不同硅铝比的CuZSM5 堇青石整体式催化剂的NO分解反应性能
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2024-09-13
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收稿日期 : 2000207218. 第一作者:单学蕾 ,女, 1971 年生 ,博士.
联系人 :关乃佳. Tel : (022)23500341 ; E2mail : guanj @public. tpt. tj. cn.
文章编号 : 025329837 (2001)0320242203
不同硅铝比的 Cu2ZSM25/ 堇青石整体式催化剂
的NO 分解反应性能
单学蕾1, 关乃佳1, 曾 翔1, 陈继新1, 项寿鹤1,
Ursula ILL GEN2, Manfred BAERNS2
(1南开大学化学学院新催化材料科学研究所 ,天津 300071 ; 2 柏林应用化学研究所 , D212489 柏林 ,德国)
摘要 :考察了原位合成的不同硅铝比的 Cu2ZSM25/ 堇青石整体式催化剂上的 NO 分解反应.结果表明 ,在573～
773 K的温度范围内 ,硅铝比分别为 60 ,55 和40 的催化剂在 723 K下NO 的转化率最高 ,而硅铝比小于 25 的催化
剂上的 NO 转化率很低.低温有利于 N2O的生成.整体式催化剂上的 NO 转化率低于单纯的分子筛催化剂 Cu2
ZSM25 ,但其催化转换频率高于后者.
关键词 :铜, ZSM25分子筛 ,堇青石 ,整体式催化剂 ,一氧化氮 ,分解
中图分类号 : O643 文献标识码 : A
一氧化氮分解为氧和氮的反应是热力学上可行
但受动力学控制的反应 ,需要很高的活化能.选择
适当的催化剂来降低反应的活化能 ,是催化工作者
面临的挑战.多年来 ,人们为寻找合适的催化剂进
行了大量的工作[1 ] . 1986 年, Iwamoto 等[2 ] 突破性
地发现 Cu2ZSM25分子筛是一个优良的催化剂 ,并
通过各种手段表征了该催化剂 ,试图阐明催化剂的
活性中心和反应机理.我们曾在堇青石蜂窝载体上
原位合成了 Cu2ZSM25/ 堇青石整体式催化剂 ,考察
了金属离子的种类、金属离子的交换度及助催化剂
的添加等因素对该催化剂 NO 分解反应活性的影
响[3 ,4 ] .本文主要报道不同硅铝比的 Cu2ZSM25/ 堇
青石整体式催化剂的 NO 分解反应性能 ,并与单纯
的Cu2ZSM25分子筛催化剂进行比较 ,得出了一些
有意义的结果.
1 实验部分
1. 1 催化剂的制备 Cu2ZSM25分子筛催化剂和
Cu2ZSM25/ 堇青石整体式催化剂的制备方法同文献
[5 ].
1. 2 催化剂的活性评价 一氧化氮催化分解反应
在石英管固定床流动反应器中进行.将015 g 催化
剂置于反应器的恒温区内 ,在He 气吹扫下升温至
673 K,并在此温度下改通一氧化氮气体 (NO 浓度
为ω= 2 ×10 - 3 ,用He 气平衡)进行反应.反应空速
为10 000 h - 1 ,反应温度 523～723 K.
反应产物用色2质联用进行分析.色谱柱填充
物为 5A + Porapak2Q(3 m),用于分析 O2, N2和
NO. 用质谱分析其他氮氧化物 N2O和NO2.
分子筛的硅铝比和催化剂中分子筛的含量采用
29 Si MAS NMR 测定.铜离子的含量用美国 ICP
9000(N + M)型等离子体原子发射光谱仪测定.
2 结果与讨论
表1列出了合成的不同硅铝比的 Cu2ZSM25/ 堇
青石整体式催化剂的参数.图1是NO 在这些催化
剂上分解生成 N2的转化率随反应温度的变化曲
线.可以看出 ,随着催化剂中硅铝比的增大 ,NO 转
化率达到最大值时的温度 (Tm)升高 ,CuZ40 ,CuZ55
和CuZ60 的Tm值为 723 K , CuZ25 的Tm值为 623
K,而CuZ15 的Tm值为 673 K. 而且 ,各样品在 Tm
温度下的 NO 转化率也不一样 ,随着硅铝比的增大 ,
Tm温度下的NO转化率升高(CuZ25除外 ).图2
表1 Cu2ZSM25/ 堇青石整体式催化剂的参数
Table 1 Some parameters of Cu2ZSM25/ cordierite
monolithic catalyst samples
Sample Si/ Al
molar ratio Zeolite content
on support (%)Cu content
(%)
CuZ60 60 16. 14 0. 38
CuZ55 55 34. 62 0. 70
CuZ40 40 28. 66 0. 61
CuZ25 25 15. 31 0. 18
CuZ15 15 31. 08 0. 49
第22 卷 第 3期
Vol. 22 No. 3 催 化 学 报
Chinese Journal of Catalysis 2001 年5月
May 2001
图1 NO 在不同硅铝比的 Cu2ZSM25/ 堇青石整体式
催化剂上的转化率随反应温度的变化
Fig 1 NO conversion on Cu2ZSM25/ cordierite monolithic
catalyst samples with different Si/ Al ratios as a
function of reaction temperature at GSHV =
10 000 h- 1
图2 723 K下NO 在不同硅铝比的 Cu2ZSM25/ 堇青石整体式
催化剂上的转化率随反应时间的变化
Fig 2 NO conversion on Cu2ZSM25/ cordierite monolithic
catalyst samples with different Si/ Al ratios as a
function of reaction time at 723 K and GSHV =
10 000 h- 1
图3 不同硅铝比的 Cu2ZSM25/ 堇青石整体式催化剂上 N
2,O2和N2O的选择性随反应温度的变化
Fig 3 Selectivity for N2, O2and N2O on Cu2ZSM25/ cordierite monolithic catalyst samples with different Si/ Al ratios
as a function of reaction temperature at GSHV = 10 000 h- 1
是在 723 K ,不同硅铝比的整体式催化剂的活性随
反应时间的变化.可见 ,催化剂的活性比较稳定 ,并
且随着硅铝比的增大 , NO 转化率升高 (CuZ25 除
外). CuZ25 催化剂出现反常 ,可能是因为其分子筛
和铜的含量比其他催化剂低很多的缘故.
整体式催化剂上 NO 分解反应产物选择性的实
验结果见图 3. 因为 NO2的产量很少 ,故没有将其
结果列入图中.可以看出 ,NO 分解产物之间的比例
与反应温度的关系密切.其中 N2的比例随着温度
的升高而增大 ,在723 K 以上 ,N2占绝对优势.而
N2O与之相反 ,它在温度低时比例较大 ,但随着温
度的升高 ,其选择性逐渐降低. O2的生成量随着温
度的升高而增多 ,但在整个温度区间其选择性都很
低.按照 2NO →N2+ O2的化学方程式 ,生成的 N2
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第3期 单学蕾 等 :不同硅铝比的 Cu2ZSM25/ 堇青石整体式催化剂的 NO 分解反应性能
摘要：
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