一种低温离子交换制备CuFe-SSZ-13分子筛催化剂的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种低温离子交换制备CuFe

【技术实现步骤摘要】
一种低温离子交换制备CuFe
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SSZ
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13分子筛催化剂的方法及其应用


[0001]本专利技术公开涉及环境催化
，尤其涉及一种低温离子交换制备CuFe
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SSZ
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13分子筛催化剂的方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着人类文明的发展和全球的现代化及工业化，人类的活动产生了大量的NO
x
，污染物中的NO
x
不仅严重地污染大气环境，更危害到人们的身心健康。随着排放标准的逐年收紧和NO
x
污染对公共卫生安全的影响，NOx的消除显得尤为迫切。
[0003]目前，Cu
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SSZ
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13催化剂由于其宽的脱硝活性温度窗口(150
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550℃)、高的N2选择性、高的水热稳定性等优点使其应用广泛。然而，Cu
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SSZ
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13催化剂的高温脱硝活性不佳，为了提高催化剂的高温活性，通常向Cu
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SSZ
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13引入Fe物种。最近通过各种方法向Cu
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SSZ
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13催化剂中引入Fe物种有较大的进展，包括传统的离子交换法、等体积浸渍法、使用含Fe矿物作为Si和Al源等。在SSZ
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13分子筛和一步法Cu
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SSZ
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13分子筛的基础上，很多研究人员为了制备同时具备低温和高温活性的CuFe<br/>‑
SSZ
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13进行了很多方法层面上的研究。例如基于SSZ
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13分子筛的Cu和Fe离子交换法(CN102614908A和CN113000063B)，基于一步法Cu
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SSZ
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13分子筛催化剂的传统Fe离子交换法(Catalysts,2020,10,1324)、超低浓度Fe离子交换法(AIChE J.,2015,61,3825)和向一步法Cu
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SSZ
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13初凝胶中加入不同的Fe源(Catal.Sci.Technol.,2021,11,7467和CN108452841A)一步合成CuFe
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SSZ
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13的方法。然而传统的离子交换法和向初凝胶中加入Fe源合成的CuFe
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SSZ
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13分子筛催化剂的高温活性窗口并没有预想中的宽(160
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580℃)，可能是制备得到的催化剂含有较多的Fe2O3导致高温NH3氧化使得催化剂的高温活性窗口变窄。向初凝胶中加入Fe源容易引入Fe2O3物种，而且会一定程度上影响分子筛的晶化，当向初凝胶中引入过量Fe源时可能不能导向合成CuFe
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SSZ
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13分子筛。
[0004]众所周知向微孔分子筛中引入Fe
3+
是一个公认的难题，因为Fe
3+
和H2O会形成稳定的六配位结构，水合离子层尺寸较大，而具备CHA笼的SSZ
‑
13分子筛催化剂的孔径仅约为0.38nm。在传统Fe
3+
离子交换过程中，水合Fe
3+
离子在热的驱动下能向CHA笼中引入少部分Fe
3+
物种，然而热同时也会促进Fe
3+
离子的水合反应向正反应方向进行，导致水溶液中形成双核乃至多核Fe团簇从而导致CuFe
‑
SSZ
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13分子筛表面沉积形成Fe2O3和Fe
‑
O
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Fe物种。由于催化剂中存在较多的Fe2O3或者Fe
‑
O
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Fe二聚体导致高温工况条件下NH3的非选择性氧化，使得制备得到的CuFe
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SSZ
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13高温NO转化率高于90％的温度窗口变窄。而超低浓度Fe
3+
离子可以一定程度上缓解这种情况，使得制备得到的CuFe
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SSZ
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13分子筛催化剂的高温脱硝活性窗口(225
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625℃)有一定的拓宽，然而并不能从根本上改变CuFe
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SSZ
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13分子筛催化剂中Fe
3+
物种、Fe2O3和Fe
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O
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Fe双核物种共存和分布的情况。此外以预处理后的矿物作为硅铝铁铜源，在一步法的基础上可以直接合成的介孔Fe
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Cu
‑
SSZ
‑
13分子筛催化剂(CN109382137B)。使用传统分子筛(FAU、BEA和MOR等)首先进行Cu+Fe交换制备得到Fe/Cu分
子筛；后以制备得到的Fe/Cu分子筛作为晶种，再与铝源、碱源、模板剂和硅源搅拌均匀制备凝胶，经过晶化、脱母液、洗涤、交换、烘干和焙烧也得到Fe/Cu
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SSZ
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13分子筛催化剂(CN111036280A)。需要指出的是上述两种方法也不可避免地向催化剂中引入了Fe2O3物种。
[0005]因此目前存在的主要问题是制备高分散单体Fe
3+
高温活性物种和孤立Cu
2+
物种占据主导地位的CuFe
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SSZ
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13催化剂。

技术实现思路

[0006]鉴于此，本专利技术公开提供一种低温离子交换制备CuFe
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SSZ
‑
13分子筛催化剂的方法及其应用，以得到具备高分散单体Fe
3+
高温活性物种和孤立Cu
2+
物种的CuFe
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SSZ
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13催化剂。
[0007]本专利技术提供的技术方案，具体为，一种低温离子交换制备CuFe
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SSZ
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13分子筛催化剂的方法，包括：
[0008]步骤1：配置不同浓度的硝酸铁溶液；
[0009]步骤2：在低温环境中，将一步法Cu
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SSZ
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13母体催化剂置于不同浓度的硝酸铁溶液中，并搅拌均匀，进行低温离子交换反应；
[0010]步骤3：低温Fe
3+
离子交换反应后，将低温离子交换溶液抽滤，用去离子水和无水乙醇洗涤数次直至滤液pH值约为中性，得到固体产物并将其烘干；
[0011]步骤4：将烘干后的固体产物通过焙烧后得到CuFe
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SSZ
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13分子筛催化剂。
[0012]进一步地，步骤1中采用的九水合硝酸铁的用量为0.4
‑
7.0g，去离子水的用量为50
‑
150mL，步骤2中一步法Cu...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温离子交换制备CuFe
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SSZ
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13分子筛催化剂的方法，其特征在于，包括：步骤1：配置不同浓度的硝酸铁溶液；步骤2：在低温环境中，将一步法Cu
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SSZ
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13母体催化剂置于不同浓度的硝酸铁溶液中，并搅拌均匀，进行低温离子交换反应；步骤3：低温Fe
3+
离子交换反应后，将低温离子交换溶液抽滤，用去离子水和无水乙醇洗涤数次直至滤液pH值约为中性，得到固体产物并将其烘干；步骤4：将烘干后的固体产物通过焙烧后得到CuFe
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SSZ
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13分子筛催化剂。2.根据权利要求1所述的一种低温离子交换制备CuFe
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SSZ
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13分子筛催化剂的方法，其特征在于，步骤1中采用的九水合硝酸铁的用量为0.4
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7.0g，去离子水的用量为50
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150mL，步骤2中一步法Cu
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SSZ
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13母体催化剂的用量为0.5
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1.5g。3.根据权利要求1所述的一种低温离子交换制备CuFe
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SSZ
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13分子筛催化剂的方法，其特征在于，步骤2中低温离子交换反应的时间是6
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24h。4.根据权利要求1所述的一种低温离子交换制备CuFe
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SSZ
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13分子筛催化剂的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵震，殷成阳，钟城明，侯嘉，何静，
申请(专利权)人：沈阳师范大学，
类型：发明
国别省市：