[发明专利]一种助剂金属掺杂的Cu-SAPO-18催化剂的制备方法和应用

说明书

本发明提供一种助剂金属掺杂的Cu‑SAPO‑18催化剂的制备方法及其应用，所述制备方法是：首先通过水热合成H‑SAPO‑18，然后通过离子交换、浸渍得到Cu‑SAPO‑18催化剂，最后将Cu‑SAPO‑18加入助剂金属盐溶液中，通过浸渍法得到金属掺杂的Cu‑SAPO‑18催化剂。本发明还提供了助剂金属的最佳含量，并将其用于NH₃选择性催化还原氮氧化物，改善了原有Cu‑SAPO‑18催化剂的催化活性、水热稳定性和抗SO₂中毒性能，本发明催化剂制备工艺简单，易于重复和操作。

技术领域

本发明涉及柴油车中氮氧化物控制技术，更具体的来说，涉及一种助剂掺杂的Cu-SAPO-18催化剂的制备方法，以及将其应用于氨气选择性催化还原氮氧化物。

背景技术

氮氧化物(NO_x)的排放会造成环境污染和危害人类身体健康。在众多控制NO_x排放技术中，NH₃-SCR由于其效率高、良好的选择性以及成本低等优点被认为是从固定源和移动源中去除NO_x最可靠的技术之一。在该项技术中催化剂起着举足轻重的作用。尤其，为满足柴油车排放标准需要使用非常有效的催化剂，其需满足：较宽的活性窗口，高N₂选择性，良好的水热稳定性以及对环境友好等特点。在2005年V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂成功应用于柴油车发动机脱硝工艺中(Journal of Catalysis.,2013,307,340–351)。然而，由于钒基催化剂活性窗口窄，N₂选择性差，V₂O₅在高温下易挥发等缺点限制了其在柴油车中的应用。

近年来过渡金属交换沸石催化剂如：Cu-ZSM-5，Cu-SSZ-13和Cu-SAPO-34由于其具有活性好、高温稳定性好等优点，得到了深入的研究和发展，并且在市场中也得到了广泛的运用。然而，Cu-ZSM-5水热稳定性差限制了其在柴油车中的应用。Cu-CHA催化剂(Cu-SSZ-13和Cu-SAPO-34)骨架外的Cu²⁺与CHA结构中双六元环中的三个氧原子进行配位提高了其活性和水热稳定性(Chem.Commun.,2012,48,8264–8266)。这一发现促进了人们对于新型具有双六元环结构的小孔沸石的研究。

近来有文献报道了AEI型的Cu-SSZ-39和Cu-SAPO-18(Journal of Catalysis.,2014,319,36–43)小孔催化剂也具有双六元环结构，且其显示出非常高的催化活性尤其是低温活性和良好的水热稳定性。2014年R.Martínez-Franco等报道了用双模板剂直接合成Cu-SAPO-18，其具有优异的NH₃-SCR催化活性和良好的水热稳定性(Journal ofCatalysis.,2014,319,36–43)。2016年Yongheng Li等报道了不同含铜量的Cu-SAPO-18的NH₃-SCR催化活性，并且证明了孤立的Cu²⁺是Cu-SAPO-18的活性位点(J.Phys.Chem.C2016,120,14669-14680)。利用助剂掺杂，是目前提高催化剂的催化活性、抗SO₂中毒性能和水热稳定性等的方法之一。2012年叶青等人制备出SAPO-18负载Cu-Fe复合催化剂具有高的抗积碳性能和高的水热稳定性(CN102626653A)。目前对于使用助剂掺杂Cu-SAPO-18的报道较少，本发明研究探索助剂金属掺杂的Cu-SAPO-18催化剂的制备方法，以提高催化剂的活性和水热稳定性。

发明内容

本发明的任务是一种助剂金属掺杂的Cu-SAPO-18催化剂的制备方法，本发明的又一个任务是提供由本发明方法制备得到的助剂金属掺杂的Cu-SAPO-18催化剂及其应用，以提高原有Cu-SAPO-18催化剂的活性和水热稳定性，改善其抗SO₂中毒性能，并具有催化剂制备工艺简单、易于重复和操作等特点。