堇青石基Cu-SAPO-34原位制备及其柴油机脱NOx的研究

柴油机具有优良的动力性和经济性，是机动车发展的一个主流方向。柴油车排放出的氮氧化物和颗粒物已成为大气污染的主要源头之一。开发满足柴油机车工况下（不同尾气温度、富氧、湿热气氛）有效脱除NOx的催化剂的研究是目前环境催化领域的一个热点和难点问题。本项目提出利用水热合成法一步合成蜂窝状堇青石基CuO-SAPO-34催化剂，用于柴油机车脱硝。研究工作主要是围绕整体式催化剂的制备和催化剂活性评价过程中的各种影响因素、内在关联和作用机理进行考察。首先是金属盐和分子筛前驱体的筛选，水热法制备条件的选择。在固定床反应装置上模拟柴油机车尾气进行脱硝实验，选择出脱硝性能优越的催化剂。然后考察制备条件对催化剂物化性质和脱硝活性的影响，揭示堇青石基Cu-SAPO-34整体式催化剂的脱硝机理。通过上述研究，以期实现环境友好的原位水热合成法制备整体催化剂的技术路线，为柴油机车脱硝催化剂的制备和过程优化提供理论基础。

利用一步水热合成法成功地制备了蜂窝状堇青石基Cu-SAPO-34催化剂。研究了原位水热合成法的原料和操作参数与整体催化剂表面特征性能间的关系；揭示了影响催化剂脱硝活性、选择性、稳定性的各因素之间的内在关联；并深入探讨了HF在Cu-SAPO-34/堇青石制备过程中的作用机理和其对脱除NOx的行为影响。优化了制备过程中分子筛母液的硅铝比和HF含量，并对催化剂样品的脱硝性能和抗老化性能进行了评价。结果表明：Cu-SAPO-34/堇青石整体式催化剂的制备过程中添加的适量HF可缩短催化剂的晶化时间（从无HF时的7 d缩短至12-36 h），促进分子筛晶粒的生长和分散，稳定分子筛结构及表面Cu中的Cu+/Cu2+，增大样品的比表面积和比孔容，进而使新鲜催化剂和老化后催化剂均显示出优良的NOx-SCR催化活性。在催化剂制备过程中，当n(HF)/n(Al2O3)介于0.01-0.03范围内时最佳，n(SiO2)/n(Al2O3)的最优范围为0.3-0.7。新鲜催化剂及老化样品的NOx转化率在95%以上的活性温度窗口分别为320-580℃和340-480℃。依托青年科学基金研究结果，发表和接受SCI收录论文4篇；申请国家发明专利2项，1项已授权；课题负责人被评为了“山西省高校优秀青年学术带头人”。在本基金研究经历的基础上，针对煤转化中汞的脱除，课题负责人在2012年申请到了国家自然科学基金面上项目。