催化学报

催化学报 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (1): 71-78.DOI: 10.1016/S1872-2067(17)62870-5

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碳化硅上生长Cu/SSZ-13分子筛及其NH3-SCR催化性能

周调云a,b,c,d, 苑青b,e, 潘秀莲b, 包信和b   

  1. a 中国科学院上海高等研究院, 上海 201210;
    b 中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室, 辽宁大连 116023;
    c 中国科学院大学, 北京 100049;
    d 上海科技大学物质科学与技术学院, 上海 201210;
    e 大连民族大学物理与材料工程学院国家民委新能源与稀土资源利用重点实验室, 辽宁大连 116600
  • 收稿日期:2017-03-07 修回日期:2017-05-15 出版日期:2018-01-18 发布日期:2018-01-19
  • 通讯作者: 潘秀莲, 包信和
  • 基金资助:

    巴斯夫INCOEmission项目；中央高校自主科研基金（DC201502080409）.

Growth of Cu/SSZ-13 on SiC for selective catalytic reduction of NO with NH3

Tiaoyun Zhoua,b,c,d, Qing Yuanb,e, Xiulian Panb, Xinhe Baob   

  1. a Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201210, China;
    b State Key Laboratory of Catalysis, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, Liaoning, China;
    c University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
    d School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai 201210, China;
    e Key Laboratory of New Energy and Rare Earth Resource Utilization of State Ethnic Affairs Commission, School of Physics and Materials Engineering, Dalian Nationalities University, Dalian 116600, Liaoning, China
  • Received:2017-03-07 Revised:2017-05-15 Online:2018-01-18 Published:2018-01-19
  • Contact: 10.1016/S1872-2067(17)62870-5
  • Supported by:

    This work was supported by the INCOEmission project coordinated by BASF SE, Germany. Qing Yuan acknowledges the support from the Fundamental Research Funds for the Central Universities (DC201502080409).

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摘要：

汽车尾气和柴油不完全燃烧所释放的NOx严重污染了大气环境.为了降低对大气的污染，可将其催化还原成氮气.氨气选择性催化还原（NH3-SCR）是使用较广泛的机动车高效脱硝技术.用于催化脱硝反应的催化剂有多种类型，分子筛具有特殊的孔道结构和骨架结构及高比表面积，因而已广泛用作脱硝反应催化剂.与传统三效催化剂相比，分子筛催化剂总体表现出更好的脱硝催化活性，但在高温下不稳定，容易失活，不耐热冲击，水热稳定性差.SiC具有耐酸碱、耐腐蚀、抗氧化、耐磨及良好的热稳定性和导电性，因此作为催化剂载体近年来引起广泛关注.但是其本身也存在许多缺点，如比表面积低、表面性质不活泼、不利于金属物种分散等.因此，本文通过原位水热法将SSZ-13生长在SiC表面，制备出新型催化复合材料SSZ-13@SiC.采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和N2吸附-脱附等手段研究了不同碱量和晶化时间对SSZ-13在SiC表面生长的影响，负载Cu后获得Cu/SSZ-13@SiC作为催化剂，研究了SiC对Cu/SSZ-13中高温下脱硝活性的影响规律.结果表明，碱含量会影响SSZ-13在SiC表面的结晶程度.当SiO2/NaOH≥0.1时，SSZ-13有杂相出现，并且结晶度都不高；当SiO2/NaOH<0.1时，SiC表面会生长成纯相的SSZ-13晶粒且具有较高的结晶度.晶化时间也会影响SSZ-13在SiC表面的覆盖程度：反应1d时，SiC表面会生长零星的SSZ-13晶粒；2d时，SSZ-13达到全面覆盖；3d后，SSZ-13在SiC上的生长达到饱和，其比表面积达到最大值，约为201.3m2/g.通过离子交换将不同含量Cu离子交换到分子筛表面，其中Cu （1.71）/SSZ-13@SiC样品具有最佳的脱硝活性，接近200℃时，NO转化率就达到90%以上，到高温500℃时，NO转化率仍能保持在70%以上.相比于未负载的Cu/SSZ-13，Cu/SSZ-13@SiC催化剂在NH3-SCR测试中具有更高的高温催化活性，同时催化活性窗口明显拓宽.上述结果说明SiC对Cu/SSZ-13的高温催化活性具有一定的提高和稳定作用.

关键词: 分子筛, SSZ-13, 碳化硅, 水热合成, 氨气选择性催化还原

Abstract:

Silicon carbide (SiC) was used as a support for SSZ-13 zeolite in an attempt to improve the high-temperature stability and activity of Cu/SSZ-13 in the selective catalytic reduction (SCR) of NO with NH3. SSZ-13 was grown via a hydrothermal method using the silicon and silica contained in SiC as the source of silicon, which led to the formation of a chemically bonded SSZ-13 layer on SiC. Characterization using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and N2 adsorption-desorption isotherms revealed that the alkali content strongly affected the purity of zeolite and the crystallization time affected the coverage and crystallinity of the zeolite layer. Upon ion exchange, the resulting Cu/SSZ-13@SiC catalyst exhibited enhanced activity in NH3-SCR in the high-temperature region compared with the unsupported Cu/SSZ-13. Thus, the application temperature was extended with the use of SiC as the support.

Key words: Zeolite, SSZ-13, Silicon carbide, Selective catalytic reduction by ammonia