DE102015119596A1

DE102015119596A1 - Afx-zeolith

Info

Publication number: DE102015119596A1
Application number: DE102015119596.8A
Authority: DE
Inventors: Alejandra RIVAS-CARDONA; Joseph Michael Fedeyko; Hai-Ying Chen
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2016-05-19
Also published as: BR112017009820A2; EP3218103A1; RU2017120501A; RU2732126C2; RU2017120501A3; CN107106978A; GB2559432A; WO2016077667A1; US20160137518A1; GB2534971A; GB201709315D0; GB2559432B; GB201520142D0; BR112017009820B1; JP2018503578A; KR20170083606A

Abstract

Beschrieben wird eine neue Form eines AFX-Zeoliths, eine neue Synthesetechnik zur Herstellung eines phasenreinen AFX-Zeoliths, ein Katalysator, der den AFX-Zeolith in Kombination mit einem Metall umfasst, sowie Verfahren zur Verwendung hiervon.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synthese eines Zeoliths und die Verwendung solcher Zeolithe als Katalysatoren zum Behandeln von Verbrennungsabgas.
Beschreibung des Standes der Technik:
Zeolithe sind Molekularsiebe, die spezifische, aus Aluminiumoxid und Siliciumdioxidkäfigen aufgebaute Gittergerüste aufweisen. Die Internationale Zeolithvereinigung (IZA) ordnet jedem spezifischen Gerüsttyp einen 3-Buchstaben-Code, wie MOR, CHA oder BEA, zu.
Die Synthese von Zeolithkristallen beinhaltet typischerweise das Umsetzen von Aluminiumoxid und Siliciumdioxid in Gegenwart eines organischen Templats (auch als Struktursteuerungsmittel oder SDA bezeichnet) bei erhöhten Temperaturen über einen Zeitraum von mehreren Tagen. Während der Kristallisation verbinden sich Aluminiumoxid und Siliciumdioxid unter Bildung einer kristallinen Struktur um das SDA. Die Reaktanden, die Reaktionsbedingungen und die SDA-Spezies haben alle einen Einfluss darauf, welcher Typ oder welche Typen von Gerüst synthetisiert wird bzw. werden. Wenn eine ausreichende Kristallisation stattgefunden hat, werden die Kristalle aus der Mutterlauge entfernt und getrocknet. Nach der Abtrennung der Kristalle von der Mutterlauge wird das organische SDA thermisch abgebaut und aus der kristallinen Struktur entfernt, wodurch ein poröses Molekularsieb zurück bleibt.
Zeolithe eignen sich als Katalysatoren für verschiedene industrielle Prozesse, wie eine selektive Reduktion von NO_x bei Verbrennungsabgasen. Verschiedene Zeolithe, wie beispielsweise Zeolith Beta und ZSM-5, wurden als besonders geeignet für diese Anwendungstypen erkannt. Es wurde festgestellt, dass ein Zeolith mit einem AFX-Gerüst (hier als AFX-Zeolithe bezeichnet) zum Cracken und Reformieren von Kohlenwasserstoffen geeignet ist.
Herkömmliche Synthesetechniken für AFX-Zeolithe liefern mischphasige Produkte – d.h. Zeolithe, die zwei oder mehr Gerüsttypen aufweisen. Mischphasige Zeolithe sind für katalytische Reaktionen häufig weniger wünschenswert als phasenreine Zeolithe.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Anmelder haben eine neue Zeolithsynthesetechnik und eine neue Form eines AFX-Zeoliths ermittelt. Insbesondere weist der AFX-Zeolith ein Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis und eine kristalline Größe auf, das bzw. die für einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von NO_x in Abgas aus magerverbrennenden Motoren besonders geeignet sind.
Demgemäß wird ein Alumosilicat-Zeolith bereitgestellt, der mindestens etwa 90 % phasenreines AFX-Gerüst, ein Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis von etwa 12–32 und vorzugsweise eine mittlere Kristallgröße von etwa 0,5–7 µm umfasst.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines ein AFX-Gerüst aufweisenden Alumosilicat-Zeoliths bereitgestellt, das die Stufe des Umsetzens eines eine Siliciumdioxidquelle, eine aus Zeolithen der Ammoniumform und/oder Zeolithen der Waserstoffform ausgewählte Aluminiumoxidquelle und ein Struktursteuerungsmittel umfassenden Synthesegels bei einer Temperatur von mindestens 100°C bis zur Bildung von Kristallen der AFX-Zeolithform umfasst.
Zusätzlich wird ein Katalysator zum Behandeln eines Abgases bereitgestellt, der einem phasenreinen AFX-Zeolith, beladen mit einem aus V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, W, Re, Os, Ir, Pt und Au ausgewählten Metall, umfasst.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Verwendung eines solchen Katalysators zum Behandeln eines Abgases, beispielsweise durch selektives Reduzieren von NO_x, durch Speichern von NO_x oder durch Oxidieren eines oder mehrerer Bestandteile aus CO, Kohlenwasserstoffen und NH₃, bereitgestellt. Solche Katalysatoren sind vorzugsweise auf einem Wandstromfilter oder einem Wabendurchflussträger geträgert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein XRD-Muster eines phasenreinen AFX-Zeoliths gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER EFINDUNG
AFS-Zeolithe der vorliegenden Erfindung sind phasenrein. Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff „AFX“ auf einen AFX-Gerüsttyp, wie er von der Strukturkomission der Internationalen Zeolithvereinigung (IZA) anerkannt ist. Der Begriff „Zeolith“ bezieht sich auf ein Alumosilicatmolekularsieb mit einem vorwiegend aus Aluminiumoxid- und Siliciumdioxideinheiten zusammengesetzten Gerüst und umfasst somit nicht andere Isotypen wie SAPOs, AIPOs und dgl. Wie hier verwendet bedeutet der Begriff „phasenrein“, dass mindestens 90% des Zeolithgerüsts vom Typ AFX sind. In bestimmten Ausführungsformen enthält der AFX-Zeolith mindestens zu 95% oder sogar mindestens 97% AFX-Gerüst. In bestimmten Ausführungsformen ist das AFX-Molekularsieb im Wesentlichen frei von weiteren kristallinen Phasen und in bestimmten Ausführungsformen ist es nicht eine Verwachsung von zwei oder mehr Gerüsttypen. So weit nicht anders speziell angegeben, beziehen sich sämtliche hier verwendeten, die Zusammensetzung(en) betreffenden prozentualen Anteile auf das Gewicht.
In bestimmten Ausführungsformen ist der AFX-Zeolith im Wesentlichen frei von großporigen Gerüsten. In bestimmten Ausführungsformen ist der AFX-Zeolith im Wesentlichen frei von mittelporigen Gerüsten. In bestimmten Ausführungsformen ist der AFX-Zeolith im Wesentlichen frei von einem Zeolith-Y-Gerüst. Wie hier verwendet bedeutet der Begriff „im Wesentlichen frei“, dass der Zeolith weniger als ein Prozent an der genannten Gerüstverunreinigung enthält. Wie hier verwendet bedeutet der Begriff „großporig“ ein Gerüst mit einer maximalen Ringgröße von mindestens 12 tetraedrischen Atomen und der Begriff „kleinporig“ bedeutet ein Gerüst mit einer maximalen Ringgröße von mindestens 8 tetraedrischen Atomen.
Die AFX-Zeolithe der vorliegenden Erfindung weisen ein Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis (SAR) von etwa 12 bis etwa 50, beispielsweise etwa 15–20, etwa 20–25, etwa 25–30, etwa 30–50 oder etwa 40–50 auf. Das SAR bezieht sich auf den synthetisierten Zeolithkristall und nicht auf das Ausgangssynthesegel. Das Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis der Zeolithe kann mittels herkömmlicher Analyse bestimmt werden. Dieses Verhältnis soll so nah wie möglich das Verhältnis in dem starren Atomgerüst des Zeolithkristalls darstellen und Silicium oder Aluminium in dem Bindemittel oder in kationischer oder in einer anderen Form innerhalb der Kanäle ausschließen. Da es schwierig sein kann, das Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis (SAR) des Zeoliths nach dessen Vereinigung mit einem Bindemittelmaterial, insbesondere einem Aluminiumoxid-Bindemittel, direkt zu messen, werden diese Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnisse in Bezug auf das SAR des Zeoliths per se, d.h. vor der Vereinigung des Zeoliths mit den anderen Katalysatorkomponenten, ausgedrückt.
Die AFX-Zeolithkristalle der vorliegenden Erfindung weisen vorzugsweise eine mittlere Kristallgröße und/oder eine D₉₀-Kristallgröße von etwa 0,5 bis etwa 7 µm, beispielsweise von etwa 0,5–2,5 µm oder etwa 2,5–5 µm auf. Die Kristallgröße bezieht sich auf einzelne Kristalle (einschließlich gezwillingter Kristalle), umfasst jedoch nicht Kristallagglomerationen. Die Kristallgröße ist die Länge der längsten Diagonale des dreidimensionalen Kristalls. Eine direkte Messung der Kristallgröße kann unter Verwendung von Mikroskopieverfahren, wie SEM und TEM, durchgeführt werden. Beispielsweise beinhaltet eine Messung mittels SEM die Überprüfung der Morphologie des Materials bei hohen Vergrößerungen (typischerweise 1000x bis 10000x). Das SEM-Verfahren kann durchgeführt werden, indem ein repräsentativer Teil des Zeolithpulvers auf einer geeigneten Montierung verteilt wird, so dass die einzelnen Partikel halbwegs gleichmäßig über das Betrachtungsfeld bei einer 1000x bis 10000x Vergrößerung verteilt sind. Aus dieser Population wird eine statistisch signifikante Probe von zufällig ausgewählten einzelnen Kristallen (z.B. 50 bis 200) untersucht und die längsten Diagonalen der einzelnen Kristalle werden gemessen und aufgezeichnet. (Partikel, bei denen es sich klar erkennbar um große polykristalline Aggregate handelt, sollten nicht in die Messungen einbezogen werden.) Basierend auf diesen Messungen wird das arithmetische Mittel der Größen der Kristallprobe berechnet.
In bestimmten Ausführungsformen werden die AFX-Kristalle vermahlen, um die Partikelgröße der Zusammensetzung einzustellen. In anderen Ausführungsformen sind die AFX-Kristalle nicht vermahlen.
AFX-Zeolithe der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise unter Verwendung eines organischen SDA, wie 1,3-Bis-(1-adamantyl)-imidazol-hydroxid, synthetisiert. Ungeachtet des verwendeten SDA ist die Zeolithsynthese vorzugsweise frei von Halogenen wie Fluor.
Das SDA, eine Aluminiumoxidquelle, eine Siliciumdioxidquelle und optional eine Alkalimetallquelle, wie beispielsweise Natrium, werden vermischt, um ein Synthesegel herzustellen. Aluminiumoxidquellen umfassen Zeolithe der Amoniumform und Zeolith der Wasserstoffform, wie Zeolith Y der in NH₄-Form und Zeolith Y der H-Form. Vorzugsweise ist die Quelle für Alkali nicht die Quelle für Aluminiumoxid (z.B. kein Zeolith-Y der Na-Form). Siliciumdioxidquellen umfassen Natriumsilicat.
Das Synthesegel weist vorzugsweise eines oder mehrere der folgenden Zusammensetzungsverhältnisse auf:

SiO₂/Al₂O₃ = etwa 18–105

Na₂O/Al₂O₃ = etwa 7–23

SDA₂O/Al₂O₃ = etwa 1.5–18

H₂O/Al₂O₃ = etwa 775–2845

OH^–/SiO₂ = etwa 0.3–0.65
In bestimmten Ausführungsformen weist das Synthesegel eines oder mehrere der folgenden Zahlenverhältnisse auf: SiO₂/Al₂O₃ = etwa 18–105; SDA₂O/Al₂O₃ = etwa 1,5–18; OH^–/SiO₂= etwa 0,6–0,65 oder etwa 0,4–0,9.
Das Synthesegel wird auf eine Temperatur von mehr als 100°C, beispielsweise etwa 120 bis 160°C oder etwa 140 bis 150°C während eines Zeitraums, der zur Bildung der Zeolithkristalle ausreicht, erwärmt. Der hydrothermale Kristallisationsprozess wird typischerweise unter Druck, wie beispielsweise in einem Autoklaven, durchgeführt und erfolgt vorzugsweise unter autogenem Druck. Das Reaktionsgemisch kann während der Kristallbildung verrührt werden. Die Reaktionszeit beträgt typischerweise etwa 2 bis 15 Tage beispielsweise 7 bis 10 Tage.
Zur Verbesserung der Selektivität für AFX und/oder zur Verkürzung des Kristallisationsprozesses kann das Reaktionsgemisch mit AFX-Kristallen angeimpft werden. Die AFX-Kristalle können auch spontan aus dem Reaktionsgemisch auskristallisieren gelassen werden.
Nach Bildung der AFX-Zeolithkristalle kann das feste Produkt von der Mutterlauge mittels mechanischer Standardtrenntechniken, wie Filtration, getrennt werden. Das erhaltene feste Produkt wird anschließend gewaschen und getrocknet. Die Kristalle können thermisch zur Entfernung des SDA behandelt werden, wodurch das AFX-Zeolithprodukt geliefert wird. Die AFX-Zeolithkristalle können auch calciniert werden.
Der AFX-Zeolith kann als Katalysator für verschiedene Verfahren, wie eine Behandlung von Verbrennungsabgas, Kohlenwasserstoff-Cracking und Umwandlung von Methan in ein Olefin (MTO), oder die Umwandlung von Methan zu Methanol, verwendet werden. Behandelbare Abgase umfassen diejenigen, die durch eine Magergemischverbrennung, wie Abgas aus Dieselmotoren, Gasturbinen, Kraftwerken, magerverbrennende Benzinmotoren und Motoren, die alternative Kraftstoffe wie Methanol, CNG und dergleichen verbrennen, erzeugt werden. Weitere behandelbare Abgase umfassen diejenigen, die durch fettverbrennende Motoren, wie Benzinmotoren, erzeugt werden. Die AFX-Zeolithe können auch in anderen chemischen Verfahren, wie einer Behandlung und/oder Reinigung von Wasser, verwendet werden.
Für die obengenannten Verfahren wird der AFX-Zeolith vorzugsweise in Systemen einer heterogenen katalytischen Reaktion (d.h. fester Katalysator in Kontakt mit einem Gasreaktanden) verwendet. Zur Verbesserung der Kontaktoberfläche, der mechanischen Stabilität und/oder der Strömungscharakteristika des Fluidums können die Katalysatoren auf und/oder in einem Substrat mit großer Oberfläche, vorzugsweise einem porösem Substrat, angeordnet sein. In bestimmten Ausführungsformen wird ein den Katalysator enthaltender Washcoat auf ein inertes Substrat, wie eine gewellte Metallplatte, Pellets, einen Durchflusswabencordierit- oder AT-Ziegel oder ein Wabenwandstromfilter aufgetragen. Alternativ wird der Katalysator zusammen mit anderen Komponenten, wie Füllstoffen, Bindemitteln und Verstärkungsmitteln, zu einer extrudierbaren Paste verknetet, welche anschließend durch eine Düse zur Ausformung eines Wabenziegels extrudiert wird. Demgemäß wird in bestimmten Ausführungsformen ein Katalysatorgegenstand bereitgestellt, der einen hier beschriebenen metallunterstützten AFX-Zeolithkatalysator, der auf ein Substrat beschichtet und/oder in ein Substrat eingebaut ist, umfasst.
AFX-Zeolithe gemäß der vorliegenden Erfindung können in Kombination mit einem Promotormetall verwendet werden. Der Begriff „Promotormetall“ sollte breit ausgelegt werden und umfasst speziell Kupfer, Nickel, Zink, Eisen, Wolfram, Molybdän, Cobalt, Titan, Zirconium, Mangan, Chrom, Vanadium, Niob, sowie Zinn, Wismut und Antimon; Platingruppenmetalle wie Ruthenium, Rhodium, Palladium, Indium, Platin, und Edelmetalle, wie Gold und Silber. Bevorzugte Übergangsmetalle sind unedle Metalle und bevorzugte unedle Metalle umfassen diejenigen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Chrom, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel und Kupfer und Gemischen hiervon besteht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eines der Promotormetalle Kupfer. Weitere bevorzugte Promotormetalle umfassen Eisen, insbesondere in Kombination mit Kupfer. Bevorzugte Metalle zum Umwandeln von Kohlenwasserstoffen und zur selektiven Reduktion von NO_x im Abgas umfassen Cu und Fe. Besonders geeignete Metalle zum Oxidieren von CO, Kohlenwasserstoffen und/oder Ammoniak sind Pt und Pd.
Das in Kombination mit dem AFX-Zeolith verwendete Metall ist vorzugsweise ein Promotormetall, das auf und/oder in dem Zeolithmaterial in Form eines extra-Gerüst-Metalls angeordnet ist. Wie hier verwendet, ist ein „extra-Gerüst-Metall“ ein solches, das sich in dem Molekularsieb und/oder auf mindestens einem Teil der Molekularsieboberfläche vorzugsweise in Form einer ionischen Spezies aufhält, das nicht Aluminium umfasst und das nicht Atome umfasst, die das Gerüst des Molekularsiebs bilden. Vorzugsweise erleichtert die Anwesenheit des (der) Promotormetalls (-metalle) die Behandlung von Abgasen, wie Abgas aus einem Dieselmotor, einschließlich Verfahren wie NO_x-Reduktion, NH₃-Oxidation und NO_x-Speicherung.
In bestimmten Ausführungsformen ist das Promotormetall in dem Zeolithmaterial in einer Konzentration von etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent (Gew.-%), bezogen auf das Gesamtgewicht des Zeoliths, beispielsweise von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-%, von etwa 0,5 bis etwa 1 Gew.-%, von etwa 1 bis etwa 5 Gew.-%, etwa 2,5 Gew.-% bis etwa 3,5 Gew.-%, vorhanden. Bei Ausführungsformen, die Kupfer, Eisen oder die Kombination hiervon verwenden, beträgt die Konzentration dieser Übergangsmetalle in dem Zeolithmaterial vorzugsweise etwa 1 bis etwa 5 Gewichtsprozent, stärker bevorzugt etwa 2,5 bis etwa 3,5 Gewichtsprozent.
In bestimmten Ausführungsformen ist das Promotormetall in einer Menge relativ zu der Menge des Aluminiums in dem Zeolith, nämlich dem Gerüstaluminium, vorhanden. Wie hier verwendet bezieht sich das Promotormetall:Aluminium (M:Al)-Verhältnis auf die relative molare Menge des Promotormetalls zu molarem Gerüst-Al in dem entsprechenden Zeolith.
In bestimmten Ausführungsformen weist das Katalysatormaterial ein M:Al-Verhältnis von etwa 0,1 bis etwa 1,0, vorzugsweise etwa 0,2 bis 0,5, auf. Ein M:Al-Verhältnis von etwa 0,2 bis etwa 0,5 ist besonders geeignet, wenn M Kupfer ist, und noch spezieller geeignet, wenn M Kupfer ist und das SAR des Zeoliths etwa 20 bis 25 beträgt.
Vorzugsweise erfolgt der Einbau von Cu während der Synthese oder danach, beispielsweise durch Ionenaustausch oder Imprägnierung. In einem Beispiel wird ein metallausgetauschter Zeolith in einem Gemisch von ionischem Kupfer synthetisiert. Der metallausgetauschte Zeolith kann anschließend gewaschen, getrocknet und calciniert werden.
Im Allgemeinen kann ein Ionenaustausch des katalytischen Metallkations in oder auf das Molekularsieb bei Raumtemperatur oder bei einer Temperatur von bis zu etwa 80 °C über einen Zeitraum von etwa 1 bis 24 Stunden bei einem pH-Wert von etwa 7 durchgeführt werden. Das erhaltene katalytische Molekularsiebmaterial wird vorzugsweise bei etwa 100 bis 120 °C über Nacht getrocknet und bei einer Temperatur von mindestens etwa 500 °C calciniert.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst die Katalysatorzusammensetzung die Kombination von mindestens einem Promotormetall und mindestens einem Alkali- oder Erdalkalimetall, wobei das (die) Übergangsmetall(e) und Alkali- oder Erdalkalimetall(e) auf oder in dem Zeolithmaterial angeordnet sind. Das Alkali- oder Erdalkalimetall kann aus Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium oder einer Kombination hiervon ausgewählt werden. Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „Alkali- oder Erdalkalimetall“ nicht, dass die Alkalimetalle und Erdalkalimetalle alternativ verwendet werden, sondern stattdessen, dass ein oder mehrere Alkalimetalle alleine oder in Kombination mit einem oder mehreren Erdalkalimetallen verwendet werden kann (können), und dass ein oder mehrere Erdalkalimetall(e) alleine in oder in Kombination mit einem oder mehreren Alkalimetallen verwendet werden kann (können). In bestimmten Ausführungsformen sind Alkalimetalle bevorzugt. In bestimmten Ausführungsformen sind Erdalkalimetalle bevorzugt. Bevorzugte Alkali- oder Erdalkalimetalle umfassen Calcium, Kalium und Kombinationen hiervon. In bestimmten Ausführungsformen ist die Katalysatorzusammensetzung im Wesentlichen frei von Magnesium und/oder Barium. In bestimmten Ausführungsformen ist der Katalysator im Wesentlichen frei von beliebigen Alkali- oder Erdalkalimetallen mit Ausnahme von Calcium und Kalium. In bestimmten Ausführungsformen ist der Katalysator im Wesentlichen frei von beliebigen Alkali- oder Erdalkalimetallen mit Ausnahme von Calcium. Und in bestimmten weiteren Ausführungsformen ist der Katalysator im Wesentlichen frei von einem beliebigen Alkali- oder Erdalkalimetall mit Ausnahme von Kalium. Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „im Wesentlichen frei“ im Hinblick auf ein Metall, dass das Material nicht eine relevante Menge des speziellen Metalls aufweist. Das heißt, das spezielle Metall ist nicht in einer Menge vorhanden, die die grundlegenden physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des Materials, insbesondere im Hinblick auf die Fähigkeit des Materials, NO_x selektiv zu reduzieren oder zu speichern, beeinflussen würde.
In bestimmten Ausführungsformen weist das Zeolithmaterial einen Alkaligehalt nach der Synthese von weniger als 3 Gewichtsprozent (Gew.-%), stärker bevorzugt weniger als 1 Gew.-% und noch stärker bevorzugt weniger als 0,1 Gew.-% auf. Hier bezieht sich der Alkaligehalt nach der Synthese auf die Menge an Alkalimetall, die in dem Zeolith als Ergebnis der Synthese auftritt (d.h. Alkali, das aus den Synthese-Ausgangsmaterialen stammt), und umfasst nicht Alkalimetall, das nach der Synthese zugegeben wird. In bestimmten Ausführungsformen kann Alkalimetall nach der Synthese zugegeben werden, um in Kombination mit dem Promotormetall zu arbeiten.
In bestimmten Ausführungsformen enthalten die metallunterstützten Zeolithkatalysatoren ferner eine relativ große Menge Cer (Ce). In bestimmten Ausführungsformen ist die Cer-Konzentration in dem Katalysatormaterial in einer Konzentration von mindestens etwa 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Zeoliths, vorhanden. Beispiele für bevorzugte Konzentrationen umfassen: mindestens etwa 2,5 Gew.-%, mindestens etwa 5 Gew.-%, mindestens etwa 8 Gew.-%, mindestens etwa 10 Gew.-%, etwa 1,35 bis etwa 13,5 Gew.-%, etwa 2,7 bis etwa 13,5 Gew.-%, etwa 2,7 bis etwa 8,1 Gew.-%, etwa 2 bis etwa 4 Gew.-%, etwa 2 bis etwa 9,5 Gew.-% und etwa 5 bis etwa 9,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Zeoliths. In bestimmten Ausführungsformen beträgt die Cer-Konzentration in dem Katalysatormaterial etwa 50 bis etwa 550 g/ft³. Weitere (Konzentrations)bereiche von Ce umfassen: über 100 g/ft³, über 200 g/ft³, über 300 g/ft³, über 400 g/ft³, über 500 g/ft³, von etwa 75 bis etwa 350 g/ft³, von etwa 100 bis etwa 300 g/ft³ und von etwa 100 bis etwa 250 g/ft³.
Bestimmte Aspekte der Erfindung liefern einen katalytischen Washcoat. Der Washcoat, der den hier beschriebenen AFX-Katalysator umfasst, ist vorzugsweise eine Lösung, eine Suspension oder eine Aufschlämmung. Geeignete Beschichtungen umfassen Oberflächenbeschichtungen, Beschichtungen, die in einen Teil des Substrats eindringen, Beschichtungen, die das Substrat durchdringen (permeieren) oder eine beliebige Kombination hiervon.
Im Allgemeinen umfasst die Herstellung eines extrudierten Festkörpers, der den metallunterstützten AFX-Katalysator enthält, ein Vermischen des AFX-Zeoliths und des Promotormetalls (entweder getrennt oder zusammen als metallausgetauschter Zeolith), eines Bindemittels und einer optionalen organischen, die Viskosität erhöhenden Verbindung zu einer homogenen Paste, die anschließend zu einer Bindemittel/Matrixkomponente oder einem Vorläufer hiervon und optional einem oder mehreren Bestandteilen aus stabilisiertem Ceroxid und anorganischen Fasern zugegeben wird. Die Mischung wird in einer Misch- oder Knetvorrichtung oder in einem Extruder kompaktiert. Die Gemische weisen organische Additive, wie beispielsweise Bindemittel, Porenbildner, Plastifizierungsmittel, grenzflächenaktive Mittel, Schmiermittel, Dispergiermittel als Verarbeitungshilfsmittel zur Verbesserung der Benetzung auf und produzieren folglich eine gleichförmige Charge. Das erhaltene plastische Material wird anschließend ausgeformt, insbesondere unter Verwendung einer Extrusionspresse oder eines Extruders, die bzw. der eine Extrusionsdüse umfasst, und die erhaltenen Formlinge werden getrocknet und calciniert. Die organischen Additive werden während des Calcinierens des extrudierten festen Körpers "herausgebrannt". Ein metallunterstützter AFX-Zeolithkatalysator kann des Weiteren auf den extrudierten Festkörper in Form einer oder mehrerer Subschichten, die sich auf der Oberfläche befinden oder vollständig oder teilweise in den extrudierten Festkörper eindringen, als Washcoat aufgetragen oder in anderer Weise appliziert werden. Alternativ kann ein metallunterstützter AFX-Zeolith zu der Paste vor der Extrusion zugegeben werden.
Extrudierte Festkörper, die metallunterstütze AFX-Zeolithe gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten, umfassen im Allgemeinen eine gleichförmige Struktur in Form einer Wabe mit eine gleichförmige Größe aufweisenden und parallelen Kanälen, die sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende hiervon erstrecken. Die Kanalwände, die die Kanäle definieren, sind porös. Typischerweise umgibt eine äußere „Haut“ mehrere bzw. eine Vielzahl der Kanäle des extrudierten Festkörpers. Der extrudierte Festkörper kann mit einem beliebigen gewünschten Querschnitt, wie beispielsweise rund, viereckig oder oval, gebildet werden. Individuelle Kanäle in der Vielzahl der Kanäle können viereckig, dreieckig, sechseckig, rund usw. sein. Kanäle an einem ersten, stromaufseitigen Ende können z.B. mit einem geeigneten keramischen Zement blockiert sein, und an dem ersten, stromaufseitigen Ende nicht blockierte Kanäle können auch an einem zweiten, stromabseitigen Ende blockiert sein, um einen Wandstromfilter zu bilden. Typischerweise ähnelt die Anordnung der blockierten Kanäle an dem ersten, stromaufseitigen Ende einem Schachbrett mit einer ähnlichen Anordnung von blockierten und offenen stromabseitigen Kanalenden.
Die Bindemittel/Matrixkomponente ist vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Cordierit, Nitriden, Carbiden, Boriden, intermetallischen Verbindungen, Lithiumalumosilicat, einem Spinell, einem optional dotierten Aluminiumoxid, einer Siliciumdioxidquelle, Titanoxid, Zirconiumoxid, Titanoxid-Zirconiumoxid, Zirkon und Gemischen von beliebigen zwei oder mehr hiervon besteht. Die Paste kann optional verstärkende anorganische Fasern enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlefasern, Glasfasern, Metallfasern, Borfasern, Aluminiumoxidfasern, Siliciumdioxid- bzw. Silicafasern, Siliciumdioxid-Aluminiumoxidfasern, Siliciumcarbidfasern, Kaliumtitanatfasern, Aluminiumboratfasern und keramischen Fasern besteht.
Die Aluminiumoxid-Bindemittel/Matrixkomponente ist vorzugsweise gamma-Aluminiumoxid, kann jedoch auch ein beliebiges anderes Übergangsaluminiumoxid, beispielsweise alpha-Aluminiumoxid, beta-Aluminiumoxid, chi-Aluminiumoxid, eta-Aluminiumoxid, rho-Aluminiumoxid, kappa-Aluminiumoxid, theta-Aluminiumoxid, delta-Aluminiumoxid, Lanthan-beta-Aluminiumoxid und Gemische von beliebigen zwei oder mehr derartigen Übergangsaluminiumoxiden sein. Es ist bevorzugt, dass das Aluminiumoxid mit mindestens einem nicht-Aluminium-Element dotiert ist, um die thermische Stabilität des Aluminiumoxids zu erhöhen. Geeignete Aluminiumoxiddotiermittel umfassen Silicium, Zirconium, Barium, Lanthaniden und Gemische von beliebigen zwei oder mehr hiervon. Geeignete Lanthanidendotiermittel umfassen La, Ce, Nd, Pr, Gd und Gemische von beliebigen zwei oder mehr hiervon.
Quellen von Siliciumdioxid können ein Silicasol, Quarz, Quarzstaub oder amorphes Siliciumdioxid, Natriumsilicat, ein amorphes Alumosilicat, ein Alkoxysilan, ein Siliconharzbindemittel, wie beispielsweise Methylphenylsiliconharz, einen Ton, Talkum oder ein Gemisch von beliebigen zwei oder mehr hiervon umfassen. Aus dieser Liste kann das Siliciumdioxid SiO₂ als solches, Feldspat, Mullit, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Siliciumdioxid-Magnesiumoxid, Siliciumdioxid-Zirconiumoxid, Siliciumdioxid-Thoriumoxid, Siliciumdioxid-Berylliumoxid, Siliciumdioxid-Titanoxid, ternäres Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Zirconiumoxid, ternäres Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Magnesiumoxid, ternäres Siliciumdioxid-Magnesiumoxid-Zirconiumoxid, ternäres Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Thoriumoxid und Gemische von beliebigen zwei oder mehr hiervon sein.
Vorzugsweise ist der metallunterstützte AFX-Zeolith durch den gesamten extrudierten Katalysatorkörper und vorzugsweise gleichmäßig durch den gesamten extrudierten Katalysatorkörper dispergiert.
Wenn beliebige der obigen extrudierten Festkörper zu einem Wandstromfilter verarbeitet werden, kann die Porosität des Wandstromfilters 30 bis 80 %, z.B. 40 bis 70 % betragen. Die Porosität und das Porenvolumen und der Porenradius können beispielsweise unter Verwendung einer Quecksilber-Intrusionsporosimetrie gemessen werden.
Der hier beschriebene metallunterstützte AFX-Katalysator kann die Reaktion eines Reduktionsmittels, vorzugsweise Ammoniak, mit Stickstoffoxiden zur selektiven Bildung von elementarem Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) fördern bzw. unterstützen. Somit kann in einer Ausführungsform der Katalysator so formuliert sein, dass er die Reduktion von Stickstoffoxiden mit einem Reduktionsmittel begünstigt (d.h. ein SCR-Katalysator). Beispiele derartiger Reduktionsmittel umfassen Kohlenwasserstoffe (z.B. C₃- bis C₆-Kohlenwasserstoffe) und stickstoffhaltige Reduktionsmittel, wie beispielsweise Ammoniak und Ammoniak-hydrazin oder einen beliebigen geeigneten Ammoniakvorläufer, wie z.B. Harnstoff ((NH₂)₂CO), Ammoniumcarbonat, Ammoniumcarbamat, Ammoniumhydrogencarbonat oder Ammoniumformiat.
Der hier beschriebene metallunterstützte AFX-Katalysator kann des Weiteren die Oxidation von Ammoniak unterstützen bzw. fördern. So kann in einer weiteren Ausführungsform der Katalysator so formuliert sein, dass er die Oxidation von Ammoniak mit Sauerstoff fördert, insbesondere bei Ammoniakkonzentrationen, die typischerweise stromab eines SCR-Katalysators aufgefunden werden (z.B. ein Ammoniak-Oxidations(AMOX)-Katalysator, wie ein Ammoniak-Slip-Katalysator bzw. Ammoniak-Sperrkatalysator (ASC)). In bestimmten Ausführungsformen ist der metallunterstützte AFX-Zeolithkatalysator als eine obere Schicht auf einer oxidierenden Unterschicht angeordnet, wobei die Unterschicht einen Platingruppenmetall (PGM)-Katalysator oder einen nicht-PGM-Katalysator umfasst. Vorzugsweise ist die Katalysatorkomponente in der Unterschicht auf einem eine große Oberfläche aufweisenden Träger, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt Aluminiumoxid, angeordnet.
In einer noch weiteren Ausführungsform werden ein SCR und AMOX-Betrieb in Reihe durchgeführt, wobei beide Prozesse einen Katalysator verwenden, der den hier beschriebenen metallunterstützten AFX-Zeolith umfasst, und wobei der SCR-Prozess stromauf des AMOX-Prozesses abläuft. Beispielsweise kann eine SCR-Formulierung des Katalysators auf der Einlassseite eines Filters angeordnet sein und eine AMOX-Formulierung des Katalysators kann auf der Auslassseite des Filters angeordnet sein.
Bereitgestellt wird folglich ein Verfahren zur Reduktion von NO_x-Verbindungen oder zur Oxidation von NH₃ in einem Gas, wobei das Verfahren ein Inberührungbringen des Gases mit einer hier beschriebenen Katalysatorzusammensetzung zur katalytischen Reduktion von NO_x-Verbindungen während eines ausreichenden Zeitraums, um die Menge der NO_x-Verbindungen und/oder von NH₃ in dem Gas zu verringern, umfasst. In bestimmten Ausführungsformen wird ein Katalysatorgegenstand bereitgestellt, der einen Ammoniak-Sperrkatalysator aufweist, welcher stromab eines selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysators angeordnet ist. In derartigen Ausführungsformen oxidiert der Ammoniak-Sperrkatalysator mindestens einen Teil eines beliebigen stickstoffhaltigen Reduktionsmittels, das durch den selektiven katalytischen Reduktionsprozess nicht verbraucht wird. In bestimmten Ausführungsformen ist beispielsweise der Ammoniak-Sperrkatalysator an der Auslassseite eines Wandstromfilters angeordnet und ein SCR-Katalysator ist an der stromaufseitigen Seite eines Filters angeordnet. In bestimmten anderen Ausführungsformen ist der Ammoniak-Sperrkatalysator an dem stromabseitigen Ende eines Durchflusssubstrats angeordnet und ein SCR-Katalysator ist an dem stromaufseitigen Ende des Durchflusssubstrats angeordnet. In anderen Ausführungsformen sind der Ammoniak-Sperrkatalysator und der SCR-Katalysator auf getrennten Ziegeln in dem Abgassystem angeordnet. Diese getrennten Ziegel können zueinander benachbart sein und sich in Kontakt miteinander befinden oder können durch einen speziellen Abstand getrennt sein, mit der Maßgabe, dass sie sich in Fluidumkommunikation miteinander befinden, und mit der Maßgabe, dass der SCR-Katalysatorziegel stromauf des Ammoniak-Sperrkatalysatorziegels angeordnet ist.
In bestimmten Ausführungsformen wird der SCR-Prozess und/oder der AMOX-Prozess bei einer Temperatur von mindestens 100 °C durchgeführt. In einer weiteren Ausführungsform läuft (laufen) der Prozess (die Prozesse) bei einer Temperatur von etwa 150 °C bis etwa 750 °C ab. In einer speziellen Ausführungsform beträgt der Temperaturbereich etwa 175 bis etwa 550 °C. In einer weiteren Ausführungsform beträgt der Temperaturbereich 175 bis 400 °C. In einer noch weiteren Ausführungsform beträgt der Temperaturbereich 450 bis 900 °C, vorzugsweise 500 bis 750 °C, 500 bis 650 °C, 450 bis 550 °C oder 650 bis 850 °C. Ausführungsformen, die Temperaturen von höher als 450 °C verwenden, sind besonders geeignet zur Behandlung von Abgasen aus Schwer- und Leichtlastdieselmotoren, die mit einem Abgassystem ausgestattet sind, das (optional katalysierte) Dieselpartikelfilter umfasst, die aktiv – z.B. durch Injizieren von Kohlenwasserstoff in das Abgassystem stromauf des Filters – regeneriert werden, wobei der zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung vorgesehene Zeolithkatalysator sich stromab des Filters befindet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Reduktion von NO_x-Verbindungen und/oder Oxidation von NH₃ in einem Gas bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Inberührungbringen des Gases mit einem hier beschriebenen Katalysator während eines ausreichenden Zeitraums, um die Menge der NO_x-Verbindungen in dem Gas zu verringern, umfasst. Erfindungsgemäße Verfahren können eine oder mehrere der folgenden Stufen umfassen: (a) Ansammeln und/oder Verbrennen von Ruß, der sich in Kontakt mit dem Einlass eines katalytischen Filters befindet; (b) Einführen eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels in den Abgasstrom vor einem Inberührunggelangen mit dem katalytischen Filter, vorzugsweise ohne dazwischenliegende katalytische Stufen, die die Behandlung des NO_x und des Reduktionsmittels umfassen; (c) Erzeugen von NH₃ über einem NO_x-Adsorberkatalysator oder einer Mager-NO_x-Falle, und vorzugsweise Verwenden dieses NH₃ als Reduktionsmittel in einer stromabseitigen SCR-Reaktion; (d) Inberührungbringen des Abgasstroms mit einem DOC zum Oxidieren der löslichen organischen Fraktion (SOF) auf Kohlenwasserstoffbasis und/oder von Kohlenmonoxid zu CO₂ und/oder zum Oxidieren von NO zu NO₂, das seinerseits zum Oxidieren von partikelförmigem Material in einem Partikelfilter verwendet werden kann; und/oder Reduzieren des partikelförmingen Materials (PM) in dem Abgas; (e) Inberührungbringen des Abgases mit einer oder mehreren Durchfluss-SCR-Katalysatorvorrichtung(en) in Gegenwart eines Reduktionsmittels zum Verringern der NO_x-Konzentration in dem Abgas; und (f) Inberührungbringen des Abgases mit einem Ammoniak-Sperrkatalysator, vorzugsweise stromab des SCR-Katalysators zum Oxidieren des größten Teils, wenn nicht des gesamten Ammoniaks vor dem Emittieren des Abgases in die Atmosphäre oder Führen des Abgases durch eine Rückführungssschleife vor einem Eintreten/Wiedereintreten des Abgases in den Motor.
In einer weiteren Ausführungsform kann das gesamte oder mindestens ein Teil des Reduktionsmittels auf Stickstoffbasis, insbesondere NH₃, zum Verbrauch in dem SCR-Prozess durch einen NO_x-Adsorberkatalysator (NAC), eine Mager-NO_x-Falle (LNT) oder einen NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator (NSRC), der bzw. die stromauf des SCR-Katalysators, beispielsweise eines auf einem Wandstromfilter angeordneten erfindungsgemäßen SCR-Katalysators, angeordnet ist (sind), geliefert werden. In der vorliegenden Erfindung geeignete NAC-Komponenten umfassen eine Katalysatorkombination aus einem basischen Material (wie z.B. einem Alkalimetall, Erdalkalimetall oder Seltenerdmetall, einschließlich Oxiden von Alkalimetallen, Oxiden von Erdalkalimetallen und Kombinationen hiervon) und einem Edelmetall (wie z.B. Platin) und optional einer Reduktionskatalysatorkomponente, wie z.B. Rhodium. Spezielle Typen eines in dem NAC geeigneten basischen Materials umfassen Cäsiumoxid, Kaliumoxid, Magnesiumoxid, Natriumoxid, Calciumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid und Kombinationen hiervon. Das Edelmetall ist vorzugsweise in Mengen von etwa 10 bis etwa 200 g/ft³, wie z.B. von 20 bis 60 g/ft³, vorhanden. Alternativ ist das Edelmetall des Katalysators durch die mittlere Konzentration, die von etwa 40 bis etwa 100 g/ft³ betragen kann, gekennzeichnet.
Unter bestimmten Bedingungen kann während der periodisch fetten Regenerationsvorgänge NH₃ über einem NO_x-Adsorberkatalysator erzeugt werden. Der SCR-Katalysator stromab des NO_x-Adsorberkatalysators kann die NO_x-Reduktionswirksamkeit des Gesamtsystems verbessern. In dem kombinierten System ist der SCR-Katalysator in der Lage, das freigesetzte NH₃ aus dem NAC-Katalysator während fetter Regenerationsvorgänge zu speichern, und verwendet das gespeicherte NH₃, um einiges oder das gesamte NO_x, das durch den NAC-Katalysator während der normalen mageren Betriebsbedingungen schlüpft, selektiv zu reduzieren.
Das Verfahren zur Behandlung von Abgas gemäß Beschreibung hierin kann bei einem Abgas, das aus einem Verbrennungsprozess, z.B. aus einem Verbrennungsmotor (entweder mobil oder stationär), einer Gasturbine und aus kohlebefeuerten oder ölbefeuerten Kraftwerken stammt, durchgeführt werden. Das Verfahren kann auch verwendet werden, um Gas aus industriellen Prozessen, wie z.B. Raffinierung, von Raffinerieheizvorrichtungen und Boilern, Öfen, der chemischen verarbeitenden Industrie, Koksöfen, städtischen Abfallbehandlungsanlagen und Verbrennungsvorrichtungen usw. zu behandeln. In einer speziellen Ausführungsform wird das Verfahren zum Behandeln von Abgas aus einem mager verbrennenden Fahrzeugverbrennungsmotor, wie beispielsweise einem Dieselmotor, einem mager verbrennenden Benzinmotor oder einem mit Flüssiggas oder Erdgas angetriebenen Motor, verwendet.
In bestimmten Aspekten ist die vorliegende Erfindung ein System zum Behandeln eines Abgases, das durch einen Verbrennungsprozess, wie beispielsweise von einem Verbrennungsmotor (entweder mobil oder stationär), einer Gasturbine oder von kohlebefeuerten oder ölbefeuerten Kraftwerken und dgl., erzeugt wird. Derartige Systeme umfassen einen katalytischen Gegenstand, der den hier beschriebenen metallunterstützten AFX-Zeolith und mindestens eine weitere Komponente zum Behandeln des Abgases umfasst, wobei der katalytische Gegenstand und die mindestens eine weitere Komponente so ausgestaltet sind, dass sie als zusammenhängende Einheit fungieren.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst das System einen katalytischen Gegenstand, der einen hier beschriebenen metallunterstützten AFX-Zeolith umfasst, eine Leitung zum Führen eines strömenden Abgases und eine Quelle eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels, die stromauf des katalytischen Gegenstands angeordnet ist. Das System kann eine Steuerungsvorrichtung zum Dosieren des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels in das strömende Abgas lediglich dann, wenn festgestellt wird, dass der Zeolithkatalysator in der Lage ist, eine NO_x-Reduktion bei oder oberhalb einer gewünschten Wirksamkeit, beispielsweise bei oberhalb 100 °C, oberhalb 150 °C oder oberhalb 175 °C zu katalysieren, umfassen. Das Zudosieren des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann so gesteuert sein, dass 60 % bis 200 % des theoretischen Ammoniaks im Abgas, das in den SCR-Katalysator eintritt, bei einer Berechnung bei NH₃:NO = 1:1 und NH₃:NO₂ = 4:3, vorhanden sind.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das System einen Oxidationskatalysator (z.B. einen Dieseloxidationskatalysator (DOC)) zum Oxidieren von Stickstoffmonoxid in dem Abgas zu Stickstoffdioxid, wobei der Oxidationskatalysator stromauf eines Punkts zum Zudosieren des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels in das Abgas angeordnet sein kann. In einer Ausführungsform ist der Oxidationskatalysator so angepasst, dass er einen in den SCR-Zeolithkatalysator eintretenden Gasstrom mit einem Verhältnis NO:NO₂ von etwa 4:1 bis etwa 1:3, bezogen auf das Volumen, z.B. bei einer Abgastemperatur am Oxidationskatalysatoreinlass von 250 °C bis 450 °C, liefert. Der Oxidationskatalysator kann mindestens ein Platingruppenmetall (oder eine beliebige Kombination hiervon), wie z.B. Platin, Palladium oder Rhodium, das auf ein Durchflussmonolithsubstrat aufgetragen ist, umfassen. In einer Ausführungsform ist das mindestens eine Platingruppenmetall Platin, Palladium oder eine Kombination aus sowohl Platin als auch Palladium. Das Platingruppenmetall kann auf einer eine große Oberfläche aufweisenden Washcoatkomponente, wie z.B. Aluminiumoxid, einem Zeolith, wie z.B. einem Alumosilicat-Zeolith, Siliciumdioxid, nicht-Zeolith-Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Ceroxid, Zirconiumoxid, Titanoxid oder ein Mischoxid oder Verbundoxid, das sowohl Ceroxid als auch Zirconiumoxid enthält, geträgert sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein geeignetes Filtersubstrat zwischen dem Oxidationskatalysator und dem SCR-Katalysator angeordnet. Filtersubstrate können aus beliebigen der oben genannten, beispielsweise Wandstromfiltern, ausgewählt sein. Wenn das Filter katalysiert ist, z.B. mit einem Oxidationskatalysator der oben diskutierten Art, befindet sich vorzugsweise der Punkt zum Zudosieren eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels zwischen dem Filter und dem Zeolithkatalysator. Alternativ, wenn das Filter nicht katalysiert ist, kann das Mittel zum Zudosieren eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Filter angeordnet sein.
BEISPIELE
Beispiel 1: Herstellung eines ein hohes SAR aufweisenden AFX-Zeoliths.
Natriumsilicat (Siliciumdioxidquelle) und Zeolith-Y (Aluminiumoxidquelle) wurden in Gegenwart von 1,3-Bis(1-adamantyl)-imidazol-hydroxid (organisches Struktursteuerungsmittel) während 7 bis 10 Tagen bei etwa 145 °C umgesetzt. Das erhaltende kristalline Material wurde von der Mutterlauge abgetrennt und anschließend gewaschen und getrocknet. Die Analyse bestätigte, dass das Produkt einen eine hohe Reinheit aufweisenden AFX-Zeolith mit einem SAR von etwa 22 enthielt. 1 zeigt ein XRD-Muster des erhaltenen phasenreinen AFX-Zeoliths.

Claims

Alumosilicat-Zeolith, der mindestens etwa 90 % phasenreines AFX-Gerüst und ein Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis von etwa 12–50 umfasst.
Alumosilicat-Zeolith nach Anspruch 1, wobei der Zeolith eine Kristallgröße D₉₀ von etwa 0,5–7 µm aufweist.
Alumosilicat-Zeolith nach Anspruch 1, wobei der Zeolith 95 % phasenreines AFX-Gerüst umfasst.
Alumosilicat-Zeolith nach Anspruch 1, wobei der Zeolith ein Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis von etwa 15–20 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines ein AFX-Gerüst aufweisenden Alumosilicat-Zeoliths, wobei das Verfahren die Stufe des Umsetzens eines Synthesegels, das eine Siliciumdioxidquelle, eine aus Zeolithen der Ammoniumform und/oder Zeolithen der Wasserstoffform ausgewählte Aluminiumoxidquelle und ein Struktursteuerungsmittel umfasst, bei einer Temperatur von mindestens 100 °C bis zur Bildung von Kristallen der AFX-Zeolithform umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Aluminiumoxidquelle Zeoltih Y der Ammoniumform und/oder Zeoltih Y der Wasserstoffform ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Synthesegel die folgenden Zusammensetzungsverhältnisse aufweist: SiO₂/Al₂O₃ von etwa 18–105 Na₂O/Al₂O₃ von etwa 1,5–18 SDA₂O/Al₂O₃ = etwa 1,5–18 H₂O/Al₂O₃ von etwa 775–2845 OH^–/SiO₂ von etwa 0,3–0,65
Katalysator zum Behandeln eines Abgases, der einen phasenreinen AFX-Zeolith, beladen mit einem Metall, das aus V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, W, Re, Os, Ir, Pt und Au ausgewählt ist, umfasst.
Katalysator gemäß Anspruch 8, wobei das Metall aus Fe und Cu ausgewählt ist.
Katalysator gemäß Anspruch 8, wobei das Metall aus Pt, Ru und Pd ausgewählt ist.
Verfahren zum Speichern von NO_x, das ein Inberührungbringen eines NO_x enthaltenden Abgasstroms mit einem Katalysator nach Anspruch 8 umfasst.
Verfahren zum selektiven Reduzieren von NO_x, das ein Inberührungbringen eines NO_x enthaltenden Abgasstroms mit einem Katalysator nach Anspruch 8 umfasst.
Verfahren zum Oxidieren einer Komponente eines Abgases, wobei das Verfahren ein Inberührungbringen eines die Komponente enthaltenden Abgasstroms mit einem Katalysator nach Anspruch 8, wobei die Komponente aus CO, Kohlenwasserstoff(en) und NH₃ ausgewählt ist, umfasst.
Katalysatorgegenstand, der einen Katalysator nach Anspruch 8, der auf ein Substrat geträgert oder in ein Substrat eingebaut ist, das aus einem Wandstromwabenfilter und einem Durchflusswabensubstrat ausgewählt ist, umfasst.
Zeolith, der ein AFX-Gerüst und ein XRD-Muster gemäß 1 aufweist.