[发明专利]用于生产一种SCR-活性沸石催化剂的方法以及SCR-活性沸石催化剂

说明书

本发明涉及用于生产SCR-活性沸石催化剂的一种方法。本发明进一步涉及一种SCR-活性沸石催化剂。本发明是关于如果只有小量的NO₂(如果有的话)存在于废气中，则沸石催化剂在低于300℃的低温区中的较低SCR活性的问题。

为了在含氧废气，例如使用过量空气操作的内燃发动机的废气，尤其是来自柴油机的废气中除去氮氧化物，基于二氧化钛的催化剂是已知的，在该催化剂上这些氮氧化物在氧存在下借助一种添加的还原剂，例如特别是氨，被还原，以给出分子的氮和水。关于这一点，通过举例的方式，提及DE 2458 888 A1。在用于选择性催化还原的这一方法(简称SCR方法)中，在进入催化转化器以前，将还原剂或在废气中转化为还原剂的前体物质添加到废气中。例如，用于还原剂氨的一种已知前体物质是脲，它尤其是以水性脲溶液的形式提供到该废气中。作为可替代的还原剂，还已知的是烃类，它尤其在内燃发动机不完全燃烧的情况下，可以已经作为废气中的燃烧产物而存在。

从DE 24 58 888 A1已知的SCR-活性催化剂包括一种陶瓷载体催化剂组合物，该组合物包括作为主组分的二氧化钛，同时添加钨和/或钒的氧化物。在此使用的催化剂本体可以是涂覆的催化剂或无载体催化剂。在涂覆的催化剂中，已经将催化剂组合物施用到一种支撑材料，例如更具体地施用到自身为非催化活性的一种堇青石(具有斜方双锥体结构的构成为Mg₂Al₄Si₅O₁₈的硅铝酸镁)。相反，无载体催化剂完全从催化活性的催化剂组合物制造。为此目的，总体上将起始材料进行加工以给出一种可捏合的浆料，将该浆料挤出以给出充满通道的蜂窝状物。随后，将挤出的蜂窝状物煅烧同时通过热处理固化，以给出最终处理的无载体催化剂。

进一步已知的SCR-活性催化剂还是沸石。沸石，即框架硅铝酸盐，在一些情况下形成充满直径在气体分子大小的级别的通道的结构，并且由于它们的高比表面积，尤其适合于一种选择性催化还原。

例如，DE198 54 5502 A1披露了在具有包括二氧化钛和沸石的活性组合物的还原剂存在下，用于降解氮氧化物的一种SCR-活性催化剂，所述沸石是氢离子交换的、酸性的沸石。

GB 2 193 655 A也披露了用于通过SCR方法降解氮氧化物的一种催化剂。其中所限定的催化剂的催化剂组合物包括具有低比表面积的二氧化钛，以及通过离子交换获得的含铜沸石。优选的所限定的沸石是丝光沸石、ZSM-5和镁碱沸石。

还从EP 0 393 917 A2已知的是一种用于降解氮氧化物的催化剂，它的催化剂组合物包括沸石，该沸石在离子交换以后含有铜和/或铁。优选的所限定的沸石是USY(超稳定的Y)、β和ZSM-20。

此外，EP 0 219 854 A2披露了一种催化剂，该催化剂包括处于锐钛矿多晶型物的二氧化钛以及在处于氢形式或铵形式的酸稳定的沸石。

最后，US 5,271,913A披露了用于通过SCR方法降解氮氧化物的一种催化剂，其催化剂组合物包括一种沸石。在这里用二氧化铈或氧化铁浸渍沸石。相对于含硫组分，所限定的催化剂据说具有一种高稳定性。一种优选的所限定的沸石是ZSM-5型的沸石。

可以按涂覆催化剂的形式亦或按无载体催化剂的形式生产沸石催化剂。作为一种本体材料催化剂的构型(特别是以小粒的形式)的沸石催化剂本质上也是已知的。

文献提到一种Fe离子交换沸石，特别是关于其良好的SCR活性。例如，出版物“用氨进行的氮的氧化物的选择性催化还原的超活性催化剂”(Ultra-Active Fe/ZSM-5 Catalyst For Selective Catalytic Reduction Of Nitric Oxide With Ammonia)，Gongshin Qi，Ralph(拉尔夫)T.，Apple.Cat.B：Environmental(环境)60(2005)13-22研究了Fe离子交换ZSM-5沸石对NO的SCR活性，并且氨存在下，在高于350℃的温度达到了接近90％的NO转化率。通过用FeCl₃浸渍，对ZSM-5型沸石的离子交换进行了研究。在空气中的氧化气氛下，进行该催化剂组合物的煅烧。借助X射线衍射和电子自旋共振测量，结合到该沸石结构中的铁离子的氧化态被确定为+2和/或+3。猜想是具有+2氧化态的铁对高催化活性负责。在研究的SCR反应期间，+2氧化态的铁逐渐氧化。