氮氧化物(NOx)作为主要的大气污染物，对人类健康和生态环境均造成了极大的危害。如何有效脱除NOx，已经成为研究者广泛关注的课题。本论文针对商用NH3-SCR催化剂低温活性差的缺点，基于无模板剂法合成的富铝Beta分子筛构建了低温性能优异的分子筛催化剂。通过对催化剂构效关系的研究，揭示了对低温反应起重要作用的活性物种。同时，基于可变价态丰富的Mn物种构建了低温NH3-SCR金属氧化物催化剂，并通过中间物种的研究揭示了其反应机制。另外，基于CuO与氧化物载体之间的相互作用研究，构建了7wt％CuO/10wt％CeO2/γ-Al2O3三效催化剂，揭示了CuO簇的催化作用机制。论文主要取得如下成果:
1.采用离子交换法制备了富铝Beta分子筛(Si/Al≈4)负载Cu催化剂(Cu-Beta-4)，并与常规方法合成的Beta分子筛(Si/Al≈19)负载Cu催化剂(Cu-Beta-19)进行比较，结果发现，Cu-Beta-4催化剂具有更优异的低温NH3-SCR反应性能。表征结果表明，富铝Beta分子筛提供了更多Cu2+交换位，且离子交换位上的Cu2+是低温NH3-SCR反应的活性中心。同样，在Fe3+交换的Beta分子筛催化剂中也发现，富铝Beta分子筛上获得更多四面体配位的孤立Fe3+物种，它对低温NH3-SCR活性起主要贡献。
2.Cu(3.0wt％)-Fe(1.3wt％)-Beta-4双组分催化剂相比Cu基和Fe基单组分催化剂表现出更好的低温活性和更宽的活性温窗。由于Cu-Fe之间的协同作用，使活性组分的分散状态进一步提高。离子交换位上的Cu2+和Fe3+是低温段反应的活性中心，而低聚的FeOx簇对高温段活性的贡献更大。同时，Cu(3.0wt％)-Fe(1.3wt％)-Beta-4样品的抗硫性能较Cu(4.1wt％)-Beta-4明显提高。在高温水热老化过程中，Fe(2.7wt％)-Beta-4催化剂表现出最为优异的抗老化能力。
3.采用沉积沉淀法制备了20wt％MnOx/CeO2负载型低温NH3-SCR催化剂，通过质谱检测与红外分析相结合的手段对该催化剂表面低温SCR机理进行了研究，结果表明，20wt％MnOx/CeO2表面产生的[NH3…NO-]复合体是NH3-SCR反应的活性中间物种;该物种分解为N2和H2O的过程是速率控制步骤。[NH3…NO-]物种的分解反应会导致催化剂表面的部分还原，O2的作用是将还原态表面重新氧化，从而完成催化循环。
4.研究了CuO与γ-Al2O3和CeO2的相互作用，并由此制备出能同时脱除CO，C3H6和NO的催化剂，考察了不同载体表面CuO簇的分散稳定性和耐老化性能。结果发现，随CuO负载量的增加，CuO簇因与CeO2的强相互作用而稳定存在;而在γ-Al2O3表面CuO簇易聚集成较大颗粒。然而，由于CeO2本身较差的热稳定性，表面分散的CuO在950℃高温处理后烧结。因此，基于γ-Al2O3的耐老化性能，在γ-Al2O3载体上分散10wt％CeO2，然后再担载7wt％CuO，在7wt％CuO/10wt％CeO2/γ-Al2O3催化剂上获得了稳定的CuO簇，该催化剂比7wt％CuO/γ-Al2O3和7wt％CuO/CeO2具有更好的催化性能和耐热老化性能。
- 作 者：
- 徐力
- 学科专业：
- 工业催化
- 授予学位：
- 博士
- 学位授予单位：
- 大连理工大学
- 导师姓名：
- 石川张维萍
- 学位年度：
- 2013
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
