论文部分内容阅读
随着社会经济的高速增长,生态环境问题也日益突出,灰霾、酸雨、臭氧超标等大气污染已然成为可持续发展的瓶颈问题。研究发现,氮氧化物治理是解决大气污染问题的关键环节,所以工业废气脱硝、汽车尾气脱硝等治理措施相继出现。当前,NH3-SCR反应因其优异的氮氧化物转化效率而被作为较热门的脱硝技术之一,高稳定性的小孔SSZ-13分子筛被赋予了卓越的耐水耐低温NH3-SCR反应性能。经典SSZ-13分子筛水热合成过程需要大量使用昂贵的模板剂N,N,N-三甲基-1-金刚烷基氢氧化铵(TMAdaOH),不仅导致其生产成本较高,而且限制了其应用范围;因此寻找更经济的高品质SSZ-13分子筛工业生产方法具有重要的经济与社会意义。基于上述背景,本文进行了以下3个方面的工作:(1)通过引入四甲基氢氧化铵(TMAOH)、氯化胆碱和KOH三种物质部分替代TMAdaOH,探究双模板剂在合成SSZ-13分子筛过程中的作用。研究发现,TMAdaOH单一模板剂合成SSZ-13分子筛,当用量n(TMAdaOH/Al(OH)3)小于0.4时,将无法诱导SSZ-13分子筛生成;当加入适量的TMAOH、氯化胆碱或者KOH后,三者均可以与TMAdaOH模板剂协同诱导SSZ-13分子筛生成;XRD、FT-IR、BET等表征结果显示,在 n(TMAdaOH)/n(TMAOH)=0.4/0.6、n(TMAdaOH)/n(TMAOH)=0.3/0.7 与n(TMAdaOH)/n(KOH)=0.4/1.6等优化配比条件下可以合成出高结晶度、高比表面积且孔结构完美的SSZ-13分子筛。(2)通过不同模板剂SSZ-13分子筛合成体系的水含量调节,研究水对SSZ-13合成的影响规律,探究双模板剂SSZ-13分子筛合成体系的最优水含量。结果表明:在n(TMAdaOH)/n(TMAOH)=0.4/0.6合成体系中,总水量低于n(H2O)=480后反应体系中的硅、铝和模板剂的某种平衡被打破了开始出现相对结晶度大幅下降且生成SOD杂晶的现象;而随着进一步降低总水量可以看到在n(H2O)=240时样品的相对结晶度开始回升且是纯净的晶体,可以说明反应体系中的平衡会在新的临界点重新形成。在TMAdaOH/KOH合成体系中,K+在低水量体系下依然可以辅助TMAdaOH指导合成SSZ-13 分子筛,n(H2O)=180,n(TMAdaOH)/n(KOH)=1.0/2.0 配比下合成出的样品具有较高的相对结晶度和较为良好的孔结构性质。(3)基于合成出的SSZ-13分子筛样品,通过离子交换的方式制备Cu-SSZ-13和Cu/M-SSZ-13双金属催化剂,研究其NH3-SCR反应性能。结果表明,Cu-SSZ-13催化剂活性随过渡金属Cu的上载量增加出现最佳值,Cu4.31-SSZ-13样品NO催化转化性能最佳,Cu载量过高的样品Cu8.06-SSZ-13的催化性能则较差,过量的Cu会抑制催化剂的催化活性;当在原Cu-SSZ-13催化剂样品中引入新的金属(Fe、Mn、Co)形成双金属催化剂时,催化剂的催化性能均有所提升,其中Mn0.82/Cu-SSZ-13样品在低温区表现出了优异的催化活性,Fe1.29/Cu-SSZ-13样品则在高温区表现出了较高的催化活性。