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通过原位水热方法,在堇青石蜂窝陶瓷载体上合成了一系列微孔分子筛(ZSM-5,AlTS-1,丝光沸石,LinderY,LinderA)涂层,得到分子筛/堇青石整体,并结合XRD,SEM和TEM等表征方法对原位合成的工艺条件和原位合成的机理进行了详细的研究。结果表明,在适宜的碱性条件下堇青石载体中的铝原子可以被活化,活化后的铝原子继而与合成凝胶中的硅原子和铝原子共同构筑分子筛的骨架,于是分子筛涂层直接有序的生长在堇青石载体表面。分子筛涂层与堇青石载体之间通过共用铝原子以化学键作用紧密结合,堇青石载体上的分子筛涂层具有很好的稳定性和对反应物分子的近易性。
不同金属离子改性的分子筛/堇青石催化剂被应用于稀燃汽车尾气中氮氧化物的催化还原过程。金属-分子筛/堇青石整体式催化剂上,利用汽车尾气中未燃烧的烃类化合物或者一氧化碳作为还原剂,可以将尾气中的氮氧化物选择还原。Cu-ZSM-5/堇青石和Ir-ZSM-5/堇青石等一系列催化剂在真实的稀燃发动机台架测试中表现出很好的催化性能,具有工业化应用前景。
通过原位的DRIFTS方法,我们对改性分子筛催化剂上HC-SCR反应机理进行研究。对于C3H8-SCR反应,吸附的硝酸根物种(-NO3)是反应的主要中间产物,可以与气态的C3Hε反应生成N2、H2O和CO2对于C3H6-SCR反应,吸附的氨基物种(-NH2)是反应的主要中间产物,可以与NO或NO2反应生成N2、H2O和CO2。某种特定催化剂上C3H8-SCR和C3H6-SCR反应具有完全不同的历程,这是由于NO-O2和HC-O2在催化剂的Br(o)nsted酸中心的竞争吸附所导致的。在C3H8-SCR反应中,NO-O2优先吸附在催化剂的Br(o)nsted酸中心上,反应的第一步是Br(o)nsted酸中心上-NO+物种的形成;在C3H6-SCR反应中,C3H6-O2优先吸附在催化剂的Br(o)nsted酸中心上,因此反应的第一步是Br(o)nsted酸中心上C3H6的活化。在以上反应历程的基础上,结合XPS、TPR、吡啶吸附FT-IR等分析结果,我们对影响催化剂HC-SCR活性的因素进行了研究,为新型催化剂的设计提供理论依据。