Understanding the effect of porosity and presence of silver in Cu:SAPO-34 as an HC-SCR catalyst, using propene or isobutane in a wet feed

Abstract

Effekten av porøsitet og sølv i Cu:SAPO-34 som en HC-SCR av NOx katalysator ble undersøkt, ved bruk av propen og isobutan som hydrokarboner i våt føde. Egne konvensjonelle og hierarkiske SAPO-34 prøver ble syntetisert, ved variering av ulike faktorer under miksing av syntese gelen og krystalliseringen. De fase rene prøvene ble ionebyttet med Ag+ og Cu2+ separat og samtidig, 4 ganger for hver prøve. Mekanisk miksede prøver ble også laget ved bruk av lik mengde sølv og kopper prøve. Fase renheten og krystalliniteten til prøvene ble karakterisert med røntgendiffraksjon (XRD) og porøsiteten med BET overflate analyse før og etter ionebytting. Metallinnhold i prøvene ble bestemt med ICP-MS, med en økning ifra første til fjerde runde med ionebytting. NOx omdanning for de analyserte prøvene ble målt med en chemiluminescence NOx analyser, etter første og fjerde runde med ionebytting.

Cu:SAPO-34 prøvene var aktive for både de konvensjonelle og hierarkiske prøvene, men Ag:SAPO-34 prøvene var inaktive. Prøvene som ble ionebyttet samtidig med sølv og kopper viste lavere aktivitet enn sine Cu:SAPO-34 motstykker, men med mye lavere kopper innhold som kunne bety en synergisk effekt med sølv. Alle disse prøvene hadde en økning i NOx omdanning ifra første runde til fjerde runde med ionebytting. De mekanisk miksede prøvene ble kun kjørt for sølv og kopper prøvene etter 4 runder med ionebytting og viste høyere maks NOx omdanning enn kopper prøvene. Dette var ikke over et like bredt temperaturintervall, men likevel med halvparten av kopper tilstede som kunne bety en liknende synergisk effekt ifra sølv. Maks omdanning ble oppnådd av den konvensjonelle mekanisk miksede prøven og var 60 % ved 500 °C.

Metall innhold så ut til å ha en større effekt på NOx omdanningen enn porøsiteten av prøvene, siden en økning i NOx omdanning tok sted til tross av tap i porøsitet i prøvene etter ionebytting. Porøsitet var viktig for de mekanisk miksede prøvene. Ingen aktivitet ble registrert ved bruk av isobutan, som antydet lav konsentrasjon av aktive seter i de mulige mesoporene av den hierarkiske prøven og på den eksterne overflaten til krystallittene av både den hierarkiske og konvensjonelle prøven.

The effect of porosity and presence of silver in Cu:SAPO-34 as an HC-SCR of NOx catalyst was investigated, using propene and isobutane as hydrocarbons in a wet feed. Own conventional and hierarchical SAPO-34 samples were synthesized, varying different factors during mixing of the synthesis gel and crystallisation. The phase pure samples were ion exchanged with Ag+ and Cu2+ separately and simultaneously, 4 times for each sample. Mechanically mixed samples were prepared using equal amounts of Ag+ and Cu2+ samples. The phase purity and crystallinity were characterized by XRD and porosity by BET surface analysis before and after ion exchange. The metal content inside the samples was determined by ICP-MS, with an increase from 1 round to 4 rounds of ion exchange. The NOx conversion of the samples was measured by a chemiluminescence NOx analyser, after the first and fourth round of ion exchange.

Cu:SAPO-34 samples were active for both the conventional and hierarchical samples, while Ag:SAPO-34 samples were inactive. Simultaneously exchanged AgCu:SAPO-34 samples showed lower activity than their Cu:SAPO-34 counterparts, but with much lower copper content, suggesting a synergistic effect with silver. All of these had an increase in NOx conversion after 3 additional rounds of ion exchange. The mechanically mixed silver and copper samples were only run for the silver and copper samples after 4 rounds of ion exchange, showing higher maximum NOx conversion than the copper samples. This was not over an as wide temperature range, but with half the amount of copper present suggesting a synergistic effect with silver here as well. The highest obtained conversion of NOx was obtained by the conventional mechanically mixed sample with 60 % at 500 °C.

Metal content seemed to have a bigger effect on the NOx conversion than the porosity of the samples, as there was increase in conversion despite the gradual loss in porosity of the samples after 4 rounds of ion exchange. Porosity was however important for the mechanically mixed samples. No activity was obtained using isobutane, suggesting low concentration of active sites present inside the possible mesopores of the hierarchical sample and the external surface of both the hierarchical and conventional samples.