一步法合成不同铜含量Cu-SAPO-34分子筛及其NH3-SCR活性和水热稳定性研究

摘要

氨气选择性催化还原（NH3-SCR）反应是富氧条件下消除 NOx污染的最高效技术，以Cu-SAPO-34为代表的具有CHA（Chabazite）结构的分子筛在SCR反应中有优良的催化活性和水热稳定性，因而得到了广泛关注。近年来，直接引入有机铜络合物作为模板剂，一步法合成Cu-SAPO-34分子筛的方法被报道，此方法不仅减少了后处理步骤，同时更容易控制铜的添加量。本课题在此基础上，考察了铜含量对该催化剂的活性和水热稳定性的影响，分析了Cu2+含量与活性之间的关系，明确了分子筛老化后活性降低的原因。
　　本文采用铜-四乙烯五胺和二乙胺作为模版剂，一步法制备了不同铜含量的Cu-SAPO-34，采用750℃，10 h，10 vol.％H2O对该分子筛进行水热老化处理。利用 XRD，ICP，EPR，H2-TPR等表征方法，分析了该样品老化前后的物理结构、酸性及铜物种的状态，由此解释了铜含量对NH3-SCR活性及水热稳定性的影响。
　　实验结果说明：在分子筛合成中随着络合模板剂 Cu-TEPA投料的增加，催化剂中铜含量也在不断增大且主要以骨架外Cu2+的形式存在。当铜含量为2.66-3.62 wt.%时，催化剂有最好的NOx转化率（95%及以上的NOx转化温度窗口为148–516℃）。当铜含量进一步增加到6 wt.%时，催化剂高温活性降低（温度窗口降为144-420℃）。由氨气氧化实验的结果说明，NH3非选择性氧化生成非 NOx的反应消耗大量氨气，导致还原剂不足，是造成不同铜含量分子筛样品高温表观活性降低的主要原因。
　　Cu-SAPO-34分子筛经水热老化处理后，不同铜含量催化剂样品的比表面积、孔容、酸性均下降，水热老化处理引起的分子筛结构破坏以及孤立态Cu2+含量的减少是导致催化剂选择性脱除 NOx效率显著降低的根本原因。实验证明，当铜含量为3.62 wt.%时，催化剂具有最宽的NOx转化活性窗口（95%及以上的NOx转化温度窗口为147-450℃），水热稳定性最佳。

目录

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 氮氧化物排放控制技术

1.3 NH3-SCR催化剂

1.4 SAPO-34分子筛简介

1.5 一步法制备SAPO-34(CHA结构)分子筛

1.6 本文研究内容

第二章 铜含量对Cu-SAPO-34分子筛NH3-SCR活性的影响

2.1 引言

2.2 催化剂的制备

2.3 催化剂的表征

2.4 SCR催化剂的活性评价方法

2.5 实验结果与讨论

2.6本章小结

第三章 铜含量对Cu-SAPO-34分子筛水热稳定性的影响

3.1 引言

3.2主要实验仪器

3.3催化剂的水热老化处理

3.4 催化剂的表征

3.5 SCR催化剂的活性评价方法

3.6 实验结果与讨论

3.7本章小结

第四章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢