[发明专利]铜CHA沸石催化剂

说明书

相关申请的交叉参考

该申请要求35 U.S.C.$119(e)于2007年2月27日提交的美国专利申 请60/891,835号和于2008年2月27日提交的美国专利申请12/038,423号 的优先权权益，将其完整地引入于此作为参考。

技术领域

本发明实施方案涉及具有CHA晶体结构的沸石，制造这些沸石的方 法以及包含此类沸石的催化剂。更具体而言，本发明实施方案关于铜CHA 沸石催化剂和它们的制造方法，及其在废气处理系统中的用途。

背景技术

沸石是具有相当均匀的孔径大小的硅铝酸盐结晶材料，这取决于沸石 的类型以及包含在沸石晶格中的阳离子的类型和数量，其直径通常为大约 3-10埃。所属技术领域公知合成和天然沸石，以及它们在促进包括在氧气 存在下用氨选择性还原氮氧化物的某些反应中的用途。

已知用于用氨选择性催化还原氮氧化物的金属促进的沸石催化剂除其 它之外还包括铁促进和铜促进的沸石催化剂。铁促进的沸石β已经是一种 用于用氨选择性还原氮氧化物的有效催化剂。不幸地是，已经发现在苛刻 的水热条件下如在超过500℃的温度下还原来自废气的NOx，许多金属促 进的沸石的活性开始下降。认为活性下降是因为沸石的去稳定作用如通过 脱铝作用以及随后还原沸石内部含金属的催化位点。为了保持NOx还原的 总活性，必须提供增加水平的铁促进的沸石催化剂。因为沸石催化剂水平 的增加提供了充分的NOx去除，因此随着催化剂成本上升，NOx去除方 法的成本效率有明显降低。

人们渴望制备提供低温SCR活性和/或相对于现有沸石具有改进的水 热耐久性的材料，例如在高达至少大约650℃以及更高温度下稳定的催化 剂材料。

发明概述

本发明的方面涉及具有CHA晶体结构(由国际沸石协会定义)的沸石， 包含此类沸石的催化剂，以及引入了这些催化剂的废气处理。催化剂可以 是用于处理废气流尤其是汽油或柴油发动机产生的那些废气流的废气处理 系统的一部分。

本发明一个实施方案关于铜CHA催化剂以及它们在废气系统如设计 用于还原氮氧化物的那些系统中的应用。在特定实施方案中，提供了表现 出改进的NOx的NH₃SCR的新型铜菱沸石催化剂。根据本发明一个或多 个实施方案产生的铜菱沸石催化剂提供了在广泛的温度范围内表现出卓越 的水热稳定性和高度催化活性的催化剂材料。与应用在该领域的其它沸石 催化剂如Feβ沸石相比，本发明实施方案的铜CHA催化剂材料提供了改 进的低温活性和水热稳定性。

本发明一个实施方案涉及包含二氧化硅与氧化铝摩尔比大于大约15 且铜铝原子比超过大约0.25的具有CHA晶体结构的沸石的催化剂。在一 个特定实施方案中，二氧化硅与氧化铝摩尔比为大约15-大约256，铜铝原 子比为大约0.25-大约0.50。在一个更特定的实施方案中，二氧化硅与氧化 铝摩尔比为大约25-大约40。在一个甚至更特定的实施方案中，二氧化硅 与氧化铝摩尔比为大约30。在一个特别的实施方案中，铜铝原子比为大约 0.30-大约0.50。在一个特定实施方案中，铜铝原子比为大约0.40。在一个 特定实施方案中，二氧化硅与氧化铝摩尔比为大约25-大约40，铜铝原子 比为大约0.30-大约0.50。在另一个特定实施方案中，二氧化硅与氧化铝的 比率为大约30，铜铝原子比为大约0.40。

在一个特别的实施方案中，催化剂包含离子交换的铜，未交换的铜的 量足以在催化剂水热老化后维持催化剂在包含氮氧化物的废气流中的 NOx转化性能。在一个实施方案中，催化剂在老化后在大约200℃时的NOx 转化性能为催化剂在老化前在大约200℃时的NOx转化性能的至少90％。 在一个特别的实施方案中，催化剂包含至少大约2.00重量％氧化铜。

在至少一个实施方案中，催化剂沉积在蜂窝状基材上。在一个或多个 实施方案中，蜂窝状基材包含壁流式基材。在其它实施方案中，蜂窝状基 材包含流通式基材。在某些实施方案中，用适合还原包含在流通过基材的 气流中的氮氧化物的CuCHA涂布至少一部分流通式基材。在一个特定实 施方案中，用适合氧化废气流中的氨的Pt和CuCHA涂布至少一部分流通 式基材。