NO2对Cu/SAPO-34分子筛催化剂上NH3选择性催化还原NO性能的影响

郝腾 王军 于铁 王建强 沈美庆

引用本文: 郝腾, 王军, 于铁, 王建强, 沈美庆. NO2对Cu/SAPO-34分子筛催化剂上NH3选择性催化还原NO性能的影响[J]. 物理化学学报, 2014, 30(8): 1567-1574. doi: 10.3866/PKU.WHXB201405261 shu
Citation:  HAO Teng, WANG Jun, YU Tie, WANG Jian-Qiang, SHEN Mei-Qing. Effect of NO2 on the Selective Catalytic Reduction of NO with NH3 over Cu/SAPO-34 Molecular Sieve Catalyst[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(8): 1567-1574. doi: 10.3866/PKU.WHXB201405261 shu

NO2对Cu/SAPO-34分子筛催化剂上NH3选择性催化还原NO性能的影响

  • 基金项目:

    国家高技术研究发展计划项目(863)(2011AA03A405)资助 

摘要:

主要考察了NO2对Cu/SAPO-34 分子筛催化剂在整个温度范围内(100-500 ℃)NH3选择性催化还原(SCR)NO性能的影响. 研究所使用样品为新鲜Cu/SAPO-34 催化剂在750 ℃下水热处理4 h 的稳定期样品.通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的结构以及形貌进行表征,采用SCR活性评价、动力学实验以及原位漫反射傅里叶变换红外光谱(in situ-DRIFTS)表征催化剂的性能以及催化剂表面物种的变化. 活性评价实验结果表明,NO2会抑制催化剂的低温(100-280 ℃)活性,但其存在会提高催化剂的高温(280 ℃以上)活性. 与此同时,随着反应物中NO/NO2的摩尔比例减少,由于NH4NO3物种的分解,副产物(N22O)的浓度增大. 动力学结果表明,Cu/SAPO-34 催化剂上快速SCR反应的表观活化能(Ea=64.02 kJ·mol-1)比标准SCR反应的表观活化能(Ea=48.00 kJ·mol-1)更大. In situ-DRIFTS实验结果表明NO比NO2更容易在催化剂表面形成硝酸盐,并且NO2更容易与吸附在Brønsted 酸性位上的NH3物种反应生成NH4NO3. 低温下,催化剂表面的NH4NO3物种会覆盖SCR反应的活性位,造成活性降低,但在高温时,形成的NH4NO3物种一部分会被NO还原为N2,而另一部分会直接热分解为N2O,造成催化剂的选择性降低.

English

    1. [1]

      (1) Busca, G.; Lietti, L.; Ramis, G.; Berti, F. Appl. Catal. B: Environ. 1998, 18, 1. doi: 10.1016/S0926-3373(98)00040-X

      (1) Busca, G.; Lietti, L.; Ramis, G.; Berti, F. Appl. Catal. B: Environ. 1998, 18, 1. doi: 10.1016/S0926-3373(98)00040-X

    2. [2]

      (2) Qi, G. S.; Yang, R. T.; Chang, R. Appl. Catal. B: Environ. 2004, 51, 93. doi: 10.1016/j.apcatb.2004.01.023(2) Qi, G. S.; Yang, R. T.; Chang, R. Appl. Catal. B: Environ. 2004, 51, 93. doi: 10.1016/j.apcatb.2004.01.023

    3. [3]

      (3) Liu, C. C.; Teng, H. Appl. Catal. B: Environ. 2005, 58, 69. doi: 10.1016/j.apcatb.2004.12.002(3) Liu, C. C.; Teng, H. Appl. Catal. B: Environ. 2005, 58, 69. doi: 10.1016/j.apcatb.2004.12.002

    4. [4]

      (4) Yan, J. Y.; Sachtler,W. M. H.; Kung, H. H. Catal. Today 1997, 33, 279. doi: 10.1016/S0920-5861(96)00100-9(4) Yan, J. Y.; Sachtler,W. M. H.; Kung, H. H. Catal. Today 1997, 33, 279. doi: 10.1016/S0920-5861(96)00100-9

    5. [5]

      (5) Sjövall, H.; Olsson, L.; Fridell, E.; Blint, R. J. Appl. Catal. B: Environ. 2006, 64, 180. doi: 10.1016/j.apcatb.2005.12.003(5) Sjövall, H.; Olsson, L.; Fridell, E.; Blint, R. J. Appl. Catal. B: Environ. 2006, 64, 180. doi: 10.1016/j.apcatb.2005.12.003

    6. [6]

      (6) Kwak, J. H.; Tonkyn, R. G.; Kim, D. H.; Szanyi, J.; Peden, C. H. F. J. Catal. 2010, 275, 187. doi: 10.1016/j.jcat.2010.07.031(6) Kwak, J. H.; Tonkyn, R. G.; Kim, D. H.; Szanyi, J.; Peden, C. H. F. J. Catal. 2010, 275, 187. doi: 10.1016/j.jcat.2010.07.031

    7. [7]

      (7) Fickel, D.W.; D′Addio, E.; Lauterbacha, J. A.; Lobo, R. F. Appl. Catal. B: Environ. 2011, 102, 441. doi: 10.1016/j.apcatb.2010.12.022(7) Fickel, D.W.; D′Addio, E.; Lauterbacha, J. A.; Lobo, R. F. Appl. Catal. B: Environ. 2011, 102, 441. doi: 10.1016/j.apcatb.2010.12.022

    8. [8]

      (8) Bull, I.; Xue,W. M.; Burk, P.; Boorse, S. R.; Jaglowski,W. M.; Koermer, G. S.; Moini, A.; Patchett, J. A.; Dettling, J. C. Caudle, M. T. Copper CHA Zeolite Catalysts. US Patent 7601662, 2009.(8) Bull, I.; Xue,W. M.; Burk, P.; Boorse, S. R.; Jaglowski,W. M.; Koermer, G. S.; Moini, A.; Patchett, J. A.; Dettling, J. C. Caudle, M. T. Copper CHA Zeolite Catalysts. US Patent 7601662, 2009.

    9. [9]

      (9) Kwak, J. H.; Tran, D.; Burton, S. D.; Szanyi, J.; Lee, J. H.; Peden, C. H. F. J. Catal. 2012, 287, 203. doi: 10.1016/j.jcat.2011.12.025(9) Kwak, J. H.; Tran, D.; Burton, S. D.; Szanyi, J.; Lee, J. H.; Peden, C. H. F. J. Catal. 2012, 287, 203. doi: 10.1016/j.jcat.2011.12.025

    10. [10]

      (10) Schmieg, S. J.; Oh, S. H.; Kim, C. H. Catal. Today 2012, 184, 252. doi: 10.1016/j.cattod.2011.10.034(10) Schmieg, S. J.; Oh, S. H.; Kim, C. H. Catal. Today 2012, 184, 252. doi: 10.1016/j.cattod.2011.10.034

    11. [11]

      (11) Fickel, D.W.; Lobo, R. F. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 1633.(11) Fickel, D.W.; Lobo, R. F. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 1633.

    12. [12]

      (12) Korhonen, S. T.; Fickel, D.W.; Lobo, R. F.;Weckhuysen, B. M.; Beale, A. M. Chem. Commun. 2010, 47, 800.(12) Korhonen, S. T.; Fickel, D.W.; Lobo, R. F.;Weckhuysen, B. M.; Beale, A. M. Chem. Commun. 2010, 47, 800.

    13. [13]

      (13) Xue, J. J.;Wang, X. Q.; Qi, G. S.;Wang, J.; Shen, M. Q.; Li,W. J. Catal. 2013, 297, 56. doi: 10.1016/j.jcat.2012.09.020(13) Xue, J. J.;Wang, X. Q.; Qi, G. S.;Wang, J.; Shen, M. Q.; Li,W. J. Catal. 2013, 297, 56. doi: 10.1016/j.jcat.2012.09.020

    14. [14]

      (14) Fan, S. K.; Xue, J. J.; Yu, T.; Fan, D. Q. Catal. Sci. Technol. 2013, 3, 2357. doi: 10.1039/c3cy00267e(14) Fan, S. K.; Xue, J. J.; Yu, T.; Fan, D. Q. Catal. Sci. Technol. 2013, 3, 2357. doi: 10.1039/c3cy00267e

    15. [15]

      (15) Brandenberger, S.; Kröcher, O.; Tissler, A.; Althoff, R. Catal. Rev. -Sci. Eng. 2008, 50, 492. doi: 10.1080/01614940802480122(15) Brandenberger, S.; Kröcher, O.; Tissler, A.; Althoff, R. Catal. Rev. -Sci. Eng. 2008, 50, 492. doi: 10.1080/01614940802480122

    16. [16]

      (16) Rahkamaa-Tolonen, K.; Maunula, T.; Lomma, M.; Huuhtanen, M.; Keiski, R. L. Catal. Today 2005, 100, 217. doi: 10.1016/j.cattod.2004.09.056(16) Rahkamaa-Tolonen, K.; Maunula, T.; Lomma, M.; Huuhtanen, M.; Keiski, R. L. Catal. Today 2005, 100, 217. doi: 10.1016/j.cattod.2004.09.056

    17. [17]

      (17) Devadas, M.; Kröcher, O.; Elsener, M.;Wokaun, A.; Söger, N.; Pfeifer, M.; Demel, Y.; Mussmann, L. Appl. Catal. B: Environ. 2006, 67, 187. doi: 10.1016/j.apcatb.2006.04.015(17) Devadas, M.; Kröcher, O.; Elsener, M.;Wokaun, A.; Söger, N.; Pfeifer, M.; Demel, Y.; Mussmann, L. Appl. Catal. B: Environ. 2006, 67, 187. doi: 10.1016/j.apcatb.2006.04.015

    18. [18]

      (18) Grossale, A.; Nova, I.; Tronconi, E. Catal. Today 2008, 136, 18. doi: 10.1016/j.cattod.2007.10.117(18) Grossale, A.; Nova, I.; Tronconi, E. Catal. Today 2008, 136, 18. doi: 10.1016/j.cattod.2007.10.117

    19. [19]

      (19) Grossale, A.; Nova, I.; Tronconi, E.; Chatterjee, D.;Weibel, M. J. Catal. 2008, 256, 312. doi: 10.1016/j.jcat.2008.03.027(19) Grossale, A.; Nova, I.; Tronconi, E.; Chatterjee, D.;Weibel, M. J. Catal. 2008, 256, 312. doi: 10.1016/j.jcat.2008.03.027

    20. [20]

      (20) Grossale, A.; Nova, I.; Tronconi, E. J. Catal. 2009, 265, 141. doi: 10.1016/j.jcat.2009.04.014(20) Grossale, A.; Nova, I.; Tronconi, E. J. Catal. 2009, 265, 141. doi: 10.1016/j.jcat.2009.04.014

    21. [21]

      (21) Iwasaki, M.; Shinjoh, H. Appl. Catal. A: Gen. 2010, 390, 71. doi: 10.1016/j.apcata.2010.09.034(21) Iwasaki, M.; Shinjoh, H. Appl. Catal. A: Gen. 2010, 390, 71. doi: 10.1016/j.apcata.2010.09.034

    22. [22]

      (22) Shi, X. Y.; Liu, F. D.; Xie, L. J.; Shan,W. P.; He, H. Environ. Sci. Technol. 2013, 47, 3293(22) Shi, X. Y.; Liu, F. D.; Xie, L. J.; Shan,W. P.; He, H. Environ. Sci. Technol. 2013, 47, 3293

    23. [23]

      (23) Sjovall, H.; Olsson, L.; Fridell, E.; Blint, R. J. Appl. Catal. B: Environ. 2006, 64, 180. doi: 10.1016/j.apcatb.2005.12.003(23) Sjovall, H.; Olsson, L.; Fridell, E.; Blint, R. J. Appl. Catal. B: Environ. 2006, 64, 180. doi: 10.1016/j.apcatb.2005.12.003

    24. [24]

      (24) Colombo, M.; Nova, I.; Tronconi, E. Catal. Today 2010, 151, 223. doi: 10.1016/j.cattod.2010.01.010(24) Colombo, M.; Nova, I.; Tronconi, E. Catal. Today 2010, 151, 223. doi: 10.1016/j.cattod.2010.01.010

    25. [25]

      (25) Xie, L. J.; Liu, F. D.; Liu, K.; Shi, X. Y.; He, H. Catal. Sci. Technol. 2014, 4, 1104. doi: 10.1039/c3cy00924f(25) Xie, L. J.; Liu, F. D.; Liu, K.; Shi, X. Y.; He, H. Catal. Sci. Technol. 2014, 4, 1104. doi: 10.1039/c3cy00924f

    26. [26]

      (26) Buchholz, A.;Wang,W.; Xu, M.; Arnold, A.; Hunger, M. Microporous Mesoporous Mat. 2002, 56, 267. doi: 10.1016/S1387-1811(02)00491-2(26) Buchholz, A.;Wang,W.; Xu, M.; Arnold, A.; Hunger, M. Microporous Mesoporous Mat. 2002, 56, 267. doi: 10.1016/S1387-1811(02)00491-2

    27. [27]

      (27) Xu, L.; Du, A.;Wei, Y.;Wang, Y.; Yu, Z.; He, Y.; Zhang, X.; Liu, Z. Microporous Mesoporous Mat. 2008, 115, 332. doi: 10.1016/j.micromeso.2008.02.001(27) Xu, L.; Du, A.;Wei, Y.;Wang, Y.; Yu, Z.; He, Y.; Zhang, X.; Liu, Z. Microporous Mesoporous Mat. 2008, 115, 332. doi: 10.1016/j.micromeso.2008.02.001

    28. [28]

      (28) Tan, J.; Liu, Z.; Bao, X.; Liu, X.; Han, X. Microporous Mesoporous Mat. 2002, 53, 97. doi: 10.1016/S1387-1811(02)00329-3(28) Tan, J.; Liu, Z.; Bao, X.; Liu, X.; Han, X. Microporous Mesoporous Mat. 2002, 53, 97. doi: 10.1016/S1387-1811(02)00329-3

    29. [29]

      (29) Martins, G. V. A.; Berlier, G.; Bisio, C.; Coluccia, S.; Pastore, H. O.; Marchese, L. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 7193. doi: 10.1021/jp710613q(29) Martins, G. V. A.; Berlier, G.; Bisio, C.; Coluccia, S.; Pastore, H. O.; Marchese, L. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 7193. doi: 10.1021/jp710613q

    30. [30]

      (30) Ma, L.; Cheng, Y.; Cavataio, G.; McCabe, R.W.; Fu, L.; Li, J. Chem. Eng. J. 2013, 225, 323 doi: 10.1016/j.cej.2013.03.078(30) Ma, L.; Cheng, Y.; Cavataio, G.; McCabe, R.W.; Fu, L.; Li, J. Chem. Eng. J. 2013, 225, 323 doi: 10.1016/j.cej.2013.03.078

    31. [31]

      (31) Onida, B.; Gabelica, Z.; Lourencüo, J.; Garrone, E. J. Phys. Chem. 1996, 100, 11072. doi: 10.1021/jp9600874(31) Onida, B.; Gabelica, Z.; Lourencüo, J.; Garrone, E. J. Phys. Chem. 1996, 100, 11072. doi: 10.1021/jp9600874

    32. [32]

      (32) Centi, G.; Perathoner, S. Catal. Today 1996, 29, 117. doi: 10.1016/0920-5861(95)00289-8(32) Centi, G.; Perathoner, S. Catal. Today 1996, 29, 117. doi: 10.1016/0920-5861(95)00289-8

    33. [33]

      (33) Hadjiivanov, K.; Klissurski, D.; Ramis, G.; Busca, G. Appl. Catal. B: Environ. 1996, 7, 251. doi: 10.1016/0926-3373(95)00034-8(33) Hadjiivanov, K.; Klissurski, D.; Ramis, G.; Busca, G. Appl. Catal. B: Environ. 1996, 7, 251. doi: 10.1016/0926-3373(95)00034-8

    34. [34]

      (34) Adelman, B. J.; Beutel, T.; Lei, G. D.; Sachtler,W. M. H. J. Catal. 1996, 158, 327. doi: 10.1006/jcat.1996.0031(34) Adelman, B. J.; Beutel, T.; Lei, G. D.; Sachtler,W. M. H. J. Catal. 1996, 158, 327. doi: 10.1006/jcat.1996.0031

    35. [35]

      (35) Wang, D.; Zhang, L.; Kamasamudram, K.; Epling,W. S. ACS Catal. 2013, 3, 871. doi: 10.1021/cs300843k(35) Wang, D.; Zhang, L.; Kamasamudram, K.; Epling,W. S. ACS Catal. 2013, 3, 871. doi: 10.1021/cs300843k

    36. [36]

      (36) Sjövall, H.; Fridell, E.; Blint, R. J.; Olsson, L. Top Catal. 2007, 42, 113.(36) Sjövall, H.; Fridell, E.; Blint, R. J.; Olsson, L. Top Catal. 2007, 42, 113.

    37. [37]

      (37) Qi, G. S.; Yang, R. T. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 15738. doi: 10.1021/jp048431h(37) Qi, G. S.; Yang, R. T. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 15738. doi: 10.1021/jp048431h

    38. [38]

      (38) Trovarelli, A. Catal. Rev. -Sci. Eng. 1996, 38, 439. doi: 10.1080/01614949608006464(38) Trovarelli, A. Catal. Rev. -Sci. Eng. 1996, 38, 439. doi: 10.1080/01614949608006464

    39. [39]

      (39) Centi, G.; Perathoner, S. Catal. Today 1996, 29, 117. doi: 10.1016/0920-5861(95)00289-8(39) Centi, G.; Perathoner, S. Catal. Today 1996, 29, 117. doi: 10.1016/0920-5861(95)00289-8

    40. [40]

      (40) Konduru, M. V.; Chuang, S. S. C. J. Catal. 2000, 196, 271. doi: 10.1006/jcat.2000.3046(40) Konduru, M. V.; Chuang, S. S. C. J. Catal. 2000, 196, 271. doi: 10.1006/jcat.2000.3046

    41. [41]

      (41) Fanning, P. E.; Vannice, M. A. J. Catal. 2002, 207, 166. doi: 10.1006/jcat.2002.3518(41) Fanning, P. E.; Vannice, M. A. J. Catal. 2002, 207, 166. doi: 10.1006/jcat.2002.3518

    42. [42]

      (42) Lei, G. D.; Adelman, B. J.; Sárkány, J.; Sachtler,W. M. H. Appl. Catal. B: Environ. 1995, 5, 245. doi: 10.1016/0926-3373(94)00043-3(42) Lei, G. D.; Adelman, B. J.; Sárkány, J.; Sachtler,W. M. H. Appl. Catal. B: Environ. 1995, 5, 245. doi: 10.1016/0926-3373(94)00043-3

    43. [43]

      (43) Hadjiivanov, K. I. Catal. Rev. -Sci. Eng. 2000, 42, 71. doi: 10.1081/CR-100100260(43) Hadjiivanov, K. I. Catal. Rev. -Sci. Eng. 2000, 42, 71. doi: 10.1081/CR-100100260

    44. [44]

      (44) Ivanova, E.; Hadjiivanov, K.; Klissurski, D.; Bevilacqua, M.; Armaroli, T.; Busca, G. Microporous Mesoporous Mat. 2001, 46, 299. doi: 10.1016/S1387-1811(01)00311-0(44) Ivanova, E.; Hadjiivanov, K.; Klissurski, D.; Bevilacqua, M.; Armaroli, T.; Busca, G. Microporous Mesoporous Mat. 2001, 46, 299. doi: 10.1016/S1387-1811(01)00311-0

    45. [45]

      (45) Shi, L.; Yu, T.;Wang, X. Q.;Wang, J.; Shen, M. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1550. [石琳, 于铁, 王欣全, 王军, 沈美庆. 物理化学学报, 2013, 29, 1550.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201304283(45) Shi, L.; Yu, T.;Wang, X. Q.;Wang, J.; Shen, M. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1550. [石琳, 于铁, 王欣全, 王军, 沈美庆. 物理化学学报, 2013, 29, 1550.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201304283

    46. [46]

      (46) Liu, Y.; Gao, Z. Acta Petrol Sin. Pet. Process Section 1996, 12, 35. [刘毅, 高滋. 石油学报: 石油加工, 1996, 12, 35.](46) Liu, Y.; Gao, Z. Acta Petrol Sin. Pet. Process Section 1996, 12, 35. [刘毅, 高滋. 石油学报: 石油加工, 1996, 12, 35.]

    47. [47]

      (47) Lok, B. M.; Messina, C. A.; Patton, R. L.; Gajek, R. T.; Cannon, T. R.; Flanigen, E. M. Crystalline Silicoaluminophosphates. US Patent 4440871, 1984.

      (47) Lok, B. M.; Messina, C. A.; Patton, R. L.; Gajek, R. T.; Cannon, T. R.; Flanigen, E. M. Crystalline Silicoaluminophosphates. US Patent 4440871, 1984.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  781
  • 文章访问数:  796
  • HTML全文浏览量:  57
文章相关
  • 发布日期:  2014-07-18
  • 收稿日期:  2014-03-17
  • 网络出版日期:  2014-05-26
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章