[发明专利]一种铈掺杂CuCex-SAPO-18分子筛催化剂及制备方法

说明书

本发明涉及一种铈掺杂Cu‑SAPO‑18分子筛催化剂的制备方法，其中，以磷源、硅源、铝源为前驱体原料，以两种有机胺为双重模板剂，以无水硫酸铜和硝酸铈作为活性组分的前驱体原料，经一步法水热处理晶化制备：由本发明制备的CuCex‑SAPO‑18分子筛催化剂在NH₃‑SCR反应中具有良好的催化性能及良好的抗水性，且化学稳定性好，具有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明属于氮氧化物催化剂技术领域，尤其涉及一种分子筛催化剂及制备方法。

背景技术

氮氧化物(NOx)是一种重要的大气污染物。NOx的排放给人类生产生活以及自然环境带来极大的危害。在人体健康方面，NO易于结合血红蛋白，造成人体缺氧；NO2主要刺激人体肺部和呼吸道，造成人体器官的腐蚀损害等。在生态环境方面，NOx会引发酸雨、酸雾及光化学烟雾，促进全球变暖。此外，氮沉降量的增加，会导致地表水的富营养化和陆地、湿地、地下水系的酸化和毒化。其影响范围已经由局部性污染发展成区域性污染，甚至成为全球性污染。鉴于NOx对人类和生态环境存在的危害，控制NOx的生成和排放是十分重要的问题。目前，控制NOx排放的技术主要指低NOx燃烧技术和烟气NOx脱除技术。而在烟气NOx脱除技术中选择性催化还原(Selective catalytic reduction,SCR)是当前国际上应用最为广泛的烟气脱硝技术，主要采用NH3作为还原剂，其技术关键是选择高效稳定的催化剂。

氮氧化物的来源除了各种工业活动产生，还有来自汽油车柴油车尾气的排放，特别是针对柴油发动机的高温燃烧过程中产生的氮氧化物(NOx)。对于这部分尾气的处理，铜交换的小孔CHA材料可作为优选的催化剂之一，例如硅铝酸盐(Cu-SSZ-13)或硅铝磷酸盐(Cu-SAPO-34)(SAPO是分子筛结构代码名称)。与其他先前研究的具有较大孔隙的沸石(如Cu-Beta或Cu-ZSM-5等)相比，小孔Cu-CHA对NOx的SCR显示出更高的催化活性和水热稳定性。这一点对于高温(高于400℃)下蒸汽存在的SCR反应至关重要。通常在这些苛刻的条件下，Cu-Beta或Cu-ZSM-5沸石会遭受永久失活。通过将骨架外Cu2+阳离子与双6环(D6R)的三个氧原子配位可以解决稳定性问题，这被认为是提高Cu-CHA催化剂的催化活性和水热稳定性的主要原因。

除了Cu交换CHA外，其他含有D6R的Cu-交换小孔硅铝酸盐已被报道为NOx的SCR的有效催化剂，如Cu-SSZ-16和Cu-SSZ-39。特别是，呈现AEI结构的Cu-SSZ-39对NOx的SCR显示出非常高的催化活性和水热稳定性，甚至高于商业Cu-SSZ-13催化剂。但是SSZ-39的制备条件范围非常有限。另外一种AEI结构分子筛，如SAPO-18，SAPO-18已被广泛用作MTO反应的催化剂，但是很少有关于使用Cu交换的SAPO-18的SCR的描述。Cu-SAPO-18作为SCR催化剂，主要是由于其在低温下具有优异的SCR性能、宽温度窗口和高N2选择性。然而，Cu-SAPO-18催化剂在高温下的催化活性仍需要改进以适应500℃以上的柴油发动机排气条件，因为NO转化率在450℃以上迅速降低。由于Ce具有优异的储氧能力和独特的氧化还原性能，因此含铈催化剂已被广泛研究用于各种催化反应，添加Ce可以通过抑制铜氧化物的形成来提高Cu基催化剂的活性和热稳定性。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种具有较强的抗水性的、掺杂铜铈的小孔AEI结构分子筛催化剂，同时具有良好的脱除NOx和氮气选择性能的催化剂。

用于解决技术问题的方法

针对上述问题，本发明提出了一种铈掺杂Cu-SAPO-18分子筛催化剂的制备方法，其以磷源、硅源、铝源为前驱体原料，以两种有机胺为双重模板剂，以铜盐和铈盐作为活性组分的前驱体原料，经一步法水热处理晶化制备。

一种实施方式为，包括以下步骤：

(1)将无水硫酸铜和硝酸铈用水溶解，加入第一有机胺模板剂，得到混合液1；