[发明专利]高耐久核壳结构BEA分子筛催化剂、制备方法及其应用

说明书

本发明提供了高耐久核壳结构BEA分子筛催化剂、制备方法及其应用，包括内核及包裹在内核上的壳层，所述内核为改性Sm基BEA分子筛催化剂，所述壳层的材质为氧化物。本发明所述的催化剂凭借Sm元素的本征活性，在Urea‑SCR技术中表现出优异的氨气吸附能力、低温活性、温度操作窗口、N₂选择性和结构稳定性，利用高稳定性氧化物壳层保护内核BEA分子筛催化剂一方面避免大量接触SO₂、高温水汽，另一方面抑制活性组分在高温时发生迁移，进而提升耐久性。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，尤其是涉及高耐久核壳结构BEA分子筛催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

我国机动车产销量已连续11年稳居世界首位，2020年机动车保有量已突破3.72亿辆，机动车等移动源污染物排放问题随之日益凸显。据《中国移动源环境管理年报（2020）》显示，2019年全国机动车四项污染物排放总量初步核算为1603.8万吨。其中，一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO_X）、颗粒物（PM）排放量分别为771.6万吨、189.2万吨、635.6万吨、7.4万吨，已然成为我国城市大气污染的主要源头之一。作为机动车尾气主要污染物之一，NO_X是引发雾霾、光化学烟雾、酸雨等恶劣环境问题的元凶，严重危害人们的身体健康。

作为国际公认的催化净化柴油NO_X的高效处理技术，选择性催化还原SCR（Selective Catalyst Reduction）技术是柴油机实现国VI排放法规的主要技术路线，该技术已经在多个国家应用。催化剂是SCR技术的核心与关键。柴油车尾气正常工况下温度范围较宽（200-500℃），而冷启动时温度一般低于200℃，对催化剂的低温活性提出了较高的要求。同时，DPF主动再生时产生瞬时高温高达750℃以上，需要催化剂具有较好的水热稳定性。此外，柴油车尾气气氛中含有大量碳氢，对催化剂抗碳氢中毒性能提出了挑战。在国IV/V阶段，以钛钨粉为载体的钒基催化剂（V₂O₅-WO₃/TiO₂）在我国应用广泛，但是该催化剂存在毒性高，低温转化率较低，高温选择性差等诸多问题。分子筛催化剂因具有活性高、选择性好、环境友好等优点而备受关注。自上世纪90年代过渡金属交换的ZSM-5分子筛催化剂被报道具有较好的SCR活性后，铜基的FAU、CHA、BEA、LTA等分子筛催化剂相继被研究用于SCR技术脱除NOx。铁基BEA结构分子筛具备良好的低温性能、氮气选择性能而且该催化材料属于绿色环保材料。然而，实际应用过程中真实尾气氛围通常伴随高温、高水热且含硫气氛，导致该材料易失活。

公开号为CN112536066A的专利涉及一种含核壳结构的介孔Fe-Beta分子筛催化剂的制备方法，构建具有核壳结构Fe-C-Al前驱体，制备的Fe-Beta分子筛催化剂具有连通核壳的介孔结构，产品结晶度高，比表面积高，介孔丰富，铁分布均匀。但是SO₂分子能够通过介孔进入核心，与Fe/BETA催化剂接触，并使之失活，该催化剂不具备抗硫中毒能力。

公开号为CN107029782A的专利涉及一种用于FCC再生烟气脱硝的核壳催化剂及其制备方法，而该方法步骤繁琐，包括等体积浸渍、超声分散，在实际规模化生产过程中制备周期长且无法实现。

公开号为CN105253895A的专利涉及一种骨架中高含量Fe的Beta分子筛及其制备方法，该方法将Fe固定在分子筛骨架结构中，热稳定性大大提升，但是无法解决抗硫中毒难题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出高耐久核壳结构BEA分子筛催化剂、制备方法及其应用，以提高催化剂的抗SO₂中毒能力和抗高温水热能力。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

高耐久核壳结构BEA分子筛催化剂，包括内核及包裹在内核上的壳层，所述内核为改性Sm基BEA分子筛催化剂，所述壳层的材质为氧化物。