Cu/SSZ-13催化剂脱硝活性中心与催化性能构效关系的研究

NH_(3)选择性催化还原NO_(x)(NH_(3)-SCR)是目前最有应用前景的柴油车尾气净化技术,该技术的核心是开发具备优异催化性能的催化剂。以具有菱沸石(chabazite,CHA)结构的小孔分子筛SSZ-13为载体制备的Cu/SSZ-13催化剂,因具有优异的催化性能和水热稳定性能而受到广泛关注。制备了系列Cux/SSZ-13催化剂,并通过CO原位漫反射红外光谱(DRIFT)和H_(2)-TPR等方法能够确定具有高催化活性的铜离子在SSZ-13分子筛上的落位和存在状态。CO红外吸附实验发现,采用Cu(NO_(3))_(2)水溶液离子交换法制备的Cu/SSZ-13催化剂上存在多种落位的Cu^(+)活性中心。在较低的Cu^(+)交换度条件下,Cu^(+)优先落位于SSZ-13分子筛的八元环位置,随着交换度的提高,Cu^(+)开始落位于SSZ-13分子筛双六元环的位置。H2-TPR结果表明Cux/SSZ-13催化剂上也存在大量落位在八元环位置不稳定的Cu^(2+),这些Cu^(2+)很容易被还原为Cu^(+)。Cux/SSZ-13催化剂经800℃水蒸气连续老化16 h,分子筛骨架崩塌程度随着Cu含量的增加而提高,骨架铝的脱除,导致Cu物种发生团聚,而第二金属Ce元素的引入能够在一定程度上提高Cu/SSZ-13的水热稳定性。催化剂构效关系研究表明,具有一定量稳定存在的Cu^(+),并且拥有大量不稳定存在Cu^(2+)的催化剂具有较宽温度范围的脱硝性能。