[发明专利]一种含铁SSZ-13分子筛的直接水热合成制备方法

说明书

本发明公开了一种含铁SSZ‑13分子筛的直接水热合成制备方法，包括以下步骤：先将硅源、碱源、模板剂和水混合均匀，再加入铁源，最后加入铝源，搅拌均匀，然后进行水热晶化反应，晶化完成后，将晶化产物冷却、过滤、洗涤、干燥，得到分子筛原粉，再将分子筛原粉于空气中程序升温焙烧，最终得到产品含铁SSZ‑13分子筛。本发明通过水热法直接合成出含铁SSZ‑13分子筛，简化了催化剂制备工序，降低了含铁SSZ‑13催化剂的成本。铁源直接参与到分子筛合成过程，可对铁源的种类、数量进行调控。所得含铁SSZ‑13分子筛可作为催化剂用于以NH₃为还原剂的NO_x选择性催化还原反应，具有较高催化活性。

技术领域

本发明涉及采用水热合成直接制备含铁SSZ-13沸石分子筛的方法，所得含铁SSZ-13沸石分子筛作为催化剂用于NO_X的选择性催化还原(SCR)反应。

背景技术

SSZ-13是一种具有三维八元环孔道体系CHA拓扑结构的硅铝分子筛，孔口直径为由于其独特的八元环孔道、适度的酸量分布，SSZ-13分子筛作为催化剂或吸附剂已经被广泛应用于甲醇制低碳烯烃(MTO)、CO₂的储存和分离以及氮氧化物NO_X的选择性催化还原(SCR)反应中。

1985年，美国雪弗龙公司在专利US 4544538中首次公开了SSZ-13分子筛的合成方法，使用N,N,N-三甲基-1-金刚烷胺阳离子(TMAda⁺)为模板剂，在水热条件下合成SSZ-13分子筛。目前，苄基三甲基胺阳离子(BTMA⁺，US 8007764)、N,N-二甲基-N-乙基环己胺阳离子(DMCHA⁺，US 7754187)、铜-四乙烯五胺络合物(Cu–TEPA，Ren L,Zhang Y,Zeng S,etal.Chinese Journal of Catalysis,2012,33(1):92-105)、氯化胆碱(CC，CN 103601211)和四乙胺阳离子(TEA⁺，CN 105236440)等模板剂已被应用在SSZ-13分子筛的制备中，但这些模板剂分别存在具有毒性、结构导向作用不强、晶化时间过长、产物硅铝比过低或固相产率过低等问题。N,N,N-三甲基-1-金刚烷胺阳离子(TMAda⁺)迄今为止仍为效果最优的模板剂。

化石燃料燃烧过程会产生大量NO_x，NO_x是空气中主要的污染物之一，会造成严重的环境问题。使用氨选择性催化还原是目前最常用、最有效的氮氧化物消除方法。

过渡金属钴、铜和铁改性的分子筛被广泛应用于氨选择性催化还原反应中。其中含铜分子筛的活性最高，钴次之，铁活性较低。但是含铁分子筛具有最好的水热稳定性，在H₂O、SO₂和O₂存在下仍能保持较高的催化活性，应用范围较广。含铁SSZ-13分子筛，具有较高的NO_x选择性、良好的水热稳定性、宽的活性温度区间以及较好的抗硫性，被认为是具有实际应用前景的SCR催化剂。

制备含铁SSZ-13分子筛传统方法为离子交换或浸渍法。需要通过水热法先合成出SSZ-13分子筛，将其煅烧以除去模板剂，然后通过离子交换转换为NH₄⁺型，再通过氮气保护下亚铁金属离子试剂处理负载上铁，最后再次煅烧才能得到含铁SSZ-13分子筛。这种方法操作步骤繁琐，催化剂制备成本高，并且铁物种多分布在分子筛颗粒表面。

采用直接水热合成法制备含铁SSZ-13分子筛快速高效、经济性好，可显著降低催化剂成本，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能快速高效制备含铁SSZ-13分子筛的方法，从而降低含铁SSZ-13催化剂的成本。

为解决上述技术问题，本发明提供了直接合成含铁SSZ-13分子筛的方法，包括下列步骤：