CN110961147A - 一种aei/rth结构共生复合分子筛及其制备方法和scr应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种AEI/RTH结构共生复合分子筛及SCR催化剂制备方法，由AEI和RTH拓扑结构分子筛共生而成，共生复合结构的分子筛X射线衍射谱图中2θ角处有特征衍射峰；所述共生复合分子筛中氧化物硅铝摩尔比为10～200。共生复合分子筛在制备过程中采用复合模板剂，用FAU型硅铝分子筛为铝源和硅源，可以结合其它硅源、碱源形成混合溶胶，动态分温度段晶化合成AEI/RTH共生结构分子筛，然后与可溶性金属盐阳离子进行交换，得到SCR分子筛催化剂。本发明得到的具有AEI结构的SSZ‑39和RTH结构的SSZ‑50形成共生复合分子筛，具有了更加合理分布的酸性和良好的水热稳定性，在移动源和固定源所排放的含NOx的气体SCR反应中具有良好的催化活性、优异的使用寿命，能很好满足尾气排放的标准要求。

Description

一种AEI/RTH结构共生复合分子筛及其制备方法和SCR应用

技术领域

本发明涉及到一种具有AEI/RTH结构共生复合分子筛及其制备方法和SCR应用，具体涉及到SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛合成及其催化剂制备，属于化工合成技术及其应用领域。

背景技术

AEI型分子筛具有大笼的三维孔道体系，可以通过8元环构成三维孔道结构，孔径尺寸0.38nm×0.38nm，骨架密度为14.8，笼尺寸能够包含直径达到

球体。AEI分子筛结构中以4元环连接的两相邻双6元环(d6r)在空间上呈镜面对称分布。离子交换或负载金属活性组分的AEI分子筛催化剂，展现出独特的选择还原反应(SCR)活性，对氮氧化物(NOx)有很好的还原处理性能，已经引起了广泛的关注。文献(Chem.Commun.,2012,48,8264)报道使用AEI结构的Cu-SSZ-39分子筛进行SCR脱硝催化反应与商业化的8MR分子筛Cu-SSZ-13(CHA拓扑结构)相比表现出更高的水热稳定性和催化活性。

RTH分子筛是1995年首次合成的二维八元环分子筛，它是由八元环组成的平行于a轴和c轴二维孔道，其孔道大小分别为0.41nm×0.38nm和0.56nm×0.25nm，骨架密度为16.6。硅硼RUB-13分子筛和硅铝分子筛SSZ-50都属于RTH结构。CHA和RTH拓扑结构的分子筛都属于8元环小孔分子筛。CHA结构的分子筛大量用于NOx化合物的SCR反应，而RTH结构分子筛具有不同于CHA的孔道结构，近来许多文献报道其作为尾气脱硝处理的应用，对于铜负载的RTH或CHA分子筛催化剂，分子筛的结构还会对铜物种的分布造成影响，而通过铜物种与活性还有拓扑结构的联系，在小孔笼型分子筛中的d6r结构单元被认为是产生高活性铜物种的关键所在。同时适宜尺寸的小孔的存在也可以更好的降低低活性CuO团簇颗粒的形成同时有效限制副产物的产生，对NH3-SCR过程带来有利的作用。

AEI和RTH拓扑结构的分子筛都属于8元环小孔分子筛。AEI结构的分子筛大量用于NOx化合物的SCR反应，而RTH结构分子筛具有不同于AEI的孔道结构，近来许多文献报道其作为尾气脱硝处理的应用，对于铜负载的RTH或AEI分子筛催化剂，分子筛的结构还会对铜物种的分布造成影响，而通过铜物种与活性还有拓扑结构的联系，在小孔笼型分子筛中的d6r结构单元被认为是产生高活性铜物种的关键所在。同时适宜尺寸的小孔的存在也可以更好的降低低活性CuO团簇颗粒的形成同时有效限制副产物的产生，对NH3-SCR过程带来有利的作用。

通常SCR催化剂通常是以沸石为载体、负载SCR活性组分制备而成的具有晶体结构的分子筛；沸石是具有相当规整的孔径大小的硅铝酸盐晶体材料，专利EP1961933A1、EP1147801A1、EP 2123614A2、US7332148B2、EP1579911A1、US20030143141A1公开了X沸石、Y沸石、β沸石、丝光沸石、镁碱沸石、A沸石、毛沸石、L沸石、ZSM-5、ZSM-8、ZSM-11、ZSM-12沸石分子筛等作为SCR催化剂载体，这些沸石可以与Cu、Fe、Mn、Ag、V、Ti、Co等金属交换，或者沸石本身含有一部分Cu、Fe等金属。但是，上述已知的金属改性的沸石催化剂在氨选择性催化还原氮氧化物的过程中只能在较窄的温度区域范围内进行氮氧化物的净化，在200℃以下都不具有高活性的NOx净化性能，水热稳定性差，低温条件下活性较低。

FAU型沸石含有与AEI和RTH相似的结构中的双6元环(D6R)构建单元。文献显示用分子筛转化为分子筛的方法，将与AEI分子筛相近硅铝比的FAU型沸石同步转化为AEI分子筛，并且能够得到高固体收率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中使用负载铁、铜的合成分子筛的SCR催化剂经水热耐久试验，在低温下活性较低的缺陷，提供一种在水热耐久试验后，在低温下仍具有较高活性的铜基SCR催化剂及其制备方法。

本发明目的是提供一种金属负载的SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛催化剂，这两种类型分子筛分别属于AEI和RTH结构，可用于内燃发动机、燃气轮机、燃煤或燃油发电等废气NOx的催化还原(SCR)处理，提高水热稳定性和起燃活性。本发明在具体实施方案中，该方法用于处理贫燃内燃发动机的含NOx废气，例如柴油发动机、贫燃汽油发动机或由液体石油气或天然气供能的发动机的含NOx废气，其含有NOx的尾气优选为机动车排放的废气流，更优选为获自稀燃发动机的废气流，甚至更优选为柴油机废气流。

本发明所述分子筛催化剂也可用于处理来自诸如精炼的工业过程的气体，来自精炼加热器和锅炉、炉子、化学加工工业、焦炉、城市废物处理装置和焚烧炉等的含NOx气体。氮氧化物(NOx)，包括多种化合物，如一氧化二氮(N₂O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)、三氧化二氮(N₂O₃)、四氧化二氮(N₂O₄)和五氧化二氮(N₂O₅)等。

所述处理包含NOx的气流的方法，其中在所述催化剂与所述气流接触之前，以NOx计量为100重量％，其NO2含量基于为80重量％或更少，其中优选包含5～70重量％，更优选10～60重量％，更优选15～55重量％，甚至更优选20～50重量％的NO₂含量。位于催化剂上游的氧化催化剂使气体中的一氧化氮氧化成二氧化氮，然后在混合物加入沸石催化剂之前使所得气体与含氮还原剂混合，其中氧化催化剂适应产生进入沸石催化剂的气流，所述气流具有4：1至1：3的NO：NO₂体积比率。

通常使用还原剂(尿素、NH₃等)的选择性接触还原(SCR)系中，发生几种化学反应，这些化学反应全部代表将NOx还原为元素状态的氮的反应。特别是在低温下的支配性反应机制，由式(1)表示。

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O (1)

与竞争的氧的非选择性反应，或生成2次性生成物，或非生产性地消耗NH₃。作为这样的非选择性反应，例如式(2)所示的NH₃的完全氧化。

4NH₃+5NO₂→4NO+6H₂O (2)

而且，NOx中存在的NO₂与NH₃的反应被认为是借助于反应式(3)进行的。

3NO₂+4NH₃→(7/2)N₂+6H₂O (3)

而NH₃与NO和NO₂之间的反应由反应式(4)表示。

NO+NO₂+2NH₃→2N 2+3H₂O (4)

反应(1)，(3)及(4)的反应速度因反应温度和使用的催化剂的种类不同而大为不同，反应(4)的速度通常为反应(1)，(3)的速度的2～10倍。

在SCR催化剂中，为了提高低温下的NOx净化能力，有必要使得式(4)的反应，而不是式(1)的反应占支配地位。在低温下使得式(4)的反应占支配地位，最好是提高NO₂的容积率，这是显而易见的。

因此，在150～300℃的低温下，铜对NO有优异的吸附能力，而且使NO氧化的能力更强。NO的氧化反应由式(5)表示。

NO+1/2O₂→NO₂ (5)

为解决上述问题，本发明提供的技术方案是：以含有AEI结构分子筛和RTH结构分子筛的共生复合分子筛为催化剂主要基质组分，有效引入活性金属组分，如铜、铁等，制备铜基或铁基SCR分子筛催化剂。

本发明提供一种用于脱销的SCR催化剂，采用以上所述共生复合硅铝分子筛与可溶性金属盐溶液进行离子交换，得到金属促进的具有AEI/RTH拓扑结构的共生复合分子筛的SCR催化剂。

本发明公开一种具有AEI/RTH结构共生复合分子筛，其特征在于：由AEI和RTH拓扑结构分子筛共生而成，AEI结构分子筛占总重量60～99％，RTH结构分子筛占总重量1.0％～40％；所述共生复合分子筛中硅铝氧化物摩尔比为10～200；所述共生结构的分子筛X射线衍射物相谱图，在2θ角为8.64±0.2，9.10±0.2，9.48±0.2，10.20±0.2，10.60±0.2，12.90±0.2，16.06±0.2，16.86±0.2，17.18±0.2，17.82±0.2，18.86±0.2，19.62±0.2，20.62±0.2，21.32±0.2，23.24±0.2，23.88±0.2，25.20±0.2，25.44±0.2，25.98±0.2，26.26±0.2，27.80±0.2，28.22±0.2，30.06±0.2，31.20±0.2处有特征峰。

进一步地，在上述技术方案中，本发明所述具有AEI/RTH拓扑结构共生复合分子筛，其特征在于：所述AEI结构分子筛具体包括SSZ-39、SAPO-18、AlPO-18、SIZ-8中任一种或几种，优选SSZ-39硅铝分子筛；所述RTH结构分子筛具体包括RUB-13、SSZ-36、SSZ-50中任一种或几种，优选SSZ-50硅铝分子筛。

进一步地，在上述技术方案中，本发明所述具有AEI/RTH拓扑结构的共生复合硅铝分子筛的合成方法，其特征在于：

1)将NaOH、复合模板剂和去离子水在超声搅拌均匀，然后将FAU型分子筛和硅源加入其中混合均匀成凝胶状；FAU型硅铝分子筛提供铝源和部分硅源，混合浆液中，硅源以SiO₂计、铝源以A1₂O₃计、复合模板剂以OSDA计，NaOH以Na₂O计，组分摩尔配比nSiO₂:nA1₂O₃:nNa₂O:nOSDA:nH₂O＝1:(0.005～0.1):(0.05～0.5):(0.05～1.0):(10～100)；

2)将上述1)中混合物搅拌后移入水热晶化反应釜中，在自生压力和120～200℃分两段或多段晶化共计48～168小时，所得晶化液经过滤、洗涤、烘干、焙烧后得SSZ-39/SSZ-50共生复合硅铝分子筛原粉；

上述步骤1)中所述复合模板剂OSDA包括有机模板剂R1和R2，这两种有机模板剂摩尔比nR1:nR2＝1:(0.05～0.8)；

上述步骤1)中所述有机模板剂R1种类包括：N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶鎓、N,N-二甲基-2,6-二甲基哌啶鎓、1,1,2,2,6,6-六甲基哌啶鎓、1,1,2,2,6,6-六甲基-4-氧代哌啶鎓、1,1,3,5-四甲基-4-氧代哌啶鎓、1-羟基-1,1,2,2,6,6-六甲基哌啶鎓、1,1-二甲基-4,4-二丙氧基哌啶鎓、3,5-二甲氧基-1,1-二甲基哌啶鎓、3,5-二羟基-1,1-二甲基哌啶鎓、4-乙基-1,1-二甲基-3,5-二氧代哌啶鎓、1-乙基-1-甲基-2,2,6,6-六甲基哌啶鎓、1-环氧丙基-1-甲基-2,2,6,6-六甲基哌啶鎓、N,N-二甲基-2-(2-羟乙基)哌啶鎓和N,N-二甲基-2-乙基哌啶鎓中一种或几种；

上述步骤1)中所述有机模板剂R2种类包括：1,2,3-三甲基氢氧化咪唑啉鎓、1,3,4-三甲基氢氧化咪唑啉鎓、2-乙基-1,3-二甲基氢氧化咪唑啉鎓、1,2,3,4-四甲基氢氧化咪唑啉鎓、2-乙基-1,3,4-三甲基氢氧化咪唑啉鎓、1,2,3,4,5-五甲基氢氧化咪唑啉鎓中一种或几种。

进一步地，在上述技术方案中，本发明所述共生复合分子筛中氧化物硅铝摩尔比为10～200，优选10～100，进一步优选10～50。

进一步地，在上述技术方案中，本发明所述的合成方法，其特征在于：所述铝源选自FAU型硅铝沸石中的四配位铝，其中FAU型分子筛包括X分子筛、Y分子筛、USY分子筛。

进一步地，在上述技术方案中，本发明所述的合成方法，其特征在于：步骤1)中硅源选自白炭黑、大孔硅胶、粗孔硅胶、细孔硅胶、薄层层析硅胶、B型硅胶、偏硅酸钠、硅溶胶、水玻璃、烷基硅酸酯、硅藻土和气相法硅胶中一种或多种，优选层析硅胶、白炭黑、硅溶胶、水玻璃、烷基硅酸酯。

进一步地，在上述技术方案中，本发明合成中所述四烷基铵化合物，包括二乙基二甲铵化合物、三乙基甲铵化合物中一种或几种，优选为氢氧化物和/或卤化物，进一步优选二乙基二甲基氢氧化铵和/或二乙基二甲基氯化铵，再次优选二乙基二甲基氢氧化铵。

进一步地，在上述技术方案中，本发明合成中将步骤2)得到的共生复合分子筛原粉与浓度为0.1～5.0mol/L铵盐溶液按照固液质量比为1：(5～50)在80～120℃进行离子交换，每次交换0.5～6小时，得到的滤饼再与新鲜铵离子溶液重复交换1～3次，直至分子筛样品中Na含量低于500ppm；然后过滤分离出固体产物，用去离子水反复洗涤至中性，滤饼在100～130℃干燥12～48小时、400～600℃焙烧2～8小时后得到H型共生复合硅铝分子筛；

所述铵盐种类为氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、碳酸铵、醋酸铵中的任意一种、两种及以上以任意比例混合而成的混合物。

本发明提供一种用于脱销的SCR催化剂，其特征在于采用上述具有AEI/RTH结构共生复合分子筛与可溶性金属盐溶液进行离子交换，再与粘结剂、去离子水形成固含量为25.0～48.0wt％浆液，涂覆到多孔规整材料或整体型过滤器基材的载体上形成的合适的涂层，得到金属促进的具有AEI/RTH拓扑结构的共生复合分子筛的SCR催化剂。

进一步地，在上述技术方案中，所述粘结剂选自硅溶胶、铝溶胶或拟薄水铝石中任一种或几种混合；溶胶中SiO₂或者Al₂O₃质量为负载金属共生AEI/RTH分子筛催化剂质量的8.0～25.0wt％。

进一步地，在上述技术方案中，所述多孔规整材料或整体型过滤器基材是由堇青石、α-矾土、碳化硅、钛酸铝、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁或硅酸锆中任一种材料制备而成；所述载体材料优选堇青石多孔的蜂窝状流过型整料载体，其承载量为170～270g/L。

进一步地，在上述技术方案中，本发明所述催化剂制备过程中所用的可溶性金属盐选自铜、铁、钴、钨、镍、锌、钼、钒、锡、钛、锆、锰、铬、铌、铋、锑、钌、锗、钯、铟、铂、金或银的可溶性盐中一种或几种的组合，优选铜盐、铁盐中任一种或两种，进一步优选铜盐。所述铜盐为硝酸铜、氯化铜、醋酸铜或硫酸铜中一种或几种；所述铜盐水溶液中铜离子的浓度为0.1～0.5mol/L。

进一步地，在上述技术方案中，本发明所述的铜基SCR分子筛催化剂中的Cu量基于所述的铜基SCR催化剂的重量为0.03-20重量％，其中优选Cu量为0.2-15重量％，更优选为0.5-10重量％，更优选为1.0-8.0重量％，更优选为1.5-5.0重量％，更优选为2.0-4.0重量％，更优选为2.5-3.5重量％，更优选为2.7-3.3重量％，更优选为2.9-3.1重量％。

本发明实施方式中，所述的共生复合分子筛SCR催化剂的活化涂料优选是溶液、悬浮液或浆料，将其涂覆在多孔规整材料(即有许多平行的小通道沿轴向穿过整个部件的蜂窝状整体型催化剂载体结构)或整体型过滤器基材如壁流式过滤器等上，所形成的合适的涂层包括表面涂层，渗入一部分基底中的涂层，渗入基底的涂层或其某种组合。

本发明的SCR催化剂可以施用到的两种最常用基底设计是板状和蜂窝状。优选的基底，特别是用于移动应用的基底，包括具有所谓的蜂窝状几何形状的流通式整料，其包含多个相邻的、平行的通道，该通道是两端开放的和通常从基底的入口面延伸到出口面，并且产生高的表面积与体积比。对于某些应用，蜂窝状流通式整料优选具有高的孔密度，例如约600～800孔/平方英寸，和/或平均内壁厚度是约0.18～0.35mm，优选约0.20～0.25mm。对于某些其他应用，蜂窝状流通式整料优选具有约150～600孔/平方英寸，更优选约200～400孔/平方英寸的低孔密度。

本发明实施方式中的催化剂显示在宽得多的温度窗口中获得高NOx转化率。提高转化效率的温度范围可以是约150～650℃，优选200～500℃，更优选200～450℃，或最显著优选200～400℃。在这些温度范围内，暴露于还原气氛之后，甚至暴露于还原气氛和高温(例如高达850℃)之后的转化效率可以是大于55％至100％，更优选大于90％的效率，甚至更优选大于95％的效率。

本发明提供的AEI/RTH结构共生复合分子筛制备的SCR催化剂具有更良好的水热稳定性和较宽的起燃活性窗口温度(200～500℃)，拥有良好的低温和高温起燃活性，有较为合适的孔道结构，利于NOx分子的扩散，增强金属铜离子的附着，减少其受水热作用而产生聚集的可能性。

本发明以具有RTH结构的SSZ-50和AEI结构的SSZ-39形成共生复合沸石分子筛，具有两种分子筛结构特征，产生结构的特殊性，使这种复合分子筛具有了更加合理分布的酸性和良好的水热稳定性，克服了其组分自身的局限性，更好的满足工业应用的需求，具有广阔的应用前景。

附图说明 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是实施例1所合成的共生SSZ-39/SSZ-50分子筛的XRD衍射图；

图2是实施例2所合成的共生SSZ-39/SSZ-50分子筛的XRD衍射图；

图3是实施例3所合成的共生SSZ-39/SSZ-50分子筛的XRD衍射图；

图4是实施例4所合成的共生SSZ-39/SSZ-50分子筛的XRD衍射图；

图5是实施例5所合成的共生SSZ-39/SSZ-50分子筛的XRD衍射图。

具体实施方式

通过实施例和对比例进一步说明本发明实施方式和所产生的效果，但本发明的保护范围并不限于实施例所列的内容。

对本发明共生复合分子筛，利用X射线衍射(X-ray Diffraction)分析的粉末法，从XRD图求晶格面间距(d)，与国际合成沸石学会的XRD数据库或ICDD(InternationalCentre for Diffraction Data；衍射数据国际中心)的PDF(Powder Diffraction File；粉末衍射文件)收集的数据对照识别。

将纯相且高相对结晶度的SSZ-39分子筛和SSZ-50分子筛按照质量比50:50、60:40、70:30、80:20、90:10进行机械均匀混合研磨，测定XRD特征峰面积。在2θ角度9.48±0.2，10.60±0.2，23.88±0.2，26.26±0.2，27.80±0.2，五处特征峰对应SSZ-39分子筛，其总面积与SSZ-39质量百分含量相关联；2θ角度8.64±0.2，9.10±0.2，10.20±0.2，17.82±0.2，18.86±0.2五处特征峰对应SSZ-50分子筛，其总面积与SSZ-50质量百分含量相关联。从而得出SSZ-39/SSZ-50峰面积比值与SSZ-39/SSZ-50分子筛质量比值的函数曲线，作为参考曲线，用作计算待测样品中两种分子筛相对比例值。

实施例1

一种SSZ-39/SSZ-50共生复合硅铝分子筛及SCR催化剂制备方法：

1)将13.86g HY(nSiO₂/nAl₂O₃＝5.2，干基78wt％)分子筛与156.78g去离子水中超声搅拌均匀形成溶液，然后加入61.43g水玻璃(Na₂O：7.48wt％，SiO₂：24.61wt％)、6.11g硅胶溶液(Na₂O：0.23wt％，SiO₂：29.49wt％)、16.05g 1,1,2,2,6,6-六甲基哌啶鎓季铵碱(重量浓度25wt％，记为R1)、9.49g1,2,3,4-四甲基氢氧化咪唑啉鎓(重量浓度25wt％，记为R2)超声均匀混合，混合浆液组分摩尔配比nSiO₂:nA1₂O₃:Na₂O:nR1:nR2:nH₂O＝1:0.050:0.038:0.085:0.035:25；

2)将上述1)中混合物搅拌后移入水热晶化反应釜中，在自生压力和在80rpm速度下搅拌，140℃晶化24小时，然后升温到170℃晶化72小时。待晶化完全后，产物迅速冷却，经过抽滤分离、洗涤至pH值为8.0～9.0、120℃下烘干12小时和540℃下焙烧4个小时，得SSZ-39/SSZ-50共生复合硅铝分子筛原粉。

将该共生复合硅铝分子筛原粉与1.0mol/L浓度的硝酸铵溶液按照固液质量比1:10比例，在90℃离子交换2小时，然后过滤得到的滤饼再次在相同的条件下与新鲜硝酸铵溶液重复交换两遍，使得样品中Na离子含量低于500ppm。随后过滤得到的滤饼在110℃下干燥过夜得到铵型分子筛NH₄-SSZ-39/SSZ-50，再升温到450℃焙烧16小时得到H型SSZ-39/SSZ-50分子筛。3)取上述2)中合成的SSZ-39/SSZ-50共生复合硅铝分子筛50.0g加入到浓度为0.15mol/L的硝酸铜水溶液中，向上述溶液中滴加稀硝酸调节其pH至6.5，搅拌均匀后置入耐热容器中，并一起放入带有减压阀的干燥器内；用真空泵将干燥器内的压强抽到10Torr以下后，室温进行1小时的脱气处理，然后升温到90℃条件干燥12小时，将干燥后的样品在正常大气压强下500℃温度焙烧4小时；得到所述的铜改性SSZ-39/SSZ-50共生复合硅铝分子筛，根据XRF分析结果制备的催化剂中，铜(II)离子占分子筛催化剂总重量的3.1％，即铜负载量为3.1wt％，Na离子含量低于200ppm。

4)取40.0g上述3)中得到的铜改性分子筛，与20.0g硅溶胶(SiO2含量：30.0wt％)和87.4g去离子水混合均匀，制作成固含量为31.2wt％的催化剂浆液，并将其通过浸渍法涂覆在堇青石制蜂窝状多孔规整材料(#400cpsi、直径20mm、长度40mm)上，用压缩空气吹掉多余的浆液液滴，105℃下干燥24小时，再同样的条件涂覆2次，在500℃条件下焙烧2h后制备成SCR催化剂，规整材料上的负载量为201.7g/L(焙烧后规整材料增重的质量除以规整材料所占据的空间体积，后续的实施例和对比例关于负载量的定义相类同)，为得到的SCR催化剂记为A，相关制备参数和物质种类如表1、表2和表3所示。

实施例2

合成SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛的工艺方法类同于实施例1，所不同的是步骤1)和步骤2)中混合溶胶的摩尔比、有机模板剂种类、硅源的种类、FAU沸石种类和硅铝比、晶化温度和晶化时间等，步骤3)取H型SSZ-39/SSZ-50共生复合硅铝分子筛50.0g，采用不同可溶性金属盐种类、浓度、溶液体积和金属的负载量，以及3)步骤中取40.0g铜改性SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛，与20.0g硅溶胶(SiO₂含量：30.0wt％)和57.6g去离子水混合均匀，制作成固含量为39.1wt％的催化剂浆液，通过浸渍法涂覆在堇青石规整材料上。本实施例中具体参数如表1、表2和表3所示。

实施例3

合成SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛的工艺方法类同于实施例1，所不同的是步骤1)和步骤2)中混合溶胶的摩尔比、有机模板剂种类、硅源的种类、FAU沸石种类和硅铝比、晶化温度和晶化时间等，步骤3)取H型SSZ-39/SSZ-50共生复合硅铝分子筛50.0g，采用不同可溶性金属盐种类、浓度、溶液体积和金属的负载量，以及3)步骤中取40g铜改性SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛，与20.0g硅溶胶(SiO2含量：30.0wt％)和84.7g去离子水混合均匀，制作成固含量为31.8wt％的催化剂浆液，通过浸渍法涂覆在堇青石规整材料上。本实施例中具体参数如表1、表2和表3所示。

实施例4

合成SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛的工艺方法类同于实施例1，所不同的是步骤1)和步骤2)中混合溶胶的摩尔比、有机模板剂种类、硅源的种类、FAU沸石种类和硅铝比、晶化温度和晶化时间等，步骤3)取H型SSZ-39/SSZ-50共生复合硅铝分子筛50.0g，采用不同可溶性金属盐种类、浓度、溶液体积和金属的负载量，以及3)步骤中取40g铜改性SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛，与20.0g硅溶胶(SiO₂含量：30.0wt％)和95.9g去离子水混合均匀，制作成固含量为29.5wt％的催化剂浆液，通过浸渍法涂覆在堇青石规整材料上。本实施例中具体参数如表1、表2和表3所示。

实施例5

合成SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛的工艺方法类同于实施例1，所不同的是步骤1)和步骤2)中混合溶胶的摩尔比、有机模板剂种类、硅源的种类、FAU沸石种类和硅铝比、晶化温度和晶化时间等，并增加3.33g固体NaOH(纯度99％)，步骤3)取H型SSZ-39/SSZ-50共生复合硅铝分子筛50.0g，采用不同可溶性金属盐种类、浓度、溶液体积和金属的负载量，以及3)步骤中取40g铜改性SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛，与30.0g铝溶胶(Al₂O₃含量：20.0wt％)和107.5g去离子水混合均匀，制作成固含量为27.6wt％的催化剂浆液，通过浸渍法涂覆在堇青石规整材料上。本实施例中具体参数如表1、表2和表3所示。

实施例6

合成SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛的工艺方法类同于实施例1，所不同的是步骤1)和步骤2)中混合溶胶的摩尔比、有机模板剂种类、硅源的种类、FAU沸石种类和硅铝比、晶化温度和晶化时间等，并增加5.76g固体NaOH(纯度99％)；步骤3)取H型SSZ-39/SSZ-50共生复合硅铝分子筛50.0g，采用不同可溶性金属盐种类、浓度、溶液体积和金属的负载量，以及3)步骤中取40g铜改性SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛，与30.0g铝溶胶(Al₂O₃含量：20.0wt％)和63.2g去离子水混合均匀，制作成固含量为36.8wt％的催化剂浆液，通过浸渍法涂覆在堇青石规整材料上。本实施例中具体参数如表1、表2和表3所示。

实施例7

合成SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛的工艺方法类同于实施例1，所不同的是步骤1)和步骤2)中混合溶胶的摩尔比、有机模板剂种类、硅源的种类、FAU沸石种类和硅铝比、晶化温度和晶化时间等，并增加2.94g固体NaOH(纯度99％)；步骤3)取H型SSZ-39/SSZ-50共生复合硅铝分子筛50.0g，采用不同可溶性金属盐种类、浓度、溶液体积和金属的负载量，以及3)步骤中取40g铜改性SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛，与30.0g铝溶胶(Al₂O₃含量：20.0wt％)和67.6g去离子水混合均匀，制作成固含量为35.6wt％的催化剂浆液，通过浸渍法涂覆在堇青石规整材料上。本实施例中具体参数如表1、表2和表3所示。

实施例8

合成SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛的工艺方法类同于实施例1，所不同的是步骤1)和步骤2)中混合溶胶的摩尔比、有机模板剂种类、硅源的种类、FAU沸石种类和硅铝比、晶化温度和晶化时间等，并增加1.79g固体NaOH(纯度99％)；步骤3)取H型SSZ-39/SSZ-50共生复合硅铝分子筛50.0g，采用不同可溶性金属盐种类、浓度、溶液体积和金属的负载量，以及3)步骤中取40g铜改性SSZ-39/SSZ-50共生复合分子筛，与30.0g铝溶胶(Al₂O₃含量：20.0wt％)和65.0g去离子水混合均匀，制作成固含量为36.3wt％的催化剂浆液，通过浸渍法涂覆在堇青石规整材料上。本实施例中具体参数如表1、表2和表3所示。

表1

表2

表3

对比例1

(1)将定量的二氧化硅和氧化铝的摩尔硅铝比(SAR)为28.7的脱铝酸盐的USY沸石加入到有机模板剂N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶鎓季铵碱水溶液(浓度：20wt％)中，充分搅拌，再加入NaOH颗粒(纯度：96wt％)，补充加入去离子水充分搅拌，所得混合浆液在室温下于密封容器内连续搅拌2小时，直至所有原料混合均匀，有以下摩尔组成的混合溶胶摩尔比为：

nNa₂O:nSiO₂:nAl₂O₃:nOSDA:nH₂O＝0.22:1.0:0.03484:0.20:25；

将所得固体混合物移至2000ml水热晶化釜中，并在60rpm速度下搅拌，升温到140℃晶化24小时，然后继续升温到170℃晶化60小时；待晶化完全后，产物迅速冷却，经过抽滤分离、洗涤得到滤液和固体物质，固体物质120℃下烘干12小时和540℃下焙烧4个小时，并且通过XRD确认为AEI型

SSZ-39分子筛，即SSZ-39分子筛原粉；该SSZ-39分子筛显示它的SAR是20.4。将该分子筛原粉与1.0mol/L浓度的硝酸铵溶液按照固液质量比1:10比例，在90℃离子交换2小时，然后过滤得到的滤饼再次在相同的条件下与新鲜硝酸铵溶液重复交换两遍，使得Na离子含量低于500ppm。随后过滤得到的滤饼在110℃下干燥过夜得到铵型分子筛NH₄-SSZ-39，再升温到450℃焙烧16小时得到H型SSZ-39分子筛。

(2)将10g H型SSZ-39分子筛加入到100g浓度为0.3mol/L的Cu(NO₃)₂·3H₂O水溶液中，向上述溶液中滴加稀硝酸调节其pH至5.8，搅拌均匀。停止搅拌1小时后，当SSZ-39沸石沉降后虹吸掉上清液。重复使用新鲜的硝酸铜溶液交换一次，最后过滤、去离子水洗涤交换后的SSZ-39沸石。在10Torr低压下，在90℃干燥12小时后，然后于正常大气压力下500℃温度下焙烧4小时，得到所述的铜改性SSZ-39分子筛粉末。根据XRF分析结果，铜(II)离子占分子筛催化剂总重量的2.9％。

(3)取15g得到的铜改性SSZ-39分子筛，与6.00g的硅溶胶(30wt％SiO₂)和25.00g去离子水混合均匀，制作成固含量为36.52wt％的催化剂浆液，并将其通过浸渍法涂覆在堇青石制蜂窝状多孔规整材料(#400cpsi、直径20mm、长度40mm)上，用压缩空气吹掉多余的浆液液滴，110℃下干燥12小时，然后再重新涂覆一次浆液，在500℃焙烧2h后制备成SCR催化剂，测得规整材料上的催化剂负载量为221.5g/L，为记为VS-1。

对比例2

1)将13.41g浓度为20wt％的1,2,3-三甲基氢氧化咪唑啉鎓(用“OSDA”表示)的水溶液与0.1224g的NaOH颗粒充分搅拌，之后将29.3325g水玻璃(Na₂O：7.89wt％，SiO₂：25.4wt％)加入到上述溶液中均匀搅拌2小时，再加入2.1134g硅铝比为5.2的HY分子筛搅拌混合，补充加入去离子水31.3973g在室温下于密封容器内连续搅拌2小时，直至所有原料混合均匀，该硅铝混合溶胶可以作为SSZ-50分子筛合成的前驱溶胶，有以下摩尔组成：

0.26Na₂O：SiO₂：0.033A1₂O₃：0.14OSDA：20H₂O

2)将混合的溶胶置于旋转烘箱中160℃动态晶化6天后真空抽滤回收，用去离子水洗涤到pH值小于8.0，然后在120℃烘干24小时，540℃焙烧4小时脱除模板剂，产品通过X-射线衍射测得为SSZ-50分子筛原粉。将该分子筛原粉与1.0mol/L浓度的硝酸铵溶液按照固液质量比1:10比例，在90℃离子交换2小时，然后过滤得到的滤饼再次在相同的条件下与新鲜硝酸铵溶液重复交换两遍，使得Na离子含量低于500ppm。随后过滤得到的滤饼在110℃下干燥过夜得到铵型分子筛NH₄-SSZ-50，再升温到450℃焙烧16小时得到H型SSZ-50分子筛。

3)将10gH型SSZ-50分子筛加入到100g浓度为0.2mol/L的Cu(NO₃)₂·3H₂O水溶液中，向上述溶液中滴加稀硝酸调节其pH至4.0，搅拌均匀。停止搅拌1小时后，当SSZ-50分子筛沉降后虹吸掉上清液。重复使用新鲜的硝酸铜溶液交换两次，最后过滤、去离子水洗涤交换后的SSZ-50分子筛。在10Torr低压下，在90℃干燥12小时后，然后于正常大气压力下500℃温度下焙烧4小时，得到所述的铜改性SSZ-50分子筛粉末。根据XRF分析结果，铜(II)离子占分子筛催化剂总重量的3.0％，Na离子含量低于200ppm。

4)取15g得到的铜改性SSZ-50分子筛，与7.5g的硅溶胶(30wt％SiO₂)和26.8g去离子水混合均匀，制作成固含量为35.0wt％的催化剂浆液，并将其通过浸渍法涂覆在堇青石制蜂窝状多孔规整材料(#400cpsi、直径20mm、长度40mm)上，用压缩空气吹掉多余的浆液液滴，110℃下干燥12小时，然后再重新涂覆一次浆液，在500℃焙烧2h后制备成SCR催化剂，测得规整材料上的催化剂负载量为209.4g/L，为记为VS-2。

实施例9～16

SCR催化剂测试：

实施例1～6、对比例1～2制备的SCR催化剂，装在反应器

中，包含500ppm NO、500ppm NH3、10体积％O2、5体积％蒸汽和Ar为平衡气的混合气流160mL/min，先通过预热器(设定为250℃)，然后进入SCR反应器。在150～650℃的反应温度和基于48000h^-1体积气时空速下对试样进行测试。所述温度通过位于试样位置处的内热电偶监测。

将使用过的上述实施例和对比例中各新鲜SCR催化剂进行水热耐久处理得到陈化的SCR催化剂，水热耐久处理试验的条件为：空间速度SV：30000/h，温度：800℃，时间：16小时，水分浓度：10％，氧浓度：10％，氮浓度：平衡。

按照上述参数进行水热陈化处理后，继续作为SCR催化剂用于NOx催化还原反应评价测试：

NO转化率或“脱NOx”活性在稳态条件下通过使用Bruker EQUINOX 55型FT-IR光谱仪测量出口处的NOx、NH3和N2O浓度而确定。

采用上述SCR催化剂活性实验室评价装置，对实施例和对比例制备得到的负载Cu的SCR催化剂进行NOx的选择性催化还原性能评价，结果如表4所示。

表4

从表4可以看出，实施例9～14是采用实施例1～6制备的催化剂Cu-SSZ-39/SSZ-50或Fe-SSZ-39/SSZ-50具有较好的低温起燃性和高温活性，SCR活性明显优于实施例15～16中采用对比例中1和2制备催化剂VS-1和VS-2催化剂的活性，不论其“新鲜”状态还是“陈化”状态。

因此，由实施例9～14获得的SCR评价结果清楚地显示，本发明的Cu-SSZ-39/SSZ-50或Fe-SSZ-39/SSZ-50催化剂材料和用其获得的催化剂具有改善的SCR催化活性，尤其是在例如柴油机车应用中处理NOx时的冷启动条件所特有的低转化温度下。

就其他SCR应用而言，本发明的Cu-SSZ-39/SSZ-50或Fe-SSZ-39/SSZ-50催化剂材料允许在更低温度下具有更高的转化率，因此允许更高的效率以及因此在相当的转化率下，允许高能量效率地处理含NOx的废气，例如获自工业方法的废气。

上述所述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种AEI/RTH结构共生复合分子筛，其特征在于：由AEI和RTH拓扑结构分子筛共生而成，AEI结构分子筛占总重量60～99％，RTH结构分子筛占总重量1.0％～40％；所述共生复合分子筛中氧化硅/氧化铝摩尔比为10～200；所述共生结构的分子筛X射线衍射物相谱图，在2θ角为8.64±0.2，9.10±0.2，9.48±0.2，10.20±0.2，10.60±0.2，12.90±0.2，16.06±0.2，16.86±0.2，17.18±0.2，17.82±0.2，18.86±0.2，19.62±0.2，20.62±0.2，21.32±0.2，23.24±0.2，23.88±0.2，25.20±0.2，25.44±0.2，25.98±0.2，26.26±0.2，27.80±0.2，28.22±0.2，30.06±0.2，31.20±0.2处有特征峰。

2.根据权利要求1所述具有AEI/RTH结构共生复合分子筛，其特征在于：所述AEI结构分子筛具体包括SSZ-39、SAPO-18、AlPO-18、SIZ-8中任一种或几种，优选SSZ-39硅铝分子筛；所述RTH结构分子筛具体包括RUB-13、SSZ-36、SSZ-50中任一种或几种，优选SSZ-50硅铝分子筛。

3.根据权利要求1或2所述具有AEI/RTH结构共生复合分子筛的合成方法，其特征在于：

1)将NaOH、复合模板剂和去离子水在超声搅拌均匀，然后将FAU型分子筛和硅源加入其中混合均匀成凝胶状；FAU型硅铝分子筛提供铝源和部分硅源，混合浆液中，硅源以SiO₂计、铝源以A1₂O₃计、复合模板剂以OSDA计，NaOH以Na₂O计，组分摩尔配比nSiO₂:nA1₂O₃:nNa₂O:nOSDA:nH₂O＝1:(0.005～0.1):(0.05～0.5):(0.05～1.0):(10～100)；

2)将上述1)中混合物搅拌后移入水热晶化反应釜中，在自生压力和120～200℃分两段或多段晶化共计48～168小时，所得晶化液经过滤、洗涤、烘干、焙烧后得共生复合硅铝分子筛原粉；

上述步骤1)中所述复合模板剂OSDA包括有机模板剂R1和R2，这两种有机模板剂摩尔比nR1:nR2＝1:(0.05～0.8)；

上述步骤1)中所述有机模板剂R1种类包括：N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶鎓、N,N-二甲基-2,6-二甲基哌啶鎓、1,1,2,2,6,6-六甲基哌啶鎓、1,1,2,2,6,6-六甲基-4-氧代哌啶鎓、1,1,3,5-四甲基-4-氧代哌啶鎓、1-羟基-1,1,2,2,6,6-六甲基哌啶鎓、1,1-二甲基-4,4-二丙氧基哌啶鎓、3,5-二甲氧基-1,1-二甲基哌啶鎓、3,5-二羟基-1,1-二甲基哌啶鎓、4-乙基-1,1-二甲基-3,5-二氧代哌啶鎓、1-乙基-1-甲基-2,2,6,6-六甲基哌啶鎓、1-环氧丙基-1-甲基-2,2,6,6-六甲基哌啶鎓、N,N-二甲基-2-(2-羟乙基)哌啶鎓和N,N-二甲基-2-乙基哌啶鎓中一种或几种；

上述步骤1)中所述有机模板剂R2种类包括：1,2,3-三甲基氢氧化咪唑啉鎓、1,3,4-三甲基氢氧化咪唑啉鎓、2-乙基-1,3-二甲基氢氧化咪唑啉鎓、1,2,3,4-四甲基氢氧化咪唑啉鎓、2-乙基-1,3,4-三甲基氢氧化咪唑啉鎓、1,2,3,4,5-五甲基氢氧化咪唑啉鎓中一种或几种；

所述共生复合分子筛中氧化物硅铝摩尔比为10～200，优选10～100，进一步优选10～50。

4.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于：所述铝源选自FAU型硅铝沸石中的四配位铝，其中FAU型分子筛包括X分子筛、Y分子筛、USY分子筛。

5.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于：步骤1)中硅源选自白炭黑、大孔硅胶、粗孔硅胶、细孔硅胶、薄层层析硅胶、B型硅胶、偏硅酸钠、硅溶胶、水玻璃、烷基硅酸酯、硅藻土和气相法硅胶中一种或多种，优选层析硅胶、白炭黑、硅溶胶、水玻璃、烷基硅酸酯。

6.根据权利要求3的合成中所述四烷基铵化合物，包括二乙基二甲铵化合物、三乙基甲铵化合物中一种或几种，优选为氢氧化物和/或卤化物，进一步优选二乙基二甲基氢氧化铵和/或二乙基二甲基氯化铵，再次优选二乙基二甲基氢氧化铵。

7.根据权利要求3的合成方法，其特征在于：将2)得到的共生复合分子筛原粉与浓度为0.1～5.0mol/L铵盐溶液按照固液质量比为1：(5～50)在80～120℃进行离子交换，每次交换0.5～6小时，得到的滤饼再与新鲜铵离子溶液重复交换1～3次，直至分子筛样品中Na含量低于500ppm；然后过滤分离出固体产物，用去离子水反复洗涤至中性，滤饼在100～130℃干燥12～48小时、400～600℃焙烧2～8小时后得到H型共生复合硅铝分子筛；

所述铵盐种类为氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、碳酸铵、醋酸铵中的任意一种、两种及以上以任意比例混合而成的混合物。

8.一种用于脱销的SCR催化剂，采用权利要求1或2任意一项所述AEI/RTH结构共生复合分子筛与可溶性金属盐溶液进行离子交换，再与粘结剂、去离子水形成固含量为25.0～48.0wt％浆液，涂覆到多孔规整材料或整体型过滤器基材的载体上形成的合适的涂层，得到金属促进的具有AEI/RTH拓扑结构的共生复合分子筛的SCR催化剂。。

9.根据权利要求7所述的催化剂，其特征在于：可溶性金属盐选自铜、铁、钴、钨、镍、锌、钼、钒、锡、钛、锆、锰、铬、铌、铋、锑、钌、锗、钯、铟、铂、金或银的可溶性盐中一种或几种的组合，优选铜盐、铁盐中任一种或两种，进一步优选铜盐；所述铜盐为硝酸铜、氯化铜、醋酸铜或硫酸铜中一种或几种；所述铜盐水溶液中铜离子的浓度为0.1～0.5mol/L。

10.根据权利要求8所述的SCR催化剂，其特征在于：粘结剂选自硅溶胶、铝溶胶或拟薄水铝石中任一种或几种混合；多孔规整材料或整体型过滤器基材是由堇青石、α-矾土、碳化硅、钛酸铝、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁或硅酸锆中任一种材料制备而成。

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