[发明专利]用于选择性NOx还原催化的含铜MOZ沸石

说明书

本发明涉及包含MOZ骨架类型材料的结晶硅铝酸盐。该MOZ骨架类型材料包含0.1至12.5重量％的铜，以CuO计算，以及一种或多种碱金属和碱土金属阳离子，其量为0.3至9重量％，以纯金属计算。制备含该铜的MOZ型沸石的方法包括：a)制备第一含水反应混合物，包含硅源和氢氧化钾；b)制备第二反应混合物，包含氧化铝源、氢氧化钾和结构导向剂，该结构导向剂选自N,N’‑1,4‑二甲基‑1,4‑二氮杂双环[2.2.2]二氟辛烷、二氯辛烷、二溴辛烷、二碘辛烷或二氢氧化物；c)将该两种含水反应混合物组合；d)老化该组合的反应混合物；e)加热该组合的反应混合物；f)回收、洗涤和干燥由其获得的该沸石；g)煅烧该沸石；h)引入铜；i)洗涤并干燥该含铜MOZ类型沸石。此外，本发明公开了一种修补基面涂料，包含该含铜MOZ骨架类型材料、包含该含铜MOZ骨架类型材料的SCR催化剂以及含有该SCR催化剂的废气净化系统。

背景技术

本发明涉及一种用于通过与NH₃作为还原剂(NH₃-SCR)反应选择性催化还原氮氧化物的含铜MOZ型沸石，以及制备根据本发明的该含铜沸石的方法以及用于NH₃-SCR催化。特别地，本发明提供含铜MOZ型催化剂，其中沸石含有0.1至12.5重量％的氧化铜。

催化剂近期和未来发展的主要驱动因素是道路(例如客车、卡车)和非道路(例如船舶、火车)应用的全球立法排放水平越来越严格。在从贫燃发动机的废气中去除氮氧化物的特定情况下，由于收紧的立法排放水平和增加的耐久性需求，全球需要更活跃、更具选择性和更稳定的催化剂。从这些贫燃发动机的废气中去除氮氧化物(NO_X)的一种有效方法是用氨(NH₃)选择性催化还原(SCR)。在NH₃-SCR中，使用NH₃还原剂将NO_X分子催化还原为N₂。氨通常作为危害较小的尿素溶液进料，其在催化单元中分解成氨，并且可以在专用的储存器中填充和储存在车辆中。

在不同的候选催化剂材料中，发现过渡金属交换的沸石是性能最佳的NH₃-SCR催化剂，尤其是在客车和轻型车辆中。沸石是高度多孔的结晶硅铝酸盐材料，具有均匀的孔和分子尺寸通道，其存在于许多骨架结构中。国际沸石协会的结构委员会(the StructureCommission of the International Zeolite Association)对沸石进行分类，并定义了相应的骨架类型。委员会还为所有独特和经确认的骨架拓扑结构指定由三个大写字母组成的骨架类型代码。例如，一组应用广泛的沸石属于已被指定代码FAU的八面沸石骨架。沸石可由骨架类型以及化学组成、原子分布、晶体尺寸和形态进行区分。沸石在NH₃-SCR反应中作为催化剂起着重要作用，特别是如果沸石孔中包含铜和铁等阳离子。它们可以在转换性能和选择性方面在很宽的温度范围内发挥作用。

虽然自然界中存在沸石，但旨在用作SCR催化剂或用于其他工业应用的沸石通常通过合成方法制备。

沸石通常根据它们的孔径来分类，该孔径由最大孔口的环尺寸限定。大孔径沸石具有12个四面体原子的最大环尺寸，中等孔径沸石具有10个四面体原子的最大孔径，并且小孔径沸石具有8个四面体原子的最大孔径。

用NH₃催化还原NO_X可以用不同的反应方程式表示。一氧化氮(NO)是发动机中产生的主要NO_X化合物。NO的还原被称为“标准”NH₃-SCR反应：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O (1)

NO₂比NO更具反应性。在NO和NO₂的混合物存在下，NH₃-SCR反应更容易，并且可以发生所谓的“快速”NH₃-SCR反应：