含金属分子筛上NOx选择性催化还原研究进展Ⅱ.含贵金属分子筛体系和HC-SCR反应机理

由于NOx引起了一系列的环境问题,如形成酸雨、光化学烟雾以及导致大气层可见度降低, 因此必须有效控制和转化NOx, 以减小其对环境的影响. 减少NOx污染的催化方法可分为: (1) 非选择性还原; (2) 选择性还原; (3) 分解. 其中选择性还原NOx是在贫燃状态下利用烃类(HC)作为"选择性"还原剂还原NOx(HC-SCR), 这给燃料经济性高的贫燃发动机(包括柴油机)的推广应用提供了尾气污染控制的可能性.     

Cu-ZSM-5分子筛催化分解及选择性催化还原NO

Cu-ZSM-5分子筛因具有高的催化脱除NO活性和对环境友好等优点而引起广泛关注。本文从NO分解反应、以NH3为还原剂选择性催化还原NO(NH3-SCR-NO)和以碳氢化合物为还原剂选择性催化还原NO(CH-SCR-NO)三个方面综述了Cu-ZSM-5分子筛催化脱除NO反应机理和催化剂改进方面的研究进展,并对该领域存在的问题和发展前景做了总结和展望。Cu-ZSM-5分子筛催化分解NO被认为是最具有吸引力的脱硝方法,其通过Cu+的氧化还原过程和N2O的生成来实现;Cu-ZSM-5分子筛上NH3-SCR-NO反应具有较高的NO脱除效率,NO首先被氧化为NO2,NO2再与NH3结合为NH4NO3,NH4NO3再进一步与NO反应生成N2;CH-SCR-NO反应是利用贫燃发动机尾气中未完全燃烧的碳氢化合物为还原剂,一般认为碳氢化合物与氮氧化物生成硝基烷或亚硝基烷,再经异氰酸酯或氰化物生成终产物N2。Cu-ZSM-5分子筛存在水热稳定性差和易发生二氧化硫中毒等缺点,通过引入第二金属组分和制备整体式催化剂方法可显著改善Cu-ZSM-5分子筛的催化性能。系统了解NO脱除反应机理和活性位的作用机制可为催化剂的改进奠定理论基础,同时也有助于设计合成新型高效、环境友好的脱硝催化剂体系。     

BaFeO_(3-x)与Cu-ZSM-5耦合催化剂的NO_x储存还原性能

为替代传统的贵金属基NOx储存还原(NSR)催化剂,本文设计并制备了不含贵金属的BaFeO3-x+CuZSM-5耦合催化剂,用于催化消除稀燃发动机尾气中的NOx.在稀燃阶段,NO在BaFeO3-x催化剂上发生了氧化和储存反应;在富燃阶段,从BaFeO3-x催化剂中脱附出来未能消除的NOx被置于其后的Cu-ZSM-5催化剂进一步催化消除.实验结果表明,BaFeO3-x+Cu-ZSM-5耦合催化剂的工作温度窗口被拓宽到250-400°C,同时NOx消除性能得到了显著提高:NOx转化率最高可达98%,N2选择性接近100%.     

贫燃/富燃循环气氛下原位活化Pd负载钙钛矿催化剂促进NOx还原消除

稀燃发动机通过提高空燃比来改善燃油经济性,减少CO2排放.但由于空燃比较高,稀燃发动机尾气中的NO_x无法通过传统的三效催化技术有效消除.为了解决这一问题,适用于稀燃条件的NO_x储存还原(NSR)技术得到了开发和应用.传统的NSR催化剂以贵金属Pt作为其氧化还原活性中心.Pt基催化剂具有较高的NO_x消除活性,然而热稳定性差,高温下易团聚失活.据报道,Pd具有比Pt更好的热稳定性和抗硫性,且能够在更低的温度下活化还原剂,促进NO_x还原.但De-NO_x反应中的活性Pd物种至今仍无定论,这对设计高效的Pd基NSR催化剂提出了挑战.本文设计制备了具有高活性的Pd负载型钙钛矿催化剂(Pd-La_0.7Sr_0.3MnO₃).其中钙钛矿组分的加入提高了Pd基催化剂的NO氧化能力和热稳定性,并提供了可用于NO_x储存的碱性位点.通过调节金属-载体相互作用,使Pd催化剂在NSR反应气氛下发生了自活化现象,活化后催化剂的NO_x消除活性由56.1%提高到90.1%,同时副产物N2O的选择性降低.XRD、XAFS和XPS等表征结果显示,在反应气氛下催化剂中的Pd²⁺被部分还原为高活性的Pd0物种.相较于Pd²⁺,Pd0表现出更强的活化C3H6的性能,从而提高了催化剂在富燃阶段的NO_x还原效率.结合XPS、CO化学吸附和动力学的实验结果,计算得出Pd0位点的NO_x还原速率是Pd²⁺位点的8倍,从实验现象和动力学计算两个角度分别证明Pd0物种具有更优异的NO_x还原活性.然而,Pd0物种的生成需要适当强度的金属-载体相互作用.通过与传统的Pd/BaO/Al₂O₃催化剂进行对比研究,发现金属-载体相互作用过强时,在富燃阶段Pd2+物种难以被还原,且还原得到的Pd0物种并不稳定,会在随后的贫燃阶段被快速重新氧化为Pd²⁺.强相互作用虽然可以降低Pd物种粒径,提高Pd的分散度,但由于无法产生高活性的Pd0物种,催化剂的NO_x消除性能显著降低.此外,相较于传统的Pd/BaO/Al₂O₃和Pt/BaO/Al₂O₃催化剂,Pd负载型钙钛矿催化剂具有更为优异的NO氧化能力,且储存位碱性适中,因而表现出更强的抗H₂O、CO₂和SO₂的性能,具有良好的应用前景.本文的结果说明了金属-载体相互作用对催化剂活性的显著影响,同时也为理解和设计应用于动态氧化/还原气氛的金属催化剂提供了新的思路.     

Pd/NiAl_2O_4催化剂上甲烷燃烧反应的红外光谱研究

采用原位红外光谱研究了Pd/NiAl2O4催化剂上甲烷燃烧反应机理,考察了Pd在载体上的氧化-还原状态对催化剂性能的影响.结果表明,甲酸盐向碳酸盐的转化是反应的控制步骤.经预还原处理的催化剂在贫燃富氧条件下反应一段时间后,活性组分仍为Pd-PdO混合形态;Pd单质的存在使O2在其上吸附形成活性O2-物种,从而促进了甲酸盐向碳酸盐的转化.     

添加稀土氧化物助剂的CeO2-ZrO2固溶体的储氧性及热稳定性研究

大多数工业催化剂都是在稳定的操作条件下进行的,然而汽车尾气净化催化剂却被暴露在大气中,使用条件经常变化,尤其是空燃比(A/F)的变化,直接影响了对氧敏感的三效催化剂的氧化和还原性能[1].CeO2则是一种具有储氧/释氧能力的催化材料,它作为助剂加入三效催化剂中,可在贫况下储存氧(以Ce4+存在)利于NOx的还原,在富况下释放氧(以Ce3+存在),利于HC、CO的氧化,从而提高了催化剂的活性.然而,CeO2 的储氧性通常局限在表面上,当温度超过400℃以上时,其比表面积降低从而引起储氧性能急剧下降,直接影响催化剂的性能和寿命.     

CuO/Al_2O_3催化剂中毒与氧吸附

燃煤烟气属于贫燃燃烧 (燃烧时通入过量空气 )尾气 ,其中除含 NOx、SO2 外还含有 O2 等 ,与非贫燃系统尾气中 NOx 的催化还原脱除相比有着很大的不同 .目前这一领域的研究工作虽然取得一些进展 ,但仍有许多问题尚待解决 [1] .无论是 NOx 的催化还原还是催化分解 ,气相中存在的SO2 对非贵金属及其氧化物催化剂构成了严重威胁 ,原因是非贵金属氧化物很容易吸收 SO2 生成稳定的硫酸盐而使催化剂中毒失活 .为脱除烟气中的 NOx,有报道先将气相中的 NO催化氧化为NO2 ,然后将 NO2 和 SO2 同时液相吸收 .研究表明 ,作为 NO催化氧化的非贵…     

Ni-Al2O3催化剂焙烧温度对丙烷催化还原NO反应性能的影响

环境污染与防治问题全球瞩目,而一氧化氮作为最难消除的大气污染物之一,已日益受到世界各国的重视.金属氧化物催化剂是研究贫燃条件下烃类选择催化还原NO的一个重要方向[1~3],以氧化铝为载体的镍催化剂虽然表现出很高的活性[4,5],但是催化剂结构对NO转化活性的影响并未见详细报     

整体式Pd/La_2O_3-Al_2O_3和Pd/CeO_2-ZrO_2-Y_2O_3催化剂上汽油车尾气净化性能的比较

采用共沉淀法制备了耐高温高比表面积的La2O3-Al2O3(LA)材料和CeO2-ZrO2-Y2O3(CZY)储氧材料,并用浸渍法制备了整体式Pd/LA和Pd/CZY汽油车尾气净化三效催化剂,考察了它们的三效催化性能和空燃比性能,并单独通过水煤气变换和CO氧化反应性能的考察,探讨了两种催化剂空燃比窗口扩大的原因.结果表明,Pd/CZY催化剂三效窗口明显较宽,且催化氧化CO的性能明显更优;对于CO+NO反应,Pd/CZY催化剂的活性较高.当反应中逐步通入O2后,抑制了该反应的进行,但CO氧化的转化率升高,而NO转化率降低,直至CO+NO反应完全被抑制,表明CO氧化反应对于抑制催化剂在NO贫燃方向的窗口具有一定的作用.另外,Pd/CZY催化剂上对于水煤气变换反应性能明显优于Pd/LA催化剂,在一定温度下逐步通入O2后,不会抑制水煤气变换反应的发生;当逐步通入NO时,可以促进水煤气变换反应的进行,表明Pd/CZY催化剂在富燃时对扩展CO转化窗口的性能明显优于Pd/LA催化剂.     

金属-ZSM-5/堇青石整体式催化剂上稀燃汽车尾气的净化

 在原位合成的ZSM-5/堇青石整体式样品基础上制备了几种金属(Cu, In或Ag)改性的ZSM-5/堇青石催化剂,并将其应用于稀燃发动机尾气的净化. 结果表明, Cu-ZSM-5/堇青石催化性能最好,尾气中的三种主要污染物NOx, CO和HC可以同时得到净化. 用微量(0.02%)贵金属(Pd, Rh或Ir)对Cu-ZSM-5/堇青石进一步改性,所得催化剂对CO的净化能力大大增强,保持高NOx转化率的温度窗口也大大加宽,因而该催化剂在稀燃汽车尾气净化方面具有潜在的应用前景. 微量贵金属对Cu-ZSM-5/堇青石催化剂的改性作用也在文中进行了讨论.     

BaFeO3-x与Cu-ZSM-5耦合催化剂的NOx储存还原性能

为替代传统的贵金属基NO_x储存还原（NSR）催化剂,本文设计并制备了不含贵金属的BaFeO_3-x+Cu-ZSM-5 耦合催化剂,用于催化消除稀燃发动机尾气中的NO_x. 在稀燃阶段,NO在BaFeO_3-x催化剂上发生了氧化和储存反应;在富燃阶段,从BaFeO_3-x催化剂中脱附出来未能消除的NO_x被置于其后的Cu-ZSM-5催化剂进一步催化消除. 实验结果表明,BaFeO_3-x+Cu-ZSM-5 耦合催化剂的工作温度窗口被拓宽到250-400 ℃,同时NO_x消除性能得到了显著提高：NO_x转化率最高可达98%,N₂选择性接近100%.     

Cu-Ce-Zr-O复合氧化物催化剂的制备与三效催化性能

采用柠檬酸溶胶凝胶法制备了Cu-Ce-Zr-O复合氧化物催化剂. 当Ce∶Zr∶Cu摩尔比为2∶8∶5时,制得的Ce0.2Zr0.8Cu0.5-O2-λ催化剂具有较佳的三效催化性能和较宽的工作窗口. 当空燃比为1.33(富氧)时, CO, C3H6和NO的起燃温度分别为183, 257和236 ℃, 并且当温度高于340 ℃时都能完全转化; 催化剂经高温老化后CO, C3H6和NO的起燃温度仍较低,分别为225, 350和350 ℃. X射线衍射、X射线光电子能谱和程序升温还原的结果表明,部分Cu进入 Ce-Zr固溶体形成Cu-Ce-Zr固溶体; Cu与Ce产生协同效应使Ce0.2Zr0.8Cu0.5O2-λ催化剂的低温活性明显提高,并且在贫燃情况下具有更高的三效催化性能.     

含NiY分子筛的加氢裂化催化剂载体研究

采用水热晶化法,合成出了含骨架杂原子Ni的NiY分子筛。分别以Y分子筛和NiY分子筛作为载体,通过等体积浸渍法担载金属活性组分Ni、Mo,制备加氢裂化催化剂。通过NH₃-TPD表征催化剂的表面酸性、固定床反应器评价催化剂的加氢裂化性能。结果表明,将Ni引入分子筛骨架中,可以调变催化剂的表面酸性,提高其裂化和脱硫活性,并减少催化剂上的积炭。     

Zr基载体负载Pd催化剂用于贫燃天然气汽车尾气净化

 采用共沉淀法制备了 ZrO2, Y0.1Zr0.9Ox, Ce0.1Zr0.9Ox 和 Al0.1Zr0.9Ox 系列 Zr 基载体, 并用 N2 吸附-脱附和 X 射线衍射对其进行了表征. 再以此为载体, 采用浸渍法制备了整体式负载 Pd 催化剂, 催化剂涂层的涂覆量为 180 g/L 左右, Pd 含量为 1.25%. 测定了催化剂上 Pd 的分散度. 在模拟的贫燃天然气汽车尾气中考察了催化剂的活性, 并在尾气中有或无 SO2 存在的条件下比较了催化剂活性的差异. 结果表明, Y3+, Ce4+ 或 Al3+ 改性载体负载的 Pd 催化剂的耐硫性能明显改善; 无论尾气中是否存在 SO2, 以 Y3+ 或 Al3+ 改性载体负载的 Pd 催化剂的活性均明显高于 ZrO2 负载体的 Pd 催化剂.     

汽车尾气催化剂三效性能测试条件及试验方法讨论

对汽车尾气催化剂三效性能测试中的温度、原料气组成、空速等影响因素进行了探讨,就控制及测试方法提出了建议,并给出了方法示意图.建议用积分反应器和台架试验检测催化剂三效性能时,热电偶最好放在催化剂床进口边正中处,且每个温度点测试取样时间应在恒温后进行;实验室模拟汽车尾气应选择理论空燃比下较常用发动机转速的尾气组成和含量;空速应较高,最好在40000 h-1以上.     

含钨分子筛催化环戊烯制备戊二醛的研究进展

综述了近年来含钨分子筛催化剂的研究现状,总结了它们催化氧化环戊烯制备戊二醛反应的相关情况,并阐明了在今后研究过程中应当注意的问题和应用研究的方向.     

含钨SBA-15介孔分子筛催化剂的表面酸性和羟基分布

分别以浸渍法和水热晶化法制备了SBA-15介孔分子筛孔中插入氧化钨和碳化钨的催化剂,采用NH3-TPD测定了表面酸性和总酸量,并采用FT-IR研究了它们的表面羟基分布情况.NH3-TPD结果表明,浸渍法制备的含氧化钨的SBA-15介孔分子筛催化剂表面只有SBA-15介孔分子筛的弱酸位,而含碳化钨的SBA-15介孔分子筛催化剂表面还出现了W2C的强酸位.水热晶化法制备的含氧化钨的SBA-15介孔分子筛催化剂表面SBA-15介孔分子筛的弱酸位随W含量的增大略有增强, W含量较高时还出现了钨物种的强酸位;含碳化钨的SBA-15介孔分子筛催化剂表面除了SBA-15介孔分子筛的弱酸位外, W含量较低时有W2C的强酸位, W含量较高时有W2C和WC两种强酸位.傅里叶变换红外光谱结果表明,浸渍法和水热晶化法制备的含氧化钨和碳化钨的SBA-15介孔分子筛催化剂除表面自由硅羟基外,还存在着α, β和γ三种不同类型的氢键羟基,并且氢键羟基和催化剂的制备方法以及催化剂的W含量都有一定的关系.     

FCC过程中稀土改性含铜分子筛的DeNOx性能研究

以ＺＳＭ－５和锐钛矿为原料,利用离子交换和等量浸渍法制备了３种催化剂,模拟ＦＣＣ再生器条件,以ＣＯ为还原剂,分别考察了反应温度及尖体系中氧气的浓度、水蒸汽和二氧化硫的存在对催化剂ＤｅＮＯｘ性能的影响。结果表明,低温（≤５５０℃）时催化剂的活笥很低;氧气的存在使催化剂的ＤｅＮＯｘ活性降低;Ｈ２Ｏ的存在有利于催化剂低温（≤５５０℃）活笥的提高,但对不同催化剂在７２０℃时的活笥却有不同的影响;反应体系中     

Pt/SAPO-34在低温H2选择催化还原NO反应中的催化活性

考察了贫燃条件下Pt/SAPO-34催化剂低温(60～260℃)选择催化还原(H2-SCR)消除NO的催化性能,研究了载体、金属负载量和反应条件对催化性能的影响.结果表明,0.5%Pt/SAPO-34催化剂的活性高于相同金属负载量的Pt/SiO2和Pt/ZSM-5,其在高空速(80000h-1)时的最高NO转化率可达78.8%,N2选择性为75.2%,而在空速降低到10000h-1时,其NO转化率可达到100%.通过原外漫反射红外光谱初步研究了H2-SCR反应的机理,发现反应的中间物种主要是-NO3-.     

具有多级孔道结构、高水热稳定性的含氧化镁Silicalite-1分子筛的合成

通过焙烧将分散在多孔氧化硅母体中的硝酸镁转化成高分散的MgO物种, 然后使用四丙基氢氧化铵(TPAOH)作为结构导向剂, 将含MgO 的母体通过水热晶化合成MgO/silicalite-1 分子筛复合物. X 射线衍射(XRD)、能量X射线光谱(EDX)和透射电镜(TEM)的结果表明MgO物种被均匀地分散在silicalite-1 分子筛晶体中. 将酸处理脱除氧化镁前后的样品在100%水蒸汽800℃ 条件下老化, 结果表明MgO 的引入有效地提高了分子筛的水热稳定性. 此外, 酸洗脱除MgO/silicalite-1分子筛中的MgO提高了分子筛结晶度, 同时引入了一定的介孔. N₂物理吸附-脱附数据证明了酸洗后分子筛中介孔的存在. 水热稳定性的提高和介孔的引入对于在高温下保持催化剂的孔道结构, 提高催化剂的抗积碳能力, 降低催化剂的失活速率以及延长催化剂的使用寿命起着非常重要的作用.