不同价态Cu/ZSM-5催化剂SCR反应和碳烟氧化反应催化性能研究

摘要

NOx和PM是柴油机最重要的排放污染物，而SCR技术和微粒催化氧化技术分别是目前最具潜力的NOx和PM机外净化技术。改性分子筛型催化剂不仅具有良好的低温SCR催化性能，而且能够大幅降低排放颗粒物的氧化燃烧温度，具有在柴油机SCR技术和微粒催化氧化技术上应用的潜力。本文采用固态离子交换法制备了系列不同价态、不同负载量的Cu/ZSM-5催化剂，并采用多种先进的表征手段探索了改性分子筛型催化剂的理化特性、SCR反应催化活性及微粒氧化反应催化活性。研究结果将为新型柴油机用SCR催化剂和微粒氧化催化剂的开发提供有益的前期工作基础。主要研究内容及取得的结果如下：
　　采用固态离子交换法可以制备负载量较高的Cu/ZSM-5改性分子筛型系列催化剂；Cu的引入不会破坏分子筛的微孔结构，而负载的Cu物种能够以多种形态存在于催化剂体系中，且分散较为均匀；当Cu质量分数超过15％时，催化剂表面将出现CuCl聚集态颗粒。
　　对于Cu(i)/ZSM-5系列催化剂，高温下，催化剂的SCR催化活性首先随铜负载量的升高而增加，在负载量超过11%后，铜负载量对 SCR催化活性影响不大；而低温SCR反应中，催化剂的低温活性随铜负载量的升高而增加，在铜负载量超过13%以后，负载量的对催化剂的低温SCR催化活性影响不大。对于Cu(ii)/ZSM-5系列催化剂，铜负载量对催化剂的高温SCR催化活性影响较小，而催化剂的低温SCR催化活性首先随铜负载量的升高而增加，在负载量超过13%后，铜负载量对催化剂的低温SCR催化活性影响不大。对于不同价态的铜改性催化剂，均在铜负载量为13%时，催化剂具备最大的SCR活性温度窗口及较低的低温SCR起燃温度。
　　引入不同价态的Cu元素改性分子筛材料都能够提高催化剂的碳烟氧化反应催化能力和PM-NOx同时去除性能，且随着铜负载量的增加，催化剂的PM氧化反应催化活性均先增强后下降。铜负载量为11%的不同价态铜改性催化剂均具备最强的微粒氧化反应催化活性。
　　相较于Cu(ii)/ZSM-5系列催化剂，相同负载量的Cu(i)/ZSM-5催化剂在相同反应条件下具有相对更好SCR反应催化性能及碳烟氧化反应催化活性。

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字母注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 世界各国汽车排放法规

1.3 柴油机排放控制技术

1.4 NH3-SCR催化剂

1.5 柴油机碳烟颗粒氧化催化剂

1.6 ZSM-5分子筛催化剂

1.7 本文研究的内容和意义

第二章 实验设备及催化剂的表征方法

2.1 实验材料

2.2 实验中主要使用的仪器及设备

2.3 实验中所使用的气体规格

2.4 催化剂的表征技术

2.5 催化剂的制备

2.6 催化剂活性评价模拟反应系统

第三章 Cu(ii)/ZSM-5催化剂制备及其催化性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章总结

第四章 Cu(i)/ZSM-5催化剂催化性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章总结

第五章 全文总结及展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢