[发明专利]铜分子筛催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及铜分子筛催化剂及其制备方法和用途，特别涉及负载铜的八元环小孔分子筛及其在移动源尾气处理过程中的用途。铜分子筛，其为负载铜的八元环小孔分子筛，所述铜分子筛中孤立Cu²⁺的质量相对含量为x，Cu(OH)⁺的质量相对含量为1‑x，x为70%‑90%；并且，所述铜分子筛中硅铝比为8‑21。本发明通过在铜型分子筛负铜过程中引入氨基酸，得到具有两种不同铜物种即Cu(OH)⁺和孤立Cu²⁺的相对比例控制在优化范围内的铜型分子筛，显著地提高了催化性能，实现了实用性的提升。

技术领域

本发明涉及铜分子筛催化剂及其制备方法和用途，特别涉及负载铜的八元环小孔分子筛及其在移动源尾气处理过程中的用途。

背景技术

分子筛作为一种性能优异的固体酸催化剂，在石油炼制和化工过程中已经实现了广泛应用。规整而均一的孔道结构、与反应物分子接近的孔道尺寸以及适宜的酸性是分子筛催化剂广泛应用的基础。向分子筛中引入金属组分形成双功能催化剂，依靠酸性中心和金属中心的协同作用，这种催化剂在加氢、脱氢和重整等许多反应过程中均表现出优异的催化性能。双功能催化剂中常见的金属组分有镍、钴、铁和铜等过渡金属。

近年来，过渡金属负载的八元环小孔分子筛是最受关注的双功能催化剂之一，目前已经在移动源尾气脱硝过程中成功实现商业化应用。由于其显著的稳定性，优异的催化活性和抗碳氢化合物中毒性能，这种双功能催化剂具有更为广阔的应用前景。

CN110721736A公开了一种含铜分子筛-金属氧化物复合型催化剂的制备方法，其首先采用溶胶凝胶过程制备出金属氧化物的前驱体，然后借助浸渍过程将其按照特定比例与含铜分子筛复合，技术效果在于拓宽了催化剂还原氮氧化物的温度窗口同时改善抗硫性能。与常规液相离子交换法制备铜型分子筛的技术方案相比，上述方法制备过程复杂，不利于工业化生产。

上述双功能催化剂的催化性能仍有待提升。

发明内容

本发明人发现，对于铜分子筛催化剂，铜物种在分子筛中的化学状态对其催化性能存在至关重要的影响，铜物种以特定化学状态存在时，其催化性能显著改善。

本发明一方面提供一种铜分子筛，其为负载铜的八元环小孔分子筛，所述铜分子筛中孤立Cu²⁺的质量相对含量为x，Cu(OH)⁺的质量相对含量为1-x，x为70%-90%；并且，所述铜分子筛中硅铝比为8-21。

本发明人经过大量的研究发现，常规制备方法所得铜分子筛中孤立Cu²⁺含量偏低，导致铜分子筛在NH₃-SCR反应中的NO转化率难以提升。本发明通过控制铜分子筛中两种不同铜物种即Cu(OH)⁺和孤立Cu²⁺在上述质量相对含量或相对比例范围内可以显著地改善其催化性能，从而实现实用性的提升。

根据本发明的实施例，所述铜分子筛中，孤立Cu²⁺的质量相对含量即x为70%-90%，可选为71%-87%，具体例如70%、71%、72%、74%、77%、80%、81%、83%、87%、90%。

根据本发明的实施例，所述铜分子筛中，Cu(OH)⁺的质量相对含量可选自10%-30%，可选为13%-28%，具体例如10%、13%、17%、19%、20%、23%、26%、28%、29%、30%。

根据本发明的实施例，所述铜分子筛中，硅铝比可为8-21，可选为8.3-20.4，具体例如8、8.24、8.30、13.73、13.89、14.28、18.10、20.32、20.40、20.41、21。

根据本发明的实施例，所述八元环小孔分子筛可选自CHA、AEI、LTA和AFX，其中较佳的是CHA、AEI。