摘要
氮氧化物(NOx)是大气污染物之一，可引发雾霾、酸雨、光化学烟雾等环境问题。而NOx的主要来源于柴油车等移动源燃煤电厂、工业炉窑等固定源。氨选择性催化还原(NH3-SCR)是目前用于脱除NOx的最有效最成熟的技术。其中，NH3-SCR催化剂的研究和开发是该技术的关健。但目前商业上最常用的催化剂为V2O5-WO3(MoO3)/TiO2，因其低温催化活性较低，抗SO2性能差，而且钒的毒性也限制了其在工业上的广泛应用。而铁氧化物的中低温脱硝性能好且价格便宜，因而适于作为中低温工业炉窑的脱硝催化材料。此外，最新颁布的柴油车排放标准(国六)对NOx的控制提出了更加严苛的要求，而Cu-SSZ-13分子筛因其宽阔的温度窗口和良好的水热稳定性，而成为满足国六标准的NH3-SCR催化材料的不二选择。 本论文首先通过沉淀法制备了Fe2O3和PC-Fe2O3两种铁氧化物催化剂并测试了其脱硝性能，通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸脱附、X射线光电子能谱(XPS)、H2程序升温还原(H2-TPR)和NH3程序升温脱附(NH3-TPD)等表征手段研究了其物化性质。发现与Fe2O3相比，PC-Fe2O3拥有较高的比表面积，较强的氧化还原能力和较多的酸性位，这些均有利于PC-Fe2O3的NH3-SCR催化活性。此外，还对其进行了抗水抗硫性能测试，发现PC-Fe2O3具有良好的抗水抗硫性能。 其次，采用溶胶法制备了SSZ-13分子筛，发现晶化方式对SSZ-13的制备有着显著的影响，相较静态水热，动态水热传热更均匀，易于制备形态均一、结晶度良好的SSZ-13。另外，只有合适的溶胶摩尔配比才能合成出结晶度良好的SSZ-13。除此以外，相比硅溶胶，二氧化硅为硅源制备的SSZ-13结晶度更好，应作为首选硅源。最后，将优选的SSZ-13分别与铜盐溶液进行离子交换制备了多种Si/Al的Cu-SSZ-13催化剂，发现不同Si/Al的Cu-SSZ-13，其NOx转化率不同，但都具有优异的N2选择性。XRD结果表明不同Si/Al的Cu-SSZ-13都具有良好的结晶度。H2-TPR结果表明不同Si/Al的Cu-SSZ-13均含有两种Cu活性物种(Cu2+-Z和[CuOH]+-Z)，Cu2+-Z与[CuOH]+-Z的活化能不同，对催化活性的贡献能力不同，在不同Si/Al的Cu-SSZ-13中的分布不同，因而不同Si/Al的Cu-SSZ-13展现了不同的催化活性。 最后，以Y型分子筛为母体，采用转晶法制备了具有多种Si/Al的SSZ-13分子筛，发现将投料Si/Al控制在一定的范围，可以得到纯相的SSZ-13，投料Si/Al较低时不能制备出SSZ-13，原因是此时体系碱度相对铝量来说过低，会抑制成核历程从而导致了较差的结晶性，受限于母体Y分子筛的Si/Al，SSZ-13的Si/Al最高为11.1。另外，将优选的母体SSZ-13与铜盐溶液进行离子交换制备了多种Si/Al的Cu-SSZ-13催化剂，发现不同Si/Al的Cu-SSZ-13的催化活性相似，NOx转化率在80%以上的温度窗口为175-600℃，且N2选择性在100-600℃均维持在100%。XRD和SEM结果表明，不同Si/Al的Cu-SSZ-13都具有良好的结晶度和较小的尺寸(200-400 nm)。H2-TPR结果表明，不同Si/Al的Cu-SSZ-13含有的Cu活性物种的类型一致，且含量相等，因而催化活性是相似的。
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