安素峰, 汪鹏, 王宽岭, 王学海, 李宝忠, 郭新闻

高等学校化学学报 2024, 45 (8): 20240212-. DOI:10.7503/cjcu20240212

摘要（312）

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以小孔SSZ-39分子筛为载体, 采用浸渍法和离子交换法制备了不同钴（Co）含量的Co/SSZ-39催化剂, 利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、氮气吸附-脱附和氢气程序升温还原等技术对Co/SSZ-39催化剂进行表征测试, 对比了不同制备方法和不同Co负载量催化剂对CH₄选择催化还原NO反应（CH₄-SCR）性能的影响. 结果表明, 采用离子交换法经单次离心洗涤, 可以调控分子筛上Co物种的类别, 制备的Co-SSZ-39-S催化剂同时富含离子态Co位点和高分散的活性CoO _x 物种, 可以促进CH₄低温适度活化, 提高低温条件下CH₄选择性还原NO _x 的性能. 将制备的催化剂应用于CH₄-SCR反应, 在较低反应温度（400 ℃）, NO/CH₄摩尔比为1∶1时, NO转化率可达68%, CH₄转化率可达82%; NO/CH₄摩尔比为1∶2时, NO转化率为76%, CH₄转化率为81%, 且转化率在50 h内保持稳定. 该催化剂可实现NO _x 和CH₄的协同去除.

图1为不同Co负载量的Co/SSZ-39催化剂的XRD谱图. 可以看出，所有样品在2θ=9°~11°和 2θ=15°~18°处都出现一系列特征衍射峰，归属为分子筛中典型的AEI拓扑结构［21］. 从图1（A）可以看出，采用浸渍法制备的不同Co含量催化剂（1Co/SSZ-39， 2Co/SSZ-39， Co/SSZ-39）和离子交换法（Co-SSZ-39-S， Co-SSZ-39-M）制备的催化剂的XRD谱图均没有发生明显变化，表明Co的负载过程对SSZ-39分子筛的AEI结构没有明显影响. 进一步对图1（A）进行局部放大［图1（B）］，在所有样品中均没有观察到氧化钴物种的衍射峰，说明在较高的Co负载量下， Co物种仍以高分散的氧化钴团簇或离子态Co位点形式存在. 这得益于SSZ-39分子筛具有规则的笼结构和大的比表面积，可以提供大量的空间和比表面用于分散金属，以制备高分散的金属-分子筛催化剂.

图2（A）和（B）为Co-SSZ-39-S催化剂的SEM照片. 可以看出， SSZ-39分子筛为立方体结构，晶粒大小均匀，粒径约为1.2 μm. 图2（C）和（D）为催化剂的TEM照片，与SEM的表征结果一致， SSZ-39分子筛呈现立方体结构. 图2（D）为Co-SSZ-39催化剂的局部放大TEM照片，图中并没有观察到明显的CoO _x 纳米颗粒，与XRD的表征结果一致，说明Co物种在SSZ-39分子筛上高度分散，以CoO _x 团簇或离子态Co位点形式存在.