Pt/Fe/Cu-富铝Beta上NH3-SCR反应性能的研究

作     者：张振宇 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：田东旭;张维萍

授予年度：2016年

学科分类：081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：氮氧化物 NH3-SCR 富铝Beta分子筛 Fe/Cu-Beta催化剂 Pt修饰 

摘      要：氮氧化物是一种常见的大气污染物,能导致酸雨和光化学烟雾等,产生严重的环境问题,如何有效去除氮氧化物成为当今环境保护的重要课题。本论文针对商用NH3-SCR催化剂低温活性差的缺点,采用无有机胺模板剂法合成的富铝Beta分子筛(Si/Al≈4)作为载体,通过负载Cu、Fe金属离子,制备了性能优异的NH3-SCR催化剂,研究了H2O、C02及C3H6等多组分反应条件对催化剂NH3-SCR反应性能的影响。然后在此基础上使用Pt进行修饰,进一步探究了Pt的加入对催化剂在该反应条件下NH3-SCR反应性能的影响。论文主要取得如下结果：采用离子交换法制备了富铝Beta分子筛负载Cu催化剂(Cu-Beta-4)。Cu-Beta-4不仅在标准NH3-SCR条件下具有优异的催化性能,在H2O、C02、C3H6同时存在的条件下仍具有较高的NH3-SCR催化性能。C3H6的存在会导致Cu-Beta-4的中低温段NH3-SCR活性明显下降,当H2O、C02、C3H6同时存在时,H20与CO2可以抑制C3H6对Cu-Beta-4催化NH3-SCR的毒化作用。通过TG、13C MAS NMR表征手段验证了Cu-Beta-4在C3H6存在下失活是由于积炭的生成而致。采用等体积浸渍法制备了富铝Beta分子筛负载Fe催化剂(Fe-Beta-4)以及负载Cu、Fe催化剂(Fe-Cu-Beta-4),并进行了不同条件下NH3-SCR反应的研究。研究发现,丙烯的存在会导致Fe-Beta-4的低温和高温段NH3-SCR活性明显下降,并在Fe-Cu-Beta-4表现出类似的规律,这是由丙烯的竞争吸附所致。当H2O、CO2、C3H6同时存在时,不能明显抑制丙烯对NH3-SCR的毒化作用。在Cu-Beta-4的基础上,进一步使用浸渍法制备了一系列不同Pt含量的Pt-Cu-Beta-4,研究其在H2O、CO2、C3H6同时存在条件下的NH3-SCR反应性能。研究发现,Pt的存在可以减轻C3H6在低温段的影响,使NO转化率提高,但因在中高温段会发生剧烈的NH3氧化反应,导致还原剂不足,使得NO转化率下降。Pt修饰导致NH3氧化反应的原因有两点：一是Pt自身为NH3氧化反应的活性中心,二是Pt的加入会使得部分孤立的Cu2+转化为簇状的Cu2+,簇状的Cu2+也是NH3氧化反应的活性中心,二者相互协同作用使得NH3氧化反应大量发生。同样,在Pt-Fe-Beta-4与Pt-Fe-Cu-Beta-4上,中高温段也因发生剧烈的NH3氧化反应导致NH3-SCR活性下降。