[发明专利]一步法制备过渡金属改性的分子筛整体式催化剂及方法

说明书

本发明公开了一步法制备过渡金属改性的分子筛整体式催化剂及方法。该制备方法包括涂层溶液制备、浆料制备、催化剂涂覆、催化剂干燥及煅烧四个连续工艺流程。该工艺特点在于涂层溶液配制后无需过滤、洗涤、干燥、煅烧，直接转入制浆和涂覆流程。该工艺过程简单，制得的分子筛催化剂具有优异的低温活性、水热稳定性，可用于氮氧化物(NO_x)选择性还原、碳氢化合物(HC)低温处理，具有广泛的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及到一步法制备过渡金属改性的分子筛整体式催化剂及方法，所述制备的分子筛催化剂可应用于柴油机NO_x选择性还原和HC低温处理。

背景技术

NO_x和HC是柴油机尾气的重要污染物。其中NO_x是酸雨、光化学烟雾、臭氧层空洞等环境问题的主要原因，并且对人体健康具有显著的影响。HC对人体的眼睛和呼吸道具有明显的刺激作用，且烃类中含有导致人体致癌的物质。现阶段，采用后处理催化剂可高效降低柴油机尾气中的HC和NO_x排放，也是目前最佳的后处理催化净化技术。

近年来，采用催化剂尾气净化技术已经大幅减少了柴油机HC和NO_x等尾气排放。然而，柴油机启动时排气温度低，很难达到常规催化剂的起燃温度。因此，冷启动时的尾气排放往往是造成柴油机排放超标的关键原因。

当前，NO_x主要采用钒基选择性还原催化剂（SCR）、HC采用Pt基或Pt-Pd基氧化催化剂（DOC）进行处理。这两种催化剂的优势是具有很好的中高温催化性能，但劣势是低温性能不足。

研究表明，针对低温关键技术问题，改性分子筛催化剂材料显现出优异的低温活性。用于金属改性的空白分子筛主要有BEA、MFI、CHA等。改性金属包括Mn、Cu、Pd、Pt、Fe等。[CN102946997A]公开了一种将Cu直接交换进Na⁺型菱沸石的分子筛粉末材料的制备方法。该技术中的Na⁺对催化剂活性起着非常显著的影响，如在制备过程中控制不精准，残余的超过一定量的Na⁺将严重降低催化剂的耐久性。基于离子交换工艺缺点，Ren.L.M等（ Chem.Commun. 2011, 47:9783）等以铜胺配合物为模板剂原位合成性能较好的Cu改性SSZ-13分子筛催化粉体材料，但该方法获得的改性分子筛材料含Cu量高，不利于老化性能，需要额外进行降铜含量处理，在工业应用上成本较高，较难实现。[CN107262145A]公开了一种沸石碳氢吸附重整催化剂的制备方法，该技术在自主合成的FAU型分子筛催化材料进行Fe离子重整，进而得到Fe-FAU型沸石碳氢吸附重整催化剂。但该方法中，为了让金属Fe分散的更均匀，采用了低硅铝比的分子筛，硅铝摩尔比为3.7-10。该类型的分子筛抗高温水热老化能力较弱，容易高温水热脱铝导致催化剂失活。[CN1205651A]公布了采用铂族金属元素负载的beta等传统分子筛进行HC吸附氧化处理，然而，此类传统未改性分子筛难以满足高温水热老化需求。

改性分子筛整体式催化剂的制备技术主要为两步法。即先通过配液、洗涤、烘干、煅烧制备改性分子筛涂层粉体材料，然后再将粉体材料进行制浆、涂覆、烘干、煅烧获得整体式催化剂。[106984357A]公开了一种首先通过一步或多步离子交换后、经过滤、烘干、煅烧制得改性分子筛粉体材料，然后再进行制浆、涂覆获得催化剂的方法。[102215960A]公开了具有CHA晶体结构、低二氧化硅与氧化铝比例的沸石催化剂的制备方法，该专利同样采用两步法制备整体式分子筛催化剂。两步法工艺复杂，控制点多，不利于产品质量一致性控制、生产成本高、产能低。

本发明采用一步制备法，获得性能优异的改性分子筛整体式催化剂，该工艺简易，操作性强，具有较高技术创造性和的应用价值。

发明内容