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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
张宗洋, 李玉平, 张若茜, 刘宇峰, 陈泽, 韩丽娜, 韩培德
高等学校化学学报    2023, 44 (10): 20230034-.   DOI:10.7503/cjcu20230034
摘要   (661 HTML17 PDF(pc) (7811KB)(351)  

N,N,N-三甲基-1-金刚烷胺氢氧化物(TMAdaOH)为有机模板, 在180 ℃晶化温度下, 通过补加硅源, 以低硅铝比L沸石直接转晶合成SSZ-13分子筛. 采用XRD, FTIR, SEM, N2吸附-脱附和HRTEM等表征手段对晶化过程进行了跟踪, 发现180 ℃高温下晶化4.5 h即可获得高结晶度的SSZ-13沸石; 且在该实验条件下, 晶化过程中晶粒出现了中空现象. 进一步结合SEM-EDS表征结果对中空现象的形成机理进行了研究, 发现主要是由于在低硅L沸石缓慢降解和SSZ-13快速成核和生长过程中, 存在晶粒中间部位较边缘硅铝比高的现象, 即晶粒硅铝比分布不均匀. 随着晶化时间的延长, 富硅的晶核会在碱液作用下选择性脱硅, 从而产生中空现象. 最后对合成的中空样品进行铜离子交换, 测试其对NO x 的NH3选择性催化还原反应的催化性能, 并结合NH3程序升温脱附(NH3-TPD)和H2程序升温还原(H2-TPR)表征对催化结果进行了分析.



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Fig.10 H2 temperature⁃programmed reduction(H2⁃TPR) patterns for Cu⁃SSZ⁃13⁃6 h and Cu⁃SSZ⁃13⁃8 h samples
正文中引用本图/表的段落
图10为Cu-SSZ-13-6 h与Cu-SSZ-13-8 h沸石样品的H2-TPR测试曲线及分峰拟合结果. 在100~700 ℃之间出现了3个H2还原峰, 其中210 ~240 ℃的还原峰是位于CHA笼中被一个骨架电荷平衡的孤立Cu2+([Cu(OH)]+-Z)还原为Cu+的结果[11,41], 373 ℃ 附近的还原峰归因于SSZ-13骨架中的6-MR中被两个骨架电荷平衡的Cu2+ (Cu2+-2Z)还原为Cu+[41,42], Cu2+-2Z物种的还原温度高于[Cu(OH)]+-Z, 表明六元环中的孤立Cu2+ 更稳定[43]. 480 ℃(Cu-SSZ-13-6 h)与500 ℃(Cu-SSZ-13-8 h)附近的峰归因于Cu+还原为Cu0, 这些Cu+包括低温下由孤立态Cu2+还原所产生的中间态Cu+以及分子筛骨架中本身存在的低稳定性Cu+[42]. 480 ℃还原峰迁移至500 ℃说明晶化8 h样品中的Cu+比晶化6 h样品中的更稳定, 这可能是晶化8 h后出现了较多的重组晶粒的缘故. 通过峰面积半定量计算结果(图S4, 见本文支持信息)可以看到, Cu-SSZ-13-8 h样品中Cu2+-2Z物种还原峰面积略高于Cu-SSZ-13-6 h, 所以其NH3-SCR低温催化性能略优于后者; 位于8-MR中的[Cu(OH)]+-Z物种还原峰面积较后者低, 但其高温活性却与后者相近, 二者均在高温(620 ℃)时NO的转化效率仍维持在95%以上, 可能是因为中空的Cu-SSZ-13提高了沸石骨架活性位的可接近性, 从而提高了NH3-SCR反应性能[44].
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