晶化方式对SSZ-13分子筛柴油车尾气脱硝性能的影响

发布时间：2017-06-29 12:00

  本文关键词：晶化方式对SSZ-13分子筛柴油车尾气脱硝性能的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着氮氧化物(NO_x)排放的日趋严重,氨气/尿素-选择性催化还原技术(Urea/NH_3-SCR)成为富氧环境下脱除氮氧化物的最有效方法之一。具有CHA结构的SSZ-13分子筛近年来因其优异的NH_3-SCR催化反应活性、选择性及水热稳定性,成为新一代的分子筛脱硝催化剂重点研发对象。SSZ-13分子筛合成目前主要局限于传统静态水热晶化,而晶化方式对其结构影响较大,因此选择适宜晶化方式进一步改善其脱硝性能显得尤为重要。本文研究微波、动态及静态不同晶化方式合成SSZ-13分子筛,考察晶化历程、原料中Si/Al值对其形貌的影响,对比其离子交换制得Cu-SSZ-13催化剂性能的差异。重点研究微波水热法晶化条件(时间和温度)对其脱硝活性的影响,为SSZ-13分子筛快速合成及其相关催化剂制备提供了新的方法,重要的是为SSZ-13分子筛基脱硝催化剂的性能优化提供理论基础数据。课题的研究工作得出主要结论如下:(1)微波和动态水热法均可以缩短分子筛的SSZ-13合成周期(包括诱导期、成核期和晶体生长期),其中微波水热法的晶化速度最快。微波和静态水热法制得SSZ-13样品随着晶化时间的增加,立方体颗粒分散度增加,而颗粒的尺寸大小逐渐减小,而动态水热法制得SSZ-13样品呈现先增加后降低的趋势,与其结晶度的变化规律相一致。微波及动态水热法合成SSZ-13分子筛催化剂,孔道结构较为发达、稳定Cu2+离子上载量高,对反应物NH_3和NO的吸附能力强。(2)微波水热法可在较宽的温度范围(145-190oC),快速合成SSZ-13分子筛。SSZ-13分子筛催化剂的低温脱硝活性和水热稳定性得到较大程度提高,这可归结于微波水热法对分子筛结构的改善。微波水热法快速合成SSZ-13分子筛具有优异的离子交换性能,且弱酸和强酸酸量也得到一定程度提高。微波水热低温(145-160oC)晶化合成的SSZ-13样品具有优异低温和高温NH_3-SCR活性,晶化温度为190oC晶化制得样品表现出良好的反应选择性,晶化温度为175oC条件下制得催化剂展现出优异的水热稳定性。由于微波晶化温度对SSZ-13分子筛骨架结构具有较大影响,进而导致活性金属的负载量及落位存在的较大差别。微波水热晶化时间超过4 h之后,晶化时间的延长对样品的脱硝活性、选择性及水热稳定性几乎无影响。这现象主要由于晶化2 h制备的SSZ-13样品骨架生长的尚不完整,导致其活性组分的负载量低、稳定性差以及骨架的酸性位数量少,进而表现较差催化性能。(3)微波和动态水热法随Si/Al值的增加,其制得样品结晶度逐渐增加至稳定,但后者作用程度小,静态水热法制得样品结晶度呈现先降低后增加趋势。原料中Si/Al值改变对形貌也同样存在不同影响,较低Si/Al值制得样品颗粒尺寸小,但其同样出现局部团聚现象,而微波水热法在Si/Al值为5的条件制得样品为无定型,在较高Si/Al值,动态和静态水热法制得样品形貌的规整度降低,团聚程度增加,形成较大尺寸颗粒。
【关键词】：柴油车尾气 微波水热合成 Cu/H-SSZ-13 NH_3-SCR 动态水热合成 静态水热合成
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701;O643.36
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 文献综述12-24
• 1.1 课题背景12-13
• 1.2 机外净化技术发展现状13-14
• 1.3 NH3选择性催化还原反应及催化剂材料14-16
• 1.3.1 NH_3选择性催化还原反应14
• 1.3.2 NH_3选择性催化还原反应使用的催化剂材料14-16
• 1.4 SSZ-13分子筛的研究进展16-18
• 1.5 微波加热技术在分子筛领域应用的研究进展18-22
• 1.5.1 微波加热原理及其特性18
• 1.5.2 微波加热在分子筛合成中优势18-19
• 1.5.3 微波加热分子筛合成中应用19-22
• 1.6 课题选择依据及研究内容22-24
• 第二章 实验部分24-32
• 2.1 主要分析设备与试剂药品24-25
• 2.1.1 主要仪器设备24-25
• 2.1.2 主要试剂药品25
• 2.2 催化剂制备25-26
• 2.3 催化剂的水热老化处理26-27
• 2.4 催化剂活性评价27-28
• 2.4.1 评价条件28
• 2.4.2 催化剂活性评价基准28
• 2.4.3 水热老化28
• 2.5 样品的表征28-32
• 2.5.1 XRD表征28-29
• 2.5.2 H2-TPR和NH_3-TPD表征29
• 2.5.3 EPR表征29
• 2.5.4 ICP表征29
• 2.5.5 XPS表征29-30
• 2.5.6 SEM表征30
• 2.5.7 BET表征30-32
• 第三章 微波水热法制备Cu-SSZ-13催化剂及其用于脱硝32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 NH_3-SCR活性评价结果32-33
• 3.3 XRD表征结果33-34
• 3.4 ICP和H_2-TPR表征结果34-36
• 3.5 EPR表征结果36-37
• 3.6 NH_3-TPD表征结果37-39
• 3.7 XPS表征结果39-41
• 3.8 BET表征结果41
• 3.9 本章小结41-44
• 第四章 微波水热制备条件对Cu-SSZ-13催化剂的脱硝性能影响的考察44-60
• 4.1 引言44
• 4.2 晶化温度的影响44-53
• 4.2.1 NH_3-SCR活性评价结果44-45
• 4.2.2 XRD表征结果45-46
• 4.2.3 H_2-TPR表征结果46-48
• 4.2.4 BET与ICP表征结果48-49
• 4.2.5 EPR表征结果49-51
• 4.2.6 NH_3-TPD表征结果51-53
• 4.3 晶化时间的影响53-58
• 4.3.1 NH_3-SCR活性评价结果53-54
• 4.3.2 XRD表征结果54-55
• 4.3.3 H_2-TPR表征结果55-56
• 4.3.4 BET与ICP表征结果56-57
• 4.3.5 NH_3-TPD表征结果57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 微波、动态及静态水热法合成SSZ-13分子筛60-72
• 5.1 引言60
• 5.2 晶化历程的考察与比较60-64
• 5.2.1 XRD表征结果60-61
• 5.2.2 SEM表征结果61-64
• 5.3 投料中Si/Al的影响64-67
• 5.3.1 XRD表征结果64-65
• 5.3.2 SEM表征结果65-67
• 5.4 三种方法制备Cu-SSZ-13的结构和NH_3-SCR催化性能比较67-71
• 5.4.1 BET表征结果67-68
• 5.4.2 H_2-TPR表征结果68-69
• 5.4.3 NH_3/NO-TPD表征结果69-70
• 5.4.4 NH_3-SCR反应活性评价结果70-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第六章 结论和后续工作建议72-76
• 6.1 结论72-73
• 6.2 下一步工作建议73-76
• 参考文献76-84
• 致谢84-86
• 攻读硕士学位期间发表论文情况86

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本文编号：497754