微波离子交换法制备Cu-ZSM-11及微波辐照MeOx/Cu-ZSM-11催化分解NO

罗羽裳，周继承，徐文涛，游志敏，龙伟，蒋沧海



微波离子交换法制备Cu-ZSM-11及微波辐照MeO/Cu-ZSM-11催化分解NO

罗羽裳，周继承，徐文涛，游志敏，龙伟，蒋沧海

（湘潭大学化工学院，湖南湘潭 411105）

用微波辐照离子交换法制备了Cu-ZSM-11，制备的Cu-ZSM-11和金属氧化物（MeO）机械混合制备了微波催化剂MeO/Cu-ZSM-11。考察了MeO在微波辐照下的升温行为，筛选出吸波性能好的MeO（MnO2>CuO>Ni2O3）为吸波组分。分别考察了微波辐照下金属氧化物、Cu-ZSM-11和MeO/Cu-ZSM-11直接分解NO性能，并与常规加热条件下比较。结果表明：微波辐照显著提高了NO的转化率，微波催化剂Ni2O3/Cu-ZSM-11在350℃时，NO转化率达到99.27%，N2选择性达到99.9%；相同条件下，微波辐照MeO/Cu-ZSM-11直接分解NO转化率高于对应金属氧化物或Cu-ZSM-11分解NO的转化率，表明微波具有催化作用。微波辐照下氧气浓度对Ni2O3/Cu-ZSM-11直接分解NO性能几乎无影响，微波辐照消除了氧气阻抑作用，表现出微波选择效应。水汽存在对转化率有较小影响。反应进口气体不需要预热，进出口气体温度基本不变。

微波；微波离子交换；沸石；催化剂；催化；分解NO

引 言

人类工业活动排放的氮氧化物（NO）是危险的空气污染物之一，对人体和生态环境都造成很大的危害[1]。我国《火电厂大气污染物国家排放标准》规定NO的排放浓度低于100 mg·m-3，是世界上最严格的标准。目前广泛应用的NH3-SCR脱硝技术存在耗氨量大、设备要求高和有二次污染等缺陷[2-4]，其他脱硝方法如水吸收法、氧化吸收法、等离子体法等也存在脱硝效率低、有二次污染等缺陷，因此亟需开发一种无二次污染的高效深度脱除NO的技术。NO主要组成是NO、NO2、N2O3等，其中NO占95%，脱除NO最主要的就是脱除NO。

直接分解NO无二次污染、无需还原剂，是最理想的一种脱硝方法，但该法活化能高达364 kJ·mol-1，因此需要寻找一种高效催化分解NO的方式或催化剂来降低活化能[5]。Cu分子筛是目前低温直接分解NO最好的催化剂[6-7]，但是存在氧阻抑作用、水汽影响和催化剂易中毒等缺陷[8]，还存在Cu分子筛离子交换制备时间长、Cu交换量不够高的问题。

微波是一种电磁波，有大量研究报道微波加热或微波辐照对许多化学反应都表现出了“神奇”的效应[9]。微波具有特殊效果，如加速化学反应、提高反应选择性等[10]。微波技术用于脱除NO也有研究报道，主要有微波辐照催化剂气固相还原反应脱硝、微波辐照活性炭床法、微波辐照催化氧化法、微波直接分解法[10]。Tang等[7]报道用微波加热Fe/Na-ZSM-5催化直接分解NO，在500℃时效果最好，NO分解转化率虽仅70%，但对直接分解NO表现出了微波作用效应。

本工作采用微波-离子交换法制备Cu-ZSM-11分子筛，以制备的Cu-ZSM-11为活性组分和吸波性能好的MeO机械混合制备MeO/Cu-ZSM-11，研究微波辐照MeO/Cu-ZSM-11高效催化直接分解NO性能，并考察了氧浓度、水汽、空速、Cu-ZSM-11交换次数等对微波辐照MeO/Cu-ZSM-11催化直接分解NO性能的影响。

1 实验部分

1.1 微波辐照离子交换法制备Cu-ZSM-11分子筛

（1）Na-ZSM-11预处理：将Na-ZSM-11用浓度为0.01 mol·L-1的NaNO3溶液在微波清洗器中洗涤30 min，干燥，焙烧。

（2）微波辐照离子交换：配制一定浓度的Cu(NO3)2溶液，加入步骤(1)中预处理过的分子筛，维持一定的固液比，在微波化学反应仪中以一定功率搅拌进行离子交换，然后冷却至室温，用超纯水洗涤数次至洗涤液澄清无颜色，干燥，焙烧，制备所得即为Cu-ZSM-11。

1.2 Cu-ZSM-11的表征

等离子体元素分析仪（ICP-AES）采用SHIMADZU公司的AA-6300CC型，定量分析制备的Cu-ZSM-11中Cu的交换量。X射线衍射多晶粉末衍射仪是日本理学公司生产的Dmax-3c型，测试条件是Cu Ka射线，管压40 kV，管流30 mA，扫描速率2（°）·min-1，扫描范围2为5°～50°。采用美国康塔公司的NOVA-2200e型分析仪对晶体比表面积(surface area)和孔容(pore volume)等进行分析。

1.3 微波催化剂的制备

采用微波离子交换法制备的Cu-ZSM-11作主催化剂，选择吸波性能好的MeO（MnO2、CuO和Ni2O3）为吸收微波组分，将Cu-ZSM-11分别和MeO机械混合制得微波催化剂，记为MeO/Cu-ZSM-11。

1.4 微波催化反应装置

微波催化反应（CRM）装置由本研究团队与长沙隆泰微波热工有限公司合作设计研发，该装置由微波发生器、反应器和NO在线分析仪组成，如图1所示。微波功率源为高稳定程控微波功率源，输出功率0～1000 W连续可调，工作频率为2450 MHz。微波催化反应器中反应管为水平放置的石英管（长度540 mm，内径10 mm）。反应气体在预混合器内混合后进入反应管，通过填装在反应管中的催化剂床层（MeO、Cu-ZSM-11和MeO/ Cu-ZSM-11）进行催化脱硝反应，催化剂两端用石英棉固定。通过微波热效应加热催化剂床层，利用插入催化剂床层的热电偶监控催化剂床层温度。

1—NO; 2—NO2; 3—N2; 4—storage tank; 5—metering pump; 6—mass flow meter; 7—valve; 8—premixer; 9—quartz reactor;10—fixed bed; 11—thermal insulation; 12—resonant cavity; 13—microwave generator;14—on-line NOanalyzer

1.5 催化剂活性评价

反应气体由NO (摩尔分数0.1%)、O2（体积分数0～8%）和反应平衡气体N2组成。为对比实验，微波催化反应(CRM)和常规加热反应(MCRM)的反应器体积相同，催化剂质量（2 g）和进气量(120 ml·min-1)等其他条件也相同。常规加热反应在微型反应装置（由北京新航盾石化科技有限公司生产的MRT-6123）上进行。催化反应后尾气NO浓度用NO在线检测仪进行监测。

在该反应中，N2是主要产物，NO2是副产物，因此NO转化率（NO）和NO转化为N2的选择性（N2）分别用式（1）、式（2）表达

(2)

式中，0(NO)为反应气体进气中NO浓度，1(NO)为反应后排出气体中NO浓度，1(NO2)为反应后排出气体中NO2浓度。

2 结果与讨论

2.1 微波辐照离子交换法制备Cu-ZSM-11

2.1.1 制备Cu-ZSM-11工艺条件考察 利用新型微波辐照离子交换法制备Cu-ZSM-11，考察了不同条件对Cu-ZSM-11样品中Cu交换量的影响，并选择最佳的工艺条件。如图2所示，图2（a）表示用原子吸收法测Cu含量标准曲线，图2（b）～（f）分别表示交换液浓度、微波功率、交换时间、固液比和交换次数对Cu交换量的影响。

从图2（b）可以看出，随着交换液浓度的增加，Cu交换量增加。在较低浓度范围内，Cu交换量随交换液浓度增加迅速增加。超过某个浓度后，Cu交换量的增加随交换浓度增加的速度明显下降，与文献[11-12]报道的结果一致。这是因为被交换的位置有限。

从图2（c）可以看出，当微波功率200 W时，Cu交换量较没有微波辐照明显增加。但之后随着微波功率的增加，Cu交换量增加得很少。微波功率大小对Cu交换量基本没有影响，与文献[13-14]的报道相似。这是因为微波功率为200 W时就能为反应系统提供一个有足够能力的磁场。

从图2（d）可以看出，随着交换时间的延长，Cu交换量提高。交换时间<10 min时，Cu交换量随交换时间延长显著增加；交换时间>10 min时，Cu交换量随交换时间延长有所增加但增加量不明显。这是因为10 min后离子交换已经基本达到平衡。

从图2（e）可以看出，在固液比10～20的范围内，Cu-ZSM-11中Cu交换量均随固液比增大而降低。固液比是指固体分子筛质量与交换液体积之比，固液比越大，说明溶液中固体分子筛含量越多，则每单位质量分子筛拥有可以交换的溶液体积减少，而一定体积的溶液中含Cu量是有限的，导致其最终交换度下降。

从图2（f）可以看出，随着交换次数的增多，Cu-ZSM-11的Cu交换量增加。Cu-ZSM-11第2次交换Cu的增加量大于第3次交换Cu的增加量。这说明，随着交换次数的增加，Cu交换量也增加，但增加量逐步递减。最终Cu交换量将不会随交换次数增加而变化。这一研究结果与普通离子交换法中交换次数对Cu交换量影响的结果一致[15]。这是因为分子筛上可交换的阳离子有限，随着交换次数的增多，可以被交换的阳离子越来越少，从而增加的交换量会随交换次数增加而有所下降。当所有的可交换阳离子被交换后，就达到交换平衡，交换次数再增加，交换量不再增加。

综上所述，交换液浓度0.01 mol·L-1、微波作用功率200 W、微波作用时间10 min、固液比15、交换次数2是较优的微波辐照离子交换法制备Cu-ZSM-11的工艺条件。

2.1.2 制备的Cu-ZSM-11的表征 图3是Na-ZSM-11、微波离子交换一次制备的Cu-ZSM-11（图中为1 Cu-ZSM-11）和微波离子交换二次制备的Cu-ZSM-11（图中为2 Cu-ZSM-11）3个样品的XRD谱图，三者的XRD图谱基本一致，说明微波辐照离子交换法没有破坏分子筛的结构。Cu-ZSM-11的XRD谱图中并没有检测到铜的晶体衍射峰，说明制备的Cu-ZSM-11中Cu是完全以离子交换的形态高度分散在ZSM-11分子筛的外表面和孔道内。由于Cu的粒径小于3 nm，低于XRD的检测极限，图3中的XRD谱图不能显示Cu物种的衍射峰，此现象与文献报道[16]一致。

表1是Na-ZSM-11和微波辐照离子交换法制备的Cu-ZSM-11的N2吸附脱附表征。从表中可以看出Na-ZSM-11的比表面积是449.617 m2·g-1，Cu-ZSM-11的比表面积是190.527 m2·g-1，认为Cu负载到Na-ZSM-11上导致比表面积减少。

表1 Na-ZSM-11和Cu-ZSM-11的N2吸附脱附孔参数

2.1.3 微波辐照离子交换法制备 Cu-ZSM-11机理推测Cu2+与分子筛Na-ZSM-11的离子交换反应是一个自由扩散过程，离子交换反应速率受自由扩散速率制约[17]。在传统的离子交换法中，离子的自由扩散速率较慢。引入微波场时，离子交换速率加快，几分钟内就基本达到平衡。微波辐照离子交换速率加快可能有以下几个原因：第一，金属离子在微波场的作用下不再是杂乱无章的分子扩散，而是沿着固定的方向扩散，而且场的存在会使扩散速率加快；第二，水分子是极性分子，能够吸收微波，水分子吸收微波后发生旋转和振动[18]，使Cu2+上结合的水分子数减少，脱水的Cu2+更容易进入分子筛表面及孔道内的交换位置进行交换；第三，Cu2+以及Cu2+的水合离子一般情况下会成球状分布，但当有固定的微波场时，在场强作用下可能发生形变，变成扁球状或长条状，这样从垂直方向上来讲半径大大减小，更容易进入交换位置；第四，微波辐照作用下，溶液中的阴离子在外加电场下变形，对整个体系做出新的贡献，很大程度上增强了体系吸收微波的能力，使体系快速升温。另外溶液中的水分子也吸收微波，使体系快速升温，体系温度升高必然使分子的自由扩散速率加快，从而加大离子交换速率。

2.2 催化剂在微波辐照下升温行为

催化剂在微波场中既吸收微波转化为热能提高催化剂床层温度，又降低反应活化能催化化学反应，提高反应速率，促进反应进行的程度。这种与微波场匹配的催化剂称为微波催化剂。Cu-ZSM-11在微波场中的行为如图4所示，升温能力不是很好，不是优良的微波催化剂。因此，本工作考察筛选吸波能力强的MeO与Cu-ZSM-11混合制备成的微波催化剂(MeO/Cu-ZSM-11)，并考察其在微波场中的行为。

2.2.1 MeO在微波辐照下的升温行为 图5是微波场中MnO2、CuO、Fe3O4、Ni2O3在微波功率为200 W时和g-Al2O3在微波功率为600 W时的升温行为。从图5可知：第一，升温能力强弱为MnO2> CuO >Ni2O3>Fe3O4>g-Al2O3；第二，床层温度随微波作用时间延长而升高，最终达到平衡；第三，床层平衡温度随微波功率增大而升高。g-Al2O3因吸波能力弱，升温性能差；Fe3O4升温后粉末由黑色变成砖红色，即Fe3O4大量转化为Fe2O3，升温变性，证明该物质不适合作微波催化剂的吸波组分。因此，选择吸波性能好且升温不变性的MnO2、CuO和Ni2O3作微波催化剂的吸波组分。

2.2.2 MeO/Cu-ZSM-11在微波辐照下的升温行为

图6是MnO2、CuO、Ni2O3和CuZSM-11以质量比1:1机械混合，充分研磨，定型过筛制备的微波催化剂MnO2/Cu-ZSM-11、CuO/Cu-ZSM-11和Ni2O3/Cu-ZSM-11在微波场中的行为。从图中可以看出MnO2/Cu-ZSM-11、CuO/Cu-ZSM-11和Ni2O3/Cu-ZSM-11都是升温性能很好的微波催化剂。其中Ni2O3/Cu-ZSM-11温度迅速升高至1000℃后迅速降温。这是因为Ni2O3在床层温度超过600℃后易分解为NiO，当有Cu-ZSM-11时，分解过程中转移的电子可能与Cu-ZSM-11发生作用，导致分解后的NiO中金属元素只有某一个价态，不能形成结构缺陷，吸收微波能力下降，床层温度下降。因此，当以Ni2O3/Cu-ZSM-11为微波催化剂直接催化分解NO时，床层温度尽量不要高于600℃，以延长微波催化剂的使用寿命。

2.3 微波辐照催化剂直接分解NO性能

2.3.1 微波辐照MeO/Cu-ZSM-11直接分解NO

图7是微波辐照MeO/Cu-ZSM-11直接分解NO反应结果。图7(a)中微波辐照CuO/Cu-ZSM-11催化分解NO，当床层温度达到400℃时NO达到93.8%，此外在实验中发现CuO/Cu-ZSM-11比纯CuO更容易控制床层温度。从图7(b)可以看出，微波辐照MnO2/Cu-ZSM-11直接分解NO，当床层温度为200℃时NO为90.95%；随着温度升高，NO快速下降，当床层温度为400℃时NO降到70.09%；温度越高，NO随温度升高而下降的速度越快，认为高温会使部分微波催化剂失活。此外，该现象与纯MnO2在微波场中分解NO的结果一致（见后文图9），认为高温引起MnO2本身的晶格氧变化。图7(c)中微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11直接分解NO,当催化剂床层温度为350℃时NO达99.30%；当温度低于350℃时，NO随着温度上升而提高，而且在低温区温度对转化率敏感度更高，温度越接近350℃NO随温度升高增长得越慢。当床层温度高于350℃时NO急速下降，可能是高于该温度后其反应历程发生变化，Ni2O3晶格氧变化引起，与Ni2O3在微波场中分解NO结果一致。微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11催化分解NO的最佳温度点是350℃，而不是Ni2O3最佳分解NO温度点300℃（见后文图9），说明Cu-ZSM-11在NO分解反应中起最主要的作用，Ni2O3主要的作用还是吸收微波维持床层温度。3种MeO/Cu-ZSM-11中微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11分解NO性能最高。

2.3.2 微波辐照Cu-ZSM-11和金属氧化物分别直接分解NO(对比实验) 图8表示Cu-ZSM-11在微波场中和在常规加热条件下直接分解NO，反应条件为NO (1000 cm3·m-3)、O2(5%)和N2为平衡气，气体流速为120 ml·min-1，催化剂质量为2g。发现Cu-ZSM-11在微波辐照下直接分解NO的性能比常规加热反应时提高很多。常规加热条件下催化剂床层温度在550℃左右取得最佳的NO分解率56.8%，而在微波催化下催化剂床层温度为180℃时NO分解率达到84%。微波场中Cu-ZSM-11在较低温下就有神奇的分解NO的效果，与报道类似，微波辐照提高了NO的转化率。

图9是微波辐照CuO、MnO2和Ni2O33种金属氧化物直接催化分解NO，描述NO转化率随温度的变化。发现微波辐照下5%氧气存在时有最佳温度点（300～400℃），NO转化率超过60%，而常规加热条件下700℃时无氧条件和5% 氧气存在时NO转化率分别低于35%和8%[19]。结果表明微波辐照促进了NO分解，表现出微波催化作用。

上述结果表明单纯的金属氧化物和Cu-ZSM-11在微波辐照下都不能达到理想的催化分解NO的效果，与文献[7]报道一致，使用Fe/NaZSM-5微波加热催化直接分解NO最好，转化率为70%。因此，利用Cu-ZSM-11催化分解NO的高活性和金属氧化物优良的吸收微波性能，组合制备成微波催化剂，在微波辐照下高效催化分解NO。

2.4 不同条件对微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11直接分解NO的影响

2.4.1 氧浓度对微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11直接分解NO的影响 工业废气排放中总会含有氧气，Imanaka等[20]报道氧气对NO的分解具有抑制作用。微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11直接分解NO，从表2中可以看出，当有5%的氧气时，对NO的分解影响不大；当有8%的氧气时，NO有所下降，但仍高达90%。结果表明微波具有选择效应，氧气含量的增加对NO转化率几乎没有影响，微波选择效应消除了氧阻抑作用。微波辐照表现出选择性作用，是因为O2是非极性分子而NO是极性分子，微波辐照只活化NO极性分子而不活化O2非极性分子。

表2 氧浓度对微波辐照Ni2O3/CuZSM-11分解NO的影响

2.4.2 水汽对微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11直接分解NO的影响 微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11直接分解NO能力随组分中水汽的变化见表3。在常规模式下，水汽对Cu分子筛催化分解NO有很强的影响[21]。Zhang等[21]研究了水汽对Cu-ZSM-5直接分解NO能力的影响，发现当在反应中引入5%的水汽后NO从接近90%迅速降到只有42%。在微波辐照下当有水汽存在时N2选择性会有所下降，但是影响较小。这说明微波辐照下该催化剂具有很好的耐水汽性能。

表3 H2O对微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11分解NO的影响

2.4.3 Cu-ZSM-11的交换次数对微波辐照Ni2O3/ Cu-ZSM-11直接分解NO的影响 从表4中可以看出，当Cu-ZSM-11交换次数为1次时，NO不到80%，这是因为Cu交换量较低，而Cu是Cu-ZSM-11的活性组分，Cu交换量对Cu-ZSM-11的催化性能有很大的影响[22-23]。当Cu-ZSM-11的交换次数为3次时，NO与交换2次的NO基本一致，这是因为与交换2次相比交换3次后Cu交换量增加较小，这与图2(f)的结果相符。所以，制备Cu-ZSM-11需进行2次交换。

表4 Cu-ZSM-11交换次数对微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11分解NO的影响

2.4.4 空速对微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11直接分解NO的影响 微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11直接分解NO能力随空速的变化见表5。Iwamoto等[13]研究了空速对Cu-ZSM-5催化分解NO的影响，发现增大空速会使NO的转化率急速下降[24]。在本实验中，随着空速的增大，NO的分解率急速下降，N2的选择性也下降。

表5 空速对微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11分解NO的影响

2.4.5 时间对微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11直接分解NO的影响 微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11直接分解NO能力随时间的变化见表6。从表中更可以看出，1 h内Ni2O3/Cu-ZSM-11催化分解NO的转化率达90%。随着时间的延长，催化剂的活性下降，而且N2的选择性也随反应时间延长而下降。

表6 时间对微波辐照Ni2O3/Cu-ZSM-11分解NO的影响

2.4.6 微波反应和常规反应后出口气体温度随反应床层温度的变化 当反应条件为NO (1000 cm3·m-3)、O2(5%)和N2为平衡气，气体流速为120 ml·min-1，催化剂质量为2 g时，Ni2O3/Cu-ZSM-11在常规加热和微波辐照升温通气反应后测试尾气温度如图10所示。发现在微波辐照下，床层温度升高至350℃反应，但尾气温度仍维持在34℃左右。而常规加热模式下尾气温度随催化剂床层温度升高而升高，催化剂床层温度为200℃时出口尾气温度为97℃，催化剂床层温度为400℃时出口尾气温度为110℃。这是因为二者的加热作用不同。常规加热通过热传导、辐射和对流加热，NO、N2（主要成分）和O2都会被加热。而微波辐照与物质分子作用而加热，并且具有选择性。N2和O2是非极性分子，不被微波加热；只有极性分子NO能被加热，但NO只是尾气中极小的一部分，含量低于0.1%，对尾气整体温度影响不大。微波辐照分解NO反应时进口气体室温进料，不需要预热反应气体预热，即不受进口气体温度限制，因而可对低温烟气进行脱硝。反应后尾气温度基本维持在室温，可大大减少能耗。

3 结 论

（1）建立了微波辐照Ni2O3/CuZSM-11直接分解NO方法，该法可高效分解NO，达到脱硝目的。发现了微波选择效应，微波选择效应消除了直接分解NO过程中O2的阻抑作用。微波选择性作用只活化极性分子NO，而不活化非极性分子O2，因此几乎没有O2发生化学吸附而参与反应。

（2）微波辐照微波催化剂MeO/Cu-ZSM-11对NO直接分解反应表现出微波催化作用。以Cu-ZSM-11为活性组分，金属氧化物调节吸收微波性能，制备了微波催化剂MnO2/Cu-ZSM-11、CuO/Cu-ZSM-11和Ni2O3/Cu-ZSM-11，微波辐照下其分解NO性能依次为Ni2O3/Cu-ZSM-11> CuO/Cu-ZSM-11> MnO2/Cu-ZSM-11。最好的微波催化剂Ni2O3/Cu-ZSM-11微波催化分解NO转化率可达99%以上，选择性为99.9%。

（3）采用微波-离子交换法高效快速地制备了Cu分子筛。随着交换液浓度的增大，Cu交换量提高，浓度越大，Cu交换量随浓度增大而提高的量越小。Cu交换量随离子交换时间延长而提高，当交换度达到平衡时Cu交换量不再随时间延长而提高。较常规条件交换时间缩短了几十倍；Cu交换量随固液比增大而降低。Cu交换量随交换次数增加而提高，但提高速率随交换次数增加而减少。

（4）不同物质在微波场中升温性能不同。5种金属氧化物在微波场中的升温能力强弱顺序：MnO2>CuO>Ni2O3>Fe3O4>g-Al2O3。筛选出吸波性能好的金属氧化物MnO2、CuO、Ni2O3作为微波催化剂的吸波组分。

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Cu-ZSM-11 catalysts prepared with microwave irradiation ion-exchange method and direct decomposition of NO over MeO/Cu-ZSM-11 with microwave irradiation

LUO Yushang, ZHOU Jicheng, XU Wentao, YOU Zhimin, LONG Wei, JIANG Canghai

(School of Chemical Engineering, Xiangtan University, Xiangtan 411105, Hunan, China)

Cu-ZSM-11 molecular sieve was prepared by the microwave ion-exchange method. The heating behavior of several kinds of metal oxides under microwave irradiation was investigated. Some metal oxide（MnO2>CuO>Ni2O3）which is of good absorption property for microwave wasselected to be used for mixing with Cu-ZSM-11 catalyst to prepare the microwave catalysts. Direct decomposition of NO over the microwave catalyst MeO/Cu-ZSM-11 was conducted with microwave irradiation, and their performance was investigated under microwave irradiation and traditional heating modes respectively. The results show that the conversion rate of decomposing NO is significantly higher under microwave irradiation than under traditional heating; and at catalyst bed temperature 350℃, the NO conversion is achieved up to 99.30% and N2selectivity 99.9%. Furthermore, under microwave irradiation, the conversion of decomposing NO is higher for the mixture catalyst MeO/Cu-ZSM-11 than for alone metal oxides and alone Cu-ZSM-11, indicating that microwave irradiation plays important role in catalytic decomposition of nitrogen oxide. The results indicate also that over MeO/Cu-ZSM-11 with microwave irradiation, oxygen concentration in steam has almost no influences on its catalytic activity for NO decomposition,. microwave irradiation can remove oxygen inhibition in decomposition reaction and keep unique selective effect. Similarly, the influence of water vapor in stream is also much less under microwave irradiation. The exit gas temperature is almost not change for Microwave–assisted reaction, and is the same as the reaction temperature 500—600℃ for conventional heating mode reaction.

microwave; microwave ion-exchange;zeolite;catalyst; catalysis; decomposition NO

2016-05-23.

Prof. ZHOU Jicheng, zhoujicheng@sohu.com

10.11949/j.issn.0438-1157.20160697

O 643.3

A

0438—1157（2016）11—4652—10

罗羽裳（1989—），女，硕士研究生。

国家自然科学基金项目（20976147，21676227）；湖南省自然科学基金项目（09JJ3021）。

2016-05-23收到初稿，2016-08-24收到修改稿。

联系人：周继承。

supported bythe National Natural Science Foundation of China (20976147,21676227) and the Natural Science Foundation ofHunan Province (09JJ3021).