[发明专利]用于选择性催化还原氮的氧化物的催化剂组合物及方法

说明书

本发明涉及催化剂组合物，其用于在废气（off-gas）中通过与氨或其前体反应，选择性地还原氮的氧化物。

用于NH₃-SCR的催化剂，例如通过使用氨作为还原剂，即选择性还原氮的氧化物(NOx)是本领域公知的。那些催化剂包含任选地用铜或铁助催化的沸石化材料 。

本发明待解决的问题是提供催化剂组合物和方法，用于在150至550^oC的反应温度下还原具有DeNO_x活性的氮的氧化物。

来自贫燃烧引擎（lean combustion engine）的废气除了NOx，还含有可通过催化氧化还原和去除的烃、CO和烟粒。因此，本发明的催化剂组合物和方法在具有DeNOx活性的同时，还具有烟粒和烃氧化活性。

我们的最近研究展示了复合催化剂具有明显的增效作用效果的几个实例，所述复合催化剂通过机械混合酸性沸石或类沸石粉末与氧化还原活性金属化合物来制备。

我们发现包含与一种或多种氧化还原活性金属化合物物理混合的一种或多种酸性沸石或类沸石成分催化剂组合物显示出对废气中含有的氮的氧化物的选择性还原和烃、CO和烟粒的氧化有提高的活性。

本文中使用的术语“氧化还原活性金属化合物”意指就金属原子或化合物的氧化数（oxidation number）或氧化状态而言，可以被可逆地氧化和还原的金属化合物。 

依据以上发现，本发明提供用于氮的氧化物的选择性还原和烟粒氧化的催化剂组合物，其包含与一种或多种氧化还原活性金属化合物物理混合的一种或多种酸性沸石或类沸石成分，所述一种或多种酸性沸石或类沸石成分选自BEA、MFI、FAU、FER、CHA、MOR或其混合物，所述一种或多种氧化还原活性金属化合物选自Cu/Al₂O₃、Mn/Al₂O₃、CeO₂-ZrO₂、Ce-Mn/Al₂O₃和其混合物。

根据本发明通过机械混合上述沸石或类沸石材料和氧化还原金属成分制备的催化剂组合物表现出显著的增效作用效果。此类复合催化剂的DeNO_x活性显著超过它们个别成分的活性。

酸性沸石或类沸石成分可以质子形式或用铁助催化使用。

优选地，沸石成分和氧化还原成分的重量比率是1:1至1:50。

在本发明的实施方式中，将氧化还原成分分散在选自Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、CeO₂、ZrO₂或其混合物的载体上。

根据本发明通常优选沸石成分的Si/Al的平均摩尔比率是5至100。

上述根据本发明的催化剂组合物可用作涂层材料或作为金属、陶瓷、金属氧化物、SiC或硅石材料或纤维的结构体的涂层。

因而本发明还提供用根据上面公开的本发明的实施方式的催化剂组合物涂覆的单片结构化基体。

单片结构化基体优选由金属、陶瓷、金属氧化物、SiC或硅石纤维材料制得。

单片结构化基体可以是颗粒滤器形式，例如蜂窝结构化滤器或壁流式过滤器（wall flow filter）。

在进一步的实施方式中，将所述催化剂组合物以连续的两个或几个分开的催化剂层或作为平行的两个或几个催化剂层涂覆在主体上，其中所述层具有不同的组分或层厚度。

本发明产生的具体优势是

1) 将CeO₂-ZrO₂、Cu/Al₂O₃、Mn/Al₂O₃或Ce-Mn/Al₂O₃添加至质子形式的或用铁助催化的酸性沸石或类沸石中，在T_反应<250^oC和不增加沸石成分的量的条件下，显著增强了DeNO_x活性。在该情况下，所添加的氧化还原成分的体积增大了催化剂的总体积。