[发明专利]铜改性分子筛SCR催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，尤其是一种应用于SCR脱硝技术的铜改性分子筛SCR催化剂及制备方法。

背景技术

选择性催化还原技术（selectivecatalyticreduction,SCR）是目前最有望应用于氮氧化物（NO_x）脱销的技术之一。这种SCR技术是指在催化剂的作用下，外加还原剂或者排气中的还原物质选择性的将NO_x还原为N₂，而避免发生还原剂的非选择性氧化反应的技术。具体过程是NH₃（还原剂）在一定温度和催化剂的作用下，把排气中的NO_x还原为N₂。所以，SCR技术的核心就是催化剂。目前应用的催化剂一般是以TiO₂为载体，以V₂O₅或V₂O₅-WO₃、V₂O₅-MoO₃为活性组分的钒系催化剂，反应温度在280℃～420℃左右，这时NO_x的转化率较高，但是280℃的起始温度高于汽车冷启动时最高仅为250℃的温度，在这低于280℃的范围内NO_x的转化率低，因此，这种钒系催化剂存在活性温度范围相对较窄的缺陷；这种缺陷还产生以下不足：1.要把反应温度保持在280℃～420℃，反应设备等各方面成本会比较高；2.由于该催化剂体系中含有有毒物质钒，在长期高温使用过程中易发生脱落，进入到环境中具有很大的生物毒性，而且会在生物体内富集。

所以要适合低温的安全的催化剂。

发明内容

本发明所提供的一种铜改性分子筛SCR催化剂及制备方法，它能解决SCR反应的催化剂在低温催化NO_x还原为N₂的问题，在220℃～370℃范围内，NO_x转化率可以达到98%以上。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：这种铜改性分子筛SCR催化剂，包括ZSM-5沸石分子筛，还含有占所述ZSM-5沸石分子筛质量分数0.4%～13%的铜元素。

上述技术方案中，更具体的技术方案还可以是：所述铜元素主要以Cu⁺形式均匀分散在ZSM-5的表面和孔道中。

这种铜改性分子筛SCR催化剂的制备方法包括以下步骤：

A、将硝酸铜溶液浸渍于ZSM-5中，在75℃～85℃下搅拌24小时；

B、然后在115℃～125℃下烘干3.5～4.5小时；

C、将步骤B所得在540℃～560℃下高温焙烧3.5～4.5小时；

D、将步骤C所得自然冷却至室温即得。

进一步的：所述硝酸铜溶液中硝酸铜的质量为ZSM-5质量的0.8%～26%。

进一步的：将步骤D所得催化剂粉碎至20～40目。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、分子筛催化剂具有很好的吸附性能和灵活性，在负载不同金属的情况下，催化剂的活性就会发生相应改变，使得活性温度可控。本发明ZSM-5分子筛载体与Cu离子之间存在着较强的相互作用，并调节改变了活性组分的电子性能，导致活性组分更容易还原，实验表明在220℃～380℃范围内，NO_x转化率可以达到98%以上，所以Cu/ZSM-5催化剂对低温SCR反应有较强的催化还原效果。

2、在本发明的催化剂的催化还原作用下，在低温环境下NO_x的转化速率最高能比高温环境下的最高转化速率快14～17倍。

3、本发明的催化剂比较安全，不具有生物毒性。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详述：

实施例一：

这种铜改性分子筛SCR催化剂，以ZSM-5沸石分子筛为载体，负载有占所述ZSM-5沸石分子筛质量分数0.4%的铜元素，所述铜元素主要以Cu⁺形式均匀分散在ZSM-5的表面和孔道中。

制备方法如下：

A、将硝酸铜质量为8克的硝酸铜溶液浸渍于1000克ZSM-5中，在75℃下搅拌24小时；

B、然后在120℃左右烘干3.5小时；

C、将步骤B所得在550℃左右下高温焙烧3.5小时；