摘 要

随着我国汽车排放法规的逐步加严，结合国内机动车NO_x排放现状来看，控制柴油车NO_x的排放是减少我国机动车NO_x排放总量的主要途径。在机动车持续增长和全球环境恶化的形势下，发展和完善柴油车排放控制技术对保护地球环境有十分重要的作用。选择性催化还原技术（SCR）被认为是目前最有效的柴油车排气后处理技术。

作为车用SCR系统中的核心，SCR催化剂的性能对于SCR系统降低NO_x排放至关重要。本文在深入了解并学习SCR系统结构、工作原理及SCR反应机理的基础上，设计了测试铜基分子筛SCR催化剂性能的试验方案，用以探究Cu-SSZ-13铜基分子筛SCR催化剂新鲜状态、水热老化后及硫化处理后的性能，并试以从理论机理角度解释试验结果中出现的现象。

试验结果表明：Cu-SSZ-13分子筛催化剂具有较好的中低温催化活性，而高温活性较差。新鲜催化剂在活性温窗（200~450℃）内NO转化率均超过95%，最高可达99.9%，而低温与高温催化活性较差。其抗水热老化能力并不理想，水热老化后的Cu-SSZ-13分子筛催化剂在整个试验温度区间内催化活性皆有不同程度降低，活性温窗变得较窄，高温段出现严重的副反应，产生副产物NO，这与SCR技术目的相反。其抗硫中毒能力较好，硫中毒仅会使其活性温窗略微变窄，但不影响其在中温段的高效催化活性，而在高温段发生副反应的情况同样严重。因此，在活性温窗内，该催化剂能够在含硫气氛环境下长时间工作，但由于SO₂在催化剂表面的作用机理产生的对催化剂活性位酸性及氧化性的影响，导致较短时长的硫化处理会明显降低其催化活性。

关键词： 氮氧化物；选择性催化还原；分子筛催化剂；性能试验

Abstract

With the gradual tightening of Chinese automobile emission regulations, considering the present situation of NO_x emission from motor vehicles in China, Controlling NO_x emission from diesel vehicles is the main way to reduce the total NO_x emission from motor vehicles in China. With the continuous growth of the number of motor vehicles and the deterioration of the global environment, the development and improvement of diesel vehicle emission control technology play an important role in protecting the earth's environment. Selective Catalytic Reduction (SCR) is considered to be the most effective post-treatment technology for diesel exhaust at present.

As the core of automotive SCR system, the performance of SCR catalyst is very important for reducing NO_x emission. In this paper, on the basis of thoroughly understanding and studying the structure, working principle and reaction mechanism of SCR system, a test scheme was designed to test the performance of copper-based molecular sieve SCR catalyst, which is to explore the performance of Cu-SSZ-13 copper-based molecular sieve SCR catalyst in fresh state, after hydrothermal aging and after vulcanization treatment, and explain the phenomena appearing in the test results from the point of view of theoretical mechanism.

The results show: To fresh Cu-SSZ-13 molecular sieve catalyst, it has good catalytic activity at medium-low temperature stage, but low catalytic activity at high temperature stage. The conversion of NO exceeds 95% in the active temperature window (200 ~ 450℃), up to 99.9%. But the catalytic activity at low temperature and high temperature is poor. Its hydrothermal aging resistance is not ideal. After hydrothermal aging treatment, the catalytic activity of Cu-SSZ-13 molecular sieve catalyst decreases in varying degrees in the whole test temperature range, and its active temperature window becomes narrower. Severe side reactions occur and produce by-product NO at high temperature stage, which is contrary to the SCR purpose. Its anti-sulfur poisoning ability is better. Sulfur poisoning only narrows the active temperature window slightly, but doesn’t affect its high catalytic activity in the middle-temperature state. The side reactions at high temperatures are equally severe. Therefore, in the active temperature window, the catalyst is able to work for a long time in sulphur-containing atmosphere. But due to the action mechanism of SO₂ on the surface of catalyst, which has an impact on acidity and oxidizability of the catalyst active site，it causes that short time vulcanization process reduces significantly its catalytic activity.

Keywords: NOx, SCR, molecular sieve catalyst, performance test

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 我国汽车排放法规 1

1.1.2 我国汽车保有量及排放现状 1

1.2 柴油车排放控制技术 2

1.2.1 发动机机内净化技术 2

1.2.2 排气后处理技术 2

1.3 选择性催化还原(SCR)技术路线 2

1.4 SCR催化剂 3

1.4.1 金属氧化物催化剂 3

1.4.2 分子筛催化剂 3

1.5 本章小结 3

第2章 分子筛SCR催化剂性能国内外研究现状 4

2.1 分子筛的定义 4

2.2 分子筛催化剂性能国内外研究现状 5

2.3 本章小结 6

第3章 铜基分子筛SCR催化剂性能试验 7

3.1 试验条件 7

3.2 试验方案 8

3.2.1 试验目的 8

3.2.2 设计试验方案 8

3.3 试验准备阶段 9

3.4 试验过程 10

3.4.1 新鲜催化剂性能试验 10

3.4.2 水热老化性能试验 10

3.4.3 硫中毒性能试验 11

3.5 本章小结 11

第4章 数据处理与结果分析 12

4.1 新鲜催化剂性能试验 13

4.1.1 数据处理 13

4.1.2 结果分析 14

4.2 水热老化性能试验 15

4.2.1 数据处理 15

4.2.2 结果分析 16

4.3 硫中毒性能试验 17

4.3.1 数据处理 17

4.3.2 结果分析 18

4.4 本章小结 19

第5章 全文总结与展望 20

5.1 总结 20

5.2 展望 20

参考文献 22

致谢 26

绪论

研究背景

1885年，德国工程师卡尔·本茨发明了世界上第一辆装有内燃机动力机的汽车，从此内燃机汽车开始出现在人们生活中。随着科技的进步和汽车工业的不断发展，现如今汽车已经成为人们出行的主要出行交通工具之一，成为了人们生活中必不可少的一部分。

传统内燃机汽车的动力来源是通过内燃机使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力，其中燃料的燃烧免不了废气的排放。而随着地球生态环境的恶化和人类环保意识的加强，对汽车排放的控制被人们重视了起来。

我国汽车排放法规

我国目前实施的排放法规以欧盟的标准为参考，我国于2017年7月1日开始全面实施国Ⅴ机动车排放标准，并预计在2020年开始实施国Ⅵ排放标准。