碳化硅上生长Cu/SSZ-13分子筛及其NH3-SCR催化性能

汽车尾气和柴油不完全燃烧所释放的NOx严重污染了大气环境.为了降低对大气的污染,可将其催化还原成氮气.氨气选择性催化还原(NH3-SCR)是使用较广泛的机动车高效脱硝技术.用于催化脱硝反应的催化剂有多种类型,分子筛具有特殊的孔道结构和骨架结构及高比表面积,因而已广泛用作脱硝反应催化剂.与传统三效催化剂相比,分子筛催化剂总体表现出更好的脱硝催化活性,但在高温下不稳定,容易失活,不耐热冲击,水热稳定性差.SiC具有耐酸碱、耐腐蚀、抗氧化、耐磨及良好的热稳定性和导电性,因此作为催化剂载体近年来引起广泛关注.但是其本身也存在许多缺点,如比表面积低、表面性质不活泼、不利于金属物种分散等.因此,本文通过原位水热法将SSZ-13生长在SiC表面,制备出新型催化复合材料SSZ-13@SiC.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和N2吸附-脱附等手段研究了不同碱量和晶化时间对SSZ-13在SiC表面生长的影响,负载Cu后获得Cu/SSZ-13@SiC作为催化剂,研究了SiC对Cu/SSZ-13中高温下脱硝活性的影响规律.结果表明,碱含量会影响SSZ-13在SiC表面的结晶程度.当SiO2/NaOH ≥ 0.1时,SSZ-13有杂相出现,并且结晶度都不高; 当SiO2/NaOH < 0.1时,SiC表面会生长成纯相的SSZ-13晶粒且具有较高的结晶度.晶化时间也会影响SSZ-13在SiC表面的覆盖程度: 反应1 d时,SiC表面会生长零星的SSZ-13晶粒; 2 d时,SSZ-13达到全面覆盖; 3 d后,SSZ-13在SiC上的生长达到饱和,其比表面积达到最大值,约为201.3 m2/g.通过离子交换将不同含量Cu离子交换到分子筛表面,其中Cu(1.71)/SSZ-13@SiC样品具有最佳的脱硝活性,接近200 °C时,NO转化率就达到90%以上,到高温500 °C时,NO转化率仍能保持在70%以上.相比于未负载的Cu/SSZ-13,Cu/SSZ-13@SiC催化剂在NH3-SCR测试中具有更高的高温催化活性,同时催化活性窗口明显拓宽.上述结果说明SiC对Cu/SSZ-13的高温催化活性具有一定的提高和稳定作用.

Growth of Cu/SSZ-13 on SiC for selective catalytic reduction of NO with NH3

Silicon carbide (SiC) was used as a support for SSZ-13 zeolite in an attempt to improve the high-temperature stability and activity of Cu/SSZ-13 in the selective catalytic reduction (SCR) of NO with NH3. SSZ-13 was grown via a hydrothermal method using the silicon and silica contained in SiC as the source of silicon, which led to the formation of a chemically bonded SSZ-13 layer on SiC. Characterization using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and N2adsorp-tion-desorption isotherms revealed that the alkali content strongly affected the purity of zeolite and the crystallization time affected the coverage and crystallinity of the zeolite layer. Upon ion ex-change, the resulting Cu/SSZ-13@SiC catalyst exhibited enhanced activity in NH3-SCR in the high-temperature region compared with the unsupported Cu/SSZ-13. Thus, the application tem-perature was extended with the use of SiC as the support.