Potassium Poisoning Mechanism of Cu-SAPO-18 Catalyst for Selective Catalytic Reduction of NOx by Ammonia

doi:10.7503/cjcu20210360

Abstract

Abstract:

The effects of different hydrothermal aging temperatures on the structure and catalytic activity of NH₃-SCR of K poisoned 0.4K-Cu-SAPO-18 samples were studied. The results showed that K poisoning had little effect on the structure of the samples， but the NH₃-SCR performance was significantly reduced. At 350 ℃， the NO conversion rate of 0.4K-Cu-SAPO-18 was 65.88%， which was significantly lower than 90.85% of the unpoisoned Cu-SAPO-18 sample. The hydrothermal aging temperature obviously affected the structure of the catalyst， reducing active sites and surface acidity. As the hydrothermal aging temperature increases， the AEI structure of the catalyst was destroyed， the active species decreased， and the catalytic activity decreased significantly. H₂-TPR results showed that the total amount of isolated Cu²⁺and Cu⁺ varied from 66.61 and 1.32 μmol/g for unpoisoned Cu-SAPO-18 samples to 39.52 and 101.96 μmol/g for K poisoned 0.4K-Cu-SAPO-18 samples， respectively， indicating that isolated Cu²⁺ was easily converted to Cu₂O in K poisoned samples. After K poisoning， the number of weak acid sites， medium strong acid sites and strong acid sites decreased， from 0.201， 0.103 and 0.302 mmol/g for unpoisoned Cu-SAPO-18 sample to 0.102， 0.086 and 0.071 mmol/g for poisoned 0.4K-Cu-SAPO-18 sample， respectively. The results of NH₃-TPD and in situ IR showed that K competitively replaced isolated Cu²⁺ and H⁺ in the catalyst［K⁺+Si—O（Cu²⁺）—Al → Si—O（K⁺）—Al+Cu²⁺， K⁺+Si—O（H⁺）—Al → Si—O（K⁺）—Al+H⁺］， and decreased the active and acidic sites of 0.4K-Cu-SAPO-18 sample， which resulted in the decrease of its catalytic activity. In the low temperature NH₃-SCR reaction， Elye-rideal（E-R） and Langmuir-Hinshelwood（L-H） mechanisms were performed for both K poisoned and unpoisoned samples， and the Langmuir-Hinshelwood mechanism was dominant. However， the reaction rate of K poisoning samples decreased significantly.

Key words: Cu-SAPO-18, K poisoning, Hydrothermal aging, Eley-Rideal reaction mechanism, Langmuir-Hinshelwood reaction mechanism

CLC Number:

O643

TrendMD:

MENG Fanwei, GAO Qi, YE Qing, LI Chenxi. Potassium Poisoning Mechanism of Cu-SAPO-18 Catalyst for Selective Catalytic Reduction of NO_x by Ammonia[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(9): 2832.

Figures/Tables 13

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Sample	S_BET/（m²?g^?1）	V_mic/（cm³?g^?1）	Sample	S_BET/（m²?g^?1）	V_mic/（cm³?g^?1）
Cu?SAPO?18	597.33	0.24	0.4K?Cu?SAPO?18?750	271.05	0.12
0.4K?Cu?SAPO?18	556.73	0.22	0.4K?Cu?SAPO?18?850	254.49	0.11
0.4K?Cu?SAPO?18?650	543.80	0.21	Cu?SAPO?18?50	267.40	0.11

Sample	S_BET/（m²?g^?1）	V_mic/（cm³?g^?1）	Sample	S_BET/（m²?g^?1）	V_mic/（cm³?g^?1）
Cu?SAPO?18	597.33	0.24	0.4K?Cu?SAPO?18?750	271.05	0.12
0.4K?Cu?SAPO?18	556.73	0.22	0.4K?Cu?SAPO?18?850	254.49	0.11
0.4K?Cu?SAPO?18?650	543.80	0.21	Cu?SAPO?18?50	267.40	0.11

Sample	Content of Cu species/（μmol?g^?1）
Sample	Cu²⁺（8MR）	CuO	Cu²⁺（D6R）	Cu⁺	Cu_total
Cu?SAPO?18	32.23	59.98	34.38	1.32	127.91
0.4K?Cu?SAPO?18	18.47	56.76	21.05	101.96	198.23
0.4K?Cu?SAPO?18?650	14.60	49.45	18.47	122.17	204.69
0.4K?Cu?SAPO?18?750	5.14	43.86	5.57	209.05	263.61
0.4K?Cu?SAPO?18?850	3.85	41.49	4.28	317.86	367.47
Cu?SAPO?18?850	29.18	32.19	15.69	189.17	266.23

Sample	Content of Cu species/（μmol?g^?1）
Sample	Cu²⁺（8MR）	CuO	Cu²⁺（D6R）	Cu⁺	Cu_total
Cu?SAPO?18	32.23	59.98	34.38	1.32	127.91
0.4K?Cu?SAPO?18	18.47	56.76	21.05	101.96	198.23
0.4K?Cu?SAPO?18?650	14.60	49.45	18.47	122.17	204.69
0.4K?Cu?SAPO?18?750	5.14	43.86	5.57	209.05	263.61
0.4K?Cu?SAPO?18?850	3.85	41.49	4.28	317.86	367.47
Cu?SAPO?18?850	29.18	32.19	15.69	189.17	266.23

Sample	Acidity site/（mmol?g^?1）			Amount/（mmol?g^?1）
Sample	Weak	Moderate	Strong	Amount/（mmol?g^?1）
Cu?SAPO?18	0.201	0.103	0.302	0.636
0.4K?Cu?SAPO?18	0.102	0.086	0.071	0.259
0.4K?Cu?SAPO?18?650	0.084	0.059	0.051	0.174
0.4K?Cu?SAPO?18?750	0.013	0.018	0.011	0.042
0.4K?Cu?SAPO?18?850	0.011	0.012	0.010	0.033
Cu?SAPO?18?850	0.120	0.092	0.091	0.313