[发明专利]一种用于柴油车尾气脱硝的低温SCR 催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，尤其属于分子筛SCR催化剂制备技术领域，特别涉及一种用于低温转化NO_x气体的柴油车尾气净化的分子筛型SCR催化剂及其制备。

背景技术

柴油机以其低油耗、高功率比的特点得到越来越广泛的应用，但是由于柴油机缸内的高压高温产生的氮氧化物NO_x带来了严重的环境问题，加剧了空气质量的恶化，我国对安装柴油发动机的道路车辆提高了排放标准，目前在净化柴油车尾气NO_x方面选择性催化还原（SCR）技术是主流技术，而应用最多的是尿素-SCR系统，其原理是通过在SCR催化转化器前端喷射一定比例的尿素溶液，通过尿素水解或热解产生的氨气作为还原剂在催化剂表面来选择性还原NO_x，而其核心部件—SCR催化转化器的研制有一个很大的不足，即在车辆怠速或低速工况下尾气温度大多低于200℃，在此种情况下传统钒钛钨型SCR的温度窗口为280℃—400℃，不能满足低温下的NO_x净化。同时长期、大量使用贵金属不仅生产成本高，对环境造成污染，对人体也有十分严重的损害。

由此开发更能适应低温高转化率、对环境更友好的SCR催化剂是目前催化剂行业一直在努力探索的方向。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种用于柴油车尾气脱硝的低温SCR催化剂及其制备方法。本发明要解决的第一个问题是提供一种不采用贵金属，而是采用贱金属作为活性组分，对人体无害的催化剂组成；本发明要解决的第二个问题是提供一种新的方法制备分子筛型SCR催化剂，既满足低温高转化的要求又具有较好的耐久性能。

本发明用于柴油车尾气脱硝的低温SCR催化剂由以下技术方案实现：

低温SCR催化剂以分子筛作为载体，以铜、铁金属元素作为活性组分的SCR催化剂。

所述铜以Cu²⁺计算占分子筛总质量的2～4%，铁以Fe³⁺计算占分子筛总质量的3～5%。

优选铜以Cu²⁺计算占分子筛总质量的3%，铁以Fe³⁺计算占分子筛总质量的4%。

上述载体选自具有空间树枝状孔道结构的分子筛。如选自ZSM-5或Y型分子筛。

本发明低温SCR催化剂制备方法包括以下步骤：

①分子筛预处理：准确称取分子筛并在90℃烘箱中通空气加热4小时，降到室温；

②第一次等体积浸渍：检测①干燥后材料的比孔容，将①分子筛粉料加入反应釜，将可溶解铁盐和可溶解铜盐固体以Cu²⁺、Fe³⁺分别计：Cu²⁺占分子筛总质量的1～2%、Fe³⁺占分子筛总质量的1.5～2.5%，以Cu²⁺和Fe³⁺总量计：Cu²⁺和Fe³⁺占分子筛总量2.5～4.5%的比例配成水溶液，溶液的总体积=分子筛的质量×比孔容，溶液以喷雾的形式缓慢加入，不断搅拌，喷完后继续搅拌1小时；然后在60℃搅拌1小时，升温至80℃，持续搅拌至细粉状；

③干燥除水：取出②中的粉末，装入不锈钢盘，在通风烘箱内120℃烘2小时除去表面水分，过40目筛；

④第二次等体积浸渍：将③所得分子筛加入反应釜，重复②③浸渍步骤；

⑤焙烧：将④所得的粉料于550℃煅烧2小时，自然降至室温，得到暗红色粉末；

⑥制浆涂覆：将⑤所得粉末加入粘接剂，制备成浆液，涂覆于载体上，干燥焙烧制得催化剂。

本发明活性组分采用等体积浸渍方法，可以进行一次、两次或多次，优选两次等体积浸渍。实验证明采用多次等体积浸渍使金属铜和金属铁催化剂成分分布更均匀，活性更优，性能更稳定。

本发明可溶解铁盐和可溶解铜盐优选其各自的硝酸盐。

本发明采用沸石分子筛作为原料，将活性成分通过多种负载手段进入分子筛骨架，经过干燥、焙烧等处理制成特殊的催化剂涂层，涂覆在陶瓷或金属基体上形成整体式催化剂，通过特殊的活性组分，可以大幅降低NO_x的起燃温度到150℃，且具有一定的耐久性，对城市工况低温运行的柴油车尾气脱硝具有现实意义。

本发明技术的原材料为具有空间树枝状孔道结构的分子筛，选用ZSM-5、Y等类型，将活性组分负载到沸石材料孔道中，再通过干燥、焙烧等步骤使活性组分均匀分散到载体表面孔隙中。从而形成稳定性和选择性更高的催化剂涂层。