[发明专利]一种铜基CHA型硅铝分子筛催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铜基CHA型硅铝分子筛催化剂及其制备方法，属于分子筛类催化剂制备领域。其特征在于所述催化剂的分子筛载体为由硅、铝构成的六元环小孔分子筛材料，催化剂的活性金属至少包含铜；该种铜基CHA型硅铝分子筛催化剂的制备方法，包括水热合成、水热离子交换两个步骤，首先通过晶种诱导与多元模板剂辅助的水热反应法制备CHA型分子筛，然后采用离子交换法在所合成的CHA型分子筛上担载Cu及其他活性中心，最后获得具有高水热稳定性与低温活性高的铜基CHA型硅铝分子筛NH₃‑SCR脱硝催化剂。

技术领域

本发明属于分子筛类微孔材料制备及其催化过程应用，具体涉及一种降低铜基CHA型硅铝分子筛催化剂制备成本的方法。

背景技术

随着我国陆上运输业的飞速发展，配备强大柴油发动机动力的运载工具使用量与日俱增，如船舶与大型柴油车，同时也带来了严重的大气环境污染，因此移动源尾气减排问题备受关注。柴油发动机通常采用稀薄燃烧技术，在运输过程中，氮氧化物与固体颗粒物是其尾气排放中的主要污染物。氮氧化物的主要存在形式是NO和NO₂。一氧化氮(NO)是一种无色无味的气体，吸入人体后，易与血液中的血红素结合，严重时可引发高铁血红蛋白血症；二氧化氮(NO₂)是一种高温下棕红色的有毒气体，具有刺激性，溶于浓硝酸；二氧化氮不仅是酸雨的成因之一，也同时在雾霾与臭氧的形成过程中起着重要作用。所以氮氧化物大量排放到大气中，对环境和人类健康都有着巨大的危害。

由于SCR选择性催化还原技术可以在降低柴油机氮氧化物排放量的同时有效地节省油耗，故ACEA(欧洲汽车制造商协会)在2003年发表的报告中认为SCR选择性催化还原技术是目前唯一可以同时改善柴油机废气排放和燃油经济性问题的技术。SCR技术简单来讲就是通过还原性气体(NH₃、CH₄等)和催化剂将氮氧化物还原为无污染的N₂。NH₃-SCR由于其较高的脱硝效率和较为成熟的工艺成为目前广泛应用于移动源尾气脱硝领域的技术之一。催化剂是SCR技术的核心，选择催化性能良好且具有稳定性的催化剂对于SCR技术的脱硝效率至关重要。金属氧化物类催化剂和分子筛催化剂是目前SCR技术常用的两类催化剂。

近十年，经过金属交换制得的分子筛催化剂由于其较高的催化活性和氮气选择性而成为备受青睐的新型NH₃-SCR催化剂材料。负载Cu后的CHA型硅铝分子筛催化剂在处理氮氧化物的SCR反应中表下卓越，其性能优势在于水热稳定性与良好的低温活性以及较宽的反应活性温度窗口。但CHA型硅铝分子筛的制备成本居高不下，这也一直是限制其工业化生产的重要因素。影响CHA型硅铝分子筛制备成本的因素有很多，包括原材料、晶化反应条件、模板剂类型及用量等。模板剂作为CHA型硅铝分子筛分子筛制备过程中的原料，在其水热合成法制备反应中是不可或缺的，其用量成本也就直接决定了CHA型硅铝分子筛的制备成本。现有的制备方法中，模板剂的用量通常较大，直接增加了制备成本。因此，对水热合成法制备CHA型硅铝分子筛反应中模板剂类型及用量进行研究与探索尤为重要。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是通过水热合成法制备一种低成本的具有优良催化活性与稳定性的铜基CHA型硅铝分子筛NH₃-SCR脱硝催化剂。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种铜基CHA型硅铝分子筛催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)晶种制备：

将含有六元环结构硅铝分子筛加入到水中搅拌分散均匀，然后加入NH₄F或NH₄Cl，在一定温度下搅拌2-24小时，经过滤后用作晶种；

(2)水热反应法制备CHA型硅铝分子筛：