Modification of the physicochemical properties of the commercial CHA zeolite and examination of its activity in nitrogen oxide abatement

In this manuscript, studies of catalytic activity in two environmental processes were performed: NO reduction with NH3 (DeNOx process) and N2O decomposition over the commercial CHA zeolite. In the first part of the studies, the parent CHA zeolite was modified with different contents of copper (1, 5, 10 and 15%) by wet impregnation, and optimum Cu loading was chosen. In the second part of the studies, CHA was modified by the use of different bases and acids (NaOH, TPAOH (tetrapropylammonium hydroxide), HCl, and Na2H2EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid)) in order to generate mesoporosity. The influence of demetallation agent concentration, temperature and duration of treatment was examined. The most efficient treatment, resulting in an almost four-fold increase in the mesopore volume, was found to be with a 0.2 M Na2H2EDTA solution (treatment for 4 h at 100 °C). Moreover, despite the modification of the textural properties, the phase composition, acidity and form of the introduced copper species were also influenced by the applied modification techniques (the samples were examined with the use of techniques such as N2 sorption, XRD, NH3-TPD and UV-vis-DRS). The Cu-CHA samples obtained with the use of commercial zeolite supplied by Clariant (Germany) exhibited high activity in the DeNOx process under the applied conditions. The stability of the Cu-CHA sample (doped with 5% of Cu) in the DeNOx process was examined by five subsequent catalytic runs, and only a small drop in catalytic activity was observed. Moreover, the treatment of CHA with Na2H2EDTA increased its activity in N2O decomposition, which makes the applied modification techniques interesting for the potential application of this zeolite in catalysis.

RésuméDans cet article, l'étude de l'activité catalytique a été réalisée dans deux processus environnementaux : la réduction de NO avec NH3 (processus de DeNOx) et la décomposition de N2O sur la zéolithe CHA commerciale. Dans une première partie de l'étude, la zéolithe CHA mère a été modifiée selon des teneurs variables en cuivre (1, 5, 10 et 15%) par imprégnation humide et une charge optimale en Cu. Dans une seconde partie de l'étude, la CHA a été modifiée par l'utilisation de bases et d'acides différents (NaOH, TPAOH (hydroxyde de tétrapropylammonium), HCl, Na2H2EDTA (acide éthylènediaminetétracétique)) afin de générer la mésoporosité. Les influences respectives de la concentration de l'agent de démétallation, la température ainsi que la durée du traitement ont été examinées. Le traitement le plus efficace qui a été observé concerne une solution de Na2H2EDTA 0,2 M (traitement pendant 4 h à 100°C); il a entraîné une augmentation d'environ quatre fois le volume de mésopores initial. En outre, malgré la modification des propriétés texturales, la composition de phase, l'acidité et la forme des espèces de cuivre introduites ont aussi été influencées par les techniques de modification appliquées (les échantillons ont été examinés en utilisant des méthodes telles que la sorption de N2, la XRD, la NH3-TPD et l'UV-vis-DRS). Les échantillons Cu-CHA obtenus en utilisant la zéolithe commerciale fournie par Clariant (Allemagne) ont présenté une activité élevée et une stabilité dans le processus de DeNOx. De plus, le traitement de la CHA avec Na2H2EDTA a augmenté son activité dans la décomposition du N2O, ce qui rend les techniques de modification appliquées intéressantes pour l'application potentielle de cette zéolithe en catalyse.