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催化消除汽车尾气中的主要污染物NO,是当今环境催化领域的重要课题。本文围绕这一课题,展开了两方面的研究工作:丝光沸石(MOR)/堇青石整体式催化剂原位合成和稀燃条件下,介孔CuSBA-15上丙烷选择催化还原NO。
1.丝光沸石(MOR)/堇青石整体式催化剂原位合成
原位水热合成了丝光沸石(MOR)/堇青石整体式催化剂,考察了晶种添加、晶化方式(静态和动态)和不同投料硅铝比等因素对催化剂制备以及催化剂形貌的影响,发现添加晶种有利于提高丝光沸石负载量,晶化方式对不同水硅比的合成体系影响不同,低投料硅铝比时催化剂较难合成,晶化方式和投料硅铝比对催化剂的表面形貌有重要影响。并在真实稀燃发动机台架实验条件下,初步考察了金属改性的MOR/堇青石整体式催化剂的催化活性。
2.介孔CuSBA-15上丙烷选择催化还原NO
通过浸渍法在新型介孔分子筛SBA-15上负载Cu、Ag、Co和Ni等过渡金属,分别研究了它们的丙烷选择催化还原NO(C3H8-SCRdeNO)性质,发现CuSBA-15具有最高的反应活性,并且最佳活性温度较低(300℃)。
针对CuSBA-15体系展开进一步研究,制备了浸渍法负载CuSBA-15、交换法负载CuSBA-15和交换法负载CuAlSBA-15等三个系列的催化剂。分别研究了催化剂的丙烷选择催化还原NO性质,比较了Cu负载方式、硅铝比和Cu含量等因素对反应活性的影响,发现以上三个系列催化剂的最佳活性温度均在300℃。其中浸渍法制备的Cu含量为4.63wt.%CuSBA-15催化剂和交换法制备的Cu含量为2.88wt.%CuAlSBA-15-40催化剂表现出了较高的催化活性。
结合BET、ICP、XRD、TEM、吡啶吸附FTIR、TPR和UV-visDRS等表征手段,对CuSBA-15体系三个系列催化剂的物理化学性质进行了研究。发现Cu负载SBA-15仍然保持了介孔分子筛良好的结构有序性,Cu物种具有高分散性,固体酸种类以L酸为主,B酸很少,总体上TPR性质与微孔分子筛不同,表现出了更强的可还原性,UV-visDRS吸收峰归属为孤立Cu2+、(Cu-O-Cu)2+和CuO等三种Cu物种。
将以上物理化学性质同催化剂的反应活性进行关联,认为Cu物种的高分散性和较强的可还原性是催化剂最佳活性温度较低的原因。B酸较弱是催化剂整体活性偏低的主要原因。