[发明专利]碱土金属改性的铜基分子筛NH3-SCR催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供碱土金属改性的铜基分子筛NH₃‑SCR催化剂的制备方法，包括将碱土金属盐溶液与分子筛材料混合，进行离子交换，得到碱土金属改性的分子筛载体材料；在改性后的分子筛载体上负载Cu。本发明提供的碱土金属(Mg，Ca，Sr和Ba)改性的铜分子筛NH₃‑SCR催化剂的制备方法，显著提高此类催化剂的水热稳定性。

技术领域

本发明属于NH₃-SCR催化剂领域，具体涉及一种铜基分子筛NH₃-SCR催化剂的改性及应用。

背景技术

柴油车尾气是大气污染物NO_x的主要来源之一，它不仅会导致雾霾、酸雨、光化学烟雾等严重环境污染，还因是致癌物质而危害人类的身体健康。NH₃-SCR系统因其高效、低成本的优点，已成为一种可以有效消除柴油车尾气中NO_x的最重要手段，现已广泛应用于欧美、日本等地区。目前我国传统的NH₃-SCR催化剂以V₂O₅/WO_x-TiO₂为主，但其活性温度窗口窄、水热稳定性差且V₂O₅本身就具有生物毒性。

分子筛具有环境友好、大比表面积和孔道复杂有序等特点，有利于金属物种在其表面和孔道内的分散，也有利于气体分子在孔道内的扩散，现已逐步成为NH₃-SCR催化剂的主流载体材料之一。而用于NH₃-SCR体系的常见分子筛类型主要包括MFI(ZSM-5)、BEA(beta)和CHA(SAPO-34和SSZ-13)等。但分子筛自身的NH₃-SCR活性较差，因此需要通过助剂金属改性以满足柴油车NO_x净化处理的需求。现有研究表明铜基分子筛催化剂对柴油车尾气中的NO_x有着较高的NH₃-SCR催化净化活性，具有广阔的潜在应用前景。但分子筛是一种亚稳定材料，在高温下分子筛骨架会发生坍塌。当环境中有水(或者水蒸气)存在时，水分子会攻击分子筛的Al位点，使得分子筛骨架水解脱铝，从而造成骨架的坍塌。对于柴油车而言，其尾气温度比汽油车低，一般<400℃，虽然尾气中存在10％左右的H₂O，但这对于Cu分子筛基催化剂的水热稳定性而言并不会存在很大的问题。但是当NH₃-SCR系统前端安装有DPF时，其再生时可以瞬间将温度提高到600℃以上，甚至有可能达到800℃。虽然DPF每次再生时间很短(几分钟以内)，但是在整个后处理装置使用寿命周期内的时间总和较长，这就对Cu基分子筛催化剂的高温水热稳定性提出了要求。在诸多Cu基分子筛催化剂中，Cu/BEA催化剂拥有较为优良的初始活性，但其水热稳定性有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不同碱土金属(Mg、Ca、Sr和Ba)改性的铜分子筛NH₃-SCR催化剂的制备方法，该方法提高此类催化剂，特别是Cu/BEA催化剂的水热稳定性，在保持新鲜活性的同时，提升催化剂长时间水热处理后的NO_x转化效率，延长催化剂使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供碱土金属改性的铜基分子筛NH₃-SCR催化剂的制备方法，包括以下步骤:

(1)将碱土金属盐溶于去离子水中配成摩尔浓度为0.05～0.2mol/L的碱土金属盐溶液；将所得溶液与分子筛材料混合，在50～90℃下搅拌进行离子交换1-12h得到浆料，所述分子筛材料与溶液质量比例为50～150g/L，将所得浆料干燥得到碱土金属改性的分子筛载体材料；

(2)将步骤(1)所获得的碱土金属改性的分子筛材料加入到铜盐溶液中，通过等体积浸渍法浸渍分子筛质量1％～3％的Cu，然后干燥，干燥后在氧气氛或空气中、300～600℃下焙烧3～6h，得到碱土金属改性的铜基分子筛催化剂粉末。