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Fe/HBEA催化剂上氨气选择性还原NOx反应机理及中毒机制
结题报告
批准号:
51078203
项目类别:
面上项目
资助金额:
40.0 万元
负责人:
李俊华
依托单位:
学科分类:
E1005.空气污染控制
结题年份:
2013
批准年份:
2010
项目状态:
已结题
项目参与者:
马磊、金达锋、陈景欢、戴韵、王仁虎
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中文摘要
节能减排是可持续发展的两大主题,稀燃汽车(稀燃汽油机和柴油机)由于其高效的燃油经济性和温室气体减排特性,成为汽车发动机发展的必然趋势。目前柴油车尾气中高效NOx净化催化剂的研制及其催化剂的积碳中毒机制成为研究的热点和难点。本申请书提出研制环境友好型的Fe/HBEA催化剂,测试Fe/HBEA催化剂在不同温度区间氨气选择性催化还原(NH3-SCR)NOx反应活性,考察不同种类的碳氢化合物(HC)对催化剂活性的影响,分析中毒前后催化剂活性中心物种和价态、催化剂酸碱性及孔径、孔结构的变化。原位分析NH3-SCR反应速率、反应中间物及产物,以及HC存在对反应关键中间物种及速控步骤的影响。结合量化理论计算,阐明不同温度区间NH3-SCR反应机理和典型HC化合物的中毒机制,揭示提高催化剂活性及抗中毒能力的主控因素,为指导完善Fe/HBEA催化剂设计、SCR技术的推广应用提供理论依据。
英文摘要
氨气选择性催化还原(NH3-SCR)NOx是一种有效的柴油车尾气NOx净化技术。Cu/Fe基分子筛催化剂由于具有优异的NH3-SCR反应活性而受到广泛关注。本文首先针对目前商业化的Cu-SSZ-13和Cu-SAPO-34整体式催化剂进行表征分析,考察水热老化处理对Cu-SSZ-13和Cu-SAPO-34催化剂的影响,阐明两种催化剂的NH3-SCR反应机理。此外,采用传统浸渍法(IMP)和液体离子交换法(LIE)制备Fe/HBEA催化剂,分析表征Fe/HBEA催化剂上的铁物种,考察焙烧温度和丙烯对Fe/HBEA催化剂的影响。在此基础上,设计开发新的抗丙烯中毒的Fe/HBEA催化剂。主要创新性研究结果总结如下:.水热老化处理Cu-SSZ-13和Cu-SAPO-34对催化剂的物化性质和反应物的吸附活化有明显影响,主要会造成Cu2+迁移/还原、酸位损失和脱铝,造成不同的NH3-SCR反应活性。由于两种催化剂的分子筛结构的差异,Cu-SSZ-13的酸量略大于Cu-SAPO-34,而Cu-SAPO-34的酸强度略高于Cu-SSZ-13。两种催化剂上NH3-SCR反应主要遵守Eley-Rideal机理。气相NO2来自于催化剂表面硝酸盐的分解,是NH3-SCR反应中的重要中间物。与Cu-SSZ-13相比,Cu-SAPO-34具有较强的硝酸盐吸附能力,不易于产生气相NO2,从而在390 oC左右造成活性曲线的下降。.LIE法制备的Fe/HBEA催化剂易于形成离子交换位上的Fe离子,而离子交换位上的Fe离子是NH3-SCR反应的活性位。Fe2+单齿亚硝酰基[Fe2+(NO)]物种是NH3-SCR反应的关键中间物,而硝酸盐物种几乎没有反应活性。高温焙烧易造成Fe/HBEA催化剂的Fe离子迁移出离子交换位,形成氧化铁团簇。离子交换位上Fe离子的减少是低温反应条件下Fe/HBEA催化剂活性和选择性下降的主要原因。丙烯存在条件下,Fe/HBEA催化剂的NH3-SCR反应活性受到严重抑制。设计开发了Fe/HBEA催化剂表面涂覆MOR分子筛的新型整体式催化剂,有效提高Fe/HBEA催化剂的抗丙烯中毒能力。新型Fe/HBEA w/MOR催化剂在500 oC稳态条件下能够保持90%的NOx转化率。
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.apcatb.2012.01.001
发表时间:2012-05
期刊:Applied Catalysis B-environmental
影响因子:22.1
作者:Shijian Yang;Junhua Li;Chizhong Wang;Jinghuan Chen;Lei Ma;Huazhen Chang;Liang-Fu Chen;Yue Peng
通讯作者:Shijian Yang;Junhua Li;Chizhong Wang;Jinghuan Chen;Lei Ma;Huazhen Chang;Liang-Fu Chen;Yue Peng
DOI:10.1021/es3001773
发表时间:2012-06-05
期刊:ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY
影响因子:11.4
作者:Liu, Caixia;Chen, Liang;Hao, Jiming
通讯作者:Hao, Jiming
DOI:--
发表时间:2013
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research
影响因子:--
作者:Qu Zan;Yan Naiqiang;Wang Chizhong;Li Junhua
通讯作者:Li Junhua
Low-temperature selective catalytic reduction of NOx with NH3 over metal oxide and zeolite catalysts-A review
金属氧化物和沸石催化剂上NH3低温选择性催化还原NOx综述
DOI:10.1016/j.cattod.2011.03.034
发表时间:2011-10-25
期刊:CATALYSIS TODAY
影响因子:5.3
作者:Li, Junhua;Chang, Huazhen;Yang, Ralph T.
通讯作者:Yang, Ralph T.
DOI:10.1007/s10562-011-0701-4
发表时间:2011-12-01
期刊:CATALYSIS LETTERS
影响因子:2.8
作者:Chen, Liang;Li, Junhua;Arandiyan, Hamidreza
通讯作者:Arandiyan, Hamidreza
基于新型环境功能材料的大气污染控制化学基础研究
  • 批准号:
    21936005
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    303万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    李俊华
  • 依托单位:
低温碳基催化剂协同控制NOx和CVOCs的机理研究
  • 批准号:
    51478241
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    李俊华
  • 依托单位:
CNG替代燃料车尾气中同时去除CH4和NOx的机理研究
  • 批准号:
    20677034
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    李俊华
  • 依托单位:
稀燃条件下低温等离子体耦合储存还原NOx的研究
  • 批准号:
    20507012
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    李俊华
  • 依托单位:
国内基金
海外基金