[发明专利]新型含铁铝硅酸盐沸石及其制备和使用方法

说明书

本申请要求2007年8月13日提交的美国临时专利申请第60/935,436号的国内优先权的权益，该临时专利申请通过引用以其整体在此并入。

本发明涉及一种直接合成含铁铝硅酸盐沸石的方法。本公开还涉及含铁铝硅酸盐沸石以及使用这种沸石的方法，其中沸石的结构具有骨架铁和在离子交换位置上的铁阳离子两者，所述方法包括废气中的氮氧化物(NOx)的选择性催化还原(SCR)。

氮的氧化物(NO_x)已经长时间被知道是污染气体，主要是因为它们的腐蚀作用。事实上，它们是引起酸雨的主要原因。NO_x的污染的主要贡献者是柴油汽车和固定来源诸如燃煤电厂和涡轮机的废气中的排放物。为了避免这些有害的排放物，SCR被采用，并且包括使用沸石催化剂来将NO_x转化成氮气和水。

在本发明之前，通过离子交换或浸渍掺入金属来制备用于这种应用的铝硅酸盐沸石。与沸石的传统金属掺入相关的缺点包括分离的必要性、沸石制造中的另外的步骤和使用离子交换或浸渍难于控制沸石内的金属负载量(metal loading)。

例如，美国专利第4,961,917号公开了金属助催化的(Fe和Cu)沸石与氨一起用于还原NOx的用途。其中公开的沸石具有至少约10的硅铝比(SAR)、至少7埃的孔径，并且选自由USY、Beta和ZSM-20组成的组。如其中的实施例中所描述，Beta沸石被合成、煅烧、用NH₄NO₃进行离子交换且然后用Fe或Cu进行离子交换。

美国专利第5,451,387号公开了含Fe的ZSM-5沸石与氨一起用于NOx还原的用途，其中通过与亚铁盐进行离子交换来将铁引入ZSM-5沸石中。其中公开的沸石具有至少5的SAR和至少约7埃的孔径。

美国专利第6,689,709号和第7,118,722号公开了用于Nox还原的稳定的Fe助催化的沸石。沸石选自USY、Beta和ZSM-20型，并且具有至少约7埃的孔径。其中描述的Beta沸石首先被在高温下蒸煮，且然后用硫酸铁溶液进行离子交换。

美国专利第6,890,501号公开了使用负载有铁的并具有在8和100范围之间的SAR的Beta沸石与氨一起用于同时除去Nox和N₂O的方法。通过用Fe(NO₃)₃进行离子交换或浸渍来制备其中公开的Beta沸石。此外，该专利还教导了在合成期间结合入沸石网络的铁不会提供任何催化活性。

具有被取代入沸石骨架中的铁而不是铝的Fe-ZSM-5沸石的特征报道于Journal of Physical Chemistry，第89卷，第1569-71页(1985)。被描述为ZSM-5沸石的类似物的铁硅盐(ferrisilicate)分子筛的制备报道于Journal of Catalysis，第100卷，第2期，第555-7页(1986)。

美国专利第4,952,385号公开了用于制备无铝铁硅盐ZSM-5沸石的方法，且这种沸石用于费-托合成以将一氧化碳和氢气的混合物直接转化成烃。最后，基本上无铝的铁硅盐丝光沸石的制备和特征报道于Zeolites，第11卷，第1期，第42-7页(1991)。

尽管这一领域中现有技术是充足的，但该领域缺少制备含有过渡金属的沸石的方法，该方法不需要一些中间步骤诸如离子交换或浸渍或另外的步骤诸如蒸煮处理以在通过直接合成制备时从沸石骨架中提取所述过渡金属。因此，存在对如下的需要：制备含金属的铝硅酸盐的改进的和简化的方法，该方法不需要在直接合成后对来自沸石骨架的阳离子或其产物进行离子交换或浸渍或提取。为此，发明人开发了含铁铝硅酸盐沸石和直接合成这些含铁铝硅酸盐沸石的方法，其中沸石的结构具有骨架铁和在离子交换位置上的铁阳离子两者。

概述

公开了一种含铁铝硅酸盐沸石，其中沸石的结构具有骨架铁和在离子交换位置上的铁阳离子两者。

进一步公开了一种制备含铁铝硅酸盐沸石的方法，其包括：将氧化铝源、二氧化硅源、任选的有机结构导向剂与铁成分混合以形成含铁合成混合物；以及对含铁混合物执行至少一次加热步骤以形成铝硅酸盐沸石，其中沸石的结构具有骨架铁和在离子交换位置上的铁阳离子两者。

因为本发明方法在加入金属之前并不需要煅烧，因此可以用本文描述的未煅烧的含铁铝硅酸盐沸石涂覆整块料(monolith)，然后煅烧整个涂覆的结构。因此，还公开了一种涂覆有含铁铝硅酸盐沸石的整块料，其中沸石的结构具有骨架铁和在离子交换位置上的铁阳离子两者。