随着近年来全球经济的飞速发展,空气污染问题日益严峻,生态环境日益恶化,尤其在像我国这样的新兴崛起的发展中国家。随着石化燃料资源的逐渐消耗,环境污染的加重,燃油经济性优良、CO2排放少和动力强的大型柴油车的使用逐渐受到重视。柴油车采用稀薄燃烧技术,其排放尾气中的主要污染物有氮氧化物(NOx)与固体颗粒(PM)。目前,用于柴油车尾气中NOx净化的最有效方法是NH3选择性催化剂还原(NH3-SCR)。在众多催化剂中,Cu基分子筛催化剂,如Cu-SSZ-13分子筛催化剂由于具有优异的低温反应活性、出色的N2选择性以及较宽的反应活性窗口而受到了广泛的关注与研究。国家的机动车排放法规日趋严格,开发低温活性好、宽温度窗口,并具备优异水热稳定性及抗硫中毒性能的NH3-SCR催化剂,这对改善城市空气质量具有极重要的意义。本文主要从以下三方面开展研究:1.首先研究了采用一步法原位合成的不同铜含量的Cu-SSZ-13分子筛催化剂结构及其NH3-SCR催化性能。研究结果表明,铜含量为3.25%的Cu3.25-SSZ-13分子筛催化剂表现出优异的NH3-SCR催化性能,其NOx的转化温度窗口为145～490 ℃,且N2选择性>98%。Cu-SSZ-13分子筛催化剂中存在三种不同的孤立Cu2+物种,Cu1、Cu2与Cu3物种分别占据菱沸石结构中位于八元环窗口附近、超笼内偏离双六元环及六棱柱的中心的位置,而Cu2物种的含量最高。孤立Cu2+物种是NH3-SCR反应的活性中心,位于SSZ-13分子筛笼中不同位置的Cu2+物种具有不同的氧化还原性质和稳定性,因此它们对NH3-SCR反应的催化性能所起的作用也不同。2.在上述研究基础上,通过在Cu-SSZ-13分子筛催化剂合成过程中加入适量的Fe络合物(Ti络合物),也成功地采用一步法原位合成了掺杂不同铁或钛含量的Fe(Ti)/Cu-SSZ-13分子筛催化剂。研究结果表明,含0.63%Fe的Fe0.63/Cu1.50-SSZ-13 分子筛催化剂和含 0.81%Ti 的 Tio.81/Cu2.15-SSZ-13 分子筛催化剂的NH3-SCR反应活性温度窗口均明显比Cu3.25-SSZ-13分子筛(145～490 0C)的宽,它们的活性温度窗口分别为160～580 ℃和140～540℃,适量Fe或Ti的掺杂显著提高了 Cu-SSZ-13分子筛催化剂的高温NH3-SCR反应活性。此外,适量Fe或Ti的掺杂也在一定程度上改善了 Cu-SSZ-13分子筛催化剂的水热稳定性与抗硫中毒能力,尤其Ti掺杂Ti0.81/Cu2.15-SSZ-13催化剂的抗硫性能明显优于Cu3.25-SSZ-13。Fe掺杂量过高会造成SSZ-13分子筛结构的破坏,导致孤立Cu2+物种流失而使其NH3-SCR反应活性明显下降,Fe/Cu-SSZ-13分子筛催化剂中单核Fe3+物种的存在是提高其高温NH3-SCR反应活性的主要原因。而掺杂Ti物种对Cu-SSZ-13分子筛结构的影响较小,单核Ti4+物种的存在有利于高温NH3-SCR活性的提高,而较多的TiOx物种存在会导致该催化剂的高温活性窗口变窄。与Cu-SSZ-13分子筛催化剂类似,高温水热老化处理均会不同程度的破坏SSZ-13分子筛结构,使活性Cu2+、Fe3+和Ti4+物种发生迁移、团聚或形成CuOx、低聚FexOy和TiOx物种,使得催化剂的NH3-SCR反应活性窗口变窄。而S02预处理基本不影响催化剂中分子筛结构,但活性Cu2+物种也存在迁移的现象,使得催化剂的低温NH3-SCR反应活性下降。3.为了与传统的合成方法相比,我们采用离子交换法合成了不同金属(Fe、Ti、Ce和Mn)掺杂的Cu-SSZ-13分子筛催化剂。研究结果表明,掺杂的金属离子可能与靠近八元环窗口的孤立Cu2+物种(Cu1)发生了交换,该Cu2+物种的消失是造成金属掺杂的Cu-SSZ-13分子筛催化剂的低温活性明显下降的重要原因。除Fe掺杂的Fe0.86/Cu2.14-SSZ-13-IE催化剂(175～530 ℃)的NH3-SCR反应活性窗口比Cu3.25-SSZ-13稍宽外,Ti、Ce和Mn的掺杂均有负影响。与一步法原位合成的Fe掺杂的Fe/Cu-SSZ-13分子筛催化剂相比,其水热稳定性与抗硫中毒能力均明显低于前者。