[发明专利]AFX沸石的合成

说明书

公开了一种不含碱金属的H‑AFX沸石和合成程序，以及这种沸石用作SCR方法中的催化剂的用途。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年9月30日提交的美国临时申请号62/402,659的优先权。

技术领域

本发明涉及具有AFX骨架的氢型沸石(H-AFX)的合成。本发明还涉及所述沸石作为催化剂的用途。

背景技术

沸石是由重复SiO₄和AlO₄四面体单元构造的多孔结晶或准结晶铝硅酸盐。这些单元连接到一起，形成了具有分子尺寸的规则晶体内腔和通道的骨架。众多类型的合成沸石已被合成，并且基于其四面体单元的特定排列而各自具有独特的骨架。按照惯例，每种骨架类型由国际沸石协会(IZA)指定独特的三字母代码(例如，“AFX”)。

AFX骨架并入了AFT笼结构和GME笼结构两者。当组合时，AFT和GME笼形成独特的AFX晶体结构。AFX沸石的常规合成技术涉及使用Na-GME沸石来直接提供晶体的GME部分，以及结构导向剂(SDA)、也称为“模板”或“模板剂”以形成晶体的AFT部分。SDA通常是复杂的有机分子，其引导或指导沸石骨架的分子形状和图案。大体上，SDA作为模具用来定位水合二氧化硅和氧化铝，在其周围形成沸石晶体。在晶体形成之后，可从晶体的内部结构中去除SDA，留下分子级多孔铝硅酸盐笼。

沸石具有众多工业应用，包括对来自烃燃料的燃烧，诸如内燃机、燃气轮机、燃煤发电厂和类似物的废气进行催化处理。为了改进催化性能，沸石常常负载有过渡金属、诸如铜。在一个实例中，负载金属的沸石可经由选择性催化还原(SCR)过程催化还原废气中一定浓度的氮氧化物(NO_x)。

钠(Na)对合成和最终产品具有两个有害影响。首先，Na的存在可导致最终产品中的各种杂质。这些杂质有时可能在晶体批次中占优势，或可能含有可造成健康危害的棒状晶体。另外，对于SCR催化剂，残余Na的存在可能影响Cu的交换和催化剂终产品对超过800℃高温的耐久性，其中铝酸钠的形成可能使结构塌陷。此外，Na的存在通常产生对水热老化更敏感的较低SAR材料。因此，仍需要避免与合成中碱金属的存在相关联的这些问题。本发明尤其符合这些需要。

发明内容

申请人已发现了一系列独特的氢型沸石(H-沸石)，其在本文中称为“JMZ-10沸石”或“JMZ-10”。这种沸石材料含有AFX骨架结构作为主相，以及模板，并且基本上不含诸如钠的碱金属阳离子。与使用碱金属离子的常规AFX沸石合成形成对比，已发现不含碱金属的AFX沸石可使用两种SDA的组合来合成。更具体而言，已发现可将第一SDA用于AFT笼且有机胺作为第二SDA用于GME笼来合成AFX沸石。

根据本发明的某些方面，JMZ-10是一种新的组合物，其包含具有作为主晶相的AFX骨架的合成氢型沸石，其中所述沸石含有模板且基本上不含碱金属离子。相比于具有六方双平截头体(bifrustum)形态的常规AFX沸石，JMZ-10沸石可具有圆或椭圆的形态。

这些H型AFX沸石可经受进一步加工以形成可用作催化剂的负载金属的沸石，诸如铜-AFX。因此，在本发明的另一个方面中，提供一种催化剂组合物，其包含具有AFX骨架作为主晶相和约10至约50的二氧化硅与氧化铝比率的合成沸石，其中所述沸石具有0.1至7重量％交换的过渡金属，并且其中所述沸石基本上不含碱金属。优选的过渡金属包括铜和/或铁。