[发明专利]制备铁(III)交换的沸石组合物的方法

说明书

本公开涉及形成分子筛，特别是金属助催化的分子筛，更特别是铁(III)交换沸石的方法。优选地，沸石具有菱沸石形式或类似结构。该方法可包括在水性介质中合并沸石与铁(III)阳离子。该方法可以在小于大约7的pH下进行并可以与该水性介质一起使用缓冲材料。该方法有益地实现接近100％的铁交换并从沸石中除去阳离子(如钠、NH₄和H)。根据所公开的方法制备的铁(III)交换沸石可包括大约2,000ppm或更少的阳离子和大约1重量％或更多的铁(III)。本公开还提供包括该铁(III)交换沸石的催化剂(例如SCR催化剂)和排气处理系统。

公开领域

本公开涉及制备可用作催化剂(如排放处理系统中的催化剂)的铁助催化沸石的方法。更特别地，该方法提供铁与具有菱沸石结构或类似结构的沸石中的阳离子的交换的改进。

背景

氮氧化物的选择性催化还原(SCR)可以使用沸石助催化剂用还原剂如氨、脲和/或烃在氧气存在下进行。尽管各种沸石形式是已知的，但某些形式，如沸石β和菱沸石已特别用于形成金属助催化的催化剂，特别是用于SCR用途的那些。

用于SCR工艺的催化剂理想地应该能够在水热条件下的宽范围的使用温度条件，例如大约200℃至大约600℃或更高温度的范围内保持良好的催化活性，所述条件例如在滤烟器(用于除去粒子的排气处理系统组件)的再生过程中常遇到。

可用于SCR的金属助催化的沸石催化剂尤其包括铁助催化的沸石催化剂和铜助催化的沸石催化剂。例如，铁助催化的沸石β已描述在美国专利No.4,961,917中。含金属的菱沸石的制备方法特别可包括所需金属物类的交换并随着除去碱金属，如钠，这对最终催化剂的水热稳定性有害。Na-菱沸石的典型Na₂O含量在6,000至8,000ppm之间。钠已知在水热老化条件下通过形成Na₄SiO₄和Na₂Al₂O₄和伴随的沸石脱铝而降解沸石结构。

之前使用菱沸石形式形成铁交换沸石的尝试已证实困难。例如，美国专利公开No.2015/0231620提出一种不用离子交换制备铁-沸石菱沸石的方法，因为该公开指出，由于菱沸石结构的小孔隙开口(例如在3-4埃范围内)，使用传统离子交换方法难以将铁并入菱沸石如SSZ-13中。该公开断定，在菱沸石合成过程中直接并入铁是优选的，因为由于菱沸石的小孔径，借助离子交换将铁并入菱沸石是不可行的。但是，由于在助催化的沸石催化剂的形成中普遍使用离子交换，提供其它形成铁交换的沸石，特别是铁交换的菱沸石和具有与菱沸石形式类似的特征的其它沸石的方法是有用的。

公开概述

本公开提供用于形成铁交换沸石的改进的方法、包括这样的铁交换沸石的催化剂、使用这样的铁交换沸石的排放系统和使用这样的铁交换沸石的NOx还原方法。本文描述的发明至少部分源自如下令人惊讶的发现，即通过专门使用铁(III)盐代替铁(II)盐可以显著改进形成铁交换沸石，特别是小孔沸石的能力。

在一些方面中，本公开涉及一种制备铁交换沸石的方法。在一个或多个实施方案中，这样的方法可包括在水性介质中合并沸石与铁(III)阳离子以使铁(III)阳离子交换到沸石中或沸石上并由此形成铁(III)交换沸石。优选将大约75重量％或更多的铁(III)阳离子(或如本文中进一步描述的其它量)交换到沸石中。在一个或多个进一步实施方案中，制备铁交换沸石的方法可就下列叙述的一项或多项进一步定义，下列叙述可以单独涉及该方法，或可以以任何数量和/或顺序组合。

沸石可以是含钠沸石。

沸石可以是含NH₄的沸石。

沸石可以是含H沸石。

沸石可具有双6环(D6R)构造单元结构。

沸石可具有菱沸石(CHA)结构。