Cu-CeSAPO-34的制備及其在汽車尾氣催化凈化中的應用

黃仲會，滕福康，蔣夢蝶，黃炳靖，高重江

（西北民族大學化工學院，甘肅 蘭州 730124）

1 汽車尾氣

汽車尾氣主要成份中的NOx，是大氣細顆粒物產生的重要前軀體，同時NOx能形成光化學煙霧和酸雨，嚴重損害人體健康、降低大氣能見度、破壞農作物和植被，是危害巨大的污染源之一[1]。而氮氧化物的氮氣化是緩解這一污染的有效途徑[2]。但是在含硫的濕熱氣氛條件下，硫會使氮氧化物氮氣化的傳統催化劑中毒[3]，使其催化活性降低甚至失活。因此讓脫硝催化劑在含硫氣氛下保持高活性，是具有挑戰性的任務[4]。

傳統釩基催化劑由于二次污染、N2選擇性差等問題將逐步被環境友好型催化劑所取代[5]。因此制備一種高效清潔且抗硫能力優異的催化劑，在汽車尾氣凈化方面，有很大應用前景[6]。

分子篩催化劑Cu-SAPO-34因其價格低廉且NOx轉化率高、溫度窗口寬、N2選擇性高及高溫熱穩定性高等特點，已經成為柴油車NOx排放滿足國V及以上排放標準的主要技術路線。但SAPO-34分子篩在含硫氣氛（SO2、SO3）中會因為硫中毒而脫鋁，進而造成催化劑失活，此缺陷成為制約該催化劑推廣應用的主要瓶頸。

為克服上述問題，本文將具有不同可變價態，以及良好的還原能力與較強的氧儲存和轉移能力的鈰 (Ce)元素引入SAPO-34分子篩中將其改性以獲得更好脫硝活性和抗硫性能的Cu-CeSAPO-34催化劑。

2 實驗部分

2.1 原料和試劑

原料和試劑見表1所示。

表1 試劑和氣體

2.2 水熱合成CeSAPO-34分子篩

將23.1g磷酸與50.0g蒸餾水相混合。攪拌下加入15.2g擬薄母水鋁石，并充分攪拌90.0min，隨后緩慢加入1.8g硅溶膠繼續攪拌30.0min。將9.5g乙酸鈰與40.0g蒸餾水充分均勻混合后加入到上述溶液中攪拌30.0min，再加入30.6g二異丙胺并強烈攪拌2h，直到最后形成均勻晶化液。將晶化液裝入200mL帶有聚四氟內襯的不銹鋼反應釜中，在200℃下晶化48h。水熱產物用水洗滌并離心至中性，然后在100℃下干燥12h即得到CeSAPO-34分子篩原粉。

2.3 離子交換法制備Cu-CeSAPO-34分子篩催化劑

配置0.01mol/L的醋酸銅溶液，按21g/L加入CeSAPO-34分子篩中。超聲振蕩5min，調節溶液的pH=7.5,再將溶液置于80℃水浴鍋中磁力攪拌3h，靜置3h后，抽濾并洗滌，濾餅于100℃溫度下干燥12h。將所得濾餅在馬弗爐中500℃焙燒4h制得Cu-CeSAPO-34催化劑粉末。

2.4 催化劑活性測試

稱取制備的Cu-CeSAPO-34與Cu-SAPO-34催化劑各10.0g，分別置于內徑為10mm的石英玻璃反應器中反應溫度為250℃，氣氛條件為NO 0.1%，NH30.1%，O25%，SO20.02%，Ar做平衡氣，空速為30000h-1，反應穩定30min進行產物分析。見表2。

表2 催化劑催化活性對比

2.5 催化劑表征

Cu-CeSAPO-34催化劑的掃描電鏡圖見圖1。

圖1 催化劑Cu-CeSAPO-34的掃描電鏡圖

3 結論

將Ce元素引入Cu-SAPO-34催化劑以制備Cu-CeSAPO-34，在一定的反應條件下，Cu-CeSAPO-34的NO轉化率為62%，而Cu-SAPO-34催化劑轉化率為30%，結果說明Ce的引入提高了Cu-SAPO-34的一定抗硫能力。