一种用于NH3-SCR反应的Cu-SSZ-13分子筛催化剂及其制备方法技术

技术编号：41008048 阅读：11 留言：0更新日期：2024-04-18 21:43

本发明专利技术公开了一种用于NH<subgt;3</subgt;‑SCR反应的Cu‑SSZ‑13分子筛催化剂及其制备方法。本发明专利技术的Cu‑SSZ‑13分子筛晶粒的大小为120～700nm，Cu‑SSZ‑13分子筛的Si/Al摩尔比为3.8～8.0，Cu/Al摩尔比为0.15～0.45。本发明专利技术的Cu‑SSZ‑13分子筛催化剂进行NH<subgt;3</subgt;‑SCR反应时，水热稳定性好、高催化活性温度窗口宽，催化剂在175～600℃的温度窗口内NO<subgt;x</subgt;的转化率高于90％；经过水蒸气处理后，在175～600℃的温度窗口内NO<subgt;x</subgt;的转化率高于85％；在150～200℃的温度窗口内NO<subgt;x</subgt;的转化率高于未进行水蒸气处理的催化剂。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于nh3-scr反应的cu-ssz-13分子筛催化剂及其制备方法。

技术介绍

1、氮氧化物(nox)是大气污染中的重要污染物，它会引起酸雨、雾霾、光化学烟雾等重大环境问题，对人类健康也有很大危害，主要来源于固定源(发电厂化石燃料的燃烧)和移动源(机动车尾气排放)。现阶段开发高性能的脱硝催化剂是研究的重点，其中v2o5-wo3(moo3)/tio2系催化剂目前已经工业化应用，但是其具有高活性温度窗口较窄、高温时n2选择性低、活性组分v具有生物毒性、危害人体健康等缺点；其他的非v系催化剂如氧化物催化剂ce-w，cu基或fe基分子筛催化剂等都存在着高活性温度窗口较窄、水热稳定性差和抗中毒能力差等问题。因此，开发具有催化活性高、温度操作窗口宽并且具备高水热稳定性的催化剂面临巨大的挑战。

2、ssz-13是一种具有cha拓扑结构的小孔分子筛，具有八元环结构的椭球形笼(0.73nm×1.2nm)和三维交叉孔道结构，孔径为0.38nm×0.38nm。ssz-13分子筛具有比表面积高、水热稳定性好、酸中心多以及优越的离子交换性等特点，近年来已广泛应用于众多工业催化过程中。目前，以ssz-13分子筛为载体进行铜离子交换而制得的cu-ssz-13分子筛，作为脱硝催化剂进行nh3选择催化还原nox(nh3-scr)时具有燃油经济性好、高活性温度窗口宽、水热稳定性高以及n2选择性高等优点，逐步在柴油机车尾气处理上实现了商业化应用。

3、cn103599813b公开了一种低温脱硝scr催化剂，该催化剂包括cu改

4、ssz-13分子筛的制备通常需要使用较多的n,n,n-三甲基金刚烷氢氧化铵为有机结构导向剂，导致催化剂的制备成本较高。而使用价格较低的cu-tepa为有机结构导向剂制备cu-ssz-13分子筛催化剂的性能也有待提高。因此，通过成本较低的合成方法制备兼具高活性温度窗口宽、水热稳定性高的cu-ssz-13催化剂是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于nh3-scr反应的cu-ssz-13分子筛催化剂及其制备方法，该催化剂用于nh3-scr反应时，水热稳定性好、高催化活性温度窗口宽。

2、本专利技术第一方面提供一种用于nh3-scr反应的cu-ssz-13分子筛催化剂，所述cu-ssz-13分子筛晶粒的大小为120～700nm，优选为150～650nm；所述cu-ssz-13分子筛的si/al摩尔比为3.8～8.0，cu/al摩尔比为0.15～0.45。

3、进一步地，所述cu-ssz-13分子筛中cuo占cu物种的摩尔含量不高于2％，cu-ssz-13分子筛中的非骨架铝含量不高于6％。

4、进一步地，所述cu-ssz-13分子筛中cuo占cu物种的摩尔含量为0.25％～2％，cu-ssz-13分子筛中的非骨架铝含量为1％～6％。

5、进一步地，所述cu-ssz-13分子筛催化剂经过水蒸气处理后，在150～200℃的温度窗口内nox的转化率比未经水蒸气处理的cu-ssz-13分子筛催化剂的高5％～50％。

6、进一步地，所述cu-ssz-13分子筛经过水蒸气处理后，si/al摩尔比为4.0～8.0，cu/al摩尔比为0.15～0.45，cuo占cu物种的摩尔含量不高于4％，优选为0.5％～4％，非骨架铝含量不高于8％，优选为1.5％～8％。

7、进一步地，所述cu-ssz-13分子筛经过水蒸气处理后，cuo占cu物种的摩尔含量比未经水蒸气处理的催化剂高5％～80％，非骨架铝含量比未经水蒸气处理的催化剂高2％～60％。

8、进一步地，所述水蒸气处理的条件为：处理温度为550～800℃，处理时间为8～16小时，水蒸气含量为5％～20％，载气选自空气、氮气或氧气中的至少一种。

9、进一步地，所述cu-ssz-13分子筛催化剂在175～600℃的温度窗口内nox的转化率高于90％。

10、进一步地，所述cu-ssz-13分子筛催化剂经过水蒸气处理后，在175～600℃的温度窗口内nox的转化率高于85％。

11、进一步地，所述cu-ssz-13分子筛的总比表面积不低于550米2/克，优选为550～850米2/克；所述cu-ssz-13分子筛的外比表面积不低于20米2/克，优选为20～120米2/克；和所述cu-ssz-13分子筛的总孔容不低于0.25厘米3/克，优选为0.25～0.80厘米3/克；所述cu-ssz-13分子筛的微孔孔容不低于0.20厘米3/克，优选为0.20～0.30厘米3/克。

12、本专利技术第二方面提供了一种用于nh3-scr反应的cu-ssz-13分子筛催化剂的制备方法，包括以下步骤：

13、(1)将硅源、铝源、氢氧化钠、少量的有机结构导向剂和水混合，经晶化，焙烧，制得na-ssz-13分子筛；

14、(2)将步骤(1)所得na-ssz-13分子筛依次进行铵离子交换和铜离子交换，焙烧，制得所述cu-ssz-13分子筛催化剂。

15、进一步地，步骤(1)中，所加入的硅源以sio2为计、铝源以al2o3为计、氢氧化钠、有机结构导向剂(sda)以n,n,n-三甲基金刚烷铵计和水，按摩尔比为sio2：al2o3：naoh：sda：h2o＝1：0.06～0.13：0.15～0.40：0.029～0.055：12～50。

16、进一步地，步骤(1)中，所加入的硅源以sio2为计、铝源以al2o3为计、氢氧化钠、有机结构导向剂(sda)以n,n,n-三甲基金刚烷铵计和水，按摩尔比为sio2：al2o3：naoh：sda：h2o＝1：0.06～0.13：0.15～0.40：0.030～0.050：12～40。

17、进一步地，步骤(1)中，所述硅源为硅溶胶；所述铝源为铝酸钠。

18、进一步地，步骤(1)中，所述铝酸钠中al2o3的含量以本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于NH3-SCR反应的Cu-SSZ-13分子筛催化剂，所述Cu-SSZ-13分子筛晶粒的大小为120～700nm，优选为150～650nm；所述Cu-SSZ-13分子筛的Si/Al摩尔比为3.8～8.0，Cu/Al摩尔比为0.15～0.45。

2.按照权利要求1所述的Cu-SSZ-13分子筛催化剂，其特征在于，所述Cu-SSZ-13分子筛中CuO占Cu物种的摩尔含量不高于2％，优选为0.25％～2％，Cu-SSZ-13分子筛中的非骨架铝含量不高于6％，优选为1％～6％。

3.按照权利要求1所述的Cu-SSZ-13分子筛催化剂，其特征在于，所述Cu-SSZ-13分子筛催化剂经过水蒸气处理后，在150～200℃的温度窗口内NOx的转化率比未经水蒸气处理的Cu-SSZ-13分子筛催化剂的高5％～50％。

4.按照权利要求1所述的Cu-SSZ-13分子筛催化剂，其特征在于，所述Cu-SSZ-13分子筛经过水蒸气处理后，Si/Al摩尔比为4.0～8.0，Cu/Al摩尔比为0.15～0.45，CuO占Cu物种的摩尔含量不高于4％，优选为0.5％～

5.按照权利要求3或4所述的Cu-SSZ-13分子筛催化剂，其特征在于，所述水蒸气处理的条件为：处理温度为550～800℃，处理时间为8～16小时，水蒸气含量为5％～20％，载气选自空气、氮气或氧气中的至少一种。

6.按照权利要求1所述的Cu-SSZ-13分子筛催化剂，其特征在于，所述Cu-SSZ-13分子筛的总比表面积不低于550米2/克，优选为550～850米2/克；和/或，所述Cu-SSZ-13分子筛的外比表面积不低于20米2/克，优选为20～120米2/克；和/或，所述Cu-SSZ-13分子筛的总孔容不低于0.25厘米3/克，优选为0.25～0.80厘米3/克；和/或，所述Cu-SSZ-13分子筛的微孔孔容不低于0.20厘米3/克，优选为0.20～0.30厘米3/克。

7.一种Cu-SSZ-13分子筛催化剂的制备方法，包括如下步骤：

8.按照权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所加入的硅源以SiO2为计、铝源以Al2O3为计、氢氧化钠、有机结构导向剂SDA以N,N,N-三甲基金刚烷铵计和水，按摩尔比为SiO2：Al2O3：NaOH：SDA：H2O＝1：0.06～0.13：0.15～0.40：0.029～0.055：12～50；优选地，按摩尔比为SiO2：Al2O3：NaOH：SDA：H2O＝1：0.06～0.13：0.15～0.40：0.030～0.050：12～40。

9.按照权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述硅源为硅溶胶；所述铝源为铝酸钠；和/或，所述铝酸钠中Al2O3的含量以重量计为38％～43％，Na2O的含量以重量计为30％～33％。

10.按照权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述反应混合物的晶化条件为130～180℃晶化1.5～7.0天，优选140～170℃晶化1.75～6.0天。

11.按照权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述反应混合物晶化处理过程为转动或搅拌的动态晶化，转动或转动的速度为10～60rpm。

12.按照权利7～11任一所述的制备方法制备得到的用于NH3-SCR反应的Cu-SSZ-13分子筛催化剂。

13.按照权利要求1～6任一所述的分子筛催化剂或者按照权利要求12所述的分子筛催化剂在NH3-SCR反应中的应用。

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【技术特征摘要】

1.一种用于nh3-scr反应的cu-ssz-13分子筛催化剂，所述cu-ssz-13分子筛晶粒的大小为120～700nm，优选为150～650nm；所述cu-ssz-13分子筛的si/al摩尔比为3.8～8.0，cu/al摩尔比为0.15～0.45。

2.按照权利要求1所述的cu-ssz-13分子筛催化剂，其特征在于，所述cu-ssz-13分子筛中cuo占cu物种的摩尔含量不高于2％，优选为0.25％～2％，cu-ssz-13分子筛中的非骨架铝含量不高于6％，优选为1％～6％。

3.按照权利要求1所述的cu-ssz-13分子筛催化剂，其特征在于，所述cu-ssz-13分子筛催化剂经过水蒸气处理后，在150～200℃的温度窗口内nox的转化率比未经水蒸气处理的cu-ssz-13分子筛催化剂的高5％～50％。

4.按照权利要求1所述的cu-ssz-13分子筛催化剂，其特征在于，所述cu-ssz-13分子筛经过水蒸气处理后，si/al摩尔比为4.0～8.0，cu/al摩尔比为0.15～0.45，cuo占cu物种的摩尔含量不高于4％，优选为0.5％～4％，非骨架铝含量不高于8％，优选为1.5％～8％。

5.按照权利要求3或4所述的cu-ssz-13分子筛催化剂，其特征在于，所述水蒸气处理的条件为：处理温度为550～800℃，处理时间为8～16小时，水蒸气含量为5％～20％，载气选自空气、氮气或氧气中的至少一种。

6.按照权利要求1所述的cu-ssz-13分子筛催化剂，其特征在于，所述cu-ssz-13分子筛的总比表面积不低于550米2/克，优选为550～850米2/克；和/或，所述cu-ssz-13分子筛的外比表面积不低于20米2/克，优选为20～12...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨为民，刘闯，王振东，李相呈，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：

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