[发明专利]AEI沸石的合成

说明书

公开了一种具有AEI骨架的过渡金属沸石，制备此种沸石的方法，以及其作为催化剂的使用。本发明的沸石材料包含AEI骨架和任选的ITE骨架，其可作为混合相材料和/或作为连生体，以及一种非骨架过渡金属。

技术领域

本发明涉及一种具有AEI骨架的过渡金属沸石。本发明也涉及制备此种沸石的方法，以及其作为催化剂的使用。

背景技术

沸石是由重复SiO₄和AlO₄四面体单元构成的晶体或准晶体铝硅酸盐。这些单元被连接在一起以形成具有规则的分子尺寸的晶体内空穴和通道的骨架。多种合成沸石已经被合成并且各自具有基于其四面体单元的特定排列的独特骨架。根据惯例，各个骨架类型被国际沸石协会(IZA)赋予三个字母的独特编号(如“AEI”)。

合成沸石通常利用结构导向剂(SDA)生产，SDA也被称为“模板”或“模板剂”。SDA通常为络合有机分子，其引导或指导沸石骨架的分子形状和图案。通常，SDA用于定位水合的二氧化硅和氧化铝，和/或用作模板，沸石晶体围绕该模板形成。在晶体形成后，将SDA从晶体的内部结构中移除，留下分子多孔的铝硅酸盐笼。

沸石具有多种工业应用，包括内燃机、燃气轮机、燃煤电厂等。在一个示例中，废气中的氮氧化物(NO_x)可以通过所谓的选择性催化还原(SCR)工艺控制，其中废气中的NO_x化合物在沸石催化剂存在下与还原剂接触。

因为其相对宽的活性温度窗口，ZSM-5和β沸石已经作为SCR催化剂受到研究。然而，这些沸石的相对大的孔结构具有许多缺点。首先，其易受高温水热降解影响，导致活性损失。同样，大或中等孔尺寸趋向于吸附随着催化剂温度上升而被氧化的烃，如此产生可热致损坏催化剂的显著放热。此问题在贫燃系统如车辆柴油发动机中尤其严重，其中显著量的烃可以在冷启动过程中被吸附。烃焦化造成这些相对大孔和中孔分子筛催化剂的另一显著缺点。相反，小孔分子筛材料，如具有AEI骨架的材料，提供了改进，其中更少的烃能渗透到骨架内。

为了促进催化反应，过渡金属可以被包含在沸石材料中，作为置换骨架金属(通常称为“金属置换沸石”)，或者作为合成后离子交换或浸渍金属(通常被称为“金属交换沸石”)。在本文使用时，术语“合成后”意味着沸石结晶化之后。将过渡金属引入沸石的典型方法是在分子筛形成之后，通过阳离子交换或金属或前体的浸渍来实现。然而，尤其在交换到小孔分子筛中时，用于将金属引入的这些交换和浸渍过程频繁地引起金属分布的低均匀性。

发明内容

申请人开发了一类独特的含过渡金属沸石，其在本文称作“JMZ-2沸石”或“JMZ-2”。此沸石材料包含AEI骨架和任选的ITE骨架，其可作为混合相材料和/或作为连生体，以及一种非骨架过渡金属。优选地，过渡金属如铜为离子物质，位于沸石晶体的空穴和通道中。在沸石晶体形成时，过渡金属被引入到沸石材料内。

根据本发明的某些方面，可以利用一锅法合成混合物，通过引入用作第一SDA和不同的第二SDA的过渡金属-胺络合物，来制备JMZ-2。如本文使用的，关于SDA的术语“第一”和“第二”被用来明确两种SDA是不同的化合物，但是所述术语并不意味或代表操作或添加到合成反应混合物的顺序或次序。添加到单一反应混合物中的两种SDA的组合，在本文称作混合模板，并且在结晶过程中将过渡金属引入沸石称作一锅法合成。优选地，利用Cu-四亚乙基五胺(Cu-TEPA)作为第一SDA，N，N-二甲基-3，5-二甲基哌啶鎓或1，1-二乙基-2，6-二甲基哌啶鎓作为第二SDA来合成Cu型JMZ-2。

在本发明的某个实施方案中，提供了一种催化剂组合物，其包含具有AEI骨架和任选的ITE骨架的合成沸石，和均匀散布在沸石的空穴和通道内的原位过渡金属。

在本发明另一实施方案中，提供了一种催化剂组合物，其包含具有AEI骨架和任选的ITE骨架的合成沸石，其含有基于沸石总重量计约0.1-约7重量％的非骨架Cu，和含有基于沸石总重量计小于5重量％的CuO。