu-Ce/ZSM-5催化剂的抗硫性能,在通入15 ppm SO2气体12 h后,Cu/ZSM-5催化剂的NO转化率由95%下降至76%,而Cu-Ce/ZSM-5催化剂的NO转化率从95%降低至80.1%。综上,CeO2掺杂显著地提高了催化剂的NH3-SCR催化活性、水热稳定性能和抗硫性能,为开发满足柴油车国 V尾气排放标准的NH3-SCR催化剂提供了实验室基础数据。  最后,随着柴油发动机燃烧技术的革新,机动车尾气温度不断降低,柴油车尾气净化技术面临新的挑战:高效的低温NH3-SCR催化剂的开发。我们制备了具有优异低温活性的Mn-Ce/ZSM-5催化剂,考察了CeO2掺杂对低温Mn/ZSM-5催化剂的NH3-SCR催化活性的影响,并结合一系列表征手段深入探讨了CeO2的掺杂对Mn/ZSM-5催化剂活性的影响,结果表明,当Ce和Mn摩尔比为0.23时,Mn-Ce/ZSM-5催化剂具有最佳的NH3-SCR反应活性,在260~425oC的温度范围内保持90%以上的NO转化率,归因于CeO2的掺杂提高了活性组分在催化剂表面的分散性,改变了活性物种在催化剂表面的价态分布,提高了铈和锰氧化物的表面晶格氧在催化剂表面的含量等,同时促进了催化剂对NO和NH3的吸附,并生成了有利于NH3-SCR反应的NO2-和NH4+物种,为开发高效的低温NH3-SCR催化剂提供可借鉴思路。
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