[交流] 新型高热稳定性Cu-LTA分子筛催化剂——应用于柴油车SCR系统脱除NOx废气 已有3人参与

来自韩国浦项科技大学、现代汽车集团以及英国圣安德鲁斯大学的研究人员开发出一种新型且环境友好的选择性催化还原（SCR）催化剂，用于柴油车尾气NOx的去除。相关研究成果以发表在德国应用化学（Angewandte Chemie International Edition）。     该催化剂以二价铜（Cu2+）为催化活性组分。Cu2+通过离子交换进入高硅铝比的LTA分子筛中，形成了Cu-LTA催化剂。实验室模拟汽车尾气气氛SCR催化剂性能评价试验结果表明：该催化剂在经历了900 oC的高温老化后依然能表现出极高的NOx转化率，而目前商用的Cu-SSZ-13分子筛催化剂则无法耐受如此高的老化温度。    论文相关内容节选如下：      NOx在富氧条件下极难被还原成无害的N2。尽管尿素-SCR技术（一种最常用的车用NOx去除技术）已经工业化应用，但该技术去除NOx的有效温度窗口被严重限制。当尾气温度小于200 oC时，作为还原剂的尿素无法分解成NH3参与NOx的还原；并且当尾气温度超过750 oC时，SCR催化剂会发生高温不可逆失活。因此SCR催化剂不能布置的离发动机出口太近，会有高温失活的风险，但当发动机刚起动（也称“冷起动”）时，此时尾气温度较低较低且催化剂位置较远，因此可能需要额外增加加热装置提升尾气温度，保证SCR催化剂入口温度在其最佳反应温度之间，但这样会造成燃油的额外耗费。并且，当柴油机要满足国V以上排放法规要求时，还需在SCR系统前加装颗粒捕集器（DPF），DPF需要隔一定时间进行主动再生（即喷入燃油燃烧去除DPF上已经捕集的炭黑颗粒），再生过程会对后端的SCR催化剂造成极大的热冲击。所以提升SCR催化剂的耐热稳定性会极大提升燃油效率（因为催化剂可更靠近发动机出口布置，而不必增加尾气加热装置），同时也能降低尾气NOx排放。      ……虽然A型分子筛（一种LTA骨架结构的分子筛）是最早的合成分子筛，但该型分子筛由于骨架中Al含量较高（Si/Al=1），因此它的热稳定性很差，制约了它在催化方面的应用。……在此处的研究我们发现当Cu2+的离子交换率达到约100%时（此时Cu/Al=0.5），形成的高硅铝比（Si/Al=16~23）Cu-LTA分子筛催化剂可耐受高达900 oC的高温老化而不失活，而这个老化温度是目前商用的Cu-SSZ-13分子筛催化剂无法耐受的。       研究人员指出：该型Cu-LTA催化剂的成功开发为稀燃NOx处理催化剂（甚至包括稀燃汽油车）指明了一个新的研究方向；同时也打破了限制高燃油经济性的柴油机的应用范围壁垒。研究团队正在申请国际专利，并且在为该型催化剂的商业化应用而不断努力。 论文信息：Ryu, T., Ahn, N. H., Seo, S., Cho, J., Kim, H., Jo, D., Park, G. T., Kim, P. S., Kim, C. H., Bruce, E. L., Wright, P. A., Nam, I.-S. and Hong, S. B. (2017), “Fully Copper-Exchanged High-Silica LTA Zeolites as Unrivaled Hydrothermally Stable NH3-SCR Catalysts,” Angew. Chem. Int. Ed.. doi:10.1002/anie.201610547

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