贫燃条件下汽车尾气中NOx选择催化还原的催化剂研究

摘要

随着全球汽车工业的高速发展和汽车保有量的增加,汽车尾气对大气造成越来越严重的污染,特别是NOx的危害越来越引起人们注意。贫燃(lean-burn)条件下传统的三效催化剂不能有效地发挥作用,需要开发新型的贫燃条件下适用的汽车尾气净化催化剂。
　　本研究采用具有适宜孔结构、中等强度酸性、良好的热稳定性和水热稳定性的SAPO-11分子筛作为催化剂载体,通过浸渍法和共浸渍法制备了一系列Ag/SAPO-11和Cu/SAPO-11催化剂体系以及Ag-Fe/SAPO-11和Cu-Fe/SAPO-11双组分催化剂体系,通过活性评价和各种表征手段对各催化剂体系的活性和结构进行系统的研究和考察,探讨催化剂的反应机理。
　　研究结果发现:SAPO-11担载的催化剂体系具有良好的催化性能。水蒸气存在条件下,350℃时,5wt％Ag/SAPO-11催化剂对NO的转化率达到68.0%,3wt%Cu/SAPO-11催化剂对NO的转化率为67.8%,Fe/SAPO-11催化剂的催化活性仅为40%左右,3wt%Cu-7wt%Fe/SAPO-11催化剂的催化活性为58.9%,C3H6都几乎完全转化为CO和CO2。含铁催化剂体系中由于Fe组分取代骨架Al进入SAPO-11分子筛的骨架中,降低分子筛载体的酸性,从而导致较低的催化活性。Cu或Ag的引入会部分抑制Fe进入分子筛骨架,使得催化剂对NO的催化能力得以改善。
　　BET和XRD表征结果显示:SAPO-11分子筛担载活性组分制备催化剂后,孔结构、结晶度和骨架结构受到不同程度的影响。各催化剂体系受影响程度从大到小排列如下:Fe/SAPO-11>Cu-Fe/SAPO-11>Cu/SAPO-11≈Ag/SAPO-11,与活性评价数据一致。XPS表征结果显示Cu/SAPO-11和Ag/SAPO-11催化剂体系中存在协同作用,先在B酸上活化NO,然后活化物在活性组分上进一步反应生成目的产物。其活性中心分别为后水蒸气的存在促使活性组分部分烧结,从而堵塞孔道,使孔结构发生变化。另外,我们还从XPS表征推出催化反应历程。

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第一章 绪 论

1. 1 汽车尾气污染的危害和排放法规

1. 2 汽车尾气净化技术

1. 3 烃类选择催化还原NOx的研究进展

1. 4 烃类选择催化还原NOx的反应机理研究

1. 5 本论文研究目标、内容和拟解决的问题

1. 6 项目可行性分析

第二章 实验部分

2. 1 化学试剂及仪器设备

2 .2 催化剂的制备方法

2 .3 催化剂的活性评价

2. 4 催化剂表征

第三章 分子筛载体的合成与表征

3. 1 分子筛的结构表征

3. 2 分子筛的物化性质对催化性能的影响

3. 3 小 结

第四章 各系列分子筛催化剂体系催化活性的研究

4. 1 不同活性组分的ZSM-5催化剂体系研究

4. 2 SAPO-11担载的催化剂体系研究

4. 3 双组分催化剂的研究

4.4 小 结

第五章 催化剂酸性、骨架结构等性质与催化剂催化活性之间的关系

5. 1 酸中心类型和酸强度分布与催化活性之间的关系

5. 2 孔径、比表面积与催化活性之间的关系

5. 3 XRD表征结果分析

5. 4 XPS表征结果分析

5. 5 催化剂系列表征结果分析

5. 6 催化剂的反应历程研究

5. 7 小 结

结论

主要参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢