会议名称：第十一届全国环境催化与环境材料学术会议

会议时间：2018.07.20-2018.07.23

报告题目：高效分子筛脱硝催化剂的设计原则

张润铎教授大会风采展示

摘要：

高效分子筛脱硝催化剂的设计原则

张润铎*，王昊，徐瑞年

北京化工大学，化工资源有效利用国家重点实验室，能源环境催化北京市重点实验室，北京，100029

关键词：氮氧化物、选择性催化还原脱除、分子筛、高N₂选择性

当前空气质量日益恶化、雾霾天气频现，造成这一环境问题的重要原因之一是各种移动源（机动车尾气）和固定源（电厂烟气、工业锅炉尾气排放）氮氧化物的恣意排放。目前，解决此类污染物最有效途径是催化治理技术，分子筛具有比表面积高、孔道规则有序、活性离子易改性、热稳定性好、工业应用经验丰富等特点，在环境保护领域发挥重要作用。基于本课题组最新研究成果，着眼阐述催化材料的特色制备、环境催化机理的谱学研究和分子模拟、催化反应工程基础等，实现氮氧化物废气高效、高N₂选择性定向无害转化，达到排放标准^[1-4]。主要内容如下：

1. 氮氧化物（NO_x）已成为当前城市主要的大气污染物之一，可形成酸雨、光化学烟雾和雾霾，开发具有宽泛的高活性温度窗口的脱硝催化体系，显得非常重要。采用具有CHA结构的SSZ-13超微孔分子筛，经铜离子交换制备脱硝催化剂，获得了优异的低温活性（T=150℃、NOx转化率>98%）、超宽的操作温度窗口（150-450℃）、较好的水热稳定性。铜离子的特殊落位及存在价态对脱硝性能起到了很大影响。研究表明：落位于d6R的Cu⁺是低温脱硝反应的活性中心，而该分子筛较低硅铝比所呈现的强酸性有利于高温下稳定还原剂氨，提升高温脱硝性能。

2. SSZ-13分子筛传统合成需使用昂贵、剧毒的三甲基金刚烷胺模板剂，生产成本高，限制其工业推广应用；因此，探寻廉价新型无毒的SSZ-13模板剂引发关注，经过系列实验探究，结合CHA笼的空间尺度效应及造孔结晶所需羟基、氨基等官能团自组装效应，并借助量化计算来预测新型模板剂，研究发现，无毒、廉价的氯化胆碱作为模板剂可以合成出高结晶度的SSZ-13分子筛产品。

3. 在分子筛脱硝性能的研究中，拓扑结构起到了很大影响。研究以直通道型、直通道笼状杂化型、笼状结构为出发点，首次对比了系列拓扑结构分子筛对脱硝性能的影响，基于实验研究结果及量化计算，对不同铜落位及铜价态进行模拟分析，发现笼状结构的分子筛具有稳定的骨架及较深的铜落位，有利于脱硝性能的提高，发现了SSZ-16、SSZ-17等性能优异的新型脱硝分子筛催化剂。

参考文献：

[1] R. Zhang, N. Liu, Z. Lei, B. Chen*, Chem. Rev. 2016, 116: 3658-3721.

[2] R. Zhang* et al., J. Catal., 2012, 294: 99-112; 2012, 295: 45-58; 2010, 272: 210-219.

[3] R. Zhang* et al., Environ. Sci. Technol, 2014, 45: 13909-13916; 2012, 46: 11280-11288.

[4] R. Zhang* et al., Appl. Catal. B, 2014, 146: 79-93; 2014, 146: 94-104.

* 国家自然科学基金(214777007和21407007)