[发明专利]一种高水热稳定性的机动车尾气脱硝处理催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种高水热稳定性的用于催化还原机动车尾气中氮氧化物的铁‑金属改性分子筛催化剂的制备方法及应用，本发明利用金属盐溶液通过离子交换的方法将改性金属负载到分子筛上，再将含铁前驱体浸渍到含改性金属的分子筛上，得到了铁‑金属改性分子筛催化剂。该催化剂经水热老化处理之后，依然保持完整的骨架结构，应用于氨气选择性催化还原反应，实现了在宽温度窗口内高效催化还原氮氧化物成无害氮气，因此该催化剂具备良好的反应活性及水热稳定性。该催化剂制备方法简单，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高水热稳定性的氨气选择性还原氮氧化物催化剂的制备及应用，具体来说就是在机动车尾气高温高水气含量条件下碱金属、碱土金属或稀土金属改性后的铁基沸石分子筛高效脱硝催化剂。

背景技术

大气中的主要污染物氮氧化物(NO_x)能广泛引起酸雨、光化学烟雾及危害生命体健康等严重问题。其来源主要是人为排放，包括工业锅炉和燃煤电厂的固定源和燃油发动机的移动源。目前最有效的机动车尾气脱硝方法是氨气选择性催化还原法(英文NH₃-Selective Catalytic Reduction，简称NH₃-SCR)。

以前广泛使用的钒基氧化物NH₃-SCR催化剂，由于200℃以下的低温段活性差、氮气选择性低以及钒具有生物毒性易造成环境污染等问题，难以达到即将实施的国六排放标准。此外，机动车运行时尾气温度较高，且含有大量水气，极容易使得催化剂老化失活。因此，金属氧化物已经在机动车尾气脱硝剂中摒弃使用。鉴于此，负载金属离子的沸石分子筛已经成为NH₃-SCR反应中的研究热点。2019年一篇中国专利(CN110523432A)报道了八元环的Cu-CHA分子筛应用于氨气选择性催化还原反应，具有较高的反应性能和水热稳定性。但是合成CHA分子筛需要使用昂贵的金刚烷类有机模板剂，使得Cu-CHA分子筛的生产成本较高。

另一方面，成本低廉的Fe-Beta分子筛也具有优异的低温NH₃-SCR活性(Catal.Sci.Technol.,2016,6：6581–6592)，但是十二元环的Beta分子筛水热稳定性较差。有文献报道经过碱金属/碱土和稀土金属改性后，Cu-CHA分子筛催化剂的水热老化性能有了提高(Appl.Catal.B,2017,217：421–428Catal.Sci.Technol.,2019,9：241-251)，但这些金属离子对Fe-Beta活性和水热稳定性的影响却没有文献研究。

综上所述，目前Fe-Beta分子筛具有优异的低温NH₃-SCR活性，但是其水热稳定性比较差；而碱土金属和稀土金属可以改善分子筛催化剂的水热稳定性。因此，开发出一种成本低廉制备简单的在宽温度窗口内具有高NH₃-SCR催化性能，同时兼备良好水热稳定性的催化剂是目前研究的难点。

发明内容

本发明涉及一种高水热稳定性的氨气选择性还原氮氧化物金属改性分子筛催化剂的制备方法，及其所述的催化剂经水热老化作用之后在机动车尾气脱硝反应中的应用，具体为在机动车尾气高温高水气含量条件下碱金属、碱土金属或稀土金属改性后的铁基沸石分子筛高效脱硝催化剂，所述催化剂可以提高机动车尾气脱硝处理的水热稳定性，所述的催化剂在宽温度窗口内高效催化还原氮氧化物(NO_x)，所述的宽温度窗口的温度为150～650℃。

本发明提供一种具有高水热稳定性、在宽温度窗口内用于高效催化还原机动车尾气中氮氧化物(NO_x)的铁-金属改性分子筛催化剂的制备方法，利用金属盐溶液将金属盐溶液中的金属作为改性金属负载于沸石分子筛载体上，得到含改性金属分子筛催化剂，再将含铁前驱体负载在含改性金属分子筛上，制备铁-金属改性分子筛催化剂；

所述金属盐溶液中的金属为碱金属、碱土金属和稀土金属中的至少一种。