化工进展 ›› 2025, Vol. 44 ›› Issue (7): 3879-3891.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2024-0856

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基于金属离子改性的Cu-SSZ-13催化剂在NH3-SCR脱硝中的应用

张巍1,2(), 梁垚城1,2, 伍乔1,2, 付业昊1,2, 尹艳山1,2, 成珊1,2, 阮敏1,2, 刘涛1,2, 周昭仪1,2, 张凯凯1,2, 李丹聪1,2   

  1. 1.长沙理工大学能源与动力工程学院,湖南 长沙 410114
    2.可再生能源电力技术湖南省重点实验室,湖南 长沙 410114
  • 收稿日期:2024-05-26 修回日期:2024-09-08 出版日期:2025-07-25 发布日期:2025-08-04
  • 通讯作者: 张巍
  • 作者简介:张巍(1974—),男,博士,副教授,硕士生导师,研究方向为能源高效清洁利用。E-mail:weizhang@csust.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(52006016);湖南省自然科学基金(2023JJ30047);湖南省自然科学基金(2021JJ40573);湖南省自然科学基金(2020JJ4098);湖南省教育厅科学研究重点项目(21A0216);湖南省教育厅优秀青年项目(20B041);湖南省教育厅优秀青年项目(22B0291);长沙理工大学青年教师成长计划(2019QJCZ044)

Metal ion modified Cu-SSZ-13 catalyst for NH3-selective catalytic reduction of NO x

ZHANG Wei1,2(), LIANG Yaocheng1,2, WU Qiao1,2, FU Yehao1,2, YIN Yanshan1,2, CHENG Shan1,2, RUAN Min1,2, LIU Tao1,2, ZHOU Zhaoyi1,2, ZHANG Kaikai1,2, LI Dancong1,2   

  1. 1.College of Energy and Power Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, Hunan, China
    2.Key Laboratory of Renewable Energy and Electric Power Technology of Hunan Province, Changsha 410114, Hunan, China
  • Received:2024-05-26 Revised:2024-09-08 Online:2025-07-25 Published:2025-08-04
  • Contact: ZHANG Wei

摘要:

选择性催化还原(NH3-SCR)技术是当前广泛应用的脱硝技术,其关键在于研发高效稳定的催化剂。Cu-SSZ-13分子筛脱硝催化剂因其优异的N2选择性和良好的催化活性备受研究人员关注。然而,Cu-SSZ-13分子筛催化剂存在的抗硫性和水热稳定性不足等问题严重限制了其工业应用。为了克服硫氧化物和水热老化对Cu-SSZ-13催化剂脱硝活性的影响,可通过向催化剂中引入不同的自由态金属离子来进行改性。本文综述了近年来有关碱(土)金属离子、过渡金属离子和稀土金属离子改性Cu-SSZ-13催化剂在NH3-SCR反应中的应用,并阐述了其抗硫机制和水热稳定性强化方法。展望了未来研究方向:综合利用不同金属离子的特点并结合离子之间的协同作用,制备具有优良抗硫性和水热稳定性的新型Cu-SSZ-13催化剂,明确金属离子在SSZ-13分子筛中的存在形式和相互作用机制,以及通过实验和计算相结合制备高效的金属离子改性Cu-SSZ-13催化剂以满足工业化应用。

关键词: 选择性催化还原, 催化剂, 分子筛, 金属离子改性, 抗硫性, 水热稳定性

Abstract:

NH3-selective catalytic reduction (NH3-SCR) is currently a widely applied denitration technique, and the key is to develop high-performance and stable catalysts. Cu-SSZ-13 zeolite catalysts for denitration have garnered significant research interest due to their excellent N2 selectivity and favorable catalytic activity. However, issues such as the poor sulfur resistance and hydrothermal stability have severely limited their industrial applications. To overcome the negative impact of sulfur oxides and hydrothermal aging on the denitration activity of Cu-SSZ-13 catalysts, modification can be applied by introducing various free metal ions into the catalyst. This review summarizes recent advances in the application of Cu-SSZ-13 catalysts modified with alkali (earth) metal ions, transition metal ions, and rare earth metal ions in NH3-SCR reactions, and discusses their sulfur resistance mechanisms and the methods for enhancing hydrothermal stability. In the end, future research directions are proposed that include utilizing the synergistic effects among different metal ions to prepare novel Cu-SSZ-13 catalysts with excellent sulfur resistance and hydrothermal stability, elucidating the form and interaction mechanisms of metal ions inside the SSZ-13 zeolite and integrating experimental and computational approaches to develop efficient metal ion-modified Cu-SSZ-13 catalysts that meet industrial application requirements.

Key words: selective catalytic reduction, catalyst, molecular sieves, metal ion modification, sulfur resistance, hydrothermal stability

中图分类号: 

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