[发明专利]用于NH3

说明书

本发明公开了一种用于NH₃‑SCR的铁/分子筛催化剂及其制备方法和应用，其通式为xFe‑MCM‑22‑acid‑y，所述催化剂在200‑500℃的范围内具有80％以上的NO_x转化活性。本发明通过原位水热合成法，一步制备了具有大量孤立Fe³⁺和低聚态的Fe物种的MCM‑22分子筛，可改善含铁分子筛的低温NH₃‑SCR催化活性；进一步通过温和条件下的酸处理，在不影响分子筛晶体结构的前提下，有效去除会引起高温副反应发生的聚集态铁氧化合物，从而提高催化剂的高温催化活性，进而拓宽含铁分子筛在NH₃‑SCR反应中的活性温度窗口。

技术领域

本发明涉及环境保护中氮氧化物控制技术领域，特别涉及一种用于NH₃-SCR的铁/分子筛催化剂及其制备方法和应用，用于氨气选择性催化还原氮氧化物，适用于柴油机、稀燃汽油机以及工业生产中涉及到的富氧条件下的NO_x净化，如燃煤电厂、冶炼厂或炼油厂等烟气中的NO_x处理。

背景技术

氮氧化物(NO_x，主要是NO和NO₂)是一类重要的大气污染物，会导致酸雨、光化学烟雾等形成，且具有生物呼吸毒性，对人类健康和生态环境会产生显著危害。NO_x的主要来源包括固定源工业烟气，如焦炉烟气，燃煤电厂排放的烟气，以及移动源烟气，如机动车尾气，脱除排放烟气中的NO_x是防治大气污染的重要手段。

目前，氨气选择性催化还原技术(NH₃-SCR，Selective Catalytic Reduction，SCR)是国际上应用最为广泛的NO_x脱除技术。其原理是：采用适当的催化剂，在一定条件下，以NH₃作为还原剂将NO_x还原为无害的N₂和H₂O。

目前，固定源工业化应用的NH₃-SCR催化剂，多以TiO₂为载体，再负载上一定量的V₂O₅、WO₃或MoO₃等组分，这类催化剂具有生物毒性，且活性温度范围(350～400℃)较高较窄，无法满足现代实际工业应用过程中的低温脱硝需求，因此需要开发具有低温下高脱硝活性，且活性温度范围较宽，适应性更为广泛的脱硝催化剂。

近年来，铁基分子筛催化剂(Y、ZSM-5、Beta、CHA型)被发现具有很高的催化活性和氮气选择性，但是该催化剂的低温活性较低，且温度窗口较窄。专利US8987161B2公开了一种离子交换法制备的Fe/ZSM-5催化剂，其优势在于较好的高温脱硝活性，但在温度低于200℃时活性不佳。

MCM-22是一种具有两种独立的孔道系统的MWW型分子筛，其中一种孔道体系内部包含着十二元环大型超笼，这些超笼通过重合六元环，一个堆叠在另一个上面，贯穿在近似椭圆形的十元环窗口中；另一种孔道体系是二维正弦孔道，有效孔径为十元环，周围围绕着与超笼相连的重合六元环。这种独特的孔道体系赋予了催化剂较大的比表面积和孔道扩散性能，有利于活性金属物种的分散。

Rutkowska等(Applied Catalysis B:Environmental 168-169(2015)531–539)采用离子交换法制备Fe/MCM-22催化剂，其NH₃-SCR性能较低、活性温度区间较窄。专利CN03101531公布了一种铁同晶取代分子筛的方法，即将Fe物种在水热合成过程中原位引入MCM-22分子筛骨架中。这种一锅合成方法能简化催化剂制备流程，提高Fe物种的分散性能，但是否能显著提高其SCR性能未知。