Fe-Beta催化剂用于NH3-SCR脱硝反应的研究

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NOx是主要的大气污染物之一,对环境和人体健康具有极大的危害。其主要来源之一是柴油机尾气排放,V2O5-WO3/TiO2催化剂是现阶段大规模商用的SCR催化剂,但V2O5-WO3/TiO2催化剂相对较窄的温度窗口和V2O5的生物毒性使得迫切需要新型的环境友好的高效SCR催化剂,其中分子筛因其特殊的孔道结构和催化性能受到广泛的关注。  本文首先在固定Fe盐溶液浓度的前提条件下,通过改变溶液体积,采用液相离子交换法制备了不同Fe含量(2.6,6.3和9wt%)的Fe-Beta分子筛催化剂。结果表明Fe质量分数为6.3%的催化剂具有最好的SCR活性,在202-616℃温度范围内可使NOx转化率高于80%。Fe的含量并不影响分子筛的结构。但是与Fe含量为2.6 wt%催化剂相比,当Fe含量增加到6.3 wt%时,孤立Fe3+的含量增加,同时NH3和NO的吸附能力增强,这些有利因素导致了催化剂活性的增加。相反,当Fe含量进一步增加到9.0 wt%时,孤立Fe3+物种的数量虽然没有显著变化,但是FexOy纳米颗粒急剧增加,加剧了NH3非选择性氧化,最终导致该催化剂的高温活性下降。  其次,制备了一系列Fe-Beta催化剂,考察了不同制备方法(液相离子交换法、等体积浸渍法和固相离子交换法)和制备条件对Fe-Beta分子筛SCR活性的影响。液相离子交换法是比较理想的制备方法,而固相离子交换法制备的催化剂的催化活性整体上表现较差。在液相离子交换法中,以Fe(NO3)3·9H2O为前驱体制备的催化剂活性最好。以FeCl3·6H2O为前驱体制备的催化剂由于Cl-离子的残留表现出最差的催化活性,但是通过对催化剂进行水洗处理去除残留的Cl-离子即可提高催化剂的低温活性和高温活性。在等体积浸渍法制备Fe-Beta分子筛催化剂时,改变使用的浸渍液(无水乙醇和去离子水)对催化剂的催化活性影响不大。以无水FeCl3为前驱体制备的催化剂的活性优于以Fe(NO3)3·9H2O和FeCl3·6H2O为前驱体制备的催化剂的活性,甚至优于以Fe(NO3)3·9H2O为前驱体液相离子交换法制备的催化剂的活性。
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