[发明专利]一种含铜或铁基SAPO分子筛SCR催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种铜、铁基SAPO分子筛SCR催化剂的制备方法，属于分子筛类催化剂制备领域。其特征在于所述催化剂的分子筛载体为由硅、磷、铝构成的无机小孔分子筛材料，催化剂的活性金属为铜或铁。该种铜、铁基SAPO分子筛催化剂的制备方法，包括水热合成、浸渍与固相交换三个步骤，首先通过水热反应法制备SAPO‑34、Fe‑SAPO与Cu‑SAPO分子筛，然后采用等体积浸渍法在SAPO‑34分子筛上浸渍Fe或Cu离子，最后分别将浸渍法获得的Fe/Cu‑SAPO‑34与水热法合成的Fe/Cu‑SAPO分子筛混合高温固相交换，获得具有高水热稳定性与高低温活性的Fe或Cu基SAPO分子筛SCR催化剂。

技术领域

本发明属于分子筛类微孔材料制备及其催化过程应用，具体涉及磷酸硅铝分子筛与金属 磷酸硅铝分子筛催化剂的制备与应用。

背景技术

随着我国汽车保有量的急剧增加，汽车尾气已对人民生活造成很大影响。汽车尾气的组 成复杂，其中氮氧化物(NOx)通过呼吸道进入体内，对呼吸道、肺泡及支气管造成严重伤 害，另外在肺泡处形成的亚硝酸盐能渗入血液中，引起血管膨胀和血压降低与身体缺氧等。 此外，NOx的大量排放还会导致臭氧层破坏、光化学烟雾及温室效应，与SO2一样会导致酸 雨的形成，造成耕地退化和建筑物受损等，因此减少氮氧化物的排放量显得尤为重要。选择 性催化还原技术(SCR)是当前汽车尾气氮氧化物减排的重要手段，该技术最初以V2O5/TiO2 作为脱硝催化剂，涂覆于蜂窝状陶瓷上制成催化剂，但是钒基催化剂的活性温度窗口处于中 温段(250-450℃)，适用于固定源脱硝，很难满足日益严苛的机动车NOx排放标准。近些年， 分子筛SCR催化剂因其具有更高的SCR活性、更宽的反应温度窗口受到广泛关注，ZSM-5与β 沸石是最常使用的分子筛催化剂载体，他们具有较高的Si/Al比、骨架电性、结构稳定性、耐 酸性、耐热性和抗水热稳定性。欧六标准与国五标准的实施，对机动车SCR催化剂提出了更 高的要求，譬如催化剂在SCR反应中活性温度窗口要宽、N2选择性高、低温活性高、抗水热 老化能力强，解决冷启动SCR技术脱硝效率低的问题。很显然，现有的SCR催化剂主要为中 温、高温催化剂，关于低温SCR催化剂的研究较少，且抗水热冲击能力很难满足需求。

当前，分子筛SCR催化剂以其更宽的活性温度窗口、更高的NOx脱除效率和较小的副反 应程度等优势而备受关注，成为了当前SCR领域炙手可热的研究重点。其中，新出现的Fe-Cu/SAPO-34分子筛催化剂研究是SCR领域研究开发的焦点，然而，磷酸硅铝分子筛合成的 控制因素比较多，例如原料、掺杂元素、模版剂、配比、晶化时间、晶化温度等对产物的结构与性能有很大影响。如何合成出高比表面、适宜孔径、反应窗口宽、低温活性好、良好水热稳定性，且工艺简单价格低廉的磷酸硅铝分子筛，对机动车尾气脱硝和我国环境保护具有 重要意义。

发明内容

基于以上背景技术，本发明将提供一种通过水热合成、浸渍与固相反应相结合的方式制 备一种具有优良催化活性与稳定性的Fe-SAPO与Cu-SAPO分子筛SCR催化剂。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种含铜、铁基SAPO分子筛，所述分子筛为含有过 渡金属Cu或Fe的磷酸硅铝分子筛，所述磷酸硅铝分子筛化学组成可表示为：Si_xAl_yP_zO₂，其中， x、y、z分别表示Si、Al、P的摩尔分数，其范围分别是x＝0.01-0.4，y＝0.3-0.55，z＝0.3-0.55， 且x+y+z＝1。

基于以上技术方案，优选的，所述分子筛为含有过渡金属Cu或Fe的磷酸硅铝分子筛，比 表面积为450-800m²/g，孔径为0.4-0.6nm。对SCR催化剂而言催化剂需要具备较好的储氨能力， 以保证其优异的催化活性，所以优选比表面积大于600m²/g的催化剂产品。孔径分布是分子筛 的重要参数，孔径太小很难吸附反应物种，且吸附后难以脱附，孔径太大造成储氨能力下降 与热稳定性降低，所以本发明推荐孔径介于0.4-0.6nm之间，优选孔径0.4-0.5nm。