[发明专利]亚铁改性分子筛型柴油机选择性催化还原催化剂

说明书

本发明公开了一种亚铁改性分子筛型柴油机选择性催化还原催化剂。催化剂由亚铁‑La双金属改性ZSM‑5分子筛组成主催化剂、CeO₂‑ZrO₂固溶体为助催化剂、由SiO₂、TiO₂和γ‑Al₂O₃组成涂层基础材料、400目堇青石蜂窝陶瓷为催化剂载体。制备工艺包括：制备及负载催化剂原料用量的确定、亚铁‑La双金属改性ZSM‑5分子筛主催化剂的制备以及涂层浆料的制备和涂覆。催化剂通过封装于柴油机SCR催化器内催化还原剂与NOx的SCR反应来实现柴油机排气中NOx污染物的净化。本发明不仅减轻了传统催化剂的环境危害，遏制了SO₃衍生物等二次污染物的生成，还显著改善了催化剂的低温SCR反应催化活性。

技术领域

本发明属于柴油机尾气净化技术，具体涉及一种净化内燃机排气中氮氧化物的催化剂及其制备方法。

背景技术

柴油机与其它燃料动力源相比，因具有载重量大、热效率高、结实耐用等突出优点被广泛应用。但由于燃烧过程中存在较多的扩散燃烧，柴油机排气中的NOx(NitrogenOxides)和颗粒物PM(Particulate Matter)排放量较高，限制了其在对大气质量要求比较严格地区的应用。此外，由于柴油机缸内燃烧控制中大量排放NOx和PM，排放的控制效果难以满足国Ⅴ、国Ⅵ排放法规对柴油机排放污染物的限制要求，排气后处理技术已成为超低排放柴油机所必须采用的技术措施。而选择性催化还原SCR(Selective CatalyticReduction)技术是目前最高效、最成熟的柴油机NOx净化技术之一，同时，SCR技术还为柴油机热效率提供了进一步提高的空间。SCR催化剂中的主催化剂，是SCR后处理系统的核心，也是目前柴油机用SCR技术相关领域中最活跃的研发热点。

目前商业化的SCR催化剂主要是V₂O₅/MoO₃(WO₃)/TiO₂/陶瓷载体体系催化剂，该类催化剂针对以氨(NH₃)或尿素为还原剂的SCR反应，在大约300～450℃范围内具有极其优异的NOx净化性能。但V₂O₅属于高毒级别毒物，随着SCR催化剂的长期使用，V₂O₅不可避免会流失而进入环境，对人体和动植物造成伤害。同时，V₂O₅基SCR催化剂的低温SCR反应催化性能较差，不能适应城市道路运行中柴油车行驶速度慢、排气温度低的客观实际。此外，与其它氧化物型催化剂类似，V₂O₅基催化剂具有较强的氧化反应催化性能，能够将柴油机排气中的SO₂及其衍生物催化氧化为SO₃衍生物，导致装备SCR系统的柴油机容易出现排放酸雾以及后处理系统易失活、易腐蚀等现象。由于V₂O₅基氧化物催化剂作为SCR催化剂具有明显的不足，因此新型SCR催化剂的研发获得了广泛的关注。经多年研究，业界已公认过渡金属改性分子筛型SCR催化剂是新型环境友好型SCR催化剂最具潜力的竞争者，并且铜改性ZSM-5分子筛和铁改性ZSM-5分子筛型SCR催化剂已进入实际应用阶段。但现有Cu、Fe改性分子筛型SCR催化剂中的金属元素处于最稳定的高价态，其化学活性较低，并不利于低温反应中相应催化剂催化作用的发挥。相反，如果采用低价态金属改性ZSM-5分子筛材料，此时金属元素处于相对不稳定状态，更容易在低温条件下发生价态和结构变化，从而实现其对氧化还原反应的催化作用。

另一方面，尽管低价态金属改性分子筛型催化剂的低温SCR反应催化活性较高，但其高温SCR反应催化活性并不突出，因此，为扩展本发明催化剂的SCR反应催化活性温度窗口，本发明采用了双元素改性的方法，即以低价态铁元素和高价态的镧(La)元素同时改性ZSM-5分子筛，以实现本发明所述催化剂同时具有良好的高、低温SCR反应催化性能。