改性Cu-SAPO-34氨催化还原NO性能的研究

发布时间：2017-06-16 21:11

  本文关键词：改性Cu-SAPO-34氨催化还原NO性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着机动车保有量的迅猛增加,NO、污染愈加严重,近年来频发的雾霾天气也被证明与机动车中NOx排放密切相关。柴油车由于具有热效率高、CO2排放低等优点备受关注,但其尾气中氮氧化物浓度较高,需进行净化处理后排放,NH3-SCR技术是目前柴油车尾气NOx净化的最有效方法之一。Cu-SAPO-34小孔分子筛催化剂因具有优异的低温催化反应活性、较宽的温度操作窗口以及优良的水热稳定性而受到广泛关注,被认为是最具有应用前景的柴油车尾气脱硝催化剂。由于Cu-SAPO-34小孔分子筛的研究刚刚起步,尚未有对催化剂制备条件进行系统研究的报道。Cu-SAPO-34具有很好的低温活性,但高温活性稍差,对材料改性方面的研究较少。因此本论文首先对Cu-SAPO-34分子筛催化剂的制备条件进行优化,进而考察Fe的引入对Cu-SAPO-34分子筛催化剂氨催化还原NO性能的影响,以期开发出具有高效NH3-SCR反应活性的催化剂,并对Cu-SAPO-34分子筛催化剂的改性提供依据和指导。本文对Cu-SAPO-34催化剂的制备条件(制备方法、Cu交换时间、Cu交换浓度和铜源)进行优化,并通过XRD、BET、ICP、H2-TPR、NH3XPS等表征分析手段重点探讨了铜源对Cu-SAPO-34催化剂氨催化还原NO的影响。研究结果表明：Cu-SAPO-34分子筛催化剂的最佳制备条件为：采用离子交换法、Cu交换时间为8h、Cu交换浓度为0.05mo1/L、以醋酸铜为铜源制备的Cu-SAPO-34分子筛催化剂具有更高的NH3-SCR反应活性和更宽的活性温度窗口。采用不同铜源制备相近Cu含量的Cu-SAPO-34催化剂,其NH3-SCR高温活性相近,但低温活性有所差别,Cu(醋酸铜)-SAPO-34Cu(硫酸铜)-SAPO-34Cu(硝酸铜)-SAPO-34。表征结果表明,不同铜源导致所制备催化剂的铜物种形式和数量及酸性强度不同,以醋酸铜为铜源制备的Cu-SAPO-34催化剂Cu2+的氢起始还原温度最低,Cu2+含量较多,酸性最强,因此其低温活性最好。Cu-SAPO-34催化剂在60000h-1的高空速下,仍保持优异的反应活性且具有良好的稳定性。为进一步提高Cu-SAPO-34催化剂的高温活性及拓宽活性温度窗口,采用机械混合法和离子交换法将Fe引入Cu-SAPO-34催化剂中。研究结果表明,相比Cu-SAPO-34,机械混合法制备的Fe-β/Cu-SAPO-34催化剂的高温活性得到改善,但低温活性有明显的降低,改性结果不理想。而对比机械混合法,以离子交换法制备的低Fe交换浓度的0.0128Fe-Cu-SAPO-34催化剂既保持了Cu-SAPO-34优异的中低温活性,又大大提升了高温活性,具有极宽的活性温度窗口。
【关键词】：Cu-SAPO-34 NH_3-SCR 铜源 铁改性
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X734.2;O643.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 前言10
• 1.2 机动车尾气氮氧化物概况10-13
• 1.2.1 NO_x的性质及危害10-11
• 1.2.2 NO_x的来源11
• 1.2.3 NO_x的生成机理11-12
• 1.2.4 NO_x的排放标准12-13
• 1.3 柴油车NO_x的控制技术13-15
• 1.3.1 NO_x存储还原技术(NSR)13-14
• 1.3.2 选择性催化还原技术(SCR)14-15
• 1.4 NH_3-SCR的反应机理15-16
• 1.5 NH_3-SCR催化剂16-19
• 1.5.1 贵金属催化剂16-17
• 1.5.2 金属氧化物催化剂17-18
• 1.5.3 分子筛催化剂18-19
• 1.6 小孔分子筛的研究进展19-21
• 1.7 课题研究思路及主要内容21-23
• 第2章 实验材料与方法23-29
• 2.1 实验原料及仪器23-24
• 2.2 样品的制备24-26
• 2.2.1 催化剂的制备24-26
• 2.2.2 水热老化样品的制备26
• 2.3 催化剂活性测试26-27
• 2.4 催化剂的表征27-29
• 2.4.1 电感耦合等离子体(ICP)27
• 2.4.2 X射线衍射(XRD)27
• 2.4.3 比表面积(BET)27
• 2.4.4 程序升温还原(H_2-TPR)27-28
• 2.4.5 程序升温吸附(NH_3-TPD)28
• 2.4.6 X射线光电子能谱(XPS)28-29
• 第3章 Cu-SAPO-34氨催化还原NO性能的研究29-43
• 3.1 制备方法对Cu-SAPO-34催化剂NH_3-SCR活性的影响29-30
• 3.2 Cu交换时间对Cu-SAPO-34催化剂NH_3-SCR活性的影响30
• 3.3 Cu交换浓度对Cu-SAPO-34催化剂NH_3-SCR活性的影响30-31
• 3.4 铜源对Cu-SAPO-34催化剂NH_3-SCR活性的影响31-40
• 3.4.1 不同铜源制备的Cu-SAPO-34催化剂的活性评价31-33
• 3.4.2 不同铜源制备的Cu-SAPO-34催化剂的ICP和BET分析33-34
• 3.4.3 pH对不同铜源的Cu-SAPO-34催化剂NH_3-SCR活性的影响34-35
• 3.4.4 不同铜源制备的Cu-SAPO-34催化剂的XRD分析35-36
• 3.4.5 不同铜源制备的Cu-SAPO-34催化剂的H_2-TPR分析36-37
• 3.4.6 不同铜源制备的Cu-SAPO-34催化剂的XPS分析37-38
• 3.4.7 不同铜源制备的Cu-SAPO-34催化剂的NH_3-TPD分析38-40
• 3.5 空速对Cu-SAPO-34催化剂NH_3-SCR活性的影响40-41
• 3.6 Cu-SAPO-34催化剂的稳定性测试41
• 3.7 小结41-43
• 第4章 Fe-zeolite/Cu-SAPO-34氨催化还原NO性能的研究43-54
• 4.1 Fe-zeolite催化剂的NH_3-SCR活性结果43-44
• 4.2 Fe-zeolite/Cu-SAPO-34催化剂的NH_3-SCR活性结果44-45
• 4.3 新鲜老化催化剂的NH_3-SCR活性对比结果45-46
• 4.4 Fe-β/Cu-SAPO-34催化剂的优化46-50
• 4.4.1 Fe交换浓度对Fe-β催化剂活性的影响46-47
• 4.4.2 Fe/Cu质量比对催化剂活性的影响47-48
• 4.4.3 Cu、Fe与催化剂活性的数量关系48-50
• 4.5 BET分析50
• 4.6 XRD分析50-51
• 4.7 H_2-TPR分析51-52
• 4.8 NH_3-TPD分析52
• 4.9 小结52-54
• 第5章 Fe-Cu-SAPO-34氨催化还原NO性能的研究54-62
• 5.1 Fe-Cu-SAPO-34催化剂的NH_3-SCR反应活性54-56
• 5.1.1 Fe交换时间的Fe-Cu-SAPO-34催化剂NH_3-SCR活性的影响54-55
• 5.1.2 Fe交换浓度对Fe-Cu-SAPO-34催化剂NH_3-SCR活性的影响55-56
• 5.2 ICP分析56-57
• 5.3 BET分析57
• 5.4 XRD分析57-58
• 5.5 NH_3-TPD分析58-59
• 5.6 H_2-TPR分析59-60
• 5.7 小结60-62
• 第6章 结论与建议62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.1.1 Cu-SAPO-34氨催化还原NO性能的研究62
• 6.1.2 Fe-zeolite/Cu-SAPO-34氨催化还原NO性能的研究62
• 6.1.3 Fe-Cu-SAPO-34氨催化还原NO性能的研究62-63
• 6.2 问题与建议63-64
• 参考文献64-69
• 致谢69-70
• 附录：攻读硕士学位期间发表论文70

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