[发明专利]一种用于SCR反应的离子交换型Cu-ETS-10催化剂的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子交换型SCR催化剂Cu-ETS-10的合成方法，属于分子筛型SCR催化剂技术领域。

背景技术

伴随着经济、社会快速发展，人们在追求更高生活质量的同时，对环境也提出了更高的要求。而当前城市大气环境出现的问题，比如现如今出现的城市雾霾天气天数持续增加，严重影响了人们的正常生活和工作。氮氧化物NO_x是目前主要大气污染物之一，主要来自汽车尾气、工业排放等。为了营造更好的大气环境，控制、减少NOx的排放。国家在“十二五”规划中明确提出了控制氮氧化物排放的规划与要求。而如何实现NOx的减量排放，对“脱硝”技术的研发与推广提出更高的要求。在氮氧化物排放控制技术里，低温选择性催化还原（SCR）技术是目前最常用也是最受关注的处理技术，利用还原剂HC、NH₃、CO等可以借助催化作用有效的将NO_X污染物转为无害化的N₂，达到污染物减量排放控制的目的。在SCR技术中，催化剂的选择最为关键，目前用于SCR技术的催化剂主要为V-W(Mo)-Ti催化剂与分子筛催化剂。而分子筛型催化剂由于其良好的催化活性、稳定性备，毒性低等优点倍受关注。钛硅分子筛ETS-10，一种新型的微孔材料，具有较高的离子交换容量，在吸附、光催化、离子交换等领域受到很大关注，其物理、化学性能对其催化活性有很大影响。本发明结合NH₄⁺离子交换与Cu²⁺离子交换法制备Cu-ETS-10离子交换型SCR催化剂，具有良好的SCR催化活性和N₂选择性。因其所用原料成本低廉、制备工艺成熟、稳定，具有良好的NO催化还原活性，同时能够有效避免使用贵金属，具有很好的应用前景。

目前，离子交换型分子筛催化剂其制备方法主要为水相离子交换法。而对于SCR反应，催化剂中碱金属离子含量会对其表面物理化学性质产生影响，继而影响其催化活性。例如J.H.Kwak等（J.H.Kwak et al.,Catal Lett,2012,142,295–301；Journal of Catalysis2010,275,187-190）合成Na-SSZ-13，再配制不同浓度的Cu(NO₃)₂溶液与其进行离子交换，通过控制Cu(NO₃)₂溶液的浓度与离子交换次数调节分子筛的Cu离子交换度。所得催化剂表现出良好的NH₃-SCR催化剂活性。S.Bordiga等（S.Bordiga et al，Catalysis Today,2001,70,91–105）采用类似的方法，以Cu(NO₃)₂溶液与ETS-10((Na,K)₂Si₅TiO₁₃)进行离子交换，采用红外光谱等研究手段表明这种分子筛NaCu-ETS-10具有NO的催化转化的活性。A.Gervasini等（Micropor.Mesopor.Mater.2000,35–36,457–469）采用Cu(C₂H₃O₂)₂为Cu源与ETS-10((Na,K)₂Si₅TiO₁₃)进行离子交换，得到不同Cu含量的催化剂，在HC-SCR反应中表现出同Cu-ZSM-5相近的活性。

Paolo Carniti等（Paolo Carniti et al，Langmuir，2001,17,6938）采用直接离子交换的方法制备得到Cu含量为6和11%的Cu-ETS-10催化剂，在其实验条件下，以乙烯为还原剂表现出一定的SCR催化活性。

根据文献报道，制备Cu-ETS-10催化剂主要采用含Cu²⁺溶液同ETS-10((Na,K)₂Si₅TiO₁₃)直接进行离子交换，然后通过过滤、洗涤、焙烧等步骤制备催化剂。对其中的碱金属离子的含量未做考察。

本发明描述的方法是分三步合成负载型SCR催化剂，首先利用水热法制备出钛硅分子筛ETS-10，然后利用铵离子交换法制备了不含碱金属（Na，K）的ETS-10，最后采用铜离子交换方法制备得到离子交换型Cu-ETS-10催化剂。迄今为止，尚无文献和专利报道用于SCR反应中的离子交换型Cu-ETS-10的SCR催化剂。