[发明专利]一种直接制备H型CHA结构分子筛的合成方法及应用

说明书

本发明提供了一种直接制备H型CHA结构分子筛的合成方法及应用，以化学式为(C₄H₈NO)₃PO和/或(C₄H₈NO)₂PO(C₄H₁₀N)的化合物为结构导向剂，通过水热合成发直接制备H型CHA结构分子筛。本发明所述的结构导向剂具有分子拓扑结构，有助于快速高效搭建CHA分子筛骨架结构，制备的产物形貌规整，相对结晶度高，合成方法能够直接合成H型CHA结构分子筛，相对结晶度＞95%。无需铵交换环节，直接干燥焙烧即可获得分子筛产品，简便易行，适宜规模化生产，钐基CHA分子筛催化剂凭借Sm元素的本征活性以及H型CHA结构分子筛理化特性，在NH₃‑SCR技术中表现出优异的氨气吸附能力、低温活性，活性温度窗口、N₂选择性和结构稳定性，在上述催化剂的作用下氮氧化物与还原剂发生反应转化成无害的氮气和水。

技术领域

本发明属于分子筛合成技术领域，尤其是涉及一种直接制备H型CHA结构分子筛的合成方法及应用。

背景技术

据公安部统计，截至2021年3月，全国机动车保有量达3.78亿辆，其中汽车2.87亿辆。飞速发展的汽车工业促进了我国交通运输行业的长足发展，给人们的生产生活带来了极大的便利。然而，随之而来的汽车尾气污染问题日益严峻。据《移动源污染中国移动源环境管理年报(2020)》报道，2019年我国全年机动车四项污染物排放总量达1603.8万吨，其中，氮氧化物（NO_X）为635.6万吨。柴油车是NO_X排放的主要贡献者，占汽车排放总量的 88.9%以上。我国柴油车排放标准主要沿用欧洲排放法规，选择性催化还原（SCR）技术是催化净化柴油车NO_X的主要途径。SCR系统由催化剂、尿素喷射系统、尿素储存罐和控制系统组成。其中，催化剂作为关键部件，直接决定了SCR系统的效率。随着我国机动车排放标准不断升级，NO_X排放限值进一步降低，同时明确限制N₂O、NH₃量。国六标准阶段，因钒钨钛催化剂存在低温性能差、温度窗口窄、副产物N₂O高且高热环境钒挥发等缺点，分子筛SCR催化剂被视为未来的发展趋势。该类催化剂以分子筛为载体负载活性金属构成，具备低毒、高活性、宽窗口、高选择性等优点。该类催化剂由分子筛作为载体负载活性金属构成，常见的分子筛载体有LTA、CHA、BEA、AFX结构等，常见的活性组分有Cu、Fe、Ce、Mn等。以CHA结构分子筛为代表的分子筛基SCR催化剂因其独特的微孔孔道结构和适宜的表面酸性，其催化剂在NH₃-SCR反应中表现出良好的低温活性，较宽的活性温度窗口、高的氮气选择性、低毒的催化材料。其中，欧六/国六阶段应用最广泛的典型商用SCR催化剂为Cu/CHA分子筛催化剂。

目前，CHA结构分子筛存在合成周期长，难度大，成本高、废液难处理等问题，导致国六SCR后处理装置成本居高不下，限制其大规模市场应用。公开号为CN110407231A的专利公开采用新型模板剂5,6,7,8-四氢萘-2-基-三甲基氢氧化铵和/或对乙烯基苯基-N,N,N-三甲基氢氧化铵合成CHA结构分子筛，省掉了现有技术中的碱金属离子交换工序，合成步骤简单，生产成本低，无COD废水排放，对环境无污染。公开号为CN110523432A的专利公开了高酸密度、低铜的Cu-CHA分子筛催化剂，具有较宽的催化活性温度窗口，兼顾低温和高温活性，经过水热老化处理后仍然表现出良好的催化活性。同样，专利CN109867294A、CN104128200A、CN110665538B、CN108083292A、CN103818927B中均公开铜基CHA分子筛催化剂及其制备方法。然而，该体系催化剂的知识产权已被国外企业垄断，极大地限制了国内规模化应用。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种直接制备H型CHA结构分子筛的合成方法及应用，以实现无需经过铵交换工艺可直接作为载体制备以钐元素为活性组分的CHA基分子筛SCR催化剂。