Modified natural and synthetic aluminosilicates as the novel catalysts of selective catalytic reduction of nitrogen oxides with ammonia

Abstract

Modyfikowany żelazem klinoptylolit i zeolit MCM-22 zostały przebadane jako katalizatory selektywnej redukcji katalitycznej tlenków azotu. Opisane badania obejmował}’ preparatykę, charakterystykę i testy katalityczne dwóch serii katalizatorów, do których Fe zostało wprowadzone trzema różnymi metodami. Próbki wykazujące najwyższą konwersję NO zostały także zmodyfikowane Cu lub Ce. Wybrane materiały zatruto $SO_{2}$ i ponownie przeprowadzono testy katalityczne. Dwie próbki, wykazujące najwyższą aktywność przetestowano także w obecności różnego stężenia $SO_{2}$ w mieszance gazowej. Katalizatory z klinoptylolitem wykazały większą aktywność wysokiej temperaturze, natomiast próbki z MCM-22 w niskiej, co spowodowane było specjacją Fe. Stężenie $N_{2}O$ w gazie po reakcji katalitycznej było znacznie niższe dla katalizatorów z MCM-22. W przeciwieństwie do Cu, modyfikacja Ce zmniejszyła konwersję NO, co było konsekwencją agregacji żelazowych centrów aktywnych i katalizowania reakcji ubocznych. Badania wpływu $SO_{2}$ na aktywność katalityczną wykazały, że wstępne zatruwanie obniża aktywność w wysokiej temperaturze poprzez formowanie się siarczanów metali i blokowanie porów oraz centrów aktywnych. Zaobserwowano także, że stężenie $SO_{2}$ w zakresie 200-800 ppm nie ma wpływu na konwersję NO, niezależnie od typu nośnika. Iron-modified zeolites: clinoptilolite and MCM-22 were tested as catalysts for selective catalytic reduction of nitrogen oxides with ammonia. The studies involved synthesis, characterization, and catalytic tests of two series of catalysts in which Fe was introduced via three various methods. The samples showing the best catalytic performance were also modified with Cu or Ce. Additionally, the selected materials were poisoned with $SO_{2}$ and once again subjected to the catalytic tests. Two samples exhibiting the highest NO conversion were examined in the presence of $SO_{2}$ (200-800 ppm) in the gas mixture. The catalysts with clinoptilolite showed higher activity at low temperature, while the samples with MCM-22 at high temperature, as the result of various speciation of Fe. The concentration of $N_{3}O$ in the exhausts after the catalytic reaction was much lower for the samples with MCM-22. In contrast to Cu, the modification with Ce reduced NO conversion, due to the aggregation of Fe species and pore clogging. The studies on the effect of $SO_{2}$ poisoning on the catalytic performance indicated that formation of metal sulfates reduced high-temperature activity. Moreover, the concentration of $SO_{2}$ in the investigated range had no impact on the conversion of NO, regardless of the type of the support.