Co物种调控增强Co/SSZ-39催化剂的低温CH₄-SCR活性 高等学校化学学报    2024, 45 (8): 20240212-.   DOI:10.7503/cjcu20240212

Fig.7 NO(A) and CH₄(B) conversion as a function of temperature in CH₄⁃SCR over 3Co/SSZ⁃39, Co⁃SSZ⁃39⁃M and Co⁃SSZ⁃39⁃S catalysts(NO/CH₄ molar ratio: 1:1)

正文中引用本图/表的段落

图7为通过浸渍法制备3%Co负载量的3Co/SSZ-39和离子交换法制备的催化剂（Co-SSZ-39-S， Co-SSZ-39-M）的CH₄-SCR性能对比图. 图7（A）可以看出， 采用离子交换法经过多次离心洗涤制备的Co-SSZ-39-M催化剂的NO转化率与图6（A）中通过浸渍法制备的Co负载量较低的1Co/SSZ-39催化剂的脱硝性能接近， 且都随温度升高逐渐增大并稳定. 离子交换经过多次充分离心洗涤制备的 Co-SSZ-39-M催化剂， 在离子交换过程中Co离子进入SSZ-39分子筛空腔内， 形成空腔内稳定的Co2+， 通过充分离心洗涤可以去除吸附在分子筛表面的Co2+离子， 在焙烧过程中避免了CoO _x 团簇/纳米颗粒的形成［24，25］， H₂-TPR的表征结果一致. 因此， 离子交换经多次洗涤制备的Co-SSZ-39-M催化剂中Co物种主要以Co离子的形式存在， 不会加剧高温下CH₄非选择性催化燃烧反应的发生.

在低温区， 离子交换法经单次离心洗涤的Co-SSZ-39-S和浸渍法负载量较高的3Co/SSZ-39催化剂的NO转化率远高于离子交换法经多次离心洗涤的Co-SSZ-39-M催化剂， 这是由于Co-SSZ-39-S和 3Co/SSZ-39催化剂中存在高活性的团簇CoO _x 物种（见H₂-TPR分析结果）， 有助于甲烷的低温适度活化， 增强了CH₄在低温区选择性还原NO _x 的活性. 结合H₂-TPR分析结果可知， Co-SSZ-39-S催化剂中的高活性团簇CoO _x 物种含量远高于3Co/SSZ-39催化剂， 因此在低温400 ℃时， Co-SSZ-39-S催化剂表现出最高的NO转化率， 达到68%［图7（A）］， 相较于3Co/SSZ-39和Co-SSZ-39-M催化剂分别提高了1.8倍和 2.7倍. Co-SSZ-39-S催化剂在400 ℃的CH₄转化率也高达82%［图7（B）］， 相较于3Co/SSZ-39和 Co-SSZ-39-M催化剂分别提高了2.2倍和5.7倍， 在450 ℃时， CH₄转化率即可达100%， 表现出较好的NO _x 和CH₄协同去除性能. 随着反应温度升高， Co-SSZ-39-S催化剂的NO转化率快速下降， 该结果进一步印证了经单次离心洗涤的Co-SSZ-39-S催化剂中存在高含量的活性CoO _x 物种， 在高温下更倾向于催化CH₄发生催化燃烧反应， 使甲烷的选择性下降. 由于Co-SSZ-39-S催化剂在低温400 ℃即表现出最高的NO转化率， 因此补充测试了该催化剂在低于400 ℃时的CH₄-SCR性能测试， 在350 ℃时， NO转化率为41.3%， 而CH₄转化率仅为29.8%， 甲烷转化率明显低于NO转化率， 说明在较低反应温度时CH₄发生SCR反应的选择性要高于催化燃烧反应， 即CH₄选择性提高.

本文的其它图/表

• Fig.1  XRD patterns(A) and corresponding partial enlarged patterns(B) of different catalysts
• Fig.2  SEM(A, B) and TEM(C, D) images of Co⁃SSZ⁃39S
• Fig.3  HAADF⁃STEM image(A) and corresponding element mappings(B—E) of Co⁃SSZ⁃39S(B) Co; (C) O; (D) Al; (E) Si.
• Fig.4  N₂ adsorption⁃desorption isotherms of 3Co/SSZ⁃39, Co⁃SSZ⁃39⁃M and Co⁃SSZ⁃39⁃S catalysts
• Table 1  Textual properties of 3Co/SSZ-39, Co-SSZ-39-M and Co-SSZ-39-S catalysts
• Fig.5  H₂⁃TPR profiles of Co⁃SSZ⁃39⁃S, 3Co/SSZ⁃39 and Co⁃SSZ⁃39⁃M catalysts
• Fig.6  NO(A) and CH₄(B) conversion as a function of temperature in CH₄⁃SCR over 1Co/SSZ⁃39, 2Co/SSZ⁃39 and 3Co/SSZ⁃39 catalysts(NO/CH₄ molar ratio: 1:1)
• Table 2  CH₄-SCR performance of Co-SSZ-39-S and Co/SSZ-39-M at 400 ℃
• Fig.8  Stability test of Co⁃SSZ⁃39⁃S catalyst (NO/CH₄ molar ratio： 1∶2)