Fe/HBEA催化剂上氨气选择性还原NOx反应机理及中毒机制

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。