The superior hydrothermal stability of Pd/SSZ-39 in low temperature passive NOx adsorption (PNA) and methane combustion

热液循环 傅里叶变换红外光谱 甲烷 吸附 化学工程 氮氧化物 材料科学 无机化学 水热合成 甲烷厌氧氧化
作者
Konstantin Khivantsev,Nicholas R. Jaegers,Libor Kovarik,Meng Wang,Jian Zhi Hu,Yong Wang,Miroslaw A. Derewinski,János Szanyi
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:280: 119449-119449 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2020.119449
摘要

• Uniform, micron-sized, low defect density SSZ-39 was prepared and loaded with Pd. • Pd/SSZ-39 exhibits high and stable PNA and CH 4 combustion performance. • Extremely high hydrothermal stability of Pd/SSZ-39 is observed. • No structural degradation of SSZ-39 framework even after 1000 °C treatment. • Above 815 °C hydrothermal aging results in the formation of large Pd particles. Uniform SSZ-39 (Si/Al ratio ∼12) crystals with an average size of about one micron were synthesized and used to support Pd (0.7–3 wt%) for PNA. The as-synthesized materials were characterized by FTIR, XRD, Helium Ion Microscopy, HAADF-STEM imaging, 27 Al, 29 Si, and 1 H- 29 Si CP solid state NMR spectroscopic techniques. FTIR studies with CO and NO probe molecules reveal that the majority of Pd is dispersed as isolated Pd(II) and Pd(II)−OH centers and as such is suitable as a low-temperature passive NOx adsorber. Pd(II)-NO, Pd(II)(OH)(NO), and Pd(II)(CO)(NO) complexes form in this material during PNA. Comparison to Pd/SSZ-13 (Si/Al ∼12) shows the superior hydrothermal stability of this new material, surviving hydrothermal aging up to 815 °C in 10 % H 2 O/Air for 16 h without a significant loss of activity. The SSZ-39 crystal structure remains intact during hydrothermal aging up to 1000 °C confirmed by XRD and HAADF-STEM imaging/EDS mapping. However, changes to the framework, as evidenced by high-field 27 Al NMR, during such severe hydrothermal treatment significantly alter the NOx release profiles. Besides PNA, this hydrothermally stable material (3 wt% Pd on SSZ-39; Si/Al ∼12) can be used as a robust methane combustion catalyst under practically relevant conditions (i.e., GHSV∼300 L/g*hr). This catalyst shows minimal deactivation after both hydrothermal aging at 750 and 800 °C and prolonged time on stream (105 h) at 425°C. In contrast, both 3 wt% Pd/alumina and 3 wt% Pd/SSZ-13 lose a significant portion of their activity under such conditions, marking an improvement over current technology.
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