[发明专利]稳定化的微孔结晶材料、其制备方法以及选择性催化还原NOx的用途

说明书

本发明公开了开孔为3至5埃的微孔结晶材料，其中材料包含选自碱土金属、稀土元素、碱金属或其混合物的第一金属以及选自铁、铜或其混合物的第二金属，并且所述材料具有3至10的二氧化硅与氧化铝的摩尔比(SAR)。本发明公开的微孔结晶材料可以包含具有双6环(d6r)构造单元和8环开孔的晶体结构，如国际沸石协会结构委员会定义的结构代码为CHA、LEV、AEI、AFT、AFX、EAB、ERI、KFI、SAT、TSC和SAV的骨架类型所示例的。本发明还公开了选择性催化还原废气中的氮氧化物的方法，其包括使废气至少部分接触包含本发明的微孔结晶材料的物体。

本申请要求2011年12月2日提交的第61/566,106号美国临时申请的优先权，将其全部内容引入本文作为参考。

总体来说，本发明提供了开孔为3至5埃的微孔结晶材料，其中所述材料包含选自碱土金属、稀土元素、碱金属或其混合物的第一金属，以及选自铁和/或铜的第二金属。本发明还涉及制备和使用该微孔结晶材料的方法，其包括选择性催化还原(SCR)废气中的氮氧化物 (NO_x)。

氮氧化物(NO_x)长久以来被认为是污染气体，主要原因在于其腐蚀作用。实际上，它们是造成酸雨的主要原因。NO_x污染的主要源头是柴油汽车和固定污染源(如燃煤电厂和汽轮机)的废气中排放的 NO_x。为了避免这些有害的排放，使用SCR并且SCR涉及采用沸石催化剂将NO_x转化为氮和水。

因此，一直存在对这样的改进的微孔结晶材料的需求：所述材料具有强化性能和水热稳定性以使得能够用于选择性催化还原废气中的 NO_x。

发明概述

为了满足该需求，本发明人发现了包含选自碱土金属、稀土元素、碱金属或其混合物的第一金属以及选自铁、铜或其混合物的第二金属的材料，其开孔为3至5埃，并且具有3至10的二氧化硅与氧化铝的摩尔比(SAR)。在一个实施方案中，所述材料通过不使用有机结构导向剂(OSDA)(directing agent)的方法合成。在一个实施方案中，所述材料包含国际沸石协会结构委员会定义的CHA结构。在一个实施方案中，所述材料可以包含具有双6环(d6r)构造单元和8环开孔的晶体结构，如国际沸石协会结构委员会定义的结构代码为LEV、 AEI、AFT、AFX、EAB、ERI、KFI、SAT、TSC和SAV的骨架类型所示例的。

本文描述的材料表现出优异的水热稳定性。例如，本发明公开的材料通常在高达10vol％的水蒸气存在下暴露于700-900℃的温度下 1-16小时后保持其至少70％的表面积和微孔体积。

本发明还公开了采用所公开的微晶材料选择性催化还原废气中的氮氧化物的方法。在一个实施方案中，该方法包括：

使废气至少部分接触包含开孔为3至5埃的微孔结晶材料的物体，其中所述材料包含选自碱土金属、稀土元素、碱金属或其混合物的第一金属以及选自铁、铜或其混合物的第二金属。

理解的是，本发明所述的材料可以用在物体中，如具有沟槽的或蜂巢状的物体；填充床，如球、卵形物、小球、片、挤出物、其它颗粒或其组合；微球；或构件，如板或管的形式。

如本领域技术人员会理解的，具有沟槽的或蜂巢状的物体或构件是通过将所述结晶材料洗覆到预成型的蜂巢状物体上或通过挤出包含所述结晶材料的混合物来形成的。

除了上文讨论的主题以外，本发明还包括许多其它示例性特征，如下文阐明的那些。要理解的是，上下文的描述都仅是示例性的。

附图的简要说明

附图结合到说明书中并构成该说明书的一部分。所有的NH₃-SCR 数据都是在以下条件下采集的：500ppm NO；NH₃/NO＝1.0；5vol％O₂；余量的N₂；空速＝50,000h^-1。