新型Cu基核壳分子筛催化剂研制及净化柴油车尾气NOx性能研究

Nitrogen oxides (NOx) emitted from diesel exhaust is one of the main precursors for causing haze. As a most promising catalyst for NOx abatement, Cu-SSZ-13 still has some problems, such as poor hydrothermal stability and easy catalyst poisoning by sulfur species. Based on the commonness of these two problems, a core-shell structured composite material with a mesoporous Si-Ti mixed oxide shell and one-pot synthesized Cu-SSZ-13 core (Cu-SSZ-13@m-SiTi) will be first synthesized by self-assembly method. The aim is to solve the above two problems simultaneously. Then, the corresponding catalyst will be modified by transition metals or rare-earth elements (Fe, Mo, W, Ce, and so on) to further improve its resistance to hydrothermal age and sulfur poisoning. In addition, the NH3-SCR mechanism and property-performance of the M-Cu-SSZ-13@m-SiTi catalyst will be investigated using various characterization techniques. The research results will provide new ideas and theoretical basis for high-efficiency diesel exhaust cleaning.

柴油车尾气排放的NOx是引发大气灰霾的重要前体物。作为最具应用前景的柴油车尾气NOx净化催化剂，Cu-SSZ-13分子筛催化剂依然存在高温水热稳定性差和易硫中毒失活的难题。本项目针对以上两个难题，从研究该催化剂两种失活类型的共性特征着手，首先通过一步法合成Cu-SSZ-13，然后通过自组装方法在其表面包覆一层介孔硅钛复合氧化物外壳（Cu-SSZ-13@m-SiTi），提高催化剂高温水热稳定性的同时明显提升其抗硫中毒性能；在此基础上，采用过渡金属/稀土元素（Fe、Mo、W、Ce等）掺杂改性的方法进一步提高催化剂的高温水热稳定性和抗硫中毒性能。结合物化表征和原位手段分析研究M-Cu-SSZ-13@m-SiTi核壳分子筛催化剂的NH3-SCR反应机理，探索新型催化剂物化性质与其高温水热稳定性及抗硫性能之间的构效关系。本项目研究结果将为柴油车尾气高效净化提供新的思路和理论依据。

针对柴油车NOx净化最具应用前景的催化剂Cu/SSZ-13面临的高温水热稳定性差和易SO2中毒失活的问题，首先探究硅铝比对其NH3-SCR活性的影响规律，优选处硅铝比最佳的Cu/SSZ-13。随后研究了该催化剂在SCR气氛下的硫中毒失活机制及高温水热老化和硫中毒复合失活机制，揭示其两种失活类型的共性特征。在此基础上，通过自组装方法在其表面包覆一层介孔硅钛复合氧化物外壳（Cu-SSZ-13@m-SiTi），提高催化剂高温水热稳定性的同时明显提升其抗硫中毒性能。结合物化表征和原位手段分析研究Cu-SSZ-13@m-SiTi核壳分子筛催化剂的NH3-SCR反应机理，探索新型催化剂物化性质与其高温水热稳定性及抗硫性能之间的构效关系，用于指导分子筛催化剂配方的优化，在开拓新型Cu基分子筛催化剂体系和开发柴油车NOx高效控制技术方面取得了创新性成果。