[发明专利]具有低碱金属含量的含铜小孔沸石、其制备方法以及它们作为SCR催化剂的用途

说明书

本发明公开了结晶含铜小孔硅铝酸盐沸石，该结晶含铜小孔硅铝酸盐沸石具有八个四面体原子的最大孔径，含有以CuO计算并基于相应沸石的总重量计的2重量％至7重量％的铜，并且含有以纯金属计算并基于所述沸石的总重量计的总量为0.1重量％至0.4重量％的碱金属阳离子，并且具有320m²/g至750m²/g的BET表面积。此外，本发明公开了用于制备所述沸石的方法，所述方法包括制备含水反应混合物，所述含水反应混合物包含八面沸石骨架类型的沸石、铜‑四亚乙基戊胺(Cu‑TEPA)和至少一种化合物M(OH)_X，其中x选自锂、钠、钾、铷和铯；以及加热所述反应混合物以形成含铜小孔沸石。根据本发明的沸石为合适的SCR催化剂。

说明书

本发明涉及一种通过利用作为还原剂的NH₃的反应而用于氮氧化物的选择性催化还原(NH₃-SCR)中的含铜小孔沸石，制备根据本发明的这些含铜小孔沸石的一步合成法以及涉及在NH3-SCR催化中的用途。具体地讲，本发明提供了含铜CHA型催化剂，其中所述沸石包含2重量％至7重量％的氧化铜、0.1重量％至0.4重量％的碱金属阳离子，并且具有320m²/g至750m²/g的BET表面积。

沸石为微孔硅铝酸盐材料，其具有非常规则的分子尺寸的孔结构并且以多种骨架结构出现。国际沸石协会的结构委员会(the Structure Commission of theInternational Zeolite Association)对沸石进行分类，该结构委员会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。

沸石也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。熟知的小孔沸石特别是属于AEI、CHA(菱沸石)、ERI(毛沸石)、LEV(插晶菱沸石)以及KFI骨架类型。具有大孔径沸石的示例为八面沸石骨架类型的沸石。

小孔沸石，尤其是如果沸石孔中包含阳离子像铜和铁，则其在用氨对氮氧化物进行所谓的选择性催化还原(SCR)以形成氮气和水的过程中作为催化剂起着重要的作用。SCR方法已被广泛用于清除由化石燃料燃烧造成的废气，特别是固定式发电厂和由柴油发动机驱动的车辆造成的废气。

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+6H₂0  (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：

2NH₃+NO+NO₂→2N₂+3H₂O  (2)

为了从快速NH₃-SCR反应中获利，需要附加的催化剂来将部分NO氧化成NO₂。

此外，可能会发生副反应并导致不需要的产品或氨的非生产性消耗：

2NH₃+2O₂→N₂O+3H₂O  (3)