高效NO吸附性能的MOFs制备及低温SCR催化性能

氮氧化物（NOx）对地球生态环境和人体健康危害甚大，开发新型的低温选择性催化还原（SCR）催化剂是目前烟气脱硝领域的研究热点。金属有机骨架材料(metal-organic frameworks，简称MOFs) 是一种在气体吸附、催化领域处于研究前沿的多孔固体材料，但对其NO吸附和催化方面的研究刚刚起步。本研究项目拟利用金属有机骨架材料的易设计性和能形成催化活性位的特点，选用刚性的含氮杂环配体、羧酸等作为构筑块，与金属离子进行配位自组装，制备出具有高效NO吸附能力和低温SCR催化性能的MOFs材料。阐明金属离子与有机配体选择、合成方法、工艺条件对MOFs材料结构、表面形态、吸附催化能力的影响规律，深入了解NO在MOFs上吸附、转化的机理和动力学过程，为开发基于MOFs的高效NO吸附和催化材料提供实验基础和理论依据。.本项目在NO吸附、低温SCR催化领域具有重要的研究价值和应用前景。

氮氧化物对人类健康和环境危害巨大，开发稳定高效、低温活性好的催化剂是脱硝领域研究热点。本研究项目首次提出利用金属有机骨架材料（MOFs）高孔隙率、吸附性好和多活性位点的优点，开发基于MOFs的新型氨法SCR催化剂。通过研究不同制备方法和工艺对MOFs结构、性能和脱硝活性的影响，采用水热、电化学法成功制备出一系列具有高NO吸附性能的MOFs材料并首次应用于SCR催化反应。研究了提高其低温催化活性的方法。利用XRD、SEM、TGA、原位红外(in-situ FTIR)等表征手段对材料结构性能进行研究，并对NO在MOFs上吸附和反应机理进行分析。本研究成功证明Cu-BTC、MIL-100(Fe)、Fe/Mn-MOFs等MOFS材料具有良好的脱硝活性和稳定性，是有发展前景的NH3-SCR催化材料。研究成果在开发新型低温SCR催化剂这一研究领域具有重要的理论意义和实用价值，应用前景良好。主要成果如下：.(1)、采用溶剂热法合成了尺寸均匀的Cu-BTC样品并用于低温NH3-SCR反应。发现230°C下真空活化后的样品在220 ºC到280 ºC的NH3-SCR低温区间具有100%的NO转化率。.(2) 采用电化学方法, 制备纯净、晶型结构良好的Cu3(BTC)2材料, 产率高达97.2%。经240 ºC活化的Cu-BTC的催化性能最佳, 用原位红外发现反应遵循E-R机理。.(3)、采用溶剂热法合成了混合FeIII/FeII价态的MIL-100(Fe)材料。经过200ºC，12 h真空干燥后的材料在300oC可以达到近100%的NOx转化率。.(4)、研究了MIL-100(Mn)、MIL-101(V)等材料的脱硝活性。初步对金属掺杂形成的双金属MOFs的合成和脱硝性能进行研究。发现前驱体离子交换制备的银掺杂量为10%的Cu/ Ag - MOF催化剂的脱硝性能在230 ºC下为90.3%。用水热法制备Fe/Mn-MOF催化剂，经100 oC真空活化后在280 ºC -330 ºC下NO转化率达90%以上。.(5)、研究水热法制备CuInS2、SnIn4S8、TiO2等多孔纳米材料功能材料。研究了基于三维纳米金膜的BPA分子印迹传感器和CdSe量子点修饰二氧化钛复合纳米催化剂。.(6)、开展了传统氧化物催化剂如MnOx-TiO2和Cu/Ti0.7Zr0.3O2的SCR脱硝活性研究。