[发明专利]铜基SCR催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学技术领域，具体涉及一种催化剂的制备方法，特别涉及在尿素水溶液分解得到的氨及氨衍生物(例如氰酸等)还原剂存在的条件下，净化汽车尾气中氮氧化物使用的含铜(Ⅱ)离子的合成沸石结晶构成的SCR催化剂的制备方法。

背景技术

SCR催化剂，在柴油机汽车废气处理后喷射尿素水，利用将该尿素水溶液分解得到的氨作为还原剂使用的，被称为NOx选择催化还原(通常被称为SCR催化剂即选择催化还原“selective catalytic reduction”的简称)，其所使用的载体，已知具有高酸性位的沸石分子筛。

另一方面，柴油机尾气中含有大量的污染物，其中关键是如何减少NOx和PM(细烟尘)，目前这方面已取得较大进展。

在柴油机中，高温和氧浓度较大时容易生成NOx，如果降低柴油机内温度和氧浓度，就能够减少NOx的产生，但是这种样会增加PM。因此实际情况下，需要综合考虑NOx与PM的生成。

为了解决这个问题，柴油机搭载EGR系统(Exhaust Gas Recirculation，即“废气再循环系统”的简称)和增压器，利用EGR使废气的一部分向引擎回流，以使汽缸内的燃烧温度降低，利用增压器使燃烧室的氧浓度增加，使PM燃烧更充分，进而减少PM的生成。

通过EGR和增压器的作用，使得尾气中NOx含量降低，进而减少了在使用SCR催化剂时的尿素水溶液的使用量。

这样一来，从柴油机排出的废气中的NOx减少，同时废气温度得以降低，这就要求SCR催化剂在低温下具有较高的NOx转化效率。

而现有技术SCR催化剂，在200℃以下都不具有高活性的NOx净化性能，且现有技术的SCR催化剂的过渡金属的沸石分子筛的制备方法繁杂，通常要经过多次过滤和清洗，因此，对于低温下高活性的SCR催化剂尚未能实现工业化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中SCR催化剂的过渡金属沸石分子筛的制备方法繁杂、且制备得到的催化剂活性较低的缺陷，提供一种合成沸石承载铜(Ⅱ)离子的SCR催化剂简便的制备方法，使得在尾气温度在200℃以下实现NOx净化率80％以上的转化效率。

为解决上述问题，本发明第一方面提供的技术方案是:一种铜基SCR催化剂的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(1)合成沸石，再将得到的沸石水热合成，然后加氢得到铵离子交换的合成沸石分子筛，最后焙烧干燥得到具有8～12个最大氧环数三维结构的氢型合成沸石分子筛，

(2)将前述步骤得到的氢型沸石分子筛，与pH值为0.1～3.0的硝酸铜(Ⅱ)离子水溶液或氯化铜(Ⅱ)离子水溶液中加以混合浸渍，

(3)将上述的悬浊液烘干干燥后，得到的SCR催化剂成品。

本发明的一技术方案中，步骤(1)制备氢型合成沸石分子筛，具体包括如下步骤：

A.合成沸石：在胶体二氧化硅中加氢氧化钠水溶液，得到反应混合物，然后加入硝酸铝9水合物(Al(NO3)3·9H2O)溶于四乙基氢氧化铵TEAOH的水溶液，充分搅拌，

B.水热合成：将上述反应混合物放入聚四氟乙烯容器中，在高压釜中在155℃下温度加热2-5天，然后离心分离反应生成物，清洗干燥后，在空气中以500-600℃温度进行4-6小时焙烧，然后去除模板，

C.铵离子交换的沸石分子筛：将得到的粉末在硝酸铵水溶液中处理，进行离子交换，然后进行分离、清洗和烘干。

本发明的一技术方案中，步骤C中的烘干为在500-900℃温度焙烧8-12小时，优选为500-550℃温度。

本发明的一技术方案中，在前述步骤(3)之前，还包括脱气置换的步骤，选自真空法或超声波法，且所述真空脱气置换法为在1～15Torr压力，常温10～30℃进行真空干燥。

本发明的一技术方案中，前述步骤(3)为在120-180℃温度干燥10-12小时后，再加入锐钛矿型二氧化钛，充分混合后在520-580℃温度下焙烧1-3小时，筛网分级得到所需要的铜基SCR催化剂。

本发明的第二方面提供一种铜基SCR催化剂，其技术方案为，该催化剂为承载铜(Ⅱ)离子的氢型合成沸石分子筛，其中铜(Ⅱ)离子含量质量分数为1.5～4.0％；且氢型合成沸石分子筛具有8～12个最大氧环数的三维结构。

本发明的一技术方案中，所述氢型沸石分子筛由BEA、MFI、CHA、AEI、FAU、LTA、AFX中的结晶结构的至少一种构成；

本发明的一技术方案中，SCR催化剂的平均粒径(D50)为7μm。