[发明专利]一种双模板一步水热合成Cu‑ZSM‑5脱硝催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境催化技术领域，涉及一种一步水热得到含活性组分Cu物种的多级孔Cu-ZSM-5分子筛催化剂及其制备方法，涉及Cu-ZSM-5催化剂用于氨选择性催化还原氮氧化物（NH₃-SCR）的应用。

背景技术

大气污染物主要包括氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SO₂）、可吸入颗粒物（PM10）等，氨选择性催化还原技术具有实用性强，转化效率高等优点已成为适用于移动源的主要脱硝技术。沸石分子筛基催化剂由于成本低、催化转化效率高等特点被广泛应用在氮氧化物选择性催化脱除方面，常规合成分子筛基催化剂的思路是先合成分子筛，再通过离子交换、浸渍法等其他手段将活性组分负载在分子筛表面或孔道中，操作过程繁琐，离子交换法金属盐利用率低且会产生大量废水。

分子筛催化剂具有很高的比表面积、高的热稳定性和水热热稳定性、活性高等优点受到广泛关注。用于NOx消除的分子筛材料负载活性组分绝大多数采用离子交换法或浸渍法，这两种方法虽能保证催化剂具有较好的活性，对于离子交换法，在离子及洗涤过程中将产生大量废水，且活性组分利用率低，最终活性组分含量需通过测试才可得知，且制备周期较长；对于浸渍法，虽然未产生废水，但仍需多步操作才可得到产品。

发明内容

本发明的目的是为了解决分子筛脱硝催化剂制备过程操作步骤繁琐的问题，提供一种双模板一步水热合成Cu-ZSM-5脱硝催化剂的制备方法。采用铜胺络合物双模板剂一步合成Cu-ZSM-5分子筛，具有制备方法简单，步骤少，选择性高等特点，将其运用氨选择性催化还原氮氧化物（脱硝）时，其催化活性以及选择性均能很好的满足氨选择性催化还原技术的需要。

本发明所述的双模板法一步合成Cu-ZSM-5脱硝催化剂的制备方法，其特征在于包含以下步骤。

（1）铜胺溶液的制备：将0.1-0.5 g无水乙二胺加入到0.5-5 g去离子水中，再加入0.1-0.5 g二水合氯化铜，氯化铜完全溶解后即得铜胺溶液。

（2）Cu-ZSM-5分子筛的制备：分别取3-15 g 四丙基氢氧化铵、3-15 g去离子水、 0.05-0.30g偏铝酸钠于烧杯中，搅拌下快速滴入2.0-12.0 g正硅酸四乙酯。室温下搅拌2-6小时，然后加入铜胺溶液，再搅拌半小时，最后转入反应釜中170 ℃下旋转晶化2-4天，所得晶化物过滤、洗涤、干燥、550 ℃焙烧6 h，所得产品即为Cu-ZSM-5分子筛。

与现有技术相比，本发明制备的催化剂具有如下优点：（1）本发明制备过程简单易行，设备要求低，仅有少量废水产生，催化剂制备方法简单易于操作，制备步骤少，避免了先制备ZSM-5催化剂再通过离子交换负载活性物种。（2）减少了副产物N₂O的生成，避免二次污染。

附图说明

图1为本发明双模板一步水热制得的Cu-ZSM-5催化剂及采用浸渍法、离子交换法制得的Cu-ZSM-5催化剂和H-ZSM-5的NH₃-SCR活性图。

图2为本发明双模板法一步水热制得的Cu-ZSM-5催化剂及采用浸渍法、离子交换法制得的Cu-ZSM-5催化剂和H-ZSM-5的副产物N₂O浓度图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，列举以下实施例，但其对本发明的范围无任何限制。

实施例1。

将0.21 g无水乙二胺加入到2 g去离子水中，再加入0.3 g二水合氯化铜，氯化铜完全溶解后即得铜胺溶液。分别取12.91 g 四丙基氢氧化铵、13.34 g去离子水、0.16 g偏铝酸钠于烧杯中，搅拌下快速滴入8.27 g正硅酸四乙酯。室温下搅拌六小时，然后加入上述铜胺溶液，再搅拌半小时，最后转入反应釜中170 ℃下旋转晶化四天，所得晶化物过滤、洗涤、干燥、550 ℃焙烧6 h，得到成品催化剂双模板法-Cu-ZSM-5。

实施例2。

分别取12.91 g 四丙基氢氧化铵、13.34 g去离子水、0.16 g偏铝酸钠于烧杯中，搅拌下快速滴入8.27 g正硅酸四乙酯。室温下搅拌六小时，转入反应釜中170 ℃下旋转晶化四天，所得晶化物过滤、洗涤、干燥、550 ℃焙烧6 h，得到Na-ZSM-5。将10 g氯化铵溶于30 ml去离子水中，再取1 g Na-ZSM-5倒入其中，所得混合液于80 ℃下搅拌回流24 h，随后抽滤，110 ℃下干燥12 h，550 ℃焙烧6 h后，得到成品催化剂H-ZSM-5。

实施例3。