CN114177935A - 一种用于柴油车尾气净化的scr催化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂，本SCR催化剂高效稳定地扩宽了SCR催化剂在NOx转化效率为80％或90％时的温度窗口，提高了NOx的转化效率。

Description

一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂
技术领域
本发明涉及一种催化剂，具体涉及一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂。
背景技术
在我国经济飞速发展和城市化进程加速推进的背景下，我国汽车的产量和持有量呈现高速增长的态势。其中柴油车的使用量也在逐年提高，其尾气排放中的有害物质对环境造成的污染也越来越明显，并成为主要的大气污染源之一。有资料表明，全国的机动车尾气排放污染中，柴油车占了NOx排放的43％。由此可见，降低柴油车中NOx的排放已经成为控制污染源，保护大气环境的重要措施。
柴油车中NOx的产生方式主要分为两种：一种是燃料中有机含氮化合物的燃烧，另一种则是空气中的氮气在富氧和高温同时作用下被氧化，产生氮氧化物。随着我国排放标准的逐渐规范，国内油品的质量也在不断提高，燃料燃烧所产生的氮氧化物已经大幅的减少，所以目前需要控制的NOx主要是由空气中氮气的氧化所产生。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种用于柴油车尾气净化的操作窗口宽，催化效果好的SCR催化剂。
一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：根据SCR催化剂中氧化铜组分的含量计算所需铜前驱体的含量，并将铜前驱体加入40℃的去离子水中，搅拌溶解后得到含铜离子的前驱体溶液；
步骤二：往前驱体溶液中加入改性分子筛，搅拌至改性分子筛分散完全；
步骤三：将混合溶液升温至70℃，开始进行离子交换，所述离子交换的时间为8h；
步骤四：待混合溶液冷却至室温，加入一定量的水铝石，并加入氨水来调节浆料pH，pH值的控制范围为4～5；
步骤五：加入2.5‰纤维素醚，并搅拌至完全溶解，得到SCR催化剂浆料；
步骤六：将SCR催化剂浆料涂覆于堇青石蜂窝陶瓷载体上，所述SCR催化剂浆料的上载量为80～150g/L，随后放于120℃烘箱中进行烘干处理；
步骤七：对烘干后的SCR催化剂进行焙烧处理，焙烧处理完成后得到负载有 SCR催化剂的整体式催化剂，所述的焙烧温度为500℃，焙烧时间为2h。
通过上述制备方法得到整体式催化剂，其中SCR催化剂由载体和催化剂活性组分组成。
所述的载体为改性分子筛，改性分子筛由分子筛原料在可溶解性金属或稀土金属盐溶液中经离子交换制成，所述的分子筛硅铝比的范围为5～15；
所述的催化剂活性组分是指先经过多次离子交换，后经过干燥焙烧过程形成均匀分散的氧化铜组分，所述的氧化铜组分以含铜前驱体溶液通过多次离子交换后负载在改性分子筛上，氧化铜组分的含量占分子筛总质量的2.5％～4％。
优选地，所述用于分子筛改性的可溶解性金属或稀土金属包括Ni、Y、Pr、 Zr、Nd、W和La中的一种或多种。
优选地，所述的含铜前驱体溶液为Cu(CH3COO)2溶液或Cu(NO3)2溶液。
优选地，所述的分子筛原料包括但不限于AEI分子筛、β分子筛、CHA分子筛、ERI分子筛、SSZ分子筛、UOP分子筛、ZPR分子筛和ZSM分子筛。
优选地，所述的SCR催化剂由载体和催化剂活性组分组成，所述的分子筛硅铝比为11.2，催化剂组分中氧化铜组分的含量占分子筛总质量的3.25％。
有益效果：本发明公开了一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂，本SCR催化剂高效稳定地扩宽了SCR催化剂在NOx转化效率为80％或90％时的温度窗口，提高了NOx的转化效率。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合实施例对本发明作进一步详细详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
对比例1：
一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂，所述的SCR催化剂由载体和催化剂活性组分组成。
所述的载体为改性分子筛，改性分子筛由SSZ-13分子筛在可溶解性金属或稀土金属盐溶液中经离子交换制成，所述的分子筛硅铝比的范围为5.1。
所述的催化剂活性组分是指先经过多次离子交换，后经过干燥焙烧过程形成均匀分散的氧化铜组分，所述的氧化铜组分以Cu(CH3COO)2溶液通过多次离子交换后负载在改性分子筛上，氧化铜组分的含量占分子筛总质量的2.12％。
对比例2：
一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂，所述的SCR催化剂由载体和催化剂活性组分组成。
所述的载体为改性分子筛，改性分子筛由SSZ-13分子筛在可溶解性金属或稀土金属盐溶液中经离子交换制成，所述的分子筛硅铝比的范围为8.7。
所述的催化剂活性组分是指先经过多次离子交换，后经过干燥焙烧过程形成均匀分散的氧化铜组分，所述的氧化铜组分以Cu(CH3COO)2溶液通过多次离子交换后负载在改性分子筛上，氧化铜组分的含量占分子筛总质量的4.62％。
对比例3：
一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂，所述的SCR催化剂由载体和催化剂活性组分组成。
所述的载体为改性分子筛，改性分子筛由SSZ-13分子筛在可溶解性金属或稀土金属盐溶液中经离子交换制成，所述的分子筛硅铝比的范围为15.5。
所述的催化剂活性组分是指先经过多次离子交换，后经过干燥焙烧过程形成均匀分散的氧化铜组分，所述的氧化铜组分以Cu(CH3COO)2溶液通过多次离子交换后负载在改性分子筛上，氧化铜组分的含量占分子筛总质量的2.98％。
对比例4：
一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂，所述的SCR催化剂由载体和催化剂活性组分组成。
所述的载体为改性分子筛，改性分子筛由SSZ-13分子筛在可溶解性金属或稀土金属盐溶液中经离子交换制成，所述的分子筛硅铝比的范围为19.5。
所述的催化剂活性组分是指先经过多次离子交换，后经过干燥焙烧过程形成均匀分散的氧化铜组分，所述的氧化铜组分以Cu(CH3COO)2溶液通过多次离子交换后负载在改性分子筛上，氧化铜组分的含量占分子筛总质量的2.91％。
实验例1：
一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂，所述的SCR催化剂由载体和催化剂活性组分组成。
所述的载体为改性分子筛，改性分子筛由SSZ-13分子筛在可溶解性金属或稀土金属盐溶液中经离子交换制成，所述的分子筛硅铝比的范围为11.2。
所述的催化剂活性组分是指先经过多次离子交换，后经过干燥焙烧过程形成均匀分散的氧化铜组分，所述的氧化铜组分以Cu(CH3COO)2溶液通过多次离子交换后负载在改性分子筛上，氧化铜组分的含量占分子筛总质量的3.25％。
实验例2：
一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂，所述的SCR催化剂由载体和催化剂活性组分组成。
所述的载体为改性分子筛，改性分子筛由SSZ-13分子筛在可溶解性金属或稀土金属盐溶液中经离子交换制成，所述的分子筛硅铝比的范围为11.2。
所述的催化剂活性组分是指先经过多次离子交换，后经过干燥焙烧过程形成均匀分散的氧化铜组分，所述的氧化铜组分以Cu(NO3)2溶液通过多次离子交换后负载在改性分子筛上，氧化铜组分的含量占分子筛总质量的3.17％。
实验例3：
一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂，所述的SCR催化剂由载体和催化剂活性组分组成。
所述的载体为改性分子筛，改性分子筛由β分子筛在可溶解性金属或稀土金属盐溶液中经离子交换制成，所述的分子筛硅铝比的范围为12.5。
所述的催化剂活性组分是指先经过多次离子交换，后经过干燥焙烧过程形成均匀分散的氧化铜组分，所述的氧化铜组分以Cu(CH3COO)2溶液通过多次离子交换后负载在改性分子筛上，氧化铜组分的含量占分子筛总质量的3.50％。
实验例4：
一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂，所述的SCR催化剂由载体和催化剂活性组分组成。
所述的载体为改性分子筛，改性分子筛由ZSM-5分子筛在可溶解性金属或稀土金属盐溶液中经离子交换制成，所述的分子筛硅铝比的范围为13.8。
所述的催化剂活性组分是指先经过多次离子交换，后经过干燥焙烧过程形成均匀分散的氧化铜组分，所述的氧化铜组分以Cu(CH3COO)2溶液通过多次离子交换后负载在改性分子筛上，氧化铜组分的含量占分子筛总质量的3.22％。
活性评价：
SCR催化剂的活性评价在固定床反应器中常压下进行。将SCR催化剂样品切成直径1英寸、高2英寸的SCR催化剂小样放入反应气体中进行NOx转化效率测试，所述反应气体的组成成分为500ppmNO+500ppmNH3+8％O2+5％CO2+7％H2O+N2平衡，反应气体的空速为SV＝40000h-1。固定床反应器中床层温度由100℃升温至 800℃，升温速率为5℃/min，NOx的转化效率由下式计算：
Figure RE-GDA0003506936720000061
其中[NOx]in为进口NOx浓度，[NOx]out为出口NOx浓度。
实验结果：
记录上述SCR催化剂小样在NOx转化效率到达80％(T80)时的温度、在NOx 转化效率到90％(T90)时的温度、在NOx转化效率出90％(T90)时的温度和在 NOx转化效率出80％(T80)时的温度，测试详细结果如下表1所示：
Figure RE-GDA0003506936720000062
Figure RE-GDA0003506936720000071
从上表1可以计算出对比例1-4和实验例1-4中SCR催化剂小样在NOx转化率为80％(T80)时的温度窗口和NOx转化率为90％(T90)时的温度窗口，计算结果如下表2所示：
T<sub>80</sub>时的温度窗口 T<sub>90</sub>时的温度窗口
对比例1 485.3℃ 432.8℃
对比例2 499.2℃ 445.7℃
对比例3 419.8℃ 354.5℃
对比例4 414.6℃ 355.8℃
实验例1 498.1℃ 476.1℃
实验例2 486.5℃ 467.2℃
实验例3 478.8℃ 464.5℃
实验例4 469.1℃ 459.6℃
根据上述内容可以得出：
(1)实验例1与对比例1-2相比：尽管这三种SCR催化剂小样在T80时的温度窗口大致相同，但是实验例1中的氧化铜含量较低，实验例1在T90时的温度窗口更宽，实验例1中SCR催化剂小样的NOx转化效率更高；
(2)实验例1与对比例3-4相比：对比例3-4中分子筛的硅铝比均高于实验例1，实验例1明显拉宽了在T80和T90时的温度窗口，提高了NOx转化效率；
(3)实验例1与实验例2-4相比：实验例2将含铜离子的前驱体溶液由 Cu(CH3COO)2溶液更换为Cu(NO3)2溶液溶液，实验例3-4将分子筛原料由SSZ-13 分子筛分别更换为β分子筛和ZSM-5分子筛，这四种SCR催化剂小样在T80和T90时的温度窗口变化不大，NOx转化效率比较稳定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂，其特征在于，所述的SCR催化剂由载体和催化剂活性组分组成；
所述的载体为改性分子筛，改性分子筛由分子筛原料在可溶解性金属或稀土金属盐溶液中经离子交换制成，所述的分子筛硅铝比的范围为5～15；
所述的催化剂活性组分是指先经过多次离子交换，后经过干燥焙烧过程形成均匀分散的氧化铜组分，所述的氧化铜组分以含铜前驱体溶液通过多次离子交换后负载在改性分子筛上，氧化铜组分的含量占分子筛总质量的2.5％～4％。
2.根据权利要求1所述的一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂，其特征在于，所述用于分子筛改性的可溶解性金属或稀土金属包括Ni、Y、Pr、Zr、Nd、W和La中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂，其特征在于，所述的含铜前驱体溶液为Cu(CH3COO)2溶液或Cu(NO3)2溶液。
4.根据权利要求1所述的一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂，其特征在于，所述的分子筛原料包括但不限于AEI分子筛、β分子筛、CHA分子筛、ERI分子筛、SSZ分子筛、UOP分子筛、ZPR分子筛和ZSM分子筛。
5.根据权利要求1所述的一种用于柴油车尾气净化的SCR催化剂，其特征在于，所述的SCR催化剂由载体和催化剂活性组分组成，所述的分子筛硅铝比为11.2，催化剂组分中氧化铜组分的含量占分子筛总质量的3.25％。
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