一种宽温窗SCR催化剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及scr催化剂的，尤其是涉及一种宽温窗scr催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、柴油机富氧稀薄燃烧产生的尾气中氮氧化物nox（no和no2）已成为道路nox排放的主要来源，排放量达到机动车移动源总排放量的70%以上。nox会导致光化学烟雾、酸雨和产生臭氧等严重的环境问题。全国各地开始逐渐实行越来越严格的排放标准，nox排放量限值从60 mg/km降低到35 mg/km。目前，氨气选择性催化还原技术（nh3-scr）被认为是消除nox的最有效技术，是指利用scr催化剂和添加还原剂nh3，在290~400℃的富氧条件下对nox进行选择性催化还原为n2。

2、相比于金属氧化物等载体，分子筛材料以其独特的孔道结构、规则的孔径分布、较大的比表面积及丰富的离子交换位点等优势，在机动车尾气污染物的净化方面呈现出越来越突出的应用价值。相对于zsm-5和beta等孔径尺寸相对较大而在反应中产生较多大分子烃类的分子筛，八元环小孔分子筛由于具有小孔结构而展现出相对优异的小分子择形性和抗积碳性等，近年来被广泛应用于机动车尾气污染物脱除。其中拥有cha拓扑结构的ssz-13分子筛，将铜（cu）通过离子交换的方式引入并经过干燥焙烧热处理，可获得催化剂对nox脱除率为90%及以上的活性温度窗口（即t90）通常能达到180-450℃，并且还可以表现出良好的水热稳定性和n2选择性，越来越多地应用于柴油车脱硝催化剂领域。

3、中国科学院贺泓团队发现铜负载量为1.7wt%~4.8wt%最利于cu-ssz-13的nh3-scr性能。为了研究cu-ssz-13的脱硝活性随温度的变化，在模拟车辆运行不同里程的工作条件方面科研人员做了很多研究，结果表明cu-ssz-13在中温范围窗口内脱硝性能优越。中国石油大学（华东）柳云骐团队采用浸渍法制备出的2wt% cu-ssz-13相比离子交换法所得的t90活性温度窗口（280~460℃）更宽，为220~480℃，在高温下具有更高的脱硝活性，认为可能是离子交换法制备的cu-ssz-13含有较多的cu(oh)+-z物质，倾向于转变为化学活性较低的cuo簇而影响催化活性。贺泓团队采用一步原位法制备的cu负载量为3.8wt%的cu-ssz-13在250～450℃中温区间的脱硝活性均高于90%，发现足够的cu2+离子能够表现出更高的nh3-scr活性，而过量的cu2+离子又容易积聚形成cuox团簇，导致水热老化过程中沸石结构崩塌从而失活。

4、总的看来，cu/小孔分子筛被认为是最具应用前景的scr催化剂材料。但是，在低温部分以及高温部分的nox催化活性却仍有较大提升空间。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种宽温窗scr催化剂及其制备方法和应用，使用微波处理已负载金属的分子筛，显著拓宽了选性性催化还原氮氧化物的温度窗口，以解决现有技术中scr催化剂材料在低温部分以及高温部分的nox催化活性仍有较大提升空间的技术问题。

2、本发明提供一种宽温窗scr催化剂的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、制备负载金属的cha分子筛；

4、s2、对负载金属的cha分子筛进行微波处理，获得催化剂；

5、其中，所述金属为cu，且所述催化剂中cu元素与分子筛的质量比为0.1~10.0%。

6、进一步地，所述催化剂中cu元素与分子筛的质量比为0.5~4.5 %。

7、进一步地，在s2中，所述微波处理包括：在功率密度为1500~3000w/g、温度为50~220℃的条件下微波处理5~90min。

8、进一步地，在s2中，微波处理过程中，不断通入惰性气体，所述惰性气体的流量为20~500ml/min。

9、进一步地，在s1中，制备负载金属的cha分子筛包括：将金属元素的可溶性盐溶液与cha分子筛进行混合并获得混合物，将混合物中的固体物质在温度为350~600℃的条件下焙烧，得到负载金属的cha分子筛。

10、进一步地，所述cha型分子筛中硅元素与铝元素的物质的量的比值为10~25。

11、进一步地，所述cha型分子筛中硅元素与铝元素的物质的量的比值为10。

12、进一步地，所述cha分子筛为ssz-13型沸石分子筛。

13、本发明还提供了一种催化剂，由上述的制备方法制得。

14、上述催化剂能够用于在150℃~550℃温度范围内，在通入还原剂的条件下，将氮氧化物还原为氮气。

15、与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

16、本发明制备的负载金属的分子筛经过微波处理之后，可以显著的提高其催化性能，温度窗口由常规250~400℃拓展至150~550℃的温度范围内，即使在低温或者高温情况下，对氮氧化物保持很好的催化效率。

技术特征：

1.一种宽温窗scr催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的宽温窗scr催化剂的制备方法，其特征在于，所述催化剂中cu元素与分子筛的质量比为0.5~4.5 %。

3.根据权利要求1所述的宽温窗scr催化剂的制备方法，其特征在于，在s2中，所述微波处理包括：在功率密度为1500~3000w/g、温度为50~220℃的条件下微波处理5~90min。

4.根据权利要求1所述的宽温窗scr催化剂的制备方法，其特征在于，在s2中，微波处理过程中，不断通入惰性气体，所述惰性气体的流量为20~500ml/min。

5.根据权利要求1所述的宽温窗scr催化剂的制备方法，其特征在于，在s1中，制备负载金属的cha分子筛包括：将金属元素的可溶性盐溶液与cha分子筛进行混合并获得混合物，将混合物中的固体物质在温度为350~600℃的条件下焙烧，得到负载金属的cha分子筛。

6.根据权利要求1所述的宽温窗scr催化剂的制备方法，其特征在于，所述cha型分子筛中硅元素与铝元素的物质的量的比值为10~25。

7.根据权利要求6所述的宽温窗scr催化剂的制备方法，其特征在于，所述cha型分子筛中硅元素与铝元素的物质的量的比值为10。

8.根据权利要求6或7所述的宽温窗scr催化剂的制备方法，其特征在于，所述cha分子筛为ssz-13型沸石分子筛。

9.一种催化剂，其特征在于，由权利要求1-8中任一项所述的制备方法制得。

10.一种如权利要求9所述的催化剂或者如权利要求1-8中任一项所述的制备方法制得的催化剂的应用，其特征在于，用于在150℃~550℃温度范围内，在通入还原剂的条件下，将氮氧化物还原为氮气。

技术总结
本发明涉及SCR催化剂的技术领域，公开了一种宽温窗SCR催化剂及其制备方法和应用，该催化剂包括CHA分子筛以及CHA分子筛上负载的金属，负载金属的CHA分子筛经过微波处理，得到催化还原催化剂。本发明制备的负载金属的分子筛经过微波处理之后，可以显著的提高其催化性能，温度窗口由常规250‑400℃拓展至150‑550℃的温度范围内，即使在低温或者高温情况下，对氮氧化物保持很好的催化效率。

技术研发人员：李振国,任晓宁,邵元凯,唐晓龙,杨正军,颜燕,易红宏,于庆君,成浩丹,李凯祥,吴撼明,闫峰,周冰洁
受保护的技术使用者：中汽研汽车检验中心（天津）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15