双活性位Pd/小孔分子筛消除柴油车NOx和Soot的双功能机理及协同效应
批准号:
22076062
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
张昭良
依托单位:
学科分类:
大气污染与控制化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张昭良
中文摘要
柴油车国VI标准的实施和高效发动机尾气温度的下降,使其两大主要污染物NOx和Soot面临低温净化的挑战。本项目在研究被动NOx吸附剂(PNA)解决低温NOx排放的基础上,提出将Pd/小孔分子筛PNA负载到颗粒物过滤器(DPF)上,同时催化Soot燃烧,即“PNA on Filter”新技术,一体化消除冷启动NOx和Soot。本项目将在SSZ-13等小孔分子筛上构建含量最大化的孤立Pd离子和高分散的PdOx两种活性物种,采用实时、原位和瞬态实验,动力学测试和DFT计算等研究被动NOx吸/脱附和催化Soot燃烧的活性位和机理,以及反应条件下两种Pd物种的存在状态及相互转化规律,揭示双活性位Pd/小孔分子筛的双功能协同效应,满足消除柴油车NOx和Soot对低温活性提高的共性需求。该技术将为日益严格排放法规的实施和更高效发动机的推广应用铺平道路,也是国家实施打赢雾霾攻坚战行动计划的强力技术支撑。
英文摘要
The implementation of the China VI standard and the lower exhaust temperature for highly efficient engines in the future for diesel vehicles make the purification of nitrogen oxides (NOx) and soot particulates, two major pollutants of diesel exhausts, face new challenges. Based on passive NOx adsorbers (PNA) to control NOx emission at low temperature, this project proposes a novel technology “PNA on Filter”, i.e., loading Pd/small-pore zeolite PNA onto diesel particulate filter (DPF), where soot is catalytically combusted simultaneously, to remove NOx and soot integrally during cold start. In this project, two kinds of active Pd species on small-pore zeolites (for instance, SSZ-13), isolated Pd ions with maximum contents and highly dispersed PdOx, will be constructed. The active sites and mechanisms of NOx adsorption/desorption and catalytic soot combustion, as well as the existence state and mutual conversion rule of the dual Pd species under reaction conditions, will be investigated by means of real-time, in situ and operando experiments, transition state techniques, kinetic measurement and DFT theoretical calculation, in order to reveal the synergism of dual functions for Pd/small-pore zeolites with dual active sites, thus addressing the common needs of removal of NOx and soot from diesel vehicles for the improvement of activity at low temperatures. This will pave the way for the implementation of increasingly stringent emission regulations and the extensive application of highly efficient engines and will be a strongly technical support for the national action plan to win the battle against haze.
面对汽车尾气排放标准逐步加严及电动化发展新形势,本项目围绕两大主要污染物NOx和Soot的传统催化净化及其电气化创新技术开展工作,取得成果如下:(1)首次实现柴油机Soot催化燃烧的电气化,提出电驱动晶格氧释放机理。以K负载氧化锡锑(K/ATO)等金属氧化物导体为催化剂,在其两端施加低电压,形成贯通电流,在通电的初始5分钟内实现53%的Soot转化,而此时的燃烧温度在75 ℃以下(即T50 < 75 ℃),远优于传统热催化(T50一般大于300 ℃),突破了Soot燃烧的起燃温度限制,开辟混合动力汽车电气化催化净化新方向,成果发表在Nature Catalysis, 2021, 4: 1002,获得2022年侯德榜化工科学技术奖“创新奖”;(2)攻克满足柴油车国六排放标准的Cu-SSZ-13和Cu-SSZ-39小孔分子筛SCR催化剂的国产化“卡脖子”技术难题,发明包括“离子捕获法”等系列活性成分上载技术,确认Pd/小孔分子筛被动NOx吸附(PNA)活性位主要为双六元环Pd离子,提出PNA负载到颗粒物捕集器(DPF)的策略,实现低温 NOx吸附和Soot捕集及催化燃烧的多功能。Cu-SSZ-13和Cu-SSZ-39小孔分子筛SCR催化剂实现小试生产和产品应用,取得系列发明专利,获得2021年山东省科学技术进步奖一等奖(第一位)和2022年度机械工业科学技术奖三等奖(第四位);(3)研发电气化催化NOx存储-还原(NSR)新技术,有望解决混合动力轻型柴油机尾气温度低所导致的NOx排放高的难题。以Pt和K共负载ATO(Pt-K/ATO)为导电催化剂,在无外部加热的情况下,输入较低的电功率(0.5-4 W),明显提升低温(≤ 250 ℃)NSR性能,证实电驱动晶格氧释放在NOx吸附、脱附和还原等步骤起关键作用;(4)研发高性能、低贵金属含量的0.29 wt.%% Pd/Ce(Zr)O2和0.17 wt.% Rh/Zr(Y)O2三效催化剂,前后分区体积优化为1:4,可应用于满足国六(b)以上排放标准的密耦型汽油机颗粒物捕集器,达到低温冷启动排放和颗粒数限值的新要求;(5)开发多种强化Cu基小孔分子筛SCR低温活性和水热稳定性的方法,包括以Soot为硬模板一步晶化制备多级孔小孔分子筛和利用具有较高SCR活性的Ce-Mn复合氧化物改性Cu-SSZ-39等,目前正在进行成果转化。
基于导电氧化物的柴油车氧化催化剂电气化催化机制
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:张昭良
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依托单位:
氮氧化物催化净化的单金属离子活性位及调控机制
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批准号:21876061
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项目类别:面上项目
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资助金额:66.0万元
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批准年份:2018
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负责人:张昭良
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依托单位:
消除碳烟污染的非化学计量氧陶瓷过滤器的催化燃烧机理
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批准号:21477046
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项目类别:面上项目
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资助金额:87.0万元
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批准年份:2014
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负责人:张昭良
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依托单位:
非晶复合氧化物中低温脱硝活性位和机理研究
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批准号:21277060
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:张昭良
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依托单位:
基于转化频率的碳烟催化燃烧机制
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批准号:21077043
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项目类别:面上项目
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资助金额:37.0万元
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批准年份:2010
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负责人:张昭良
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依托单位:
碳烟颗粒在Mg-Al水滑石复合氧化物型NOx存储-还原催化剂上的燃烧
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批准号:20777028
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项目类别:面上项目
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资助金额:32.0万元
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批准年份:2007
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负责人:张昭良
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依托单位:
Pt/K/Cu/Mg-Al-O催化剂碳烟燃烧与NOx存储的双功能效应
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批准号:20577015
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项目类别:面上项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2005
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负责人:张昭良
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依托单位:
国内基金
海外基金