2014, Vol. 35
氧化亚氮(N2 O)是一种带有微弱甜味的无色气体，吸入微量能让人的神经兴奋，引起发笑(俗称笑气)，可用作手术麻醉剂，但吸入过量则会使人失去知觉. 近十年来的研究发现，N2 O具有较强的温室效应，其增温潜能(GWP)是CO2的310倍，甲烷的21倍[1, 2]. 在对流层中，N2 O的停留时间能够长达150 a; 当传输到平流层时，在紫外线的作用下，可转化为NO，进而引起臭氧层破坏和酸雨等问题[3]. 作为非对称分子结构的N—N—O、 N—N和N—O的键级分别约为2.7和1.6，N—O键更加容易打开; 研究者通过计算发现打开N—O键大约需要250~270 kJ ·mol-1的活化能，只有在900℃以上才能把N2 O分子完全分解成N2和O2，消耗大量的热能[4, 5, 6, 7]. 因此，需要借助催化剂的作用来削弱N—O键能，降低反应活化能，提高反应速率，从而实现低温条件下N2 O的分解.
铁系分子筛催化剂在N2 O分解反应中具有很好的催化活性，目前有大量的研究主要从反应的活性提高和反应机制的探讨两方面展开. Pieterse等[8]采用不同制备方法(化学气相沉积法、 液相离子交换法、 水热一步合成法和固相离子交换法)、 不同分子筛载体(ZSM-5、 Beta和MOR)和不同的铁源化合物[FeCl3、 FeSO4和(NH4)2Fe(SO4)2]制备了一系列Fe-zeolites催化剂，考察了催化分解N2 O活性的影响因素，研究结果发现，液相离子交换法制出的Fe-zeolites催化剂具有最高的催化活性. Jía等[9]考察了分子筛结构和分子筛中铁物种对N2 O分解的影响，当催化剂中Fe/Al的值为0.15时，在FER分子筛骨架单元上，含有两个配位的铁物种活性位，能够促进N2 O在相邻两个铁活性位上进行断裂分解，Fe-FER比Fe-Beta和Fe-MFI具有更好的催化活性. 因此，分子筛中铁物种的存在形式对N2 O催化分解影响很大.
本研究以不同硅铝比的H-ZSM-5分子筛为载体，采用室温下液相离子交换法、 热离子交换法和化学气相沉积法制备Fe-ZSM-5分子筛催化剂，并用X射线衍射(XRD)、 透射电子显微镜(TEM)、 紫外可见漫反射(UV-vis)和氨气程序升温脱附(NH3-TPD)等表征手段对催化剂进行分析，研究不同硅铝比H-ZSM-5分子筛和不同制备方法对所制备的催化剂中铁的存在形式的影响，及其对N2 O的催化分解反应性能的影响. 硅铝比小的ZSM-5分子筛骨架中含有较多配对的Al原子(Al pairs)，即含有更多的离子交换位，采用离子交换法制备硅铝比小的Fe-ZSM-5分子筛催化剂，Fe3+通过离子交换进入ZSM-5孔道中，容易形成Fe3+xOy团簇，对氧化亚氮表现较高的催化分解活性. 化学气相沉积法制备Fe-ZSM-5催化剂时，Fe3+离子以蒸气的形式容易进入ZSM-5孔道，不受孔道和交换位的影响.
Fe(NO3)3 ·9H2 O，Co(NO3)2 ·6H2 O，FeCl3(分析纯，北京化学试剂厂)，H-ZSM-5(Si/Al=25和300，工业品，南开大学催化剂厂)，氧化亚氮(N2 O，1.99%，He为平衡气，北京氦普北分气体工业有限公司)，一氧化氮(NO，1.99%，He为平衡气，北京氦普北分气体工业有限公司)，氧气(O2，99.99%，北京氦普北分气体工业有限公司)，氮气(H2，99.99%，北京氦普北分气体工业有限公司).
室温离子交换法(RWIE)：一定质量两种硅铝比的H-ZSM-5加入到0.05 mol ·L-1 Fe(NO3)3或者0.1 mol ·L-1 Co(NO3)2溶液中，在室温下搅拌交换24 h后，用去离子水洗涤、 离心，在105℃下干燥12 h，将前驱体材料于空气中550℃焙烧4 h，制成催化剂标记分别为Fe-ZSM-5-25-RWIE、 Fe-ZSM-5-300-RWIE和Co-ZSM-5-25、 Co-ZSM-5-300.
热离子交换法(HWIE)：在离子交换法的基础上，采用水浴80℃条件，离子交换24 h，其他步骤同上，制得的催化剂标记为Fe-ZSM-5-25-HWIE和Fe-ZSM-5-300-HWIE.
化学气相沉积法[10](CVD)：在石英管反应器中放置一定质量的H-ZSM-5分子筛和FeCl3中间用石英棉隔开，加热320℃，在FeCl3的一端通入高纯氮，气相沉积2 h后，用去离子水洗涤、 离心，在105℃下干燥12 h，将前驱体材料于空气中550℃焙烧 4 h, 制成催化剂标记为Fe-ZSM-5-25-CVD和Fe-ZSM-5-300-CVD.
催化剂的元素分析在日本岛津X射线荧光光谱(XRF)上测定.
比表面积测定，样品比表面积通过液氮温度下氮气吸附法测定，仪器为Quantachrome NOVA-1200型比表面测试仪. 测定前将样品在300℃下真空脱气3 h，然后以溶剂法获得N2的低温(77 K)吸附等温线. 样品的比表面积(SBET)根据BET方法计算得到(计算时取点的相对压力范围0.05~0.25). 总孔容是在相对压力为0.99时获得的.
粉末X射线衍射(XRD)，催化剂样品的物相结构通过X射线衍射来测定. 粉末衍射仪型号为Rigaku TTR2，采用铜靶作为X射线源，光源波长λ=0.154 056 0 nm，在5 °~80 °范围内进行扫描，扫描速度为4(°) ·min-1，扫描步长为0.02 °.
透射电镜(TEM)观察在JEOL 200CX透射电子显微镜上进行，加速电压为300 kV. 实验前，将样品研磨成较细的粉末，取少量粉末在水中超声30 min. 吸取分散好的悬浮液，滴在铜网上，空气中自然干燥.
紫外-可见漫反射(UV-vis)，样品的紫外-可见漫反射光谱分析是在日本Hitachai UV3000 紫外光谱仪上进行的，采用漫反射技术，扫描范围为190~800 nm.
程序升温脱附(NH3-TPD、 O2-TPD)，催化剂的程序升温脱附在Micromeritics Auto Chem 2720型程序升温仪上进行，采用U型石英反应管，装载一定量的催化剂，在He气流中以10℃ ·min-1的速率升温至300℃并保持1 h，然后在He吹扫下冷却至室温，切换2 % NH3/He 混合气(或者是5% O2/He 混合气)处理0.5 h，切换成He气吹扫0.5 h，再以10℃ ·min-1的速率升温至800℃，混合气流量为50 mL ·min-1. NH3的脱附量采用TCD检测，在线计算机纪录TPD谱图.
N2 O分解在固定床微型反应装置上进行，反应管为内径8 mm的石英管，催化剂用量0.12 g(20~40 目). 催化剂在反应前于He中550℃处理1 h. 反应气体成分为5 000×10-6 N2 O、 NO、 O2、 H2 O、 He平衡. 反应气的总流量控制位60 mL ·min-1，空速 5 000 h-1，原料气及反应尾气的组成通过气相色谱(Agilent 6820，TCD检测器)进行在线分析. NO和NO2采用在线质谱分析仪进行测定(EC 9841).
根据Lowenstein规则，分子筛骨架结构中的四面体位置上的两个铝原子不能相邻，也就是说，Al—O—Al连接是禁止的，一个Al原子只能与4个Si原子相邻，即Al(0Al4Si); Si原子可以与Al原子或Si原子相邻，Si的配位状态可以是Si(0Al4Si)、 Si(1Al3Si)、 Si(2Al2Si)，Si(3Al1Si)和Si(4Al0Si)[11]. 因此，Al和Si在分子筛中的存在形式可以表示为Al—O—(Si—O)n—Al(n≥1). 分子筛骨架中的铝含量会影响Al—O—(Si—O)n—Al的存在形式：当分子筛中的Si/Al~5时，骨架中存在Al—O—(Si—O)—Al结构; 当Si/Al>8时，基本不出现Al—O—(Si—O)—Al形式的Al和Si配体，但会存在Al—O—(Si—O)2—Al形式的，同时，会存在大量的单原子Al(分布在不同Al—O—(Si—O)n>2—Al环上的Al原子)[12]. 当n=1和2时，硅铝形成的骨架圆环中会有两个铝，称之为配对的铝原子(Al pairs); 当n≥3时，硅铝形成的圆环中只有一个铝原子，称之为单个铝原子(Al single); 相邻的骨架圆环中的Al single也可能产生配对，形成Al pairs[12, 13]. 以目前的技术，还不能直接测出Al pairs和Al single的含量. Co2+离子必须由骨架中两个四面体Al原子(Al pairs)来平衡，因此，可以通过分子筛上交换的Co2+离子的分布情况，间接地反应分子筛中的Al pairs和Al single.
Co-ZSM-5材料的紫外-可见漫反射吸收光谱如图 1所示. 从中可见，在14 000~24 000 cm-1范围内，Co-ZSM-5表现了很强的吸收，表明分子筛中存在孤立的Co2+离子，即分子筛骨架中存在Al pairs. 对Co-ZSM-5-300的吸收峰进行分峰：15 140 cm-1处的峰归属于α位的Co2+离子，α位的Co2+离子连接ZSM-5分子筛主孔道上的氧原子; 16 820、 18 433和19 763 cm-1处3个峰为β位的Co2+离子，连接ZSM-5分子筛中扭曲的八元环上的氧原子[14]. 由于ZSM-5-25与ZSM-5-300材料具有相同的孔道环境，交换上Co2+离子之后，紫外吸收峰的位置相同. 由于硅铝比小的ZSM-5分子筛上分布更多的Al pairs，即含有较多的交换位，在相同的离子交换条件下，可以交换上更多的Co2+离子，因此，Co-ZSM-5-25的紫外吸收峰强度明显比Co-ZSM-5-300的高.
 | 图 1 悦燥鄄在杂酝鄄缘材料的哉灾鄄灾蚤泽光谱图Fig. 1 哉灾鄄增蚤泽 泽责藻糟贼则葬 燥枣 悦燥鄄在杂酝鄄缘 UV-vis spectra of Co-ZSM-5 |
表 1给出了Fe-ZSM-5分子筛催化剂的成分和比表面积情况. 室温离子交换法制备的Fe-ZSM-5-RWIE催化剂，铁的负载量很小，两种硅铝比的ZSM-5分子筛上分别负载了0.3%和0.28%. 笔者前面的研究表明，铁盐在水溶液中主要是以Fe(H2 O)3+6和Fe(H2 O)5(OH)2+的形式存在，它们的尺寸大约为0.68 nm，而对于ZSM-5([100] 0.51×0.55 nm [010]0.53×0.56 nm)的孔道结构，由于相对较窄的孔道，导致只有少量的铁前驱物可以进入孔道进行离子交换[15]. 采用水浴加热离子交换法和化学气相沉积法，可以制得高负载量的Fe-ZSM-5催化剂. 但是，从表1中可以看出，采用相同的制备方法，Fe-ZSM-5-25分子筛催化剂上铁的负载量均高于Fe-ZSM-5-300的. 另外，大量的铁存在于ZSM-5分子筛中，需要进一步研究铁在分子筛中的存在形式，即其对N2 O的催化反应活性效果.
 | 表 1 Fe-ZSM-5催化材料的组成、 比表面积和孔容Table 1 Composition, specific surface area and pore volume of the Fe-ZSM-5 catalysts |
比表面积和孔结构数据表明，负载了铁之后，ZSM-5分子筛载体的比表面积和总孔容受到一定的影响. 其中，处理前后，ZSM-5-25分子筛的比表面积和总孔容下降幅度比ZSM-5-300的大. 以Fe-ZSM-5-25-HWIE和Fe-ZSM-5-300-HWIE为例，处理前后，分子筛载体的比表面积分别下降了12.4%和3.2%，总孔容分别下降了12.8%和2.8%. 结果表明，Fe-ZSM-5-25-HWIE和Fe-ZSM-5-300-HWIE相比，更多的铁交换到ZSM-5-25分子筛孔道内. ZSM-5-25分子筛孔道存在大量的Al pairs，为铁离子提供交换位，铁容易交换到分子筛孔道内. 而对于Al pairs含量较少的ZSM-5-300分子筛，经过离子交换处理后，铁氧化物几乎都分布在分子筛载体的表面. 但是，对于化学气相沉积法处理的Fe-ZSM-5催化材料，比表面积和总孔容下降幅度均较大，Fe-ZSM-5-25-CVD和Fe-ZSM-5-300-CVD的比表面积分别下降了45.9%和30.3%，总孔容分别下降了42.9%和19.0%. 这是因为，与离子交换法不同，采用化学气相沉积法，铁以Fe3+离子蒸气的形式进入并沉积在ZSM-5分子筛的孔道内，与Al pairs的含量关系不大.
采用X射线衍射的方法(XRD)考察了铁负载量较高的Fe-ZSM-5催化材料的物相结构(图 2). 由图 2可见，所有的催化剂表现出了较强的ZSM-5分子筛特征衍射峰，表明分子筛负载了大量的铁氧化物后，晶体结构没有被破坏. 文献报道铁氧化物一般会在2θ约为33.8°、 35.7°、 41.2°、 49.8°和54°处出现特征衍射峰[16]. 在此XRD谱图中，未能找到铁氧化物的特征衍射峰，这可能是铁氧化物物种高度分散及含量低导致的.
 | 图 2 Fe-ZSM-5催化剂的XRD衍射图Fig. 2 XRD patterns of Fe-ZSM-5 catalysts |
图 3给出了Fe-ZSM-5-25-CVD、 Fe-ZSM-5-300-CVD、 Fe-ZSM-5-25-HWIE和Fe-ZSM-5-300-HWIE催化材料的透射电镜图片(TEM). 由图 3(a)和 3(c)可见，Fe-ZSM-5-25-CVD和Fe-ZSM-5-25-HWIE催化剂上均匀的分散着形状和粒径均一的Fe2O3纳米粒子，其粒径约为8 nm. 而Fe-ZSM-5-300催化剂上的Fe2O3纳米粒子形状和粒径不均一，粒径从几个纳米到几十个纳米不等[图 3(b)和 3(d)]. 分子筛ZSM-5的孔径只有0.5 nm，而且通过XRD和比表面积表征结果表明，分子筛的晶型和孔道结构并没有被破坏，那么这些Fe2O3纳米粒子存在于分子筛的表面. 因此，分子筛载体的硅铝比会影响分子筛孔道外铁的存在形态.
 | 图 3 Fe-ZSM-5催化材料的TEM图Fig. 3 TEM images of Fe-ZSM-5 catalysts |
采用UV-vis手段对Fe-ZSM-5催化材料上的Fe物种进行了考察，结果见图 4. 从中可见Fe-ZSM-5催化材料在200~800 nm内都出现了吸收峰. 通常情况下，215 nm和285 nm处的吸收峰为四配位或八配位的单体Fe3+离子特征峰; 300~400 nm处的吸收峰为孔道和载体表面的聚合Fe3+xOy团簇的特征峰;而400 nm以上的吸收是粒径大于1 nm的铁氧化物吸收峰[17, 18]. 分别比较Fe-ZSM-5-25和Fe-ZSM-5-300催化材料的紫外吸收光谱，采用热离子交换法制备的Fe-ZSM-5催化材料中，Fe-ZSM-5-300-HWIE在200~300 nm处出现较强的吸收峰，即其骨架中四配位或八配位的单体铁离子比Fe-ZSM-5-25-HWIE的多; 在300 nm处吸收峰显著下降，Fe-ZSM-5-300-HWIE材料孔道和载体表面的聚合Fe3+xOy团簇所占比例较小. 由此推断，骨架中铝含量的增加，可以为铁离子提供多的交换位，在孔道内容易形成聚合Fe3+xOy团簇，这个结果与比表面积结果相吻合. 采用化学气相沉积法制得的催化材料的紫外吸收峰具有相似的强度和形状，即Fe-ZSM-5-25-CVD和Fe-ZSM-5-300-CVD上铁物种的存在情况相似. 因此，分子筛的硅铝比会影响离子交换时，孔道内铁物种的存在形式.
 | 图 4 Fe-ZSM-5催化材料的UV-vis漫反射光谱图Fig. 4 UV-vis/DRS spectra of Fe-ZSM-5 catalysts |
图 5给出了ZSM-5分子筛原粉和分子筛交换了铁后的氨气程序升温脱附(NH3-TPD)曲线，用以说明样品的酸性位与铁存在状态的关系. 由图 5(a)可见，分子筛材料分别在低温段(小于250℃)和高温段(400℃左右)有NH3脱附峰，并且，相同质量的ZSM-5-25和ZSM-5-300分子筛原粉上吸附的氨比ZSM-5-300上的多. 根据文献[8, 19, 20]，低温段脱附的氨主要是吸附在硅烷基上的，表现为分子筛上的弱酸性; 高温段脱附的NH3是通过与分子筛中的SiOH(Al)或者双核Fe3+xOy反应形成的，表现为强酸性. 经过负载铁处理后，Fe-ZSM-5-25-HWIE和Fe-ZSM-5-25-CVD强酸位上吸附NH3的量与ZSM-5-25原粉上的相比，变化不大[图 5(b)]. ZSM-5-300分子筛经不同的方法负载铁之后，强酸位上NH3吸附量截然不同，Fe-ZSM-5-300-CVD催化材料的强酸性增加了，而Fe-ZSM-5-300-HWIE几乎失去了强酸性[图 5(c)]. 前面的表征得知，Fe-ZSM-5-25-HWIE和Fe-ZSM-5-300-HWIE上负载了大量的铁，一部分交换到分子筛孔道内，以四配位或者八面体配位的单体铁形式存在，一部分以纳米Fe3+xOy分散在分子筛的孔道和外表面. 因此，在铝含量低的Fe-ZSM-5-300-HWIE的孔道内，铁取代SiOH(Al)上的H，主要以四面体或者八面体配位的单体铁的形式形成Al—O—Fe; 铝含量高的Fe-ZSM-5-25-HWIE孔道内的铁主要以聚合Fe3+xOy团簇存在. 分子筛中的硅铝比影响孔道内铁的状态，与紫外的结果保持一致.
 | 图 5 ZSM-5分子筛原粉和Fe-ZSM-5催化材料的NH3-TPD图谱 Fig. 5 NH3-TPD profiles of ZSM-5 and Fe-ZSM-5 catalysts |
图 6给出了Fe-ZSM-5催化材料上N2 O催化分解活性. 从中可见，Fe-ZSM-5-25催化剂的催化活性明显优于Fe-ZSM-5-300的. Fe-ZSM-5-25-CVD催化剂能够使得N2 O在520℃左右完全分解，然而Fe-ZSM-5-300-CVD催化剂却要在560℃的条件下才能够完全催化分解N2 O，相差40℃，见图 6(a). 在560℃的条件下，Fe-ZSM-5-25-HWIE催化剂能够使得N2 O完全分解，而Fe-ZSM-5-300-HWIE催化剂只能催化分解20%左右的N2 O，如图 6(b); Fe-ZSM-5-300-RWIE催化剂也具有非常低的N2 O分解催化活性，见图 6(c). 虽然目前的研究对铁系分子筛催化材料上N2 O催化分解的活性位还没有统一的定论，但是研究者普遍认为聚合的Fe3+xOy是该体系催化剂在N2 O催化分解反应过程中的活性位[15, 20]. 由前面的表征结果已经证明，铁主要以Fe3+xOy形态存在于Fe-ZSM-5-25-CVD、 Fe-ZSM-5-300-CVD和Fe-ZSM-5-25-HWIE分子筛催化剂孔道中，而在Fe-ZSM-5-300-HWIE中，Fe3+xOy形态的铁含量很少. 因此，Fe-ZSM-5-300-RWIE和Fe-ZSM-5-300-HWIE表现了极低的N2 O催化分解活性.
 | 图 6 Fe-ZSM-5催化材料对N2 O催化分解活性Fig. 6 Conversion of N2 O over Fe-ZSM-5 catalysts |
另外，对于相同的ZSM-5分子筛，用不同的制备方法得到的Fe-ZSM-5催化剂表现出来的活性也不相同，见图 6(d). 化学气相沉积法制备的Fe-ZSM-5催化剂具有最高的催化活性，热离子交换法
的其次，室温离子交换法的活性最低. 制备方法可以影响金属在分子筛上的负载量和分散度，从而出现了这样的结果. 采用化学气相沉积法制备Fe-ZSM-5催化剂时，虽然大量的Fe3+以蒸气的形式进入到分子筛的孔道，使得分子筛的比表面积和总孔容大大降低，催化剂依然表现了较高的对N2 O催化分解活性.
在实际工厂尾气中，不可避免有其他气体成分存在，因此笔者考察了NO和O2的存在对Fe-ZSM-5-25-CVD催化材料的活性影响(图 7). 由图 7(a)可以看出，O2的存在对N2 O的催化分解反应有抑制作用，但是NO可以极大地促进N2 O的催化分解. 当NO和O2同时存在时，NO的正效应在一定程度上被O2的负面效应抵消. 与N2 O的催化直接分解相比，N2 O的完全转化温度降低了. 进一步考察不同O2和NO浓度下催化剂对N2 O催化分解活性，如图 7(b)和 7(c)所示. 随着反应气氛中O2浓度的增加，催化活性有所降低，下降幅度不大; 当反应气氛中NO浓度逐渐升高时，催化剂对N2 O催化分解活性明显得到提高.
 | 图 7 Fe-ZSM-5-25-CVD催化剂在不同气氛条件下N2 O催化分解活性Fig. 7 N2 O conversion profiles over Fe-ZSM-5-25-CVD catalyst in different gas mixtures |
如图 8所示，Fe-ZSM-5-25-CVD、 Fe-ZSM-5-300-CVD和Fe-ZSM-5-25-HWIE催化材料能够吸附更多的O2. 目前，对于N2 O的催化分解机制主要有如下解释. N2 O气体分子首先化学吸附在活性位上，裂解成一个N2分子和在活性位上留下一个吸附态的活性O原子(R1)，而活性位上吸附的O原子通过两种途径结合成O2被脱附. 对于O2原子的脱附，研究者产生了两种不同的意见：两个相邻的吸附态的活性O原子可以结合生成O2分子脱附下来，即L-H机制(R2); 或者是气相中的N2 O分子和一个吸附态的活性O原子反应，以O2分子脱附下来，即E-R机制(R3)[21, 22]. 因此，O2的脱附过程是催化剂催化分解N2 O的控制步骤. 这也解释了Fe-ZSM-5-25-CVD、 Fe-ZSM-5-300-CVD和Fe-ZSM-5-25-HWIE催化材料的催化活性比较好; 而且在氧气氛围下，催化活性有所降低.
其中*代表反应活性位，下同.
 | 图 8 Fe-ZSM-5催化材料的O2-TPD图谱Fig. 8 O2-TPD profiles of Fe-ZSM-5 |
目前，研究人员认为Fe系催化剂上NO促进N2 O催化分解的机制为：气相中NO分子首先吸附活性O原子反应生成NO2依然吸附在活性位上，在低温下，吸附态的NO2可以脱附生成NO2气体(R4)[22, 23]. 随着温度的升高，吸附态的NO2和气相中的N2 O反应生成O2和NO(R5)，或者是邻近的吸附态的NO2可以分解重新得到NO和O2(R6).
如图 9所示，Fe-ZSM-5-25-CVD催化剂上进行了NO促进的N2 O瞬态程序升温催化分解反应，用质谱在线监测尾气中的NO、 N2 O和NO2变化行为. 在360~500℃，N2 O开始分解，气流中NO逐渐减少，同时NO2逐渐增加. 之后N2 O完全分解，NO的浓度逐渐增加，直到恢复进气浓度，而此时NO2则逐渐消失. 因此，可以推断在低温段NO通过与活性O原子生成NO2(R4)，而在高温段，NO充当了一个“O原子传递者”的角色，提高了反应催化活性(R5或R6).
 | 图 9 Fe-ZSM-5-25-CVD催化剂上NO促进的N2 O瞬态程序升温催化分解中NO、 N2 O和NO2的变化曲线Fig. 9 Variation curves of NO, N2 O and NO2 in temperature-programmed reaction of NO-assisted N2 O decomposition |
考虑实际应用，不仅要求催化剂在工业尾气条件下具有高活性和抗中毒能力，还需要其具有足够的稳定性. 笔者对Fe-ZSM-5-25-CVD催化剂在模拟硝酸厂尾气排放的反应气氛下，进行了100 h的稳定性测试，结果见图 10. 结果发现，Fe-ZSM-5-25-CVD催化剂在480℃能达到98%的N2 O转化. 而且稳定性实验运行了100 h，并且过程中切换了3个温度，N2 O的催化转化率没有明显下降，由此证明了Fe-ZSM-5-25-CVD催化剂具有较好的水热稳定性.
 | 图 10 催化剂Fe-ZSM-5-25-CVD催化活性稳定性Fig. 10 Stability of Fe-ZSM-5-25-CVD for N2 O catalytic decomposition |
(1)分子筛中硅铝比不同，影响到分子筛中铁的存在形态. 在Fe-ZSM-5-25催化剂上，表面均匀的分散着形状和尺寸约为8 nm的Fe2O3纳米粒子，孔道内存在较多的Fe3+xOy团簇. 而Fe-ZSM-5-300催化剂上的Fe2O3纳米粒子形状和粒径却不整齐，粒径从几个纳米到几十个纳米不等，孔道的铁主要以单体铁的形式存在.
(2)孔道内存在较多的Fe3+xOy团簇的催化材料表现较高的N2 O催化分解活性. 相同的制备方法，硅铝比不同的分子筛得到的催化剂对氧化亚氮催化分解活性比较为Fe-ZSM-5-25>Fe-ZSM-5-300. 相同的分子筛，不同制备方法制得的分子筛催化剂对氧化亚氮催化分解活性比较为Fe-ZSM-5-25-CVD>Fe-ZSM-5-25-HWIE>Fe-ZSM-5-25-RWIE和Fe-ZSM-5-300-CVD>Fe-ZSM-5-300-HWIE>Fe-ZSM-5-300-RWIE.
(3)O2和H2 O的存在对Fe-zeolites催化材料的活性具有负面影响，NO的存在可以提高催化剂催化分解N2 O的活性. Fe-ZSM-5催化剂具有较好的水热稳定性.
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