沸石的晶粒度对乙炔选择催化还NO的影响

摘要

稀薄燃烧技术具有提高燃料利用率，改善燃料经济性，降低CO、碳氢化合物等有害物质以及温室气体CO<,2>的排放量等优点。在稀薄燃烧条件下，以碳氢化合物为还原剂的选择催化还原氮氧化物技术最具应用前景。因此，以烃为还原剂在稀燃发动机和柴油机自然排气温度附近高选择性的还原消除其中的NO<,x>是世界瞩目的研究课题。本课题研究了富氧条件下在HZSM-5上乙炔选择催化还原NO<,x>的粒径效应，并希望能为贫燃发动机和柴油机尾气中NO<,x>的实用消除提供依据。 论文研究了在不同还原剂上C<,2>H<,2>选择催化还原NO的活性以纳米晶粒的HZSM-5为例，与C<,2>H<,2>保持相同碳浓度的CH<,4>和C<,3>H<,6>分别为还原剂时，300℃下NO<,x>的消除率分别为1.5％和10.7％，此温度下C<,2>H<,2>做还原剂时NO<,x>的消除率为76％。该结果进一步表明与CH<,4>、C<,3>H<,6>相比，C<,2>H<,2>作为还原剂具有更大的潜在应用优势。 论文考察了Na<'+>对C<,2>H<,2>选择催化还原NO的活性影响。不论SCR反应活性还是NO氧化活性，随着负载的Na<'+>含量的增加，催化剂的反应活性都在降低。当以Na-ZSM-5为催化剂时，以上两种反应均无活性。这表明酸性位在SCR反应中起着至关重要的作用。论文还考察了Na<'+>含量对NO<,2>吸附速率的影响。并发现对NO<,2>吸附慢的催化剂SCR活性也差。 论文发现纳米HZSM-5的NO<,x>选择催化还原消除活性远大于相应的微晶样品。并且二者在NO氧化活性反应的比较中也有相同的结果。论文对微晶和纳晶HZSM-5活性差异原因进行了详细的讨论，并给予了新的解释。首先，从NH<,3>-TPD和FTIR表征结果看，微晶HZSM-5的酸量比纳晶的多。排除了酸量因素之后，确定晶内扩散应为二者活性差异产生的原因。从还原剂的吸附结果来看，二者吸附乙炔的速率几乎相同，因此排除了C<,2>H<,2>晶内扩散的因素。从NO<,2>吸附实验和FTIR上NO<,2>吸附实验结果来看，NO<,2>在纳晶上的吸附速率要快于在微晶上的速率。因此本文认为纳晶与微晶的活性差异是来自于对于NO<,2>的吸附速率的不同。即，由NO氧化生成的NO<,2>吸附在沸石分子筛的孔道中，阻碍了反应物分子的晶内扩散，并且微晶的阻碍作用要强于纳晶的阻碍作用，进而导致二者的SCR活性和NO氧化活性产生了差异。 论文还对微晶和纳晶HB分子筛的NO的乙炔选择催化还原(C<,2>H<,2>-SCR)进行比较。与HZSM-5相似，纳晶Hβ也比微晶Hβ对该反应具有较高的活性，该差异在低温区(300-400℃)尤为明显。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1文献综述及设想

1.1氮氧化物的来源及危害

1.1.1氮氧化物的主要来源

1.1.2氮氧化物的危害

1.2氮氧化物的脱除方法

1.2.1氨(NH3)选择性催化还原法

1.2.2三效催化剂法

1.2.3烃类(HC)选择性催化还原法

1.3氮氧化物脱除的催化剂

1.3.1分子筛催化剂

1.3.2金属氧化物催化剂

1.3.3贵金属催化剂

1.4 HC-SCR反应机理和动力学研究

1.4.1 HC-SCR反应机理

1.4.2晶内扩散的影响

1.5选题依据和论文设想

2实验

2.1催化剂制备

2.2活性测试

2.2.1 C2H2-SCR活性实验

2.2.2 NO氧化实验

2.2.3 C2H2氧化实验

2.3催化剂表征

2.3.1 SEM表征

2.3.2 XRD表征

2.3.3 NH3-TPD程序升温脱附

2.3.4还原剂吸附及脱附

2.3.5 NO2的吸附和脱附

2.3.6傅里叶变换红外光谱

2.4反应装置图

2.4.1活性测试装置

2.4.2 NOx吸附及氧化装置

2.4.3还原剂吸附脱附及氧化

3沸石晶粒度对HZSM-5沸石上C2H2-SCR的影响

3.1不同还原剂的选择催化还原NO的活性比较

3.2 Na离子对乙炔选择催化还原反应的影响

3.2.1 Na离子交换沸石催化剂制备

3.2.2对SCR活性的影响

3.2.3对NO氧化活性的影响

3.2.4对NO2吸附的影响

3.3纳晶HZSM-5与微晶HZSM-5差异比较

3.3.1粒径比较

3.3.2微晶沸石与纳晶沸石活性比较

3.3.3 NO氧化活性比较

3.3.4总酸量的比较

3.3.5还原剂的吸附比较

3.3.6 NO2的吸附比较

3.4讨论

4 Hβ催化剂上乙炔选择催化还原NO反应研究

4.1粒径及结构比较

4.2 SCR活性比较

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢