《新型鐵基片層分子篩NH3-SCR催化劑的構建及反應機理研究》是依託大連理工大學,由趙偵超擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型鐵基片層分子篩NH3-SCR催化劑的構建及反應機理研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙偵超
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
片層分子篩前驅體的層狀結構單元具有排列方式精細可調的特性，為分子篩中引入金屬或氧化物活性中心提供新機遇。本項目針對傳統的Fe基分子篩NH3-SCR 催化劑中難以高效引入孤立鐵離子的問題，擬在層狀AlRUB-36和MCM-22P分子篩中採用“開層-閉層”的策略構建高度分散的Fe離子插層、柱撐催化劑，並在層間結合Cu、Ti等離子修飾以調變金屬活性中心及分子篩酸中心的性質，獲得寬溫窗內高NOx脫除活性。採用一維、二維固體NMR技術如1H-29Si HETCOR等對片層分子篩開層、柱撐的結構變化及EPR對Fe、Cu離子存在狀態進行深入表征，並與催化性能進行關聯。利用原位15N固體核磁共振實時跟蹤15NH3在反應過程中的變化，結合原位IR光譜和理論計算揭示NH3-SCR反應機理。這將為Fe基分子篩氮氧化物消除催化劑的設計合成提供新思路和理論依據，同時對我國當前大氣霧霾治理具有重要的套用價值。
結題摘要
本項目利用片層分子篩前驅體的層狀結構單元具有排列方式精細可調的特性，製備了FER分子篩封裝的Fe，Mn，Pd等催化劑，結合XRD、固體核磁共振（NMR）、TEM等多種手段表征了這一類片層分子篩衍生催化劑的結構及合成過程。由於分子篩片層矽羥基與Fe，Mn離子存在強相互作用，導致FER分子篩封裝的Fe，Mn催化劑NH3-SCR反應活性較低，而FER分子篩封裝的Pd催化劑則表現出獨特的擇形加氫性能。結果表明高效Fe，Cu-分子篩催化劑需要Fe、 Cu離子處於分子篩離子交換位上。為了獲得高效NH3-SCR催化劑，我們選取富鋁SSZ-13分子篩（Si/Al=4, 具有豐富的離子交換位），並對其鋁分布及酸性利用固體核磁共振及理論計算進行深入研究，發現利用Na+探針23Na NMR可定量區分SSZ-13分子篩中孤立鋁、Al-Si-Si-Al及AlSiAl “鋁對”的分布，其中“鋁對”上B酸的酸性弱於孤立鋁上產生的B酸。富鋁Cu-SSZ-13中選擇性保留部分Na+取代部分B酸質子，可以提高催化劑的低溫NH3-SCR活性及高溫水熱老化穩定性。發展了SSZ-13、SSZ-39等小孔分子篩水熱離子交換引入稀土離子以增強其高溫水熱老化穩定性的方法，固體核磁共振及NO吸附的紅外光譜表徵結果顯示稀土離子修飾的Cu-SSZ-13(SSZ-39)催化劑在水熱老化過程中稀土離子不僅可以穩定分子篩的骨架也防止Cu離子聚集，同時也改善了催化劑的抗SO2中毒能力。將具有高高溫NH3-SCR活性的富鋁Fe(1.6)-SSZ-13催化劑與具有高低溫活性的Fe0.2Mn0.4TiZr0.03Ox氧化物複合可顯著提高催化劑的低溫NH3-SCR活性，並可抑制氧化物催化劑高溫NH3氧化反應導致的高溫活性降低，原位紅外光譜結合NO-TPD發現，這種協同效應是由於氧化物上活化NO產生的活性中間物種會遷移到分子篩催化劑上促進低溫NH3-SCR反應的進行。
