高分散性Fe的Fe/ZSM-5沸石分子筛的合成及其在NH₃-SCR反应中的应用

【作者】 袁恩辉； 武光军； 戴卫理； 关乃佳； 李兰冬；

【机构】 南开大学材料科学与工程学院；

【摘要】 含过渡金属杂原子Fe的Fe/ZSM-5沸石分子筛在环境污染物（NO_x）的消除反应NH₃-SCR过程中展现出了优异的催化性能而倍受人们的广泛关注。在现有的制备工艺中,Fe/ZSM-5分子筛主要是通过普通浸渍法,离子交换法,气相沉积法和直接水热合成法制备;然而,普通浸渍法制备得到的Fe/ZSM-5分子筛催化剂Fe物种的分散状况不佳,导致其催化活性不高,离子交换法制备得到的催化剂Fe的含量有限,另外其重复性也有待商榷,气相沉积法由于其设备和制备过程价格昂贵,不易于工业化使用,因此人们将目光转向于在分子筛合成过程中直接加入Fe源从而一步制备得到Fe/ZSM-5。由于ZSM-5分子筛的合成一般是在强碱性的体系中进行的,因此在合成的过程中直接将铁的可溶性盐如FeCl₃或Fe（NO₃）₃加入到合成混合液中,Fe³⁺遇到OH-而迅速沉淀导致制备得到的Fe/ZSM-5分子筛中Fe形成了较大的氧化物颗粒而不利于其催化性质的发挥,因此开发一种较高Fe物种分散的Fe/ZSM-5分子筛的制备方法具有非常重要的现实意义。本文以Fe³⁺的络合物NaFe-EDTA为Fe源加入到ZSM-5的合成体系中,该络合物能够均匀地分散在混合液中,随着分子筛的晶化,该络合物成功地被嵌套于分子筛的结构中,伴随着后续的焙烧处理,除去络合剂而留下Fe物种均匀地分散在ZSM-5的孔道结构中,从而制备得到具有高分散性Fe物种的Fe/ZSM-5沸石分子筛催化剂。通过UV-vis,EPR和TEM等表征技术证明Fe物种主要以孤立的Fe3+物种和极小的Fe_xO_y的团簇形式存在;制备得到的不同Fe含量的Fe/ZSM-5-DS在NH₃-SCR过程中展现出了非常优异的催化活性（图1）。更多还原