CN113842943B - 一种B掺杂Cu-SSZ-13分子筛及其制备方法和应用 - Google Patents

一种B掺杂Cu-SSZ-13分子筛及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种B掺杂Cu‑SSZ‑13分子筛及其制备方法和应用,属于脱硝催化剂技术领域。本发明通过引入B原子,诱导产生了不同的骨架铝分布,双六元环中铝对含量显著增加,进而在负载铜离子过程中,铝对上连接的二价铜离子活性位点含量增加,从而使催化剂的催化活性增强。而且,在分子筛晶化过程中,B的调节作用使骨架铝优先落位于CHA笼上的八元环内,相比双六元环,CHA笼上的八元环在空间上更加开放,更有利于Al原子的均匀分布,从而在水热条件下减少了铝氧四面体的扭曲,因此大大提高了分子筛的水热稳定性。

Description

一种B掺杂Cu-SSZ-13分子筛及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及脱硝催化剂技术领域,尤其涉及一种B掺杂Cu-SSZ-13分子筛及其制备方法和应用。
背景技术
NOx是汽车尾气的主要污染物之一,给大气环境和人类健康带来了巨大危害。其中占汽车保有量的7.8%的重型柴油车,却排放了69%的NOx,这是由于柴油车发动机在较高的空燃比下工作,在这种稀薄燃烧条件下,虽然燃烧效率最高,燃油消耗量低,但却伴随着大量NOx的生成。2020年,国六汽车尾气排放标准对于柴油车NOx排放提出了更高的要求,因此,控制并消除柴油车尾气中NOx变得至关重要。柴油车尾气NOx的去除主要依靠选择性催化还原(SCR)装置来实现。其中,NH3-SCR装置被认为是目前最有效,也是应用最广泛的去除NOx技术,其核心问题是高性能的SCR催化剂。针对NOx的排放控制,汽油车主要是通过三效催化剂同时将CO、HC、NOx净化。而柴油车的燃烧模式与汽油车不同,尾气中的氧含量极高,在这种贫燃条件下,NOx的还原极为困难,传统的三效催化剂已经不能满足要求。近年来,具有CHA结构的小孔分子筛,尤其是SSZ-13分子筛,由于其优异的NH3-SCR催化性能,在众多催化剂中脱颖而出,成为柴油车尾气脱硝的主流催化剂。
评价Cu-SSZ-13分子筛催化性能的三个重要因素是NH3-SCR活性、水热稳定性及N2选择性。大量研究表明,在NH3-SCR反应中,Cu-SSZ-13分子筛在很宽的温度范围内对N2的选择性接近100%,然而在低温下(200~550℃)的NOx转化率仍然较低,且高温水热处理后催化活性有所减弱。由于在实际应用中,汽车在启动阶段排气管的温度较低,并且SCR催化剂所处的环境一般都具有较高的温度和湿度,因此,继续提高Cu-SSZ-13分子筛的低温活性及水热稳定性是目前需要关注并解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种B掺杂Cu-SSZ-13分子筛及其制备方法和应用,本发明制备的B掺杂Cu-SSZ-13分子筛具有良好的低温活性和水热稳定性。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种B掺杂Cu-SSZ-13分子筛的制备方法,包括以下步骤:
将模板剂、硅源、铝源、碱金属氢氧化物、硼源和水混合,得到初始溶胶;所述硅源的用量以SiO2的摩尔量计,所述铝源的用量以Al2O3的摩尔量计,所述模板剂、碱金属氢氧化物、Al2O3、SiO2和水的摩尔比为0~0.2:0.2~0.7:0.2:1:15~80;所述硼源中B和SiO2的摩尔比值小于0.8;
所述初始溶胶进行晶化反应,将晶化反应得到的固体产物进行第一焙烧,得到B掺杂SSZ-13分子筛;
将所述B掺杂SSZ-13分子筛与含铵根离子的溶液混合,进行铵根离子交换,将交换后得到的分子筛进行第二焙烧,得到氢型B掺杂SSZ-13分子筛;
将所述氢型B掺杂SSZ-13分子筛和铜盐溶液混合,进行Cu2+交换,将交换反应产物进行第三焙烧,得到B掺杂Cu-SSZ-13分子筛。
优选的,所述模板剂包括N,N,N-三甲基-1-金刚烷氢氧化铵;所述硅源包括FAU型分子筛、硅溶胶、硅胶和白炭黑中的一种或多种;所述碱金属氢氧化物包括KOH或NaOH;所述铝源包括FAU型分子筛、氢氧化铝、偏铝酸钠、硫酸铝和异丙醇铝中的一种或多种;所述硼源包括硼酸或四硼酸钠。
优选的,所述晶化反应的温度为150℃,时间为3~8天。
优选的,所述第一焙烧、第二焙烧和第三焙烧的温度独立地为500~600℃,保温时间独立地为6~10h。
优选的,所述含铵根离子的溶液包括硝酸铵溶液、硫酸铵溶液或氯化铵溶液;所述含铵根离子的溶液中铵根离子的浓度为0.5~1mol/L。
优选的,所述铜盐溶液包括硝酸铜溶液、硫酸铜溶液或醋酸铜溶液;所述铜盐溶液的浓度为0.05~0.1mol/L。
优选的,所述铵根离子交换的温度和Cu2+交换的温度独立地为80~100℃。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的B掺杂Cu-SSZ-13分子筛。
本发明提供了上述方案所述B掺杂Cu-SSZ-13分子筛作为催化剂在柴油尾气脱硝反应中的应用。
优选的,所述脱硝反应的温度为200~550℃。
本发明提供了一种B掺杂Cu-SSZ-13分子筛的制备方法,包括以下步骤:将模板剂、硅源、铝源、碱金属氢氧化物、硼源和水混合,得到初始溶胶;所述硅源的用量以SiO2的摩尔量计,所述铝源的用量以Al2O3的摩尔量计,所述模板剂、碱金属氢氧化物、Al2O3、SiO2和水的摩尔比为0~0.2:0.2~0.7:0.2:1:15~80;所述硼源中B和SiO2的摩尔比值小于0.8;将所述初始溶胶进行晶化反应,将晶化反应得到的固体产物进行第一焙烧,得到B掺杂SSZ-13分子筛;将所述B掺杂SSZ-13分子筛与含铵根离子的溶液混合,进行铵根离子交换,将交换后得到的分子筛进行第二焙烧,得到氢型B掺杂SSZ-13分子筛;将所述氢型B掺杂SSZ-13分子筛和铜盐溶液混合,进行Cu2+交换,将交换反应产物进行第三焙烧,得到B掺杂Cu-SSZ-13分子筛。
Cu-SSZ-13分子筛中存在两种不同形式的Cu2+,一种是与铝对相连的Cu2+,另一种是与单铝相连的Cu2+。这两种铜物种具有不同的催化活性,其中铝对上的Cu2+活性高于单铝上的Cu2+。本发明通过引入B原子,诱导产生了不同的骨架铝分布,双六元环中铝对含量显著增加,进而在负载铜离子过程中,铝对上连接的二价铜离子活性位点含量增加,从而使催化剂的催化活性增强。而且,在分子筛晶化过程中,B的调节作用使骨架铝优先落于CHA笼上的八元环内,相比双六元环,CHA笼上的八元环在空间上更加开放,更有利于Al原子的均匀分布,从而在水热条件下减少了铝氧四面体的扭曲,因此大大提高了分子筛的水热稳定性。
附图说明
图1为实施例1~6以及对比例1~2最终制备的分子筛的XRD图;
图2为实施例1最终制备的分子筛的SEM图;
图3为实施例2最终制备的分子筛的SEM图;
图4为实施例3最终制备的分子筛的SEM图;
图5为实施例4最终制备的分子筛的SEM图;
图6为实施例5最终制备的分子筛的SEM图;
图7为实施例6最终制备的分子筛的SEM图;
图8为对比例1最终制备的分子筛的SEM图;
图9为对比例2最终制备的分子筛的SEM图;
图10为对比例1以及实施例3、实施例5~6样品经水热处理后的27Al NMR图;
图11为对比例1以及实施例3、实施例5~6样品经水热处理后的XRD图。
具体实施方式
本发明提供了一种B掺杂Cu-SSZ-13分子筛的制备方法,包括以下步骤:
将模板剂、硅源、铝源、碱金属氢氧化物、硼源和水混合,得到初始溶胶;所述硅源的用量以SiO2的摩尔量计,所述铝源的用量以Al2O3的摩尔量计,所述模板剂、碱金属氢氧化物、Al2O3、SiO2和水的摩尔比为0~0.2:0.2~0.7:0.2:1:15~80;所述硼源中B和SiO2的摩尔比值小于0.8;
将所述初始溶胶进行晶化反应,将晶化反应得到的固体产物进行第一焙烧,得到B掺杂SSZ-13分子筛;
将所述B掺杂SSZ-13分子筛与含铵根离子的溶液混合,进行铵根离子交换,将交换后得到的分子筛进行第二焙烧,得到氢型B掺杂SSZ-13分子筛;
将所述氢型B掺杂SSZ-13分子筛和铜盐溶液混合,进行Cu2+交换,将交换反应产物进行第三焙烧,得到B掺杂Cu-SSZ-13分子筛。
在本发明中,未经特殊说明,所用原料均为本领域熟知的市售商品。
将模板剂、硅源、铝源、碱金属氢氧化物、硼源和水混合,得到初始溶胶。
在本发明中,所述模板剂优选包括N,N,N-三甲基-1-金刚烷氢氧化铵(TMAdaOH);所述硅源优选包括FAU型分子筛、硅溶胶、硅胶和白炭黑中的一种或多种,更优选为FAU型分子筛;在本发明中,所述硅溶胶优选为质量浓度为25%的硅溶胶。在本发明中,所述碱金属氢氧化物优选包括KOH或NaOH,更优选为KOH;所述铝源优选包括FAU型分子筛、氢氧化铝、偏铝酸钠、硫酸铝和异丙醇铝中的一种或多种,更优选为FAU型分子筛和氢氧化铝;所述硼源优选包括硼酸或四硼酸钠。在本发明中,所述FAU型分子筛既作为硼源又作为铝源。在本发明中,所述FAU型分子筛的硅铝比优选为1.06~17。本发明对所述FAU型分子筛的具体种类没有特殊要求,采用本领域熟知的FAU型分子筛即可。在本发明的实施例中,所述FAU型分子筛具体为Y型分子筛。
在本发明中,所述硅源的用量以SiO2的摩尔量计,所述铝源的用量以Al2O3的摩尔量计,所述模板剂、碱金属氢氧化物、Al2O3、SiO2和水的摩尔比为0~0.2:0.2~0.7:0.2:1:15~80,优选为0.05~0.2:0.3~0.6:0.2:1:20~70,更优选为0.1~0.15:0.4~0.5:0.2:1:30~60;所述硼源中B和SiO2的摩尔比值小于0.8,更优选为0.1~0.4。
本发明对模板剂、硅源、铝源、碱金属氢氧化物、硼源和水混合的过程没有特殊要求,采用本领域熟知的混合过程即可。
得到初始溶胶后,本发明将所述初始溶胶进行晶化反应,将晶化反应得到的固体产物进行第一焙烧,得到B掺杂SSZ-13分子筛。
本发明优选先将初始溶胶在室温条件下搅拌,然后置于水热反应釜中,进行晶化反应。
本发明对所述搅拌的转速没有特殊要求,采用本领域熟知的搅拌速率即可。在本发明中,所述搅拌的时间优选为2~48h,更优选为10~40h,进一步优选为15~30h。本发明利用搅拌使反应物充分混合,同时使Y型分子筛快速溶解,硅源铝源充分水解形成硅酸根和铝酸根。
在本发明中,所述晶化反应的温度优选为150℃,时间优选为3~8天,更优选为4~7天,进一步优选为5~6天。本发明在所述晶化反应过程中,发生分子筛成核、非晶相向晶相的转化、单聚态向多聚态转化。
完成所述晶化反应后,本发明优选将反应得到的固体产物经去离子水洗涤、干燥,然后进行第一焙烧,得到B掺杂SSZ-13分子筛。
本发明对所述去离子水洗涤和干燥的过程没有特殊要求,采用本领域熟知的洗涤和干燥过程即可。在本发明中,所述第一焙烧的温度优选为500~600℃,更优选为520~580℃,进一步优选为540~560℃;保温时间优选为6~10h,更优选为6~8h。
本发明在所述第一焙烧过程中,模板剂被去除,得到B掺杂SSZ-13分子筛,记为B/Al-SSZ-13原粉。
在本发明中,B和Al属同族元素,具有相同的配位,本发明引入适量的杂原子B,B会进入SSZ-13分子筛骨架,占据一部分Al的位置,有效调变了SSZ-13分子筛骨架中双六元环和八元环中的铝分布,骨架中铝对含量显著增加。
得到B掺杂SSZ-13分子筛后,本发明将所述B掺杂SSZ-13分子筛与含铵根离子的溶液混合,进行铵根离子交换,将交换后得到的分子筛进行第二焙烧,得到氢型B掺杂SSZ-13分子筛。
在本发明中,所述含铵根离子的溶液优选包括硝酸铵溶液、硫酸铵溶液或氯化铵溶液;所述含铵根离子的溶液中铵根离子的浓度为0.5~1mol/L。在本发明中,所述B掺杂SSZ-13分子筛的质量与含铵根离子的溶液的体积比优选为1g:5~80mL,更优选为1g:10~60mL。本发明优选先将B掺杂SSZ-13分子筛加入到水中,然后加入含铵根离子的物质,进行铵根离子交换。在本发明中,所述铵根离子交换的温度优选为80~100℃,时间优选为4~6h,本发明优选进行两次铵根离子交换。上述铵根离子交换的时间指的是单次铵根离子交换的时间。本发明优选在水浴和搅拌条件下进行铵根离子交换。本发明在所述铵根离子交换过程中,将NH4 +和K+(或Na+)进行交换。
完成铵根离子交换后,本发明优选用去离子水充分洗涤固体产物并干燥,然后进行第二焙烧,得到氢型B掺杂SSZ-13分子筛。
在本发明中,所述第二焙烧的温度优选为500~600℃,更优选为520~580℃,进一步优选为540~560℃;保温时间优选为6~10h,更优选为7~9h。本发明通过第二焙烧使铵根离子热分解为H+,得到氢型B掺杂SSZ-13分子筛(记为H-B/Al-SSZ-13),H+作为活性铜物种的附着点。
得到氢型B掺杂SSZ-13分子筛后,本发明将所述氢型B掺杂SSZ-13分子筛和铜盐溶液混合,进行Cu2+交换,将交换反应产物进行第三焙烧,得到B掺杂Cu-SSZ-13分子筛。
在本发明中,所述铜盐溶液优选包括硝酸铜溶液、硫酸铜溶液或醋酸铜溶液;所述铜盐溶液的浓度优选为0.05~0.1mol/L。在本发明中,所述氢型B掺杂SSZ-13分子筛的质量和铜盐溶液的体积比优选为1g:40~100mL,更优选为1g:50~80mL。在本发明中,所述Cu2+交换的温度优选为80~100℃,时间优选为4~6h,本发明优选进行1次或两次Cu2+交换。当进行两次Cu2+交换时,上述Cu2+交换的时间指的是单次Cu2+交换的时间。本发明优选在水浴和搅拌条件下进行Cu2+交换。本发明在Cu2+交换过程中,Cu2+和H+进行交换。
完成所述Cu2+交换后,本发明优选用去离子水充分洗涤固体产物并干燥,然后进行第三焙烧,得到B掺杂Cu-SSZ-13分子筛。
在本发明中,所述第三焙烧的温度优选为500~600℃,更优选为520~580℃,进一步优选为540~560℃;保温时间优选为6~10h,更优选为7~9h。本发明在所述第三焙烧过程中,活性位点Cu物种被活化。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的B掺杂Cu-SSZ-13分子筛。在本发明中,所述B掺杂Cu-SSZ-13分子筛中Cu的含量优选为2.5~3.5wt%;B/Si摩尔比优选为0.01~0.2:1;Si/Al摩尔比优选为3~4:1。所述B掺杂Cu-SSZ-13分子筛中,Cu位于分子筛的酸性位,B取代分子筛中部分Al的位置。
本发明提供了上述方案所述B掺杂Cu-SSZ-13分子筛作为催化剂在柴油尾气脱硝反应中的应用。
本发明对所述柴油尾气的具体组成没有特殊要求,本领域熟知的柴油尾气均可。在本发明的实施例中,所述柴油尾气的组成为:500ppm NO、500ppm NH3、5vol%O2,其余为N2平衡气。
在本发明中,所述脱硝反应的温度优选为200~550℃,更优选为250~500℃;本发明对所述脱硝反应的体积空速没有特殊要求,采用本领域熟知的体积空速即可。在本发明的实施例中,所述脱硝反应的体积空速具体为200000h-1
下面结合实施例对本发明提供的B掺杂Cu-SSZ-13分子筛及其制备方法和应用进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
按照模板剂、KOH、Al2O3、SiO2、硼源中B和水的摩尔比为0.2:0.2:0.2:1:0.32:40,将1gY(Si/Al=17)型分子筛溶解于10mL去离子水中,再将0.34g KOH加入体系并搅拌5分钟,继续向溶液中加入2.5g模板剂TMAdaOH(25%)和0.41g Al(OH)3,最后向其中加入0.12gNaB4O7,室温下搅拌2h后,将得到的溶胶转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在150℃下晶化5天。晶化完成后冷却至室温,用去离子水充分洗涤并干燥,然后在550℃下焙烧6小时除去模板剂,得到B/Al-SSZ-13原粉。
取B/Al-SSZ-13原粉2g加入100mL去离子水中,然后加入8g硝酸铵,在80℃的水浴条件下搅拌6h进行铵根离子交换,并重复上述交换步骤,交换完成后,用去离子水充分洗涤并干燥,然后在550℃下焙烧6h,得到H-SSZ-13分子筛。
取所述H-SSZ-13分子筛1g加入0.1mol/L的Cu(NO3)2溶液中,在80℃的水浴条件下进行铜离子交换6h,交换完成后,用去离子水充分洗涤并干燥,然后在550℃下焙烧6h,得到Cu-B/Al-SSZ-13分子筛。
实施例2
与实施例1的不同之处仅在于加入0.29g NaB4O7,硼源中B和SiO2的摩尔比为0.8,得到Cu-B/Al-SSZ-13分子筛。
实施例3
与实施例1的不同之处仅在于加入0.019g H3BO3,硼源中B和SiO2的摩尔比为0.04,得到Cu-B/Al-SSZ-13分子筛。
实施例4
与实施例1的不同之处仅在于加入0.047g H3BO3,硼源中B和SiO2的摩尔比为0.1,得到Cu-B/Al-SSZ-13分子筛。
实施例5
与实施例1的不同之处仅在于加入0.094g H3BO3,硼源中B和SiO2的摩尔比为0.2,得到Cu-B/Al-SSZ-13分子筛。
实施例6
与实施例1的不同之处仅在于加入0.188g H3BO3,硼源中B和SiO2的摩尔比为0.4,得到Cu-B/Al-SSZ-13分子筛。
对比例1
与实施例1的不同之处仅在于未添加NaB4O7,得到Cu-SSZ-13分子筛。
对比例2
与实施例1的不同之处仅在于加入0.376g H3BO3,硼源中B和SiO2的摩尔比为0.8,得到Cu-B/Al-SSZ-13分子筛。
结构及性能表征:
1、对实施例1~6以及对比例1~2最终制备的分子筛进行XRD表征,结果如图1所示。由图1可知,所有的实施例和对比例均合成出纯相CHA结构的分子筛。
2、对实施例1~6以及对比例1~2最终制备的分子筛进行扫描电镜观察,结果依次如图2~图9所示。由图2可知,实施例1~6及对比例1~2的分子筛均为形貌均匀、表面粗糙的立方块。
3、对对比例1~2、实施例3、实施例5~6的分子筛进行元素分析,结果如表1所示。由表1可知,加B前后对比例和实施例Si/Al摩尔比变化不大,但Cu含量在引入B后明显增加;此外,由于B和骨架的结合力较弱,在交换过程中大部分B流失了,在最终得到的样品中B的含量很小。
表1对比例1-2、实施例3、实施例5~6的分子筛元素分析结果
Figure BDA0003278889910000091
4、将所制得的上述分子筛作为催化剂用于氨选择性催化还原(NH3-SCR)反应。具体步骤如下:取0.1g催化剂置于内径8mm的石英管反应器中,通入500ppm NO,500ppm NH3,5%O2,N2平衡气的反应气体进行活性评价,气体流速为800mL/min,体积空速为200000h-1。评价时的升温速率为5℃/min,每隔25℃保温0.5小时并测量一次尾气中各组分的浓度。结果见表2。
表2实施例1~6及对比例1~2分子筛的NH3-SCR结果
Figure BDA0003278889910000101
表2中,转化率=(NO入口浓度-出口浓度)/NO入口浓度*100
由表2可知,引入一定量的B后,样品的活性增加,但当B/Si超过0.8后(即对比例2),与对比例1相比,活性下降。
5、对部分实施例和对比例1制备的分子筛进行水热稳定性测试,测试方法如下:将分子筛在800℃通入含有10%水蒸气的氮气,空速50000h-1,处理12h,测试结果见表3。
表3部分实施例和对比例1分子筛的水热稳定性测试结果
Figure BDA0003278889910000102
Figure BDA0003278889910000111
由表3可知,对比例1未引入B的样品经过水热处理后活性下降,但引入B后的样品水热处理后的活性高于对比例1水热处理后,说明掺杂B能够提高Cu-SSZ-13分子筛的水热稳定性。
图10为对比例1以及实施例3、实施例5~6样品经水热处理后的27Al NMR图。由图10可知,水热处理后,未加B的样品中形成更多的五配位非骨架铝,而加B样品的骨架铝在水热处理过程中更稳定。
图11为对比例1以及实施例3、实施例5~6样品经水热处理后的XRD图。图11可知,水热处理后,对比例1未加B的样品结晶度显著降低,且低于加B样品结晶度。上述结果均表明,适量B的加入有利于提高Cu-SSZ-13分子筛的水热稳定性。
由以上实施例和对比例可知,本发明提供了一种B掺杂Cu-SSZ-13分子筛及其制备方法和应用,本发明制备的B掺杂Cu-SSZ-13分子筛具有良好的低温活性和水热稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种B掺杂Cu-SSZ-13分子筛的制备方法,包括以下步骤:
将模板剂、硅源、铝源、碱金属氢氧化物、硼源和水混合,得到初始溶胶;所述硅源的用量以SiO2的摩尔量计,所述铝源的用量以Al2O3的摩尔量计,所述模板剂、碱金属氢氧化物、Al2O3、SiO2和水的摩尔比为0~0.2:0.2~0.7:0.2:1:15~80;所述模板剂的用量不为0;所述硼源中B和SiO2的摩尔比为0.1~0.4;所述硅源为FAU型分子筛,所述铝源为FAU型分子筛和氢氧化铝,所述FAU型分子筛为Y型分子筛,所述FAU型分子筛的硅铝比为17;
所述初始溶胶进行晶化反应,将晶化反应得到的固体产物进行第一焙烧,得到B掺杂SSZ-13分子筛;所述晶化反应的温度为150℃,时间为3~8天;
将所述B掺杂SSZ-13分子筛与含铵根离子的溶液混合,进行铵根离子交换,将交换后得到的分子筛进行第二焙烧,得到氢型B掺杂SSZ-13分子筛;
将所述氢型B掺杂SSZ-13分子筛和铜盐溶液混合,进行Cu2+交换,将交换反应产物进行第三焙烧,得到B掺杂Cu-SSZ-13分子筛。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述模板剂包括N,N,N-三甲基-1-金刚烷氢氧化铵;所述碱金属氢氧化物包括KOH或NaOH;所述硼源包括硼酸或四硼酸钠。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述第一焙烧、第二焙烧和第三焙烧的温度独立地为500~600℃,保温时间独立地为6~10h。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述含铵根离子的溶液包括硝酸铵溶液、硫酸铵溶液或氯化铵溶液;所述含铵根离子的溶液中铵根离子的浓度为0.5~1mol/L。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述铜盐溶液包括硝酸铜溶液、硫酸铜溶液或醋酸铜溶液;所述铜盐溶液的浓度为0.05~0.1mol/L。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述铵根离子交换的温度和Cu2+交换的温度独立地为80~100℃。
7.权利要求1~6任一项所述制备方法制备得到的B掺杂Cu-SSZ-13分子筛。
8.权利要求7所述B掺杂Cu-SSZ-13分子筛作为催化剂在柴油尾气脱硝反应中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述脱硝反应的温度为200~550℃。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114289011B (zh) * 2021-12-29 2023-11-14 大唐南京环保科技有限责任公司 一种宽活性温度窗口脱硝催化剂及其制备方法和应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1483671A (zh) * 2003-03-20 2004-03-24 吉林大学 具有超高水热稳定的有序介孔分子筛材料及其合成方法
EP2308596A1 (en) * 2009-10-07 2011-04-13 Ford Global Technologies, LLC Cu/zeolite SCR catalyst for NOx reduction in exhaust gases and manufacture method thereof
CN107265478A (zh) * 2017-06-06 2017-10-20 中国石油大学(北京) 一种硼改性镁碱沸石分子筛催化剂及其制备方法与应用
CN110078090A (zh) * 2019-05-07 2019-08-02 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种改性Cu-SSZ-13分子筛及其制备方法和应用
CN111408401A (zh) * 2020-04-02 2020-07-14 济南大学 一种宽温度窗口的Cu-SSZ-13的制备方法及所得产品和应用
CN111659461A (zh) * 2020-06-30 2020-09-15 无锡威孚环保催化剂有限公司 一种碱金属改性制备M/Cu-SSZ-13催化剂的方法
CN112473730A (zh) * 2020-12-14 2021-03-12 大连海事大学 一种铜基cha型硅铝分子筛催化剂及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7112171B2 (ja) * 2017-02-22 2022-08-03 ビーエーエスエフ コーポレーション 窒素酸化物削減のための排気ガス処理触媒

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1483671A (zh) * 2003-03-20 2004-03-24 吉林大学 具有超高水热稳定的有序介孔分子筛材料及其合成方法
EP2308596A1 (en) * 2009-10-07 2011-04-13 Ford Global Technologies, LLC Cu/zeolite SCR catalyst for NOx reduction in exhaust gases and manufacture method thereof
CN107265478A (zh) * 2017-06-06 2017-10-20 中国石油大学(北京) 一种硼改性镁碱沸石分子筛催化剂及其制备方法与应用
CN110078090A (zh) * 2019-05-07 2019-08-02 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种改性Cu-SSZ-13分子筛及其制备方法和应用
CN111408401A (zh) * 2020-04-02 2020-07-14 济南大学 一种宽温度窗口的Cu-SSZ-13的制备方法及所得产品和应用
CN111659461A (zh) * 2020-06-30 2020-09-15 无锡威孚环保催化剂有限公司 一种碱金属改性制备M/Cu-SSZ-13催化剂的方法
CN112473730A (zh) * 2020-12-14 2021-03-12 大连海事大学 一种铜基cha型硅铝分子筛催化剂及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
硼含量对ZSM-5分子筛水热稳定性的影响;屈玲等;《石油化工》;20041231;第33卷;第755-757页 *

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