分子筛脱硝催化剂的制备与优化

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氮氧化物是全球公认的主要大气污染之一,还对水环境、土壤和建筑有破坏,严重的危害了人体健康和自然环境。机动车尾气排放的氮氧化物日益递增,由此引起的大气污染问题亟待解决。选择性催化还原(SCR)技术被认为是消除氮氧化物的有效方法之一,该技术的核心是稳定高效的催化剂,分子筛催化剂是目前的研究热点,在机动车尾气脱硝方面有很好的应用前景。本文选择SAPO-34和SSZ-13两种具有菱沸石(CHA)结构的分子筛,采用水热法合成,通过浸渍法负载Cu改性分子筛催化剂,评价其脱硝性能和N2选择性,利用N2物理吸附、X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对样品进行表征,并根据表征结果优化了两种催化剂的制备工艺和配方。在以硅溶胶为硅源合成SAPO-34分子筛的实验中,发现合成前期存在原料混合浆液固化导致磁力搅拌器无法转动的问题,硅溶胶在pH=410环境下较为稳定,超出该范围容易发生凝结,通过调整加料工艺,采用缓慢滴加,先加铝溶胶的方式能解决该问题。随后考察了晶化时间、晶化温度对SAPO-34合成效果的影响,将这些分子筛制成催化剂后进行相应的表征并在活性评价装置上测试其脱硝性能,结果发现多组样品能达到100%的脱硝率,其中155℃温度下晶化48h的样品性能较为突出,活性温度窗口为200400℃,有较好的N2选择性,所以155℃温度下晶化48h是较好的合成条件。SSZ-13的合成在水热法合成的基础上引入了晶种,相当于在晶化反应体系中加入了大量晶核,提高了SSZ-13分子筛晶体的生长速率,加快了分子筛的制备进程;随后研究了合成组分中的模板剂、氢氧化钠以及水的用量对SSZ-13分子筛合成结果的影响,将分子筛制成催化剂后进行相关表征和性能测试,结果显示,多组样品能达到100%的脱硝率,其中模板剂为33.76g,NaOH为1.4g,去离子水为32g的样品活性温度窗口为200450℃,并且在该范围内N2选择性持续在93%以上,该制备条件在保证合成分子筛性能的前提下,减少了原材料了的浪费和废液的生成量,降低了制作成本;负载金属改性是制备催化剂的重要环节,接下来探索了浸渍方式对催化剂脱硝性能的影响,发现浸渍法改性催化剂过程中,超声处理对催化剂脱硝性能有一定的提升。论文对SAPO-34和SSZ-13两种分子筛的合成进行了探索,在兼顾性能的前提下,优化了制备工艺和配方,减少了能耗、原材料的浪费和废液生成量,缩短合成周期,降低了制备成本,并对改性和脱硝性能进行了简单的研究,为这两种分子筛材料的工业生产以及在脱硝领域的商业应用提供了一定的参考。
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