核壳结构Cu/SAPO-34高效脱硝催化材料的优化设计及反应机理研究

批准号:
51702215
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
刘雪松
依托单位:
学科分类:
E0211.其他无机非金属材料
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
李建法、陈朝贵、吕瑛、陈昆、杨海
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中文摘要
高效稳定的催化材料是柴油车尾气氨选择性催化还原法(NH3-SCR)脱硝技术的核心。传统材料已无法满足新环保法规需求,新型小孔分子筛Cu/SAPO-34虽展现出良好的脱硝性能,却由于易硫中毒失活而限制其广泛应用。本项目拟以Cu/SAPO-34分子筛为内核,通过水/乙醇体系中自组装在其表面包覆介孔TiO2壳层,并在其中添加WO3和SiO2。WO3-SiO2-TiO2壳层能够吸附活化NH3/NOx,并为核内SCR反应提供介孔扩散通道;更重要的是,WO3-SiO2-TiO2特有的酸性位可抑制SO2沉积及Cu物种硫酸化,从而提高材料的抗硫性。在此基础上,围绕“活性Cu物种”在硫老化过程中的演变规律与脱硝性能之间的构效关系进行深入研究,同时揭示硫酸盐物种在老化过程中的生成、转移途径和分布状态,进而阐明Cu/SAPO-34的硫中毒机理,为研制高效、稳定的脱硝催化材料提供新思路和理论依据。
英文摘要
Selective catalytic reduction of Nitrogen oxides (NOx) by ammonia (NH3-SCR) is one of the most promising technologies used for the removal of NOx from diesel exhausts. Due to the regulations of emission levels are becoming more stringent, the application of traditional catalysts is limited. Recent studies have shown small-pore Cu/SAPO-34 molecular sieve to be an efficient deNOx catalyst. However, catalyst poisoning by sulfur dioxide has been recognized as a crucial issue for the practical application. By coating the WO3 and SiO2 added mesoporous TiO2 layers on Cu/SAPO-34 nanoparticles via a self-assembly route, a core-shell structural deNOx catalyst can be obtained. The WO3-SiO2-TiO2 sheaths provide adsorption and activation sites of NH3/NOx, and diffusing channel for SCR reaction in core. More importantly, the special acid sites of WO3-SiO2-TiO2 can not only prevent the deposition of SO2 on catalyst, but also inhibit the transformation from active copper species to copper sulfate, resulting in a higher SO2 tolerance. The structure-activity relationship among the evolution of active copper species, sulfates upon poisoning processes and NH3-SCR activities of catalysts will be investigated. Basically, the mechanism of sulfur poisonin on Cu/SAPO-34 will be established, which can provide a strategy to develop high performance and stable deNOx catalysts.
氨选择性催化还原法(NH3-SCR)是控制柴油车尾气NOx的最佳技术,而高效稳定的催化材料是该技术的核心。传统材料已无法满足新环保法规需求,新型小孔分子筛Cu/SAPO-34虽展现出良好的脱硝性能,却由于易硫中毒失活而限制其广泛应用。项目针对新型分子筛催化材料在柴油车尾气净化中易硫中毒失活的难度,开发符合新排放法规要求的高效稳定核壳结构脱硝催化材料,并确定材料结构与性能的之间构效关系。.项目通过四氢呋喃/二甲基甲酰胺水解法将TiO2包覆于Cu/SAPO-34表面制备了相应催化材料,所得新型核壳Cu/SAPO-34分子筛催化材料经过750℃水热老化24h和350℃硫老化24h后,在200-550℃的温度窗口范围内仍可达到85%以上的脱硝效率。对筛选出的催化材料进行原位红外氨吸附、NH3-TPD、BET比表面积、EPR、固体NMR、XRD晶体结构、H2-TPR氧化还原能力等表征,探讨了TiO2改性对Cu/SAPO-34催化材料物理化学性能的影响机制。研究揭示了Cu/SAPO-34催化材料各组分在SO2硫中毒过程中的演变,根据催化材料的硫中毒机理探究了TiO2改性催化材料的抗硫性提升机制。此外,原位红外研究表明Ti掺杂后的催化材料硫物种吸附量较低,且Ti改性后催化材料吸附的硫物种可自分解。结合其他表征可知,Ti掺杂改善催化材料抗硫性能的本质在于抑制硫沉积以及促进硫物种的分解。Cu/SAPO-34的硫中毒机理的阐明,为研制高效、稳定的脱硝催化材料提供新思路和理论依据。.项目尽管开发了新型核壳Cu/SAPO-34分子筛催化材料,但长期运行仍会使材料失活,因此可开发适用于柴油车尾气温度及SCR后处理系统的原位再生方法。研究发现硫中毒Cu/SAPO-34催化材料在600℃H2气氛下再生0.5h后,80%以上的沉积S可脱附,进而使再生样的SCR活性恢复到未中毒样的90%。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.jes.2020.11.018
发表时间:2021-06
期刊:Journal of environmental sciences
影响因子:6.9
作者:Xuesong Liu;Zhiming Sui;Hongfeng Chen;Yong Chen;Haigang Liu;Peng Jiang;Z. Shen;W. Linghu;Xiaodong Wu
通讯作者:Xuesong Liu;Zhiming Sui;Hongfeng Chen;Yong Chen;Haigang Liu;Peng Jiang;Z. Shen;W. Linghu;Xiaodong Wu
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127833
发表时间:--
期刊:Chemical Engineering Journal
影响因子:15.1
作者:xuesong Liu
通讯作者:xuesong Liu
Effects of SiO2 modification on the hydrothermal stability of the V2O5/WO3-TiO2 NH3-SCR catalyst: TiO2 structure and vanadia species
SiO2 改性对 V2O5/WO3-TiO2 NH3-SCR 催化剂水热稳定性的影响:TiO2 结构和氧化钒物种
DOI:10.1039/c9cy00385a
发表时间:2019
期刊:Catalysis Science & Technology
影响因子:5
作者:Liu Xuesong;Chen Hongfeng;Wu Xiaodong;Cao Li;Jiang Peng;Yu Qifan;Ma Yue
通讯作者:Ma Yue
A basic comprehensive study on synergetic effects among the metal oxides in CeO2-WO3/TiO2 NH3-SCR catalyst
CeO2-WO3/TiO2 NH3-SCR催化剂中金属氧化物协同效应的基础综合研究
DOI:10.1016/j.cej.2020.127833
发表时间:2021-06-13
期刊:CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
影响因子:15.1
作者:Liu, Xuesong;Jiang, Peng;Wu, Xiaodong
通讯作者:Wu, Xiaodong
The promoting effect of S-doping on the NH3-SCR performance of MnOx/TiO2 catalyst
S掺杂对MnOx/TiO2催化剂NH3-SCR性能的促进作用
DOI:10.1016/j.apsusc.2019.144694
发表时间:2020-04-01
期刊:APPLIED SURFACE SCIENCE
影响因子:6.7
作者:Liu, Xuesong;Yu, Qifan;Shen, Zhongyun
通讯作者:Shen, Zhongyun
高抗碱钒基催化剂的双功能复合载体设计与生物质锅炉烟气脱硝应用
- 批准号:LTGS23B070002
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2023
- 负责人:刘雪松
- 依托单位:
基于双功能核壳载体调控钒基脱硝催化剂的活性物种和碱(土)/重金属中毒行为
- 批准号:52370115
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50万元
- 批准年份:2023
- 负责人:刘雪松
- 依托单位:
国内基金
海外基金
