《Fe/HBEA催化劑上氨氣選擇性還原NOx反應機理及中毒機制》是依託清華大學，由李俊華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Fe/HBEA催化劑上氨氣選擇性還原NOx反應機理及中毒機制
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：李俊華
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
節能減排是可持續發展的兩大主題，稀燃汽車（稀燃汽油機和柴油機）由於其高效的燃油經濟性和溫室氣體減排特性，成為汽車發動機發展的必然趨勢。目前柴油車尾氣中高效NOx淨化催化劑的研製及其催化劑的積碳中毒機製成為研究的熱點和難點。本申請書提出研製環境友好型的Fe/HBEA催化劑，測試Fe/HBEA催化劑在不同溫度區間氨氣選擇性催化還原（NH3-SCR）NOx反應活性，考察不同種類的碳氫化合物（HC）對催化劑活性的影響，分析中毒前後催化劑活性中心物種和價態、催化劑酸鹼性及孔徑、孔結構的變化。原位分析NH3-SCR反應速率、反應中間物及產物，以及HC存在對反應關鍵中間物種及速控步驟的影響。結合量化理論計算，闡明不同溫度區間NH3-SCR反應機理和典型HC化合物的中毒機制，揭示提高催化劑活性及抗中毒能力的主控因素，為指導完善Fe/HBEA催化劑設計、SCR技術的推廣套用提供理論依據。
結題摘要
氨氣選擇性催化還原（NH3-SCR）NOx是一種有效的柴油車尾氣NOx淨化技術。Cu/Fe基分子篩催化劑由於具有優異的NH3-SCR反應活性而受到廣泛關注。本文首先針對目前商業化的Cu-SSZ-13和Cu-SAPO-34整體式催化劑進行表征分析，考察水熱老化處理對Cu-SSZ-13和Cu-SAPO-34催化劑的影響，闡明兩種催化劑的NH3-SCR反應機理。此外，採用傳統浸漬法（IMP）和液體離子交換法（LIE）製備Fe/HBEA催化劑，分析表征Fe/HBEA催化劑上的鐵物種，考察焙燒溫度和丙烯對Fe/HBEA催化劑的影響。在此基礎上，設計開發新的抗丙烯中毒的Fe/HBEA催化劑。主要創新性研究結果總結如下： 水熱老化處理Cu-SSZ-13和Cu-SAPO-34對催化劑的物化性質和反應物的吸附活化有明顯影響，主要會造成Cu2+遷移/還原、酸位損失和脫鋁，造成不同的NH3-SCR反應活性。由於兩種催化劑的分子篩結構的差異，Cu-SSZ-13的酸量略大於Cu-SAPO-34，而Cu-SAPO-34的酸強度略高於Cu-SSZ-13。兩種催化劑上NH3-SCR反應主要遵守Eley-Rideal機理。氣相NO2來自於催化劑表面硝酸鹽的分解，是NH3-SCR反應中的重要中間物。與Cu-SSZ-13相比，Cu-SAPO-34具有較強的硝酸鹽吸附能力，不易於產生氣相NO2，從而在390 oC左右造成活性曲線的下降。 LIE法製備的Fe/HBEA催化劑易於形成離子交換位上的Fe離子，而離子交換位上的Fe離子是NH3-SCR反應的活性位。Fe2+單齒亞硝醯基[Fe2+(NO)]物種是NH3-SCR反應的關鍵中間物，而硝酸鹽物種幾乎沒有反應活性。高溫焙燒易造成Fe/HBEA催化劑的Fe離子遷移出離子交換位，形成氧化鐵團簇。離子交換位上Fe離子的減少是低溫反應條件下Fe/HBEA催化劑活性和選擇性下降的主要原因。丙烯存在條件下，Fe/HBEA催化劑的NH3-SCR反應活性受到嚴重抑制。設計開發了Fe/HBEA催化劑表面塗覆MOR分子篩的新型整體式催化劑，有效提高Fe/HBEA催化劑的抗丙烯中毒能力。新型Fe/HBEA w/MOR催化劑在500 oC穩態條件下能夠保持90%的NOx轉化率。
