原位水热合成铜基CHA分子筛以及氨选择催化还原反应性能研究

发布时间：2020-09-04 15:37

　　 氧化物(NO_x)是大气的主要污染物之一,会对人和周围环境产生很大危害,如形成酸雨、光化学烟雾等。氮氧化物主要来源于机动车排放的尾气。目前,氨选择性催化还原技术(NH_3-SCR)是最主流、最普遍的脱硝方法,这归因于其脱硝效率高,二次污染少等特点。最近,铜交换的小孔结构CHA分子筛,例如Cu/SSZ-13和Cu/SAPO-34,由于优异的催化活性和水热稳定性吸引了科学家们的关注。目前,合成Cu/CHA分子筛的方法有很多种,如浸渍法、传统的溶液离子交换法、固态离子交换法及原位合成法。在众多的合成方法中,原位水热合成法是最有经济价值的、最简单的合成Cu/CHA催化剂的方法。NH_3-SCR的催化性能主要受催化剂的水热稳定性和活性位点的数目及含量的影响。Cu/CHA分子筛中存在两种活性位点,分别为Lewis酸位点(来自于Cu离子)和Br?nsted酸位点(来自于分子筛)。现在被广泛接受的观点是位于分子筛六元环上分散的Cu离子是主要的活性中心,该活性中心能将NO_x还原成N_2,而位于八元环上的Cu离子则会导致N_2O的生成,进而造成N_2选择性下降。就分子筛基的SCR催化剂而言,分子筛的Br?nsted酸位点会影响Cu位点的分布以及NH_3的存储能力进而影响SCR性能。通过对Cu/CHA分子筛进行改性,如添加其他金属,调变催化剂的酸性及活性中心,或者改变形貌,暴露更多的活性位点和酸性位点,用于NH_3分子的吸附,进而有利于催化性能的提升。本论文主要采用原位水热合成方法,合成了具有优异NH_3-SCR催化性能的小孔Cu/CHA(Cu/SSZ-13及Cu/SAPO-34)分子筛,并对其进行改性,表征了晶体的形貌、酸性、金属存在的状态,评价了催化性能。主要结果如下:1.以四乙基氢氧化铵和铜-四乙烯五胺作为双模板剂,在水热条件下原位合成纳米级Cu/SAPO-34分子筛。同时还对比了浸渍法、研究了Br?nsted酸位点以及晶体尺寸大小对NH_3-SCR性能的影响。结果表明,原位合成方法以及催化剂的纳米尺寸有利于Cu位点的分散,因而可以提升NH_3-SCR催化活性。特别是,原位合成的具有最高酸量的纳米Cu/SAPO-34催化剂在180-550 ~oC范围内的NO转化率能达到80%以上。本工作提供了一种合成纳米Cu/SAPO-34的简单方法,所得催化剂具有优异的催化性能和水热稳定性。2.在水热条件下,采用镍-二乙烯三胺(Ni-DETA)和铜-四乙烯五胺作为双模板剂直接合成双金属CuNi/SSZ-13分子筛。与单金属Cu/SSZ-13和Ni/SSZ-13相比,所得的双金属CuNi/SSZ-13分子筛在NH_3-SCR反应表现出更加优异的催化性能。镍的引入对催化剂在高温下的催化性能有一定的改善作用,由于Ni/SSZ-13在该反应中并没有催化活性,因此镍可能通过协同效应起到助催化剂的作用,进而促进了催化性能的提升。Cu/Ni的摩尔比的改变可调节催化剂的催化活性,在所得催化剂中,铜镍比为5.33的催化剂表现出最高的催化性能,使NO_x转化率在190-520℃的温度窗口达80%以上。本工作采用简单方便的原位法,避免了金属的聚集,所制备的催化剂表现出优异的催化性能。综上所述,本论文通过将单金属配合物或双金属配合物引入分子筛合成体系中,开发了原位水热法直接制备Cu/SAPO-34和CuNi/SSZ-13催化剂。该合成方法简单易行,避免了由于后处理方法造成金属聚集的现象。所得催化剂在NH_3-SCR反应中表现出良好性能。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X701;TQ426
【部分图文】：

第一章 绪论1 NOx的排放现状氮氧化物(NOx)是大气的主要污染物之一，包括一氧化氮(NO)、二氧化O2)、氧化亚氮(N2O)等。氮氧化物(NOx)主要来源于机动车排放的尾气和工气[1]，会对人类和环境造成很大的危害，如形成酸雨，光化学烟雾，破坏层等[2]。2017 年的《中国机动车环境管理年报（2017）》（以下称《年报》）呈现16 年全国机动车环境管理的情况。《年报》显示，我国机动车产销量逐年，且连续八年成为世界机动车产销第一大国，机动车排放的废气污染是我气污染的重要来源。图 1.1 显示近 5 年来，随着我国机动车保有量的快速，大气污染等问题也日益严重。

吉林大学硕士学位论文.9%；摩托车排放 9.2 万吨，占 1.6%。汽车是氮氧化物排国柴油车排放的 NOx接近汽车排放总量的 70%。因此，放是当前的首要目标和重要任务。

图 1.3 各类型汽车的氮氧化物（NOx）排放量分担率从 1983 年颁布的第一批控制机动车排放标准至今，我国已经连续实施放法规。2010 年是政策制定艰难的一年，原定实行的国 IV 标准由于油等问题而搁浅。2013 年 7 月 1 日，国 IV 标准的正式实施，是我国治油车尾气的里程碑，对预防大气污染起到了关键作用。2016 年，环保国机动车实施更为严格的国 V 标准。机动车排放标准的不断更新与进着国家对环境污染问题的高度重视。

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;铂—铼催化剂——催化重整的一个新的重要发展[J];炼油设计简讯;1972年01期

2 ;一种等长中型烟气脱硝催化剂性能检测装置及检测[J];化学分析计量;2017年02期

3 俞坚;张虹;戴擎镰;陈甘棠;;多组份MoBi催化剂上丙烯氨氧化反应Ⅰ.反应气氛对氧化还原型催化剂性能的影响[J];石油化工;1987年07期

4 杨均辉;邓云祥;闭海燕;林尚安;;共振磨载体催化剂中含钛量对丙烯聚合的影响[J];合成树脂及塑料;1987年03期

5 叶玉汉;范田村;;新型钛系催化剂在环保中的应用简介[J];化工环保;1987年05期

6 李焦峰;刘大壮;;积极开发钼在化学化工方面的应用[J];河南化工;1987年03期

7 郭章潮;;热分析技术用于Z_(102)转化催化剂性能考察[J];中氮肥;1987年01期

8 周邦荣;;国外Sohio丙烯腈制法发展概况[J];金山油化纤;1987年04期

9 万学兵;芦令芳;;大比重航煤二段加氢芳烃饱和催化剂的选择及改进[J];齐鲁石油化工;1987年01期

10 蒋齐礼;;氨厂变换节能与节能型催化剂[J];化肥设计;1988年06期

相关会议论文 前10条

1 辛勤;;粒子大小、微区结构和组成对电催化剂性能的影响[A];第十四届全国催化学术会议论文集[C];2008年

2 辛勤;;粒子大小、微区结构和组成对催化剂性能的影响[A];第七届全国催化剂制备科学与技术研讨会论文集[C];2009年

3 姜浩强;何润霞;王娜;王杰;智科端;刘全生;;镧掺杂对铜锰复合氧化物变换催化剂性能的影响[A];第十四届全国青年催化学术会议会议论文集[C];2013年

4 孙欣欣;林强;李金兵;;载体预处理工艺对乙烯氧化银催化剂性能的影响[A];第九届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2012年

5 吴慧;樊金串;黄伟;谢克昌;;聚乙二醇对合成二甲醚浆状催化剂性能的影响研究[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年

6 武芳;何润霞;智科端;刘全生;;稀土掺杂对煤制合成气用铜锰变换催化剂性能的影响[A];中国化学会第十二届全国应用化学年会论文集[C];2011年

7 赵晓争;高雄厚;张忠东;张莉;刘宏海;;不同类型稀土元素对原位晶化型催化剂性能的影响[A];甘肃省化学会第二十七届年会暨第九届甘肃省中学化学教学经验交流会论文摘要集[C];2011年

8 苗婷;朱海燕;;活性炭载体结构及预处理对催化剂性能的影响[A];第十届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2013年

9 王红岩;郑起;于政锡;林性贻;;钼助剂对乙炔法合成醋酸乙烯催化剂性能的影响[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年

10 苏茂;刘少光;戴炎彬;陈成武;张玉清;冯云桑;徐玉松;;稀土氧化物对钒钛类催化剂性能的影响[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集（第一卷）[C];2011年

相关重要报纸文章 前9条

1 于洋;DFAFC催化剂性能大幅提升[N];中国化工报;2014年

2 记者 李晓岩;1，4-丁炔二醇催化剂国产化[N];中国化工报;2015年

3 郑见;以简驭繁 认识机理[N];科学时报;2011年

4 本报记者 金鹭 通讯员 王虎羽;催化剂“混用”出大效益[N];宁波日报;2018年

5 肖萍 胡祖福;碳酸二甲酯新型催化剂性能优 有机硅聚酯改性树脂开发成功[N];中国化工报;2000年

6 中国科学院副院长 张涛;“拟人耗氧”的日日夜夜[N];中国科学报;2019年

7 ;打破国外技术垄断[N];西安日报;2009年

8 记者肖宏斌;上海石化院成果获市科技进步一等奖[N];中国石化报;2009年

9 黄海涛;渣油加氢处理系列催化剂性能优良[N];中国石化报;2004年

相关博士学位论文 前10条

1 孙雍荣;碳基载体催化剂的制备及电化学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

2 刘小元;CeO_2基催化剂的制备及其CO氧化性能研究[D];中国科学技术大学;2019年

3 胡灿宇;用于光驱动化学转化的等离激元催化剂设计及其性能研究[D];中国科学技术大学;2019年

4 王长来;基于电子结构调控设计高活性催化剂与催化应用研究[D];中国科学技术大学;2019年

5 孙桂儒;锂氧气电池高性能催化剂的制备及其性能研究[D];东北师范大学;2019年

6 黄浩;用于太阳能—化学能转化的金属纳米结构设计[D];中国科学技术大学;2018年

7 江彬彬;基于贵金属设计高效的电解水催化剂[D];苏州大学;2018年

8 张靖佳;碳基钼化合物复合载体的制备及对Pt催化剂性能影响研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

9 熊亚林;燃料电池催化剂用铂基纳米晶的可控制备及电催化性能研究[D];浙江大学;2017年

10 曲微丽;无机复合物载体对直接甲酸燃料电池Pd催化剂性能影响研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈梦阳;原位水热合成铜基CHA分子筛以及氨选择催化还原反应性能研究[D];吉林大学;2019年

2 魏清茂;三维多孔氮掺杂碳基催化剂的制备及催化性能研究[D];昆明理工大学;2018年

3 潘鹏;B/C/N掺杂的复合型光催化剂的制备及其降解性能的研究[D];青岛科技大学;2019年

4 张梦锐;基于POM@ZIF构筑的钼、钨基催化剂及其催化性能研究[D];河南大学;2019年

5 向富维;MnO_2/AC和多孔LaMnO_3的制备及其在铝—空气电池空气电极中的催化性能研究[D];云南大学;2017年

6 邓玉潇;核黄素制备的氧还原反应催化剂性能改进及活性中心探索[D];西南石油大学;2018年

7 王健宇;ZIF-8基氮掺杂非贵金属氧还原催化剂的研究[D];南京大学;2019年

8 邢以晶;燃料电池Pt基催化剂的设计及其氧还原性能分析[D];武汉理工大学;2018年

9 潘龙君;柴油车尾气SCR脱硝催化剂的研究[D];中国石油大学(华东);2017年

10 张静怡;石墨烯负载PdCu催化剂的制备及其对乙醇电催化氧化性能的研究[D];厦门大学;2017年

本文编号：2812284