[发明专利]稳定的CHA沸石

说明书

本发明提供了具有CHA骨架类型的水热稳定的结晶铝硅酸盐沸石，其中所述沸石具有小于2mmol/g的总质子含量。所述沸石可以包含按相应的氧化物计算并基于所述沸石的总重量为0.1重量％至10重量％的至少一种过渡金属。所述沸石可以还包含按相应的金属计算并基于所述沸石的总重量浓度为0重量％至2重量％的至少一种碱金属或碱土金属。本发明还提供了用于制备所述具有CHA骨架类型的铝硅酸盐沸石的一锅合成方法。将包含四乙基铵化合物、二氧化硅源、至少一种碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物、八面沸石骨架类型的沸石和铜‑四亚乙基戊胺的水性反应混合物混合、匀化和加热，并且最后将产物回收。具有CHA骨架类型的新型水热稳定的沸石适合作为催化活性材料，用于通过与作为还原剂的NH₃反应来选择性催化还原氮氧化物(NH₃‑SCR)，其中使用所述水热稳定的沸石。

说明书

本发明涉及具有CHA骨架类型和低质子含量的水热稳定的结晶铝硅酸盐沸石，并且涉及用于制备这些沸石的方法。具有CHA骨架类型的新型水热稳定的沸石适合作为催化活性材料，用于通过与作为还原剂的NH₃反应来选择性催化还原氮氧化物(NH₃-SCR)，其中使用所述水热稳定的沸石。

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铝硅酸盐材料，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。熟知的小孔沸石特别地属于AEI、CHA(菱沸石)、ERI(毛沸石)、 LEV(插晶菱沸石)以及KFI骨架。具有大孔径沸石的示例为八面沸石(FAU)骨架类型的沸石。

沸石作为催化剂在所谓的氮氧化物与氨的选择性催化还原(SCR)以形成氮气和水中起到重要作用，并且特别地，在沸石孔中包含阳离子如铜和铁时。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。SCR方法已被广泛用于治理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。虽然自然界中存在沸石，但旨在用于SCR或其他工业应用的沸石通常经由合成方法制造。用于 SCR或其他工业应用的沸石可以具有单一沸石骨架类型、共生物，或者多于一种沸石骨架类型和/或共生物的物理混合物。

在广泛的应用范围内，正在寻找除了具有改善的催化活性和选择性之外还具有改善的水热稳定性的新型沸石材料。例如，为了治理由化石燃料燃烧产生的废气，特别是固定式发电厂和由柴油发动机驱动的车辆产生的废气，广泛使用了选择性催化还原(SCR)。负载有铜和/或铁的沸石起到 SCR催化剂的重要作用，并且用氨还原有害的氮氧化物以形成氮气和水。