摘要：氮氧化物(NO)x是主要的大气污染物,机动车尾气则是我国NOx排放源之一。目前以柴油为动力的机动车所排放的NOx占机动车总排放量的比例接近70%
概括：
氮氧化物（NO）x是主要的大气污染物，而机动车尾气是我国NOx排放源之一。目前，柴油机动车排放的NOx比例约占机动车总排放量的近70%，NOx的控制是研究重点。氨选择性催化还原（NH3-SCR）是一种能有效去除柴油车尾气中氮氧化物的措施。本文针对柴油机（车）尾气SCR脱硝催化剂的设计、制备及脱硝性能进行研究，寻求便捷的制备和改进方法，为应用提供依据。首先以实际应用中已使用的Ag/Al催化剂为研究对象，用还原性气氛（H2和CO）对其进行预处理，研究发现其脱硝活性得到增强。 该催化剂在300℃下1v%H2+N2混合气体中处理3h后，270℃下的NOx转化率可由22%提高至93%。通过表征发现，预处理将Ag/Al催化剂表面相对简单的Ag+还原为丰富的Ag物种，如Agnδ+簇（2≤n≤4）和Agm簇等，这些银物种可以作为SCR反应的活性中心，促进表面硝酸盐的生成，从而提升SCR反应活性。但从柴油车脱硝角度来看，该催化剂的活性温度窗口仍然较窄，且使用一段时间后活性下降约16%，不利于催化剂的实际应用，需要进一步改进。为此，对非晶态Ce-Ti催化剂进行了H2预处理。 经400℃预处理3h的催化剂在210~360℃温度范围内NOx转化率均高于95%。
与氟掺杂改性类似，H2预处理活性增强的主要原因是生成更多的低价Ce3+，化学吸附氧和酸性位点，从而促进催化剂SCR脱硝活性的提高。但氟离子进入催化剂晶格，促使Ti原子电子云向Ce转移，增强二者相互作用，生成更多的低价Ce物种。还原性更强的H2直接作用于活性较高的Ce物种，弱化催化剂的Ce-O-Ti键结构，生成更多的低价Ce。与H2预处理的Ag/Al催化剂相比，H2预处理的Ce-Ti催化剂具有更好的NOx转化率和活性温度窗口，催化活性稳定性也较好，具有进一步研究应用的潜力。针对目前广泛应用的商用V/Ti基催化剂，添加CuO作为活性组分，制备CuO-V2O5/TiO2催化剂。 该催化剂兼具CuO活性组分良好的低温脱硝活性和V2O5良好的中温脱硝活性及抗硫性能。研究表明，Cu、V双活性中心间有较强的相互作用，Cu和载体Ti处的电子能量转移到V物种上，产生了更多的低价还原V物种。这些低价物种还促进了化学吸附氧的生成，增强了催化剂的NO氧化能力和NH3吸附能力，提高了催化剂的脱硝活性。但催化剂载体TiO2的水热稳定性较差，在高温及含水气氛下运行2h后发生不可逆的晶体转变，使其活性明显降低。
作为柴油车SCR脱硝催化剂，其载体的水热稳定性有待进一步提高。考虑到催化剂水热稳定性的需要，采用Cu-TEPA配合物辅助无溶剂法合成了Cu-SAPO-34分子筛。实验结果表明，无溶剂法具有产率高、废液少、合成快速、操作压力低等优势。合成的分子筛结晶度高、形貌规整，比表面积和孔容较大，在210℃至450℃温度范围内具有较高的NOx去除率和N2选择性。此外，合成的分子筛还具有优异的水热稳定性，经过12h的700℃湿热环境处理后，仍能完全保持其脱硝活性，值得进一步研究。将制备的Cu-SAPO-34分子筛催化剂配制成浆料，涂覆在堇青石蜂窝陶瓷载体上，制备出整体式催化剂。 在柴油机（车）尾气及60kW柴油发电机尾气实验模拟条件下对整体式催化剂进行了评价。在模拟尾气试验中，8孔整体式催化剂的评价结果与粉末催化剂接近，在250~450℃范围内脱硝效率均在95%以上。在实际尾气试验中，35孔催化剂的脱硝活性相对较低，最高NOx去除效率为85.4%。在催化剂制备工艺和评价试验中积累的经验也为研制性能更优异、稳定性更高的整体式Cu-SAPO-34堇青石催化剂奠定了基础。
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