Synthesis of a chabazite-supported copper catalyst with full mesopores for selective catalytic reduction of nitrogen oxides at low temperature  

具有丰富介孔Cu-SAPO-34催化剂制备及其低温氨气选择性催化还原反应(英文)

作　　者：刘计省 刘坚[1] 赵震[1] 宋卫余 韦岳长[1] 段爱军[1] 姜桂元[1] 

机构地区：[1]中国石油大学(北京),重质油国家重点实验室和油气污染防治北京市重点实验室,北京102249

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2016年第5期750-759,共10页催化学报（英文）

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China(21376261;21173270);the National High Technology Research and Development Program of China(863 Program;2015AA034603);the Beijing Natural Science Foundation(2142027);the China University of Petroleum Fund(20130007110007;2462015QZDX04)~~

摘　　要：A series of meso‐microporous copper‐supporting chabazite molecular sieve（CuSAPO‐34） catalysts with excellent performance in low‐temperature ammonia selective catalytic reduction（NH3‐SCR）have been synthesized via a one‐pot hydrothermal crystallization method. The physicochemical properties of the catalysts were characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, N2 adsorption‐desorption measurements, X‐ray diffraction, 27 Al magic angle spinning nuclear magnetic resonance, diffuse reflectance ultraviolet‐visible spectroscopy, inductively coupled plasma‐atomic emission spectroscopy, X‐ray photoelectron spectroscopy, temperature‐programmed reduction measurements, and electron paramagnetic resonance analysis. The formation of micro‐mesopores in the Cu‐SAPO‐34 catalysts decreases diffusion resistance and greatly improves the accessibility of reactants to catalytic active sites. The main active sites for NH3‐SCR reaction are the isolated Cu^2＋ species displaced into the ellipsoidal cavity of the Cu‐SAPO‐34 catalysts.氮氧化物(NO_x)是主要的大气污染物之一,与光化学烟雾、全球气候变暖等环境问题密切相关.随着汽车产业的高速发展,柴油车排放尾气中的NOx脱除成为国内外尾气催化净化领域最突出的难点之一.其中氨气选择性催化还原技术(NH_3-SCR)由于其高效率、低成本的特征已成为主要的移动源脱硝技术.目前,实际应用中最广泛的是V_2O_5-WO_3(MoO_3)/TiO_2催化剂,然而一些不可避免的因素仍然存在,比如V具有较强的毒性,较高的操作温度,较窄的活性温度窗口以及易将SO_2氧化为SO_3导致催化剂表面会有大量的硫酸盐沉积而失活等.因此很有必要开发一种无钒SCR催化剂.近年来,分子筛负载过渡金属作为催化剂引起了研究者的广泛兴趣,其中Cu-CHA分子筛催化剂因其高SCR活性,高N2选择性,较宽的温度窗口以及优异的稳定性引起研究者的广泛关注.就Cu/SAPO-34而言,传统的制备方法是利用离子交换法将Cu离子引入到SAPO-34微孔孔道中,然而由于微孔会限制Cu离子的分布,导致绝大多数Cu优先分布在分子筛外表面,从而限制了其活性发挥.Martínez-Franco课题组利用双模板一步法成功制备了Cu-SAPO-34催化剂,提高了分子筛中活性Cu离子数目.Peden课题组发现在NOx的NH_3-SCR反应中Cu-SAPO-34催化剂存在低温动力学限制.因此开发一种具有丰富介孔的多级孔Cu-SAPO-34催化剂势在必行.我们利用一步水热晶化法成功制备了一系列具有丰富介孔的Cu-SAPO-34催化剂.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、^(27)Al核磁共振(Al-NMR)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H2-TPR)和电子顺磁共振(EPR)等表征手段研究了Cu-SAPO-34多级孔催化剂的物理化学性质.XRD测试结果证实,H-Cu-SAPO-34催化剂具有典型的CHA结构.TEM�

关 键 词：One-pot synthesis Meso-microporous Cu-SAPO-34 Low temperature Selective catalytic reduction Nitrogen oxides 

分 类 号：X701[环境科学与工程—环境工程] O643.36[理学—物理化学]