L沸石晶间转化快速合成SSZ-13沸石及其中空结构形成机理 高等学校化学学报    2023, 44 (10): 20230034-.   DOI:10.7503/cjcu20230034

Fig.3 SEM images of SSZ⁃13 samples crystallized for 1.5 h(A), 3 h(B), 4.5 h(C), 6 h(D), 8 h(E) and 10 h(F)

正文中引用本图/表的段落

图3为180 ℃下不同晶化时间合成样品的SEM照片. 在晶化1.5 h时已经可以观察到有规整立方体形貌的SSZ-13晶粒出现， 尺寸约为410 nm， 进一步说明该体系下SSZ-13形核和生长速率很快， 这与前面XRD和FTIR结果一致. 但同时也观察到大量无定形硅源和未降解完全的母体L沸石［图3（A）红色箭头所示. L沸石的SEM照片见图S1（见本文支持信息）］. 晶化3 h时晶化产物几乎全部为尺寸约为410 nm的SSZ-13立方体晶粒， 此时仍有少量未溶解的L沸石碎片残留［图3（B）］. 晶化4.5 h时可以 观察到晶粒为棱角更加分明且尺寸没有明显变化的规整立方体， 说明SSZ-13晶化更加完全. 同时也发现产物中仍存在极少量的L沸石降解碎片［图3（C）］， 可能由于数量极少， 所以在XRD谱中没有观察到 L沸石的衍射峰. 晶化6 h时发现部分晶体棱角缺失， 而且从少量破损晶粒可以观察到出现中空现象 ［图3（D）］. 进一步延长晶化时间至8 h和10 h时， 立方体晶粒棱角缺失和中空现象进一步加剧， 但仍有部分完整的晶粒存在［图3（E）， （F）］. 整个晶化过程中（1.5~10 h）， SSZ-13沸石晶粒尺寸未见明显变化， 均为约410 nm的立方体晶粒， 但晶化6 h后部分晶粒出现中空现象.

图9为经过Cu2+离子交换制得的Cu-SSZ-13-6 h［Cu含量（质量分数）为2.41%， Cu/Al比（摩尔比）为0.53］和Cu-SSZ-13-8 h（Cu含量为2.63%， Cu/Al比为0.54）样品的NH₃-SCR催化活性［图9（A）］与N₂和 N₂O选择性结果［图9（B）］. 可见， Cu-SSZ-13-6 h与Cu-SSZ-13-8 h两个样品在整个测试温度范围（100~750 ℃）内， 对NO _x 脱除反应均呈现良好的催化活性. 与Cu-SSZ-13-6 h相比， Cu-SSZ-13-8 h当温度升至320 ℃时， 转化效率达到95%以上， 当温度高达620 ℃时， NO的转化效率依然维持在100%， 具有轻微提高的低温活性和更宽的催化活性温度窗口（320~620 ℃）， 且Cu-SSZ-13-8 h的抗水热老化性能也略优于Cu-SSZ-13-6 h样品（图S3， 见本文支持信息）. 其良好的催化性能及较宽的催化活性窗口可能与随中空现象的加剧， 沸石骨架中铝的落位及铜物种形式变化有关， 同时可能与活性位点的利用率提高也有关系［36］. 此外， 两个样品的N₂选择性均大于90%， N₂O选择性小于15%， 说明高温下L沸石晶间转化合成的SSZ-13分子筛具有良好的NH₃-SCR催化活性和较宽温度范围内的高活性和选择性.

本文的其它图/表

• Fig.1  XRD patterns(A) and relative crystallinity and solid yields(B) of SSZ⁃13 zeolite synthesized at 180 ℃ for different time
• Fig.2  FTIR spectra of the samples synthesized at different crystallization time
• Fig.4  HRTEM images of SSZ⁃13 samples obtained after different crystallization time at 180 ℃（A， A′） 3 h； （B， B′） 6 h； （C， C′） 8 h.
• Fig.5  EDS surface scan pictures of SSZ⁃13⁃3 h（A） SEM image of SSZ-13-3 h； （B） EDS surface scan； （C， D） distributions of Si element（C） and Al element（D） of the framed area in （B）.
• Fig.6  TEM⁃EDX line scan analysis of the SSZ⁃13⁃3 h sample
• Fig.7  N₂ adsorption⁃desorption isotherms of SSZ⁃13⁃6 h and SSZ⁃13⁃8 h samples
• Table 1  Textural properties of SSZ-13-6 h and SSZ-13-8 h samples
• Fig.8  ²⁷Al MAS NMR spectra of SSZ⁃13⁃6 h and SSZ⁃13⁃8 h samples
• Fig.9  NO conversion(A) and N₂ selectivity and N₂O yield(B)over Cu⁃SSZ⁃13⁃6 h and Cu⁃SSZ⁃13⁃8 hReaction conditions： 0.05%（volume fraction） of NH₃， 0.05%（volume fraction） of NO， 10% O₂ and balanced by Ar， total gas flow rate 200 mL/min， GHSV=8×10⁴ h^‒1. 1 ppm=1 μL/L.
• Fig.10  H₂ temperature⁃programmed reduction(H₂⁃TPR) patterns for Cu⁃SSZ⁃13⁃6 h and Cu⁃SSZ⁃13⁃8 h samples
• Fig.11  NH₃ temperature⁃programmed desorption(NH₃⁃TPD) profiles of SSZ⁃13⁃6 h, SSZ⁃13⁃8 h, Cu⁃SSZ⁃13⁃6 h and Cu⁃SSZ⁃13⁃8 h samples