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与汽油车相比,柴油车因其二氧化碳排放量低、燃油经济性高、动力输出巨大等优点备受人们关注。然而,柴油车会产生更多的NOx(NO和NO2)排放。目前,柴油机燃烧引起的NOx(NO和NO2)已成为空气污染的主要来源,并引发了光化学烟雾和细颗粒污染(雾霾)等一系列环境问题。本工作采用离子交换法将Ce和Mn分别添加到Cu-SSZ-39催化剂中,系统地研究了它们在氨选择性催化还原(NH3-SCR)反应中的SCR性能,特别是水热稳定性(分别在750、800和850℃条件下水热老化)。分别用XRD、N2吸附-脱附、H2-TPR、UV-vis DRS、NH3-TPD和原位DRIFTS技术对催化剂进行了表征,主要结论如下:(1)采用水热法制备SSZ-39分子筛,并通过离子交换法合成Cu-SSZ-39、CeCu-SSZ-39和MnCu-SSZ-39分子筛催化剂,考察Ce或Mn的添加对Cu-SSZ-39催化剂SCR活性的影响。结果表明,Ce或Mn的加入明显地提高了 Cu-SSZ-39催化剂的活性,使得CeCu-SSZ-39和MnCu-SSZ-39催化剂不仅具有较低的T50,并且拥有较宽的活性温度窗口。这可能归因于Ce或Mn与Cu之间存在协同作用,它的加入提高了 Cu-SSZ-39的氧化还原性能和表面酸位数,从而提升了Cu-SSZ-39催化剂的SCR活性。(2)将新鲜催化剂分别置于750、800、850℃的水热老化条件下处理测试,对Ce或Mn添加后催化剂抗水热老化能力进行探究。对于CeCu-SSZ-39和MnCu-SSZ-39催化剂,水热老化处理不仅没有明显的负面影响,反而对NH3-SCR活性有一定的促进作用。尤其对于MnCu-SSZ-39分子筛催化剂,即使在经过850℃的水热老化后,MnCu-SSZ-39催化剂仍保持优异的水热稳定性。由一系列表征结果可知,添加Ce或Mn的Cu-SSZ-39催化剂水热稳定性的提高可归因于内通道中更活跃的CuO晶簇的形成和酸性强度的提高。并且在水热老化过程中,Ce或Mn的添加不仅抑制了 Cu氧化物的聚集,而且更多的Cu2+离子物种被转移到离子交换位点上,这可能是添加Ce或Mn后的Cu-SSZ-39催化剂具有优异水热稳定性的原因。(3)采用原位漫反射红外光谱技术对新鲜和老化后Cu-SSZ-39、CeCu-SSZ-39和MnCu-SSZ-39催化剂上SCR机理的分析可以知道,在Cu-SSZ-39和 CeCu-SSZ-39 样品上的 NH3-SCR 反应遵循“Langmuir-Hinshelwood”(L-H)机制,而在MnCu-SSZ-39催化剂上,它同时遵循“L-H”和“Eley-Rideal”(E-R)机制,这也可能是MnCu-SSZ-39催化剂具有良好的活性和水热稳定性的另一个原因。水热老化处理后,A-MnCu-SSZ-39样品上的NH3-SCR反应遵循“L-H”和“E-R”机制,且“快速SCR”反应也同时发生。因此,Mn添加后的Cu-SSZ-39催化剂表现出优异的活性和超强的水热稳定性,使得MnCu-SSZ-39催化剂即使在850℃的水热老化后,也能满足柴油机复杂的运行条件和耐久性要求,显示出广阔的应用前景。