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目前,机动车排放的尾气污染已经取代过去的煤烟型污染,成为我国当今城市主要的大气污染源。机动车尾气排放的氮氧化物(Nox)是大气中最主要的污染物,必须严格控制。由于和汽油机运行工况不同,柴油车尾气中Nox的脱除不能使用已经工业化的三元催化剂。因此,必须寻找一种适用于贫燃条件下脱除氮氧化物的新技术。目前,选择性催化还原(SCR)法是针对柴油车尾气中Nox的脱除最有效的方法之一。由于柴油车尾气中的水蒸汽和SO2对催化剂有一定的毒化作用,因此,开发具有良好抗水、抗SO2性能的SCR催化剂成为柴油车尾气净化的技术关键。本实验室的前期研究结果表明,Fe-Mo/ZSM-5在不含H2O和SO2的情况下,以NH3为还原剂的Nox-SCR反应中表现出极好的催化活性和较宽的活性温度窗口。在此基础之上,本文重点考察了Fe-Mo/ZSM-5的抗水抗硫性能。主要得出以下结论:
(1)制备方法对Fe-Mo/ZSM-5的催化活性有着显著的影响,但二者均表现出良好的抗水抗硫性能。采用气相离子交换法制备的Fe-Mo/ZSM-5的催化活性和活性温度窗口均优于浸渍法制备的Fe-Mo/ZSM-5。
(2)反应条件影响Fe-Mo/ZSM-5的催化活性。250℃下,反应气氛中不含H2O和SO2时,NO的转化率为100%。为反应气氛中分别加入H2O、SO2或同时加入H2O和SO2时,NO的转化率都略微降低。
(3)反应时间直接影响催化剂的催化活性。研究发现,在H2O和SO2共存时,Fe-Mo/ZSM-5在250℃下恒温反应48个小时后NO转化率明显降低,由起初的78.1%下降为25%。
(4)H2O和SO2共存下,反应温度直接影响催化剂的催化活性。表现为中低温区(100~350℃),NO转化率随温度升高而增大;高温区(350~600℃),NO的转化率在85%以上。表明Fe—Mo/ZSM-5在高温下具有较好的抗水抗硫性。
(5)FT-IR结果表明,SO2对Fe-Mo/ZSM-5的抑制作用源于它在催化剂的表面吸附,吸附态为SO42-离子,反应过程中生成的少量硫化物沉积在催化剂表面,使NO的转化率降低。
(6)H2O的存在降低了Fe—Mo/ZSM-5的低温催化活性。FT-IR结果表明,NO的转化率降低源于H2O的存在抑制了SCR反应进程,而非抑制了NH3在催化剂表面的吸附。
(7)XRD、BET技术手段表明,Fe—Mo/ZSM-5具有很好的结构稳定性。SEM结果表明,长时间反应后,催化剂表面晶粒发生不同程度的团聚和堆积。