[发明专利]一种脱硝催化剂Cu-SSZ-52及其制备方法和应用

说明书

一种脱硝催化剂Cu‑SSZ‑52，主要由Cu‑SSZ‑52沸石分子筛组成，所述Cu‑SSZ‑52沸石分子筛具有SFW和CHA的共生相，CHA在共生相中的比例为20‑30％，Cu物种以孤立的Cu²⁺/Cu⁺存在，Cu²⁺出现在双六元环中，Cu²⁺与分子筛骨架中的氧原子和水分子中的氧原子配位，具有d6r和gme笼的SSZ‑52(SFW‑CHA共生结构)分子筛适合发生NH₃‑SCR反应。该催化剂具有更加优异的NOx消除的性能。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种脱硝催化剂Cu-SSZ-52，其制备方法及其在选择性催化还原(SCR)中的应用。

背景技术

氮氧化物是典型的环境污染物，它会产生酸雨、臭氧空洞和光化学烟雾等问题。氮氧化物的主要来源为固定源和移动源，固定源如燃煤电厂、水泥厂、玻璃窑炉等，移动源如机动车、大型柴油机等。氨气选择性催化还原(NH₃-SCR)被认为是一种高效的脱硝技术。

目前，商业脱硝催化剂主要为金属氧化物催化剂如V₂O₅-WO₃/TiO₂和V₂O₅-MoO₃/TiO₂，其具有较窄的温度操作窗口(300～400℃)，但是在高温区间其催化选择性低，热稳定性差，同时V₂O₅具有生物毒性，其对人类的健康产生了威胁，以及会产生更加严重的环境问题。因此，目前无V催化剂的研究已经成为了研究趋势。

金属(Cu和Fe)交换的分子筛(SAPO-34和SSZ-13)在NH₃-SCR中显示具有较好的活性区间(250～450℃)以及优异的N₂选择性，因此被广泛关注。然而，对于金属(Cu和Fe)交换的分子筛(SAPO-34和SSZ-13)，其在高温段(400℃)的NH₃-SCR脱硝性能较差。最近Chen课题组在公开文献ChemCatChem.2019，11(16),3865-3870中报道合成不同Si成分的纳米Cu/SAPO-34催化剂，而其中1.03wt.％Cu/SAPO-34催化剂在空速为80000h^-1的条件下展现出最优异的活性，其在250-450℃的温度范围内展现出90％NO_x转化。Wang课题组在公开文献J.Catal.2018，367，221-228中通过调节SSZ-13的尺寸，得到不同尺寸的SSZ-13应用到NH₃-SCR反应，对其进行脱硝活性测试。然而在整个温度范围内，90％NO_x转化温度区间只在300-450℃。因此，目前高温(450℃)和低温(250℃)的NOx转化性能仍然是有待解决的问题。

SAPO-34和SSZ-13沸石分子筛是具有CHA结构的沸石分子筛，由双六元环(d6r)和cha笼组成。SSZ-52是具有SFW结构的沸石分子筛，其具有d6r，gme笼以及具有一个未被定义的大笼，其与CHA结构相似，但又不同。2013年Zone课题组在公开文献J.Am.Chem.Soc.2013，135，10519-10524中首度报道了SSZ-52的合成，其通过采用多环季铵盐阳离子作为有机模板剂，采用合成出具有SFW结构的SSZ-52，采用Y分子筛作为铝源，135℃晶化7天，合成出SSZ-52分子筛。随后Zone课题组又在公开文献Chem.Mater.2016，28，708-711报导通过计算机筛选出三种生成SSZ-52的模板剂，通过其筛选出的模板剂，制备得到了纯的SSZ-52。上述文献虽然公开了SSZ-52分子筛的合成，但是并未对所制备得到的分子筛的性能进行测试，特别是选择性催化性能，同时其合成过程中所采用的原料配方也有待优化。

中国专利CN201580054463.9公开了制备沸石SSZ-52的方法，采用有机导向剂