双金属基SAPO分子筛用于柴油车尾气NOx净化的抗中毒性能及水热稳定性研究

Copper based SAPO zeolites have excellent NH3-SCR activity and N2 selectivity, but poor anti-poisoning performance and insufficient hydrothermal stability, which limit the application of these zeolites in the deNOx technology of diesel vehicle exhaust. The collapse of structure and the reduction of active sites are the key reasons, so another metal element will be introduced into copper based SAPO zeolites to improve the anti-poisoning performance and hydrothermal stability by inhibiting active components aggregation and stabilizing the skeleton structure. Therefore, in this program, a series of bimetallic SAPO zeolites will be prepared by one-pot hydrothermal synthesis method, ultrasonic auxiliary method and solid phase synthesis method which are simple and economical. The structure-activity relationship and crucial parameters of NH3-SCR activity will be clarified. The impact of H2O、SO2 and HCs on bimetallic SAPO zeolites will be studied, and the synergetic mechanism of metal components will be discussed. What is more, the hydrothermal stability and deactivation mechanisms of bimetallic SAPO zeolites will be investigated. A series of innovative SCR catalysts, which are highly efficient, stable and environmentally friendly, are developed by optimizing the preparation methods. This work will provide a new solution to improve the anti-poisoning and hydrothermal stability of SAPO zeolite catalysts.

铜基SAPO分子筛具有优异的氨选择性催化还原NOx（NH3-SCR）催化活性和N2选择性，但由于其抗中毒性能较差，水热稳定性仍需进一步提高，制约着该类分子筛在柴油车尾气NOx净化方面的推广应用。活性位点的减少和骨架结构的坍塌是其抗中毒性能和水热稳定性不足的重要原因，通过引入第二种金属元素抑制活性组分的聚集，稳定骨架结构是提高铜基SAPO分子筛抗中毒性能和水热稳定性的有效方法。本项目拟采用简单经济环保的一步水热合成法、超声波辅助法和固相合成法制备双金属基SAPO分子筛，研究其在NH3-SCR反应过程中的构效关系，明确影响该类分子筛催化活性的关键因素；考察其抗中毒性能，揭示金属组分的协同作用机制；测试其水热稳定性，通过原位和离位等多种表征手段探究水热老化机制；优化制备方法，开发高效稳定、环境友好的新型SCR催化剂。本研究工作将为提高SAPO分子筛的抗中毒性能和水热稳定性提供一种全新的解决方案。

氮氧化物(NOx)的排放会引起酸雨、光化学烟雾、灰霾等环境污染问题，对人体造成极为严重的健康危害，所以从源头上控制NOx排放对提高空气质量和保护人群健康有着极其重要的作用。NH3选择性催化还原(NH3-SCR)技术是目前柴油车尾气NOx去除最有效的技术之一，该技术的核心是高稳定性NH3-SCR催化剂的开发和优化。Cu-SAPO-34分子筛具有优异的NH3-SCR催化活性和N2选择性，但由于其抗硫中毒性能较差，低温段催化活性和水热稳定性仍需进一步提高，制约着该类分子筛在柴油车尾气NOx净化方面的推广应用。.本项目采用简单可控的一步水热合成法制备双金属基SAPO分子筛，研究其在NH3-SCR反应过程中的构效关系，明确影响该类分子筛催化活性的关键因素；考察其抗硫中毒性能和水热稳定性，揭示金属组分的协同作用机制。引入超声波辅助法，进一步优化制备方法，开发高效稳定、节能环保的新型SCR催化剂。采用N2物理吸附、电感耦合等离子体(ICP)、粉末X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)、原位漫反射傅里叶红外光谱(DRIFTS)等表征手段，对双金属SAPO分子筛的孔道结构、化学组成、氧化还原性质、酸性特征、吸附性能等方面进行研究，结论如下：.（1）研究了CuM-SAPO-34在 SCR 反应过程中的构效关系，揭示了金属的形态分布更为重要，离子态比氧化态催化活性更强；粒径和孔容在一定程度上决定了催化活性，粒径越小效果越好，孔容越大效果越好。.（2）揭示了双金属组分之间在抗中毒性能方面的协同作用：双金属的引入减少了催化剂中CuO团簇的生成，增加了活性物种Cu2+比例，提高了催化剂结构和活性铜物种的稳定性，提高了催化剂的酸性并且减少了硫酸盐的生成。超声波辅助法进一步降低了催化剂的粒径，增加了酸性位点数量，使其在低温时具有良好的催化活性。.（3）获取了高温水热老化前后分子筛结构的变化、活性物种的迁移规律、表面酸性的改变等关键信息，明确了水热老化机制，最终开发出了具有优异催化活性、抗中毒性能和水热稳定性的分子筛样品。