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汽车尾气排放的NOx(主要是NO)是城市大气的主要污染物之一,用选择催化还原的方法消除其污染是当今环境催化领域的重要课题。选用氢气做还原剂具有反应温度低,清洁无污染等优点,因此本文对富氧条件下氢气选择催化还原(H2-SCR)消除NO进行了研究。本文主要采用SAPO-34作为载体,考察了SAPO-34以及Co和Na改性的SAPO-34负载贵金属Pt后的催化活性,另外还对Pt/MCM-41选择催化还原NO做了初步的探讨。
1.Pt/SAPO-34系列催化剂用于氢气选择催化还原NO
首先对Pt/SAPO-34重点考察了Pt负载量、预处理条件、空速、氧气、氢气浓度等对反应活性的影响,另外还对催化剂的抗SO2性能和稳定性进行了测试。发现Pt的负载量为0.5%时催化效果最佳,对应最高NO转化率接近80%,并表现了良好的选择性。通过对预处理条件的考察,结合XPS发现氧化条件预处理有利于NO的转化。Pt/SAPO-34表现出了良好的稳定性,但是抗SO2性能有待于进一步提高。
为了进一步提高催化剂的活性以及降低贵金属的用量,选用几种过渡金属(Co、Mn、Cu)交换的SAPO-34作为载体,负载Pt以后通过对其活性的测试发现Co的效果最好。在0.1%Pt/1%Co/SAPO-34上获得了较高的NO转化率,最高可达90%。TPR结果表明,Pt-Co之间的相互作用增强了Co的还原性能,从而提高了NO转化率。
最后对采用添加助剂Na的方法来提高催化剂的催化活性,选用NaHCO3作为Na前驱体,K2PtCl6作为Pt前驱体,对Na含量为0.5-1.5%范围内催化剂的活性进行了测试,发现1%Na效果最佳。吡啶吸附红外结表明1%Na改性后的催化剂具有适宜的L酸中心数量,对反应是有利的。当换用H2PtCl6或者(NH4)2PtCl6做Pt前驱体时,在(0.5%Pt+1.0%Na)/SAPO-34催化剂上获得了较为理想的结果,NO最高转化率可接近100%。从TPR结果看出Na的添加明显增强了Pt的催化还原性能,因此催化剂的活性得到了显著的增强。
2.Pt/MCM-41系列催化剂用于氢气选择催化还原NO
采用水热合成法制备了MCM-41以及不同硅铝比Al-MCM-41,用Pt/MCM-41用于该反应,NO最高转化率达到60%。对于Pt/Al-MCM-41,当硅铝比为硅铝比为10,NO转化率最高接近80%。根据吡啶吸附和比表面的结果,当硅铝比减小时,比表面逐渐减小,L酸中心逐渐增多,导致单位面积上L酸中心增多,这可能是活性得到提高的原因。