[发明专利]一种提升Cu-SSZ-13催化剂高温稳定性的表面铝修饰方法

说明书

本发明提供一种提升Cu‑SSZ‑13催化剂高温稳定性的表面铝修饰方法。所述方法为：用含铝前驱体沉积‑焙烧的方式，在Cu‑SSZ‑13催化剂颗粒表面包覆一层氧化铝修饰层。本发明通过在Cu‑SSZ‑13催化剂上引入额外的氧化铝来阻止水热老化过程中催化剂内的孤立Cu²⁺离子团聚为有害的CuO，转而生成惰性的铝酸铜类物种，从而提升Cu‑SSZ‑13催化剂的高温稳定性，使Cu‑SSZ‑13催化剂经过水热老化后仍然能够保持良好的高温(400‑550℃)脱硝活性，适用于柴油机尾气和工业高温烟气NH₃‑SCR脱硝。

技术领域

本发明属于脱硝催化剂制备技术领域，特别涉及一种提升Cu-SSZ-13催化剂高温稳定性的表面铝修饰方法，制得的催化剂主要适用于柴油机(柴油车、船舶、小通机等)尾气和固定源(如燃气电站、燃气轮机天然气压缩机组等)高温烟气氨法选择性催化还原脱硝(NH₃-SCR)。

背景技术

氮氧化物(NO_x)是一种重要的大气污染物，是形成PM_2.5的前体物质之一，主要由化石燃料的燃烧产生。根据生态环境部2019年发布的《中国移动源环境管理年报》，占我国汽车保有量仅9.1％的柴油车排放的NO_x占我国汽车排放总量的71.2％。火电站、钢铁厂、水泥厂、工业锅炉、燃气轮机天然气压缩机组等固定源也排放了大量NO_x。氨法选择性催化还原脱硝(NH₃-SCR)是以氨气为还原剂，在富氧气氛中实现NO_x还原消除的方法，而Cu修饰的SSZ-13分子筛催化剂(Cu-SSZ-13)是一种活性温度窗口宽的先进SCR催化剂。根据国6排放标准的要求，柴油车尾气后处理系统还需安装柴油车颗粒物过滤器(DPF)，其主动再生过程会产生600℃以上的高温，导致安装在DPF下游的脱硝催化装置发生水热老化，降低Cu-SSZ-13催化剂的高温脱硝效率和使用寿命；若将SCR催化剂涂覆在颗粒物过滤器上构成SCRF，则对SCR催化剂的高温稳定性提出了更大的挑战。对于燃气电站、燃气轮机天然气压缩机组等固定源，其烟气温度高达500℃以上，对脱硝催化剂的高温活性和稳定性也提出了很高的要求。

Cu-SSZ-13催化剂在水热老化过程中的失活机制主要是分子筛孔道内的孤立态Cu²⁺离子团聚为CuO，导致作为脱硝反应活性位点的孤立态Cu²⁺离子的丧失，且CuO会催化NH₃氧化等有害副反应，导致高温(400-550℃)NO_x转化率的下降。表面修饰是提升分子筛催化剂高温稳定性的有效方法。目前报道的表面修饰方法有：表面SiO₂修饰(Zhang等.AppliedSurface Science.2016,375:186-195)，然而此方法仅适用于Cu-ZSM-5催化剂，虽然能够提高ZSM-5分子筛结构的稳定性，但无法阻止Cu的团聚，水热老化后高温SCR活性仍然发生了劣化，且没有应用于Cu-SSZ-13催化剂的报道；表面ZrO₂修饰(Peng等.Applied CatalysisB:Environmental.2020,263:118359)能够把Cu-SSZ-13在水热老化过程中形成的CuO结合为CuO-ZrO₂固溶体，从而将CuO钝化掉，抑制副反应的发生，然而含锆前驱体价格昂贵，不利于推广应用。

发明内容

针对现有Cu-SSZ-13催化剂经过水热老化后高温(400-550℃)脱硝效率严重下降的问题，本发明的目的在于提供一种提升Cu-SSZ-13催化剂高温稳定性的表面铝修饰方法，能够使得催化剂经过长时间高温环境运行后，仍然保持良好的高温脱硝效率，适用于柴油机尾气和工业高温烟气NH₃-SCR脱硝。

为了实现上述目的，本发明提供一种提升Cu-SSZ-13催化剂高温稳定性的表面铝修饰方法。