[发明专利]一种SCR催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种SCR催化剂及制备方法。包括：改性分子筛材料制备，材料成粉，一步制浆，涂覆焙烧；其中一步制浆采用将粉末材料溶于蒸馏水并搅拌制成浆料，添加可溶性铜盐进行离子交换2‑12h，然后降至室温添加可溶性铁盐并搅拌交换0.5‑5h，再加入导入剂和粘接剂搅拌、球磨制备。本发明采用廉价的中孔/大孔分子筛作为载体，利用碱金属或者碱土金属对载体改性，制备含碱金属或者进入金属离子的分子筛载体材料，然后采用一步制浆的方式负载活性组分铜和铁，制备出整体式SCR催化剂；该方法操作简单，工艺和时间成本低，制备出的催化剂在具有优异的反应温度窗口的同时也具备良好的水热稳定性能。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种SCR催化剂及制备方法。

背景技术

大气中的氮氧化物(NOx)主要来源于化石燃料燃烧，是当下最主要的大气污染物之一，严重危害人体健康和生态环境。目前，氨选择性催化还原(NH₃-SCR)法是技术最为成熟、应用最为主流的一种去除NOx的技术方法。其原理是利用NH₃(或者尿素)作为还原剂将有毒的NOx选择性还原为无毒的N₂和H₂O。近些年来，人们发现以无毒的金属元素Cu和Fe为活性组分的分子筛基催化剂在SCR反应中能够表现出优异的性能。尤其是最近这十年来以小孔分子筛为载体的SCR催化剂在性能和水热稳定性方面都表现出了相当明显的优势，但是其价格相比常用中孔/大孔分子筛而言也高出很多。从活性组分上可以将分子筛SCR催化剂的研究领域分为三类：第一类是铜基SCR催化剂，该类催化剂在中低温下具有较好的NOx转化效率；第二类是铁基SCR催化剂，该类催化剂在中高温下具有优异的催化效率；第三类是铜铁复合催化剂，该类催化剂低温NOx转化效率略低于铜基催化剂而高温NOx转化效率略低于铁基催化剂，但是其结合了铜基和铁基催化剂的优势，反应温度窗口在三类催化剂中最宽。CN103127951B专利公开了一种铜铁复合分子筛催化剂的制备方法，以价格低廉的中孔/大孔分子筛为载体材料，以铜和铁为活性组分，该催化剂具有很宽的活性温度窗口。但是，其在水热老化后低温性能下降也很明显。相比小孔分子筛催化剂而言，其水热稳定性能明显降低。且该催化剂制备方法复杂，同时浸渍的制备工艺成本较高。

越来越多的国内外学者希望通过添加助剂来稳定分子筛骨架或者增加催化剂的酸性，亦或者改变活性组分存在状态的方式提高活性位点的量来进一步提高铜铁复合分子筛催化剂的性能，以期能超过单铜或者单铁催化剂。如通过在Fe/Cu-SSZ-13中添加Ce元素能够提高催化剂的低温活性(Liu Xiaojiao,Li Yonghong,Zhang Ranran.RSC Adv.,2015,5,85453-85459)，或者通过添加La、Mn、Ce、Ni等来提高铜铁复合分子筛催化剂的水热稳定性(CN106984357A)。

但是以上这些研究基本都是通过添加稀土或者过渡金属元素来充当助剂，却没有人用碱金属或者碱土金属，这是因为虽然碱金属或者碱土金属也是化学性质非常活泼的金属元素，但是它们很容易对SCR催化剂造成中毒，使得催化剂性能急剧下降。文献报道K、Ca、Mg、Na等碱金属和碱土金属能够对分子筛催化剂产生非常明显的毒化作用，可以将活性组分孤立Cu离子转化成CuO，降低催化剂的表面酸性，甚至加剧分子筛骨架的坍塌，从而降低催化剂的活性(Fan Chi,Chen Zhen,Pang Lei等.Chem Eng J.,2018,334,344-354)。在传统的钒基SCR催化剂上也同样存在碱金属和碱土金属中毒(CN108160087A)；正是由于这些原因，在专利和文献中鲜有用碱金属或者碱土金属来做SCR催化剂的助剂的相关报道，尤其是用来做铜铁复合催化剂的助剂，特别是用作以廉价的中孔/大孔分子筛为载体的铜铁复合催化剂的助剂。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种SCR催化剂及制备方法。本发明要解决的问题是：进一步拓宽了以廉价分子筛为载体的铜铁复合分子筛SCR催化剂的温度窗口；显著提高了以廉价分子筛为载体的铜铁复合分子筛SCR催化剂的水热稳定性能；开发一种新的一步制浆制备分子筛SCR催化剂的工艺流程。