Cu-SAPO-17:一种新颖的NOx选择性催化还原催化剂

• 作者: 刘中民 刘晓娜 曹毅 曹磊 田鹏 郭鹏 闫娜娜 马超
• 来源期刊: 催化学报
• 关键词: SAPO-17分子筛 Rietveld精修 主客体相互作用 氨气选择性催化还原(NH3-SCR) 水热稳定性 Cu2+落位
• 年，卷（期）: 2020,（11）
• 所属期刊栏目: 论文
• 页码范围: 1715-1722,后插8-后插14
• 页数: 1页
• 语种: 中文
• DOI: 10.1016/S1872-2067(20)63609-9

摘要

在柴油机排放后处理系统中,颗粒捕捉器经常放在氨气选择性催化还原(NH3-SCR)催化剂附近.在颗粒捕捉器的再生环节中,其需要加热到873 K以上.同时,在柴油机存储和冷启动阶段,NH3-SCR催化剂需要暴露在低温(373 K以下)条件下.因此,NH3-SCR催化剂需要同时具备优异的高温水热稳定性和低温水热稳定性.在现有NH3-SCR催化剂中,铜交换的磷酸硅铝(SAPO)分子筛由于具有优异的高温水热稳定性而受到广泛关注.到目前为止,在现有41种SAPO分子筛中,仅有Cu-SAPO-34,Cu-SAPO-18,Cu-SAPO-35,MnOx-SAPO-11和Cu-SAPO STA-7被应用到NH3-SCR反应中.在这些SAPO分子筛中,除SAPO-11外,其他分子筛都具有小孔大笼的特征.然而,SAPO分子筛在NH3-SCR反应中的广泛应用一直受到其低温水热稳定性的限制.因此,研究者们一直致力于研发其他具有小孔大笼特征的SAPO分子筛,以实现低温水热稳定性和高温水热稳定性兼备.本文报道了一个新颖的Cu-SAPO-17催化剂的合成,并首次将其应用于NH3-SCR反应中.SAPO-17具有三维8×8×8孔道结构,由沿着c轴的eri笼和can-d6r构成.首先采用廉价的环己胺(CHA)作为模板剂制备SAPO-17原粉,随后对SAPO-17原粉进行铜离子交换和焙烧,得到Cu-SAPO-17催化剂.通过优化催化剂的硅含量和铜含量,我们发现Cu-SAPO-17-8.0％-0.22催化剂表现出优异的低温水热稳定性和高温水热稳定性.该催化剂在353 K和10％H2O的氮气气氛下老化24 h后(低温水热老化),可以保持90％以上的新鲜活性;在973 K和10％H2O的空气气氛下老化16 h后(高温水热老化),在473 K下仍然可以达到50％以上的NO转化率.通过X射线粉末精修(Rietveld精修)SAPO-17-8.0％(未焙烧)确定了模板剂环己胺的落位、分子筛中的主客体相互作用以及Br?nsted酸位点分布.精修结果显示:1)一个eri笼子中包含两个质子化的环己胺;2)环己胺上的N原子与骨架上的O4形成了经典的氢键(N–H...O4=2.96?).这意味着催化剂焙烧之后,与氢键相连的O4即是Br?nsted酸位点.因为O4与P1相连,所以在忽略硅岛的影响时,可以认为Si在SAPO-17-8.0％中主要取代P1位点.结合EPR结果,我们推测出两种Cu2+的可能落位.