[发明专利]离子交换/浸渍连续制备Fe基分子筛SCR催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子交换/浸渍连续制备Fe基分子筛SCR催化剂，特别涉及一种柴油发动机尾气氮氧化物（NO_x）选择性催化还原（SCR）催化净化用铁基沸石分子筛催化剂材料及其制备方法。

背景技术

SCR技术在机动车上的应用，已经在欧洲、美国、日本等地区得到了广泛的应用。NH₃-SCR系统在工作过程中，氨气与NO_x会发生一系列的化学反应，将NO_x还原成氮气（N₂）和水。

沸石分子筛具有环境友好，高比表面积，抗热性能优良等特点，正在逐步成为SCR催化剂的主流材料。通过不同的金属改性，满足机动车NOx净化处理的需求。

许多的研究表明，铁基沸石分子筛催化剂，铜基分子筛催化剂以及铜铁复合分子筛催化剂对汽车尾气中的氮氧化物有较高的催化净化活性，具有广阔的应用前景。

金属改性分子筛催化剂通常的制备方法有离子交换法和浸渍法。离子交换法，金属离子与分子筛接触更为充分，金属离子能够有效地取代分子筛骨架中的元素，从而改变分子筛的酸性，为催化剂的应用提供了更为广阔的应用空间。但是溶液浓度较低，离子交换法时间较长，如果需要实现较高的交换量需要反复交换数次。不利于工业化的批量生产。

浸渍法金属负载量较高，操作工艺简便，快捷，适合催化剂的批量生产。同时，由于金属离子溶液浓度高，等体积浸渍时催化剂材料流动性差，分散性差，容易造成局部浓度过高，形成结晶。负载到孔道中的金属过多时，可能会封闭分子筛的孔道结构，以及在分子式表面富集。降低催化剂比表面积。

结合离子交换与浸渍法的优点，先进行离子交换，使改性的金属能够更高的进入到分子筛的骨架或是有效地孔道结构内，使金属离子更均匀的分散在分子筛表面，然后通过提高催化剂有效成分的负载量，满足催化剂在工作时对催化剂的需求量。

将两种方法结合简化了制备的过程，提高了催化剂的植被效率，高的负载量提高了催化剂的转化活性以及耐久寿命。

CN103263901A专利中公开了一种微米级分子筛负载纳米铁材料的制备方法，通过液相还原法在分子筛载体上原位生成纳米铁离子。

CN102774850A专利公开了一种含铁微孔复合分子筛的快速制备方法，采用分子筛与硝酸铁溶液以及合成液，水热净化合成。

CN102824925A专利公布了一种铁-分子筛催化剂及其应用，采用有机铁化合物溶液，以浸渍的方法负载分子筛载体上。

CN103007998A专利公开了一种用于氧化亚氮催化分解和还原分子筛催化剂制备的方法，采用超声加热实现快速铁离子的交换。

上述的催化剂的制备存在如下问题：（1）多次浸渍过程繁琐，且有效活性组分分布不均匀；（2）离子交换要经过长时间的搅拌，再经过反复洗涤、过滤、烘干、煅烧，操作时间长且不容易实现大量工业化量产；（3）催化剂耐久性性能较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子交换/浸渍连续制备Fe基分子筛SCR催化剂，其采用离子交换-浸渍结合的方法，其中添加活性组分导入剂以及分散剂使得金属活性组分Fe在分子筛孔内及表面分布的更为均匀，且在铁化合物煅烧时，Fe的价态比较丰富，NOx转化效率高；添加的助催化剂金属化合物提高了耐硫性的同时还可以作为活性组分，强化NO向NOx的转化，显著地提高了SCR催化剂的活性，具有更高的实际应用价值。

本发明的技术方案是这样实现的：离子交换/浸渍连续制备Fe基分子筛SCR催化剂，其特征在于具体步骤如下：

a)将含铁盐化合物溶于去离子水中配成一定浓度的金属盐溶液，铁盐化合物和去离子水的比例是1:1~1:6，氨水调节溶液pH值至合适范围,6.5~10之间；加入分散剂;

b)向步骤a）的溶液中加入分子筛材料，分子筛催材料与a）溶液比例为1:1~3:1，铁盐溶液过量，高速搅拌1~5h，边搅拌边加入分子筛材料，搅拌均匀，整体加热进行离子交换；离子交换时间为1～12h，优选时间，1～6h，最优的时间为2~3h，加热的温度为50~90℃，优选的温度为60~85℃，最优的温度为65~75℃;

c)向步骤b）加入助催化剂金属化合物材料，三氧化二铁、稀土元素为La、Ce、Zr的硝酸盐或是氧化物，加入比例为1%~15%，形成溶液，提高离子交换液的固含量，调节pH值至合适范围，6.5~10之间，形成过量浸渍状态；浸渍的时间为1～24h，优选的浸渍时间为1~12h，更优的时间为2~6h，最优的时间为2~3h;