Fe-Mo-ZSM-5催化劑上氮氧化物催化還原性能的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、氮氧化物(NO<,x>)是主要的空氣污染源之一，另外還是造成大氣溫室效應(yīng)和臭氧層空洞的主要污染物，其來(lái)源有固定源的工業(yè)排放和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放，在多余氧氣存在條件下對(duì)NO<,x>的選擇性催化還原(SCR)是一項(xiàng)有效消除氮氧化物的技術(shù)。目前盡管已有許多關(guān)于NO<,x>催化還原工作的報(bào)道，但仍有許多問(wèn)題有待解決，如高溫穩(wěn)定性不好，低溫活性差等。因此，開(kāi)發(fā)一種新型催化劑仍是重要的研究課題。．ZSM-5價(jià)廉易得，制備簡(jiǎn)單，而且具有適中的比表面和孔結(jié)

2、構(gòu)，ZSM-5負(fù)載型催化劑用于NO<.x>～SCR研究已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。因此，本論文選擇以ZSM-5為載體、Mo和Fe元素為活性組分的負(fù)載型催化劑體系作為研究對(duì)象，在前面工作的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究氣相離子交換法和浸漬法所制備催化劑的性能及其催化活性。同時(shí)采用XRD、XPS、FT-IR、NH<,3>-TPD等技術(shù)對(duì)Fe-Mo/ZSM-5催化劑的體相結(jié)構(gòu)、表面酸性、表面離子形態(tài)等進(jìn)行了表征和研究，以期確定結(jié)構(gòu)組成和催化活性的關(guān)系，為制備優(yōu)良

3、的催化劑提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和依據(jù)。本論文主要結(jié)論如下： (1)Si/A1比相同時(shí)，先負(fù)載Mo，后負(fù)載Fe的催化劑活性明顯高于先負(fù)載Fe，后負(fù)載Mo的催化劑活性，而且4種Si/A1比條件下(Si/A1=25，38，50，70)結(jié)果一致。說(shuō)明活性組分的負(fù)載順序?qū)Υ呋瘎┑幕钚杂杏绊憽?(2)樣品的制備方法對(duì)催化活性有顯著的影響，氣相離子交換法(VIE)制得的樣品其催化活性明顯高于采用共浸漬法制備的樣品，氣相離子交換法更有利于活性組分

4、在催化劑表面形成催化反應(yīng)的活性位。 (3)在活性組分負(fù)載順序相同的情況下，中等Si.A1比的催化劑活性最好。當(dāng)Mo含量相同時(shí)，Si/Al比為38和50的催化劑活性相差不大。氣相離子交換法制得的樣品中，F(xiàn)e含量對(duì)催化劑的催化活性影響不明顯。 (4)當(dāng)Si/Al比相同時(shí)，Mo含量對(duì)催化劑催化活性有明顯的影響。當(dāng)Mo含量為1 wt％時(shí)，催化劑顯示出最佳的催化性能，隨著Mo含量的增加，催化劑的低溫活性逐漸降低，并且最高轉(zhuǎn)化率所對(duì)

5、應(yīng)的反應(yīng)溫度逐漸向高溫方向移動(dòng)。 (5)與共浸漬法制備的樣品相比，采用氣相離子交換法(VIE)得到的樣品，具有更好的催化活性。在對(duì)加水體系的催化劑活性考察中，同樣能夠得出該結(jié)論。 (6)水蒸汽對(duì)采用氣相離子交換法(VIE)制得的催化劑的活性影響不大，說(shuō)明該催化劑具有良好的抗水性能。 (7)制備條件特別是焙燒溫度和焙燒時(shí)間對(duì)催化劑的催化活性在中低溫段(≤623 K)有一定的影響，而對(duì)高溫段時(shí)的活性影響很小。

6、 (8)XRD分析表明，不同Si/Al比的Mo-Fe/ZSM-5和Fe-Mo/ZSM-5催化劑均以Si/Al比為38和50的樣品結(jié)晶度較好。VIE樣品與共浸漬樣品相比，其衍射峰強(qiáng)度較強(qiáng)，說(shuō)明該樣品的結(jié)晶度較好；共浸漬法得到的樣品在～9°處的衍射峰強(qiáng)度較～8°的強(qiáng)，而VIE法得到的樣品，則在～8°處的衍射峰強(qiáng)度較～9°處的強(qiáng)，這可能是樣品中Fe元素的含量與存在狀態(tài)不同所致。這一結(jié)構(gòu)特征可能與VIE法所得樣品具有優(yōu)越的低溫催化活性有關(guān)。

7、 (9)XPS分析表明，不同負(fù)載順序的Mo-Fe/ZSM-5和Fe-Mo/ZSM-5催化劑活性可能與其表面Mo3d的百分含量以及Mo元素的存在狀態(tài)有直接的關(guān)系。當(dāng)表面Mo含量過(guò)高時(shí)，可能引起MoO<,3>在表面對(duì)某些活性位的覆蓋，減少了表面SCR反應(yīng)活性位的數(shù)量，從而導(dǎo)致催化活性的下降。這可能就是后者的NO選擇性催化還原活性明顯高于前者的原因。 (10)不同制備方法的催化劑XPS結(jié)果表明，F(xiàn)e元素在催化劑表面的存在狀態(tài)不同，

8、在VIE樣品中Fe元素主要以化學(xué)鍵的方式結(jié)合，具有高度的分散性。而共浸漬樣品盡管表面Fe含量較高，但分散性較差，而且Fe<,2>O<,3>在表面有聚積現(xiàn)象，因此，其催化活性明顯低于VIE樣品。 (11)FT-IR分析表明，隨Mo含量的增加，F(xiàn)e<'3+>、Mo<'6+>進(jìn)入分子篩骨架的量增多，當(dāng)Mo含量高時(shí)，Mo物種與Fe物種和分子篩骨架之間發(fā)生了很強(qiáng)的相互作用，同時(shí)分子篩的結(jié)晶度有所降低。Si/Al比越高的分子篩骨架與Mo、F

9、e物種的作用越強(qiáng)，過(guò)多的金屬組分反而阻塞了其它活性位，導(dǎo)致催化活性的降低。所以，具有一定Fe、Mo分散度的中等Si/Al比的分子篩，具有更好的催化活性。 (12)NH<,3>-TPD分析表明，氣相離子交換法(VIE)制得的樣品比共浸漬法制得的樣品，具有更多的弱酸中心。這可能是由于在該樣品上Fe、Mo元素具有高分散性，引起了表面強(qiáng)酸中心的減少，從而導(dǎo)致表面酸性與共浸漬法制得的樣品之間的差別。共浸漬法制得的樣品具有較多的強(qiáng)酸中心，由