[发明专利]一种以HT-SiC为载体生长Cu-SSZ-13分子筛的催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种以HT‑SiC为载体生长Cu‑SSZ‑13分子筛的催化剂及其制备方法，所述制备方法包括使用的HT‑SiC来源于太阳能电池硅片切割废料中的SiC基混合物，HT‑SiC经过900℃高温煅烧后加入到SSZ‑13的母液中，通过水热法得到生长在HT‑SiC上的SSZ‑13复合材料，采用离子交换的方法将Cu²⁺交换到分子筛上。本发明充分利用了太阳能电池硅片切割工艺中产生的工业废料中的SiC，将SSZ‑13生长在其表面，再交换上Cu²⁺，结合SiC和Cu‑SSZ‑13各自的优势，有效改善了SiC比表面积低、表面惰性、Cu‑SSZ‑13高温脱硝活性不稳定等问题，并且可以宏量制备，制备方法简单，成本低廉。

技术领域

本发明涉及制备一种以HT-SiC为载体生长Cu-SSZ-13分子筛的催化剂及其制备方法，属于无机纳米材料合成领域。

背景技术

机动车排放的氮氧化物是主要的大气污染物之一，给人类健康、生态系统稳定和社会发展带来了巨大的威胁。目前，使用氨气作为还原剂的选择性催化还原(NH₃-SCR)技术是最有效的机动车尾气氮氧化物净化手段。基于该技术，研究人员一直致力于探索合适的脱硝催化剂。在各类材料中，V₂O₅-WO₃/TiO₂,不同类型的分子筛是最具代表性的脱硝催化材料。

SSZ-13分子筛是目前备受研究者关注的一种菱沸石。它是一种具有高硅铝比和八元环孔道菱沸石结构，比表面积可达700m²/g，最大孔径为的微孔分子筛。该分子筛具有高的比表面积、良好的水热稳定性、较多的表面酸性质子中心及阳离子可交换等性能，因此其在柴油车尾气NOx脱除、甲醇制烯烃(MTO)以及CO₂吸附分离中展现出优异的性能。然而该材料在催化脱硝中的工作温度较低，高温下活性不佳。而且机动车特殊的运行工况对催化剂机械性能要求高，单独的粉末分子筛很难拥有符合条件的机械强度。整体式催化剂能够结合多种材料的优势，对增强催化剂的机械性能、改善活性成分的分散状况和提高催化性能有所助益。

SiC具有耐磨、耐腐蚀、耐高温、高强度、导热性能良好、抗热冲击，低密度等特性，目前已成为化学反应中催化剂载体中最理想的候选材料之一。碳化硅作为载体，已经被成功应用于一些化学反应中，如催化氧化、甲烷偶联、直链烷烃的异构化、低温脱硫等等。但是目前市售的SiC载体由于其比表面积太小，表面呈惰性，不能很好地分散催化剂，导致催化剂反应活性降低，很大程度上限制了它的应用。因此，如何提高碳化硅的比表面积，增加其表面的化学活性位点，并继续探索SiC在其他反应中的应用，对于促进碳化硅向工业化应用具有积极的意义。

太阳能电池硅片切割工艺中使用SiC作为切割硅片的磨料，切割硅片以后会形成大量的废料-一种SiC基混合物(HT-SiC)，其中含有大量的SiC，由于其中已经混入了金属等杂质，不能满足磨料要求，只能废弃。而工业上SiC是由Si和C在高温下烧制而成，市场价格为10000元/吨以上，所以目前很多企业尝试从硅片切割废料中回收SiC，但是回收率通常不到30％，并且回收成本很高。目前这种废弃的SiC基混合物无法得到合适的利用，并且造成了严重的环境污染。而该SiC正好可以作为SSZ-13分子筛生长的载体，HT-SiC中的Fe金属杂质也可以作为NH₃-SCR的活性位点。将SSZ-13和HT-SiC复合在一起，最后交换上具有活性催化能力的Cu²⁺，得到一种新型的脱硝催化剂，这样不仅为废弃的SiC基混合物提供了一条很好的利用途径，而且会提升Cu-SSZ-13在高温脱硝催化的活性和稳定性。

发明内容