[发明专利]高硅铝比的纳米沸石催化剂

说明书

一种催化剂包括沸石，该沸石具有：CHA结构；粒径小于或等于100纳米；以及硅铝摩尔比为50：1～约150：1。所述催化剂可包括一种金属掺杂剂。所述催化剂通过使反应物流过催化剂以形成产物，以及冷凝或分离所述产物的方法可用于纯化产品。所述产物可以是烯烃或者是碳链增加的烯烃。所述催化剂可用于氮氧化物的选择性催化还原或气液反应。催化剂的制备方法可以包括：根据二氧化硅前驱体和氧化铝前驱体的比例来选择晶体生长抑制剂的浓度，使沸石晶体的平均粒径小于或等于100纳米。

技术领域

本发明的领域涉及纳米铝硅酸盐沸石SSZ-13催化剂在反应物转化为预期产物中的应用。

附图说明

下面结合附图进行描述，各实施例的技术特征以及优点更容易理解。所述附图不应被解释为对最佳实施例的限定。

图1是用纳米铝硅酸盐催化剂从反应物形成产物的系统反应器示意图。

图2-7是根据如示例部分所讨论的不同的实施例对各种沸石的扫描电子显微镜的“SEM”图像。

具体实施例

沸石是一种微孔、铝硅酸盐矿物，可用作各种化学反应的催化剂。本发明所述的“催化剂”是指改变化学反应速率的物质。沸石自然产生或可合成。沸石一般包括硅(Si)、铝(Al)和氧(O)，还可以包括钛(Ti)、锡(Sn)、锌(Zn)和铜(Cu)等其他元素。沸石可以根据其结构进行分类。例如，一种沸石，由双六元环单元组成的四面体构型构成，且连接形成具有八元环孔窗的孔穴体，可归类为具有菱沸石(CHA)结构的沸石。合成CHA沸石的一个例子是SSZ-13。在沸石晶体的合成过程中，可以使用结构导向剂(SDA)来制备所需结构的晶体。

SSZ-13可用作多种化学反应的催化剂，例如，SSZ-13催化剂可以用来从氯甲烷或甲醇反应物中生产烯烃。SSZ-13沸石也可以包含其他元素，如铜。例如，可以使用Cu-SSZ-13催化剂从烷烃反应物生成醇，并提供选择性催化还原(SCR)，将氮氧化物(NO_x)转化为双原子氮和水。

SSZ-13催化剂在其他工业产品的生产和减少环境影响方面起着至关重要的作用。例如，乙烯(一种烯烃)是用量最大的有机化工原料之一，可用作生产聚乙烯等聚合物和许多其他化学品和产品的中间原料。此外，氮氧化物是通过燃烧矿物燃料而产生的一种主要大气污染物，例如在柴油发动机中。许多负面的环境影响包括温室效应、酸雨和臭氧消耗是由于大气中含有氮氧化物造成的。

沸石一般可以通过二氧化硅-氧化铝前驱体的缓慢结晶而合成，一般为凝胶。沸石的晶体结构和其他性能取决于体系的前驱体、系统的pH值、温度、晶种时间和反应时间。晶体的大小对沸石的催化性能有着重要的影响。例如，小的或纳米级的晶体具有较高的几何比表面积；因此，与较大的晶体相比，表面附近容易进入的沸石笼数目要高得多。此外，这些小的或纳米级的晶体也能提供较短的扩散路径长度，这在使用沸石催化剂的许多反应中都是非常重要的。在沸石晶体的合成过程中，可以加入一种生长抑制剂来产生所需尺寸的晶体。

已成功地制备了纳米SSZ-13沸石晶体。这些SSZ-13沸石典型地具有低的二氧化硅(SiO₂)与氧化铝(Al₂O₃)摩尔比值，小于40：1或20：1。成功地制备出这些低摩尔比、纳米级的SSZ-13沸石晶体的能力似乎取决于所用生长抑制剂的浓度。然而，需要合成硅铝前驱体摩尔比较高的纳米SSZ-13沸石，这也是业界关注的问题。一般情况下，摩尔比的增加会增加单个酸性位点的强度。然而，在较低的摩尔比下，即使存在较多的酸性位点，它们的个体强度也较弱。

本发明出乎意料地发现可以合成出纳米级、高摩尔比的SSZ-13沸石晶体。所制得的沸石晶体可用作各种化学反应的催化剂。沸石晶体中还可以包含其他元素，如铜，这些元素甚至在其他化学反应中也是有用的。这种化学反应包括通常使用小的或大的晶体的任何反应，纳米晶体有利地为反应物提供了更大的几何表面积和较短的扩散路径长度。