微孔—介孔ZSM-5分子筛的制备及其C2H2-SCR活性

论文摘要

汽车尾气中的氮氧化物（NOx）是大气的主要污染物之一,随着汽车保有量的增加,它导致的环境污染越来越严重,因此氮氧化物的有效去除受到世界的广泛关注。烃类选择催化还原氮氧化物（HC-SCR）法是消除稀燃发动机尾气中NOx的最有效方法之一。在诸多HC-SCR的研究中,ZSM-5分子筛基催化剂表现了较好的催化效果。但是,由于ZSM-5分子筛孔径较小（0.5～0.6 nm）,在HC-SCR反应中容易出现扩散限制的问题。为了解决这一问题,本论文研究旨在寻找一种扩大ZSM-5分子筛孔道的方法,得到微孔-介孔复合ZSM-5分子筛,消除扩散限制。用0.2～3 mol/L的NaOH溶液处理Si/Al=12.5的NaZSM-5分子筛,研究了碱溶液的浓度对分子筛开孔的影响。发现随着碱浓度增高,所得ZSM-5分子筛XRD衍射强度先降低然后又升高。而且,碱浓度越高,分子筛晶粒越小。用1 mol/L NaOH溶液处理后,得到了具有介孔的ZSM-5分子筛。基于上述实验结果,本文提出了一种碱处理ZSM-5分子筛脱硅的模型。由N2吸附脱附表征结果可知,将上述NaZSM-5分子筛用1 mol/L NaOH溶液在65℃处理90 min后,所得微孔-介孔复合ZSM-5分子筛的平均孔径为6.02nm；X射线荧光和X射线电子能谱表征的结果证实了碱处理选择性脱硅；由吡啶吸附红外的结果发现,碱处理对B酸量影响较小,但是增加了L酸量。测定了碱处理后所得微孔-介孔复合ZSM-5分子筛的C2H2-SCR活性。研究了该微孔-介孔复合ZSM-5分子筛再经水热处理（温度在110,140和170℃）后C2H2-SCR活性的改变。结果表明,经单一碱处理而得到的微孔-介孔复合ZSM-5分子筛与原母体分子筛相比,其催化活性有所降低。微孔-介孔复合ZSM-5分子筛经水热处理后,其C2H2-SCR催化活性可得到提高。对水热温度优化,发现170℃水热处理效果最好；对水热时间优化,发现水热处理8h效果最好。经碱处理而得到的微孔-介孔复合ZSM-5分子筛再经170℃水热处理8h后,其C2H2-SCR活性优于原母体对应的氢型分子筛。另外,还研究了ZSM-5分子筛经TiO2包膜及再经碱处理对C2H2-SCR活性的影响。用钛酸正丁酯处理ZSM-5分子筛,在其表面形成TiO2包膜后,所得TiO2/ZSM-5其SCR的选择性得到了大幅度提高。但是,该材料再经碱处理后,未发现有介孔形成,而其C2H2-SCR活性却有显著降低.

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述及论文设想
• x的危害'>1.1 NO_x的危害
• x的消除方法及研究现状'>1.2 NO_x的消除方法及研究现状
• x的直接催化分解'>1.2.1 NO_x的直接催化分解
• 1.2.2 三效催化剂法（TWC）
• 1.2.3 储存-还原法（NSR）
• x的选择催化还原（SCR）'>1.2.4 NO_x的选择催化还原（SCR）
• 1.3 用于HC-SCR的还原剂
• 1.3.1 烷烃类还原剂
• 1.3.2 烯烃类还原剂
• 1.3.3 含氧低碳氢化合物类还原剂
• 1.3.4 乙炔
• x反应的影响因素'>1.4 HC-SCR消除NO_x反应的影响因素
• 2O和SO₂的影响'>1.4.1 H₂O和SO₂的影响
• 1.4.2 催化剂上扩散的影响
• 1.5 用于HC-SCR的ZSM-5分子筛催化剂
• 1.5.1 ZSM-5分子筛发展历史及其特点
• 1.5.2 ZSM-5分子筛引入介孔改性
• 1.6 选题依据及论文设想
• 2 实验部分
• 2.1 原料试剂及仪器设备
• 2.1.1 原料试剂
• 2.1.2 仪器设备
• 2.2 样品的制备
• 2.3 样品的表征
• 2.3.1 X射线衍射光谱表征（XRD）
• 2.3.2 扫面电镜表征（SEM）
• 2吸附脱附表征'>2.3.3 N₂吸附脱附表征
• 2.3.4 X射线荧光表征（XRF）
• 2.3.5 X射线电子能谱（XPS）
• 2.3.6 傅里叶变换红外光谱表征（FTIR）
• 2.4 活性测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 ZSM-5分子筛骨架结构的变化
• 3.2 ZSM-5分子筛外表面形态的变化
• 3.3 ZSM-5分子筛孔结构的变化
• 3.4 ZSM-5分子筛酸性质的变化
• 3.4.1 ZSM-5分子筛硅铝比的变化
• 3.4.2 ZSM-5分子筛酸量的变化
• 3.5 活性测试结果
• 3.5.1 碱处理对分子筛催化性能的影响
• 3.5.2 水热处理对脱硅分子筛催化性能的影响
• 3.5.3 二氧化钛包膜对碱处理ZSM-5分子筛的影响
• 3.5.3.1 ZSM-5分子筛骨架结构的变化
• 3.5.3.2 ZSM-5分子筛外表面形态的变化
• 3.5.3.3 包膜并碱处理后ZSM-5分子筛催化性能的变化
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢