[发明专利]一种钇掺杂的铜基SSZ-39催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种钇掺杂的Cu‑Mg基SSZ‑39分子筛催化剂，所述钇元素的掺杂量为0.4～2.5wt％，钇元素、铜元素、镁元素的摩尔比为2～32:1.5～45:1。所得催化剂的催化活性可达92％。通过调整制备过程中Cu²⁺、Mg²⁺的浓度，控制Cu/Mg的摩尔比为1.7～45：1，从而使得Cu与Mg之间的相互作用，有利于铜物种的分布及稳定性，经水热老化后铜物种不易发生迁移，降低催化剂的劣化率，劣化率低至5％。

技术领域

本发明涉及催化材料领域，具体涉及一种钇掺杂的铜基SSZ-39催化剂及其制备方法。

背景技术

氮氧化物会引起光学化学烟雾、酸雨和温室效应等一系列的环境问题。目前常用的控制氮氧化物的方法主要是氨气的选择性催化还原。目前柴油机在贫燃下产生NO_x还原成N₂是一个问题，因为废气中含有充足的氧气来促进氧化反应，当加入还原剂时才能将NO_x还原成N₂，成为选择性催化还原。在大多数废气中会包含一定量的水，因此需要可以催化氮氧化物的催化剂具有较高的水热稳定性，防止由于骨架中发生脱铝造成骨架的坍塌。

具有小孔骨架即最大环尺寸为8元环的分子筛在SCR催化反应中效果明显，如CHA、AEI、LEV等。通常情况下SCR催化是以沸石为载体，负载SCR活性组分制备而成。最常用的活性组分为铁和铜，其中Fe有助于高温处的催化还原，而Cu在低温处的催化性能更优于Fe。沸石大多是具有相当规整的孔径大小的硅铝酸盐晶体材料，比如ZSM-5、β分子筛、SAPO-34、SSZ-13、SSZ-39、Y沸石等等。在可选择的SCR催化剂中，Cu-SSZ-39分子筛的高温活性及水热稳定性要优于Cu-SSZ-13，但是Cu分子筛催化剂在较高的Cu负载量时会产生CuO_x，引起NH₃的氧化及更多的N₂O等副产物的产生，使得NO_x的转化率降低，N₂的选择性降低，并且Cu很容易发生硫中毒现象。

利用助剂掺杂的方式可提高Cu基分子筛催化剂的性能和水热稳定性，例如通过引入稀土元素镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕中的任意一种或两种以上而形成的催化剂，可以提高分子筛的稳定性，改善Cu在AEI分子筛上的分散，从而提高SCR催化活性及抗硫性能。例如中国专利文献CN111468179A(202010341666.9)中记载的在低硅铝比的分子筛中掺杂稀土Ce可以提高水热稳定性及低温催化活性，但是该专利是将Ce元素通过交换的方法掺入催化剂中，并没有掺入到分子筛的骨架中，稀土元素的分散均匀度不够理想，其对骨架的稳定性只能是起到一定的提高。且对于较高硅铝比的分子筛掺杂类似含量的稀土Ce并没有达到提高催化性能的作用。而除了稀土掺杂外，中国专利文献CN109433256A(201811315174.1)Cu-SSZ-39催化剂通过离子交换的方法引入Mn元素，可以与催化剂中的铜产生协同作用，从而提高低温活性、拓宽活性温度窗口，从而实现氮氧化物的高效催化，但是该专利在含有的Cu和Mn的盐溶液中进行离子交换，交换时间比较长，负载量相对低，氮氧化物的转化效率相对较低。

发明内容

为了解决Cu-SSZ-39分子筛催化剂的稳定性较差、催化效率低的问题，本发明提供一种钇掺杂的Cu基SSZ-39催化剂及其制备方法与应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钇掺杂的Cu-Mg基SSZ-39分子筛催化剂，其特征在于，所述钇元素的掺杂量为0.4～2.5wt％，钇元素、铜元素、镁元素的摩尔比为2～32:1.5～45:1。

优选的，所述钇掺杂的Cu基SSZ-39分子筛催化剂的硅铝比为10～25。

优选的，Cu：Mg摩尔比为8:1。进一步优选的，Y:Cu:Mg摩尔比为10.4:8:1。

优选的，所述SSZ-39分子筛的硅铝比是16～22。