DE102016121612A1

DE102016121612A1 - Herstellung von aei-alumosilicatzeolith

Info

Publication number: DE102016121612A1
Application number: DE102016121612.7A
Authority: DE
Inventors: Sanyuan YANG; David Lang
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2016-11-11
Publication date: 2017-05-11
Also published as: RU2018121294A3; BR112018009465A2; JP2018533541A; CN108495814A; EP3374316B1; CN118047396A; BR112018009465B1; WO2017083606A1; US10112184B2; KR20180083368A; JP2022036948A; RU2750048C2; RU2018121294A; JP7304156B2; US20170128921A1; GB2546365B; EP3374316A1; GB2546365A

Abstract

Bereitgestellt wir ein neues Verfahren zum Synthetisieren von AEI-Zeolithen, das zu hohen relativen Ausbeuten von AEI, bezogen auf das Gewicht des Reaktionsgemischs, und bezüglich des Struktursteuerungsmittels führt. Das Verfahren sorgt auch für eine verringerte Verwendung von Wasser in dem Reaktionsgemisch.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Molekularsiebs, das ein AEI-Gerüst aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein durch das Verfahren hergestelltes unverwechselbares Molekularsieb sowie die Verwendung des Molekularsiebs als Katalysator.
HINTERGRUND
Zeolithe sind kristalline oder quasi-kristalline Alumosilicate, die aus sich wiederholenden tetraedrischen TO₄-Einheiten aufgebaut sind, wobei T meistens für Si, Al oder P (oder Kombinationen von tetraedrischen Einheiten) steht. Diese Einheiten sind miteinander unter Bildung von Gerüsten mit regelmäßigen Hohlräumen und/oder Kanälen von molekularen Dimensionen in dem Kristall verbunden. Es wurden zahlreiche Typen von synthetischen Zeolithen synthetisiert, und jeder weist ein unverwechselbares Gerüst, basierend auf der spezifischen Anordnung seiner tetraedrischen Einheiten, auf. Gemäß Übereinkunft wird jedem topologischen Typ ein unverwechselbarer Drei-Buchstaben-Code (z.B. "AEI") durch die Internationale Zeolithvereinigung (IZA) zugeordnet.
Zeolithe haben zahlreiche industrielle Anwendungen, und es ist bekannt, dass Zeolithe mit bestimmten Gerüsten, wie AEI, wirksame Katalysatoren zur Behandlung von Verbrennungsabgas in industriellen Anwendungen, einschließlich Verbrennungsmotoren, Gasturbinen, mit Kohle befeuerten Kraftwerken und dergleichen, sind. In einem Beispiel können Stickstoffoxide (NO_X) in dem Abgas durch ein sogenanntes selektives katalytisches Reduktions-(SCR)-Verfahren reguliert werden, bei dem die NO_X-Verbindungen in dem Abgas mit einem reduzierenden Mittel in Gegenwart eines Zeolithkatalysators in Kontakt gebracht werden. Weitere industrielle Anwendungen umfassen die Verwendung von Zeolithen für Methanol-to-Olefins-(MTO)-Anwendungen.
Synthetische Zeolithe des topologischen Typs AEI werden, wenn sie als Alumosilicatzusammensetzungen hergestellt werden, unter Verwendung von Struktursteuerungsmitteln (SDAs), die auch als "Template" oder "Templierungsmittel" bezeichnet werden, produziert. Die SDA's, die bei der Herstellung von Alumosilicatmaterialien des topologischen Typs AEI verwendet werden, sind typischerweise komplexe organische Moleküle, die die molekulare Form und das molekulare Muster des Zeolithgerüsts steuern bzw. anweisen. Allgemein kann das SDA als eine Form betrachtet werden, um die sich die Zeolithkristalle bilden. Nach der Bildung der Kristalle wird das SDA aus der Innenstruktur der Kristalle entfernt, wobei ein molekularporöser Alumosilicatkäfig zurückbleibt.
Bei typischen Synthesetechniken werden feste Zeolithkristalle aus einem Reaktionsgemisch gebildet, das die Gerüstreaktanden (z.B. eine Quelle von Siliciumdioxid und eine Quelle von Aluminiumoxid), eine Quelle von Hydroxidionen (z.B. NaOH) und ein SDA enthält. Solche Synthesetechniken erfordern üblicherweise mehrere Tage (abhängig von Faktoren, wie der Kristallisationstemperatur), um die gewünschte Kristallisation zu erreichen. Wenn die Kristallisation abgeschlossen ist, wird das die Zeolithkristalle enthaltende feste Produkt von der Mutterlauge abgetrennt, die verworfen wird. Diese verworfene Mutterlauge enthält nicht verwendetes SDA, das häufig aufgrund der strengen Reaktionsbedingungen und nicht umgesetzten Siliciumdioxids abgebaut wird.
Bekannte SDAs zur Verwendung bei der Synthese von AEI-Zeolithen sind relativ teuer und tragen in einem wesentlichen Teil zu den Herstellungskosten des Zeoliths bei. Zusätzlich liefern herkömmliche Verfahren zur Synthese von AEI-Zeolith eine relativ geringe Ausbeute, bezogen auf das SDA (einer Schlüsselkomponente des Reaktionsgemischs), was ebenfalls die Herstellungskosten beeinflusst.

Das US-Patent Nr. 5 958 370 beschreibt Bedingungen für die Synthese von SSZ-39, das auch als AEI bekannt ist. Natriumsilicat wurde als Quelle von Siliciumdioxid verwendet, wobei einer der nachfolgenden Zeolithe als Aluminiumquelle verwendet wurde: NH₄Y (SAR ~ 5,2), NaY (SAR ~ 5,2) desaluminiertes USY (SAR ~ 13). Natriumhydroxid und Natriumsilicat wurden als Basen verwendet, wobei verschiedene Template verwendet wurden (siehe Tabelle I.2) Die Tabelle A des US-Patents Nr. 5 958 370 zeigt die typischen und bevorzugten Verhältnisse der Komponenten in dem Reaktionsgemisch. TABELLE A

Reaktionsgemisch
generisch	typisch	bevorzugt
YO₂/W_aO_b	10–100	15–60
OH-/YO₂	0,5–1,0	0,6–0,8
Q/YO₂	0,05–0,50	0,10–0,20
M₂/n/YO₂	0,30–1,0	0,50–0,60
H₂O/YO₂	20–80	30–40

Y, W, Q, M und n sind definiert. Wenn Y für Silicium steht, steht W für Aluminium, Q steht für ein SDA, M steht für ein Natriumkation und n = 1. Die Beispiele verwendeten extrem kleine Chargengrößen, wobei bei einem Beispiel 2,1 g Produkt hergestellt wurden und die anderen weniger als 0,5 g Produkt produzierten.
Moliner et al. (Chem. Commun., 48 (2012) 8264) beschrieben die Synthese von Cu-ausgetauschtem SSZ-39 unter Verwendung von Natriumsilicat oder LUDOX als Siliciumquelle, USY_CBV500, Aluminiumhydroxid oder Aluminiumoxid als Aluminiumquelle und N-N-Dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium-Kation (Templat H im US-Patent Nr. 5 958 370 ) als SDA. Von den zwölf unterschiedlichen Reaktionsbedingungen, die versucht wurden, führten lediglich drei zur Bildung von AEI nach 7-tägiger Kristallisation bei 135 °C unter statischen Bedingungen. Es wurde keine Informationen bezüglich des Umfangs des verwendeten Reaktionsgemisches geliefert. Lediglich die Verwendung von NH₄Y, jedoch nicht von Aluminiumoxid oder Aluminiumhydroxid als Aluminiumquelle führte zur Bildung von AEI. Nur die Verwendung von Natriumsilicat, jedoch nicht von Silicasol, als Siliciumdioxidquelle führte zu der Bildung von AEI. Ein verdünnteres Reaktionsgemisch begünstigte die Bildung von AEI.
Dementsprechend wäre es wünschenswert, die Kosten des Syntheseverfahrens zu verringern, vorzugsweise durch ein Mittel, das eine geringe Auswirkung auf die Umgebung hat. Diese Erfindung erfüllt – unter anderem – dieses Erfordernis.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Anmelder fanden ein Verfahren zur Erhöhung der Ausbeute von AEI relativ zu dem Gewicht des Reaktionsgemischs ("AEI-Ausbeute") und zur Erhöhung der relativen Ausbeute bezüglich SDA in einem Syntheseverfahren für einen AEI-Zeolith. Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck "relative Ausbeute" im Hinblick auf das SDA die Menge an SDA, die bei dem Aufbau des Zeolithgerüsts über eine oder mehrere aufeinanderfolgende Ansätze direkt verwendet wird (gegenüber der in der Mutterlauge verbleibenden Menge an SDA), relativ zu der Menge des in das Verfahren insgesamt eingeführten SDA. Die Anmelder stellten ebenfalls fest, dass das Verfahren die Menge des in dem Reaktionsgemisch benötigten Wassers verringert.
Überraschenderweise und im Gegensatz zu sämtlichen früheren Berichten bezüglich der Synthese von Zeolithen mit dem topologischen Typ AEI mit einer Alumosilicatzusammensetzung entwickelten die Anmelder nun ein „Ein-Durchlauf“-(„once-through“)-Herstellungsverfahren (d.h. welches keine Rezyklierung der Mutterlauge umfasst), das eine hohe relative Ausbeute bezüglich des SDA aufweist. Demgemäß kann mittels des Ein-Durchlauf-Verfahrens, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ein Zeolith vom topologischen Typ AEI mit einer Alumosilicatzusammensetzung gebildet werden mit: (1) einer auf das Gewicht von AEI bezogenen relativen Ausbeute, die pro Gewicht des Reaktionsgemischs erhalten wird, von ≥ etwa 6 Prozent, (2) einer relativen Ausbeute bezüglich des Struktursteuerungsmittels von ≥ etwa 30 Prozent oder (3) einer auf das Gewicht von AEI bezogenen relativen Ausbeute, die pro Gewicht des Reaktionsgemischs erhalten wird, von ≥ etwa 6 Prozent und einer relativen Ausbeute bezüglich des Struktursteuerungsmittels von ≥ etwa 30 Prozent.
Bereitgestellt wird ein Verfahren zum Erreichen einer hohen AEI-Ausbeute in einem Zeolith vom topologischen Typ AEI mit einer Alumosilicatzusammensetzung unter Verwendung eines Syntheseverfahrens, das die folgenden Stufen umfasst: (a) Herstellung eines Gemischs, umfassend (i) mindestens eine Quelle von Aluminium, (ii) mindestens eine Quelle von Siliciumdioxid, (iii) mindestens eine Quelle von Hydroxidionen und (iv) ein AEI-Struktursteuerungsmittel (SDA); und (b) Umsetzen des Gemisches unter Kristallisationsbedingungen zur Bildung von Zeolithkristallen, die ein AEI-Gerüst aufweisen. Die ein AEI-Gerüst aufweisenden Kristalle können ein Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis (SAR) von etwa 8 bis einschließlich etwa 50, vorzugsweise zwischen etwa 10 und einschließlich etwa 30, stärker bevorzugt zwischen etwa 11 und einschließlich etwa 26 aufweisen. Das Verfahren kann Folgendes liefern: (1) eine auf das SDA bezogene relative Ausbeute von ≥ etwa 30 Prozent, (2) eine auf das Gewicht des Reaktionsgemischs bezogene relative AEI-Ausbeute von ≥ 5,9 Prozent oder (3) eine auf das SDA bezogene relative Ausbeute von ≥ etwa 30 Prozent und eine auf das Gewicht des Reaktionsgemischs bezogene relative AEI-Ausbeute von ≥ 5,9 Prozent. Das Verfahren sorgt für eine Verringerung von etwa 50 % hinsichtlich der in dem Reaktionsgemisch benötigten Wassermenge, was teilweise für eine Erhöhung der relativen AEI-Ausbeute, bezogen auf das Gewicht des Reaktionsgemischs, verantwortlich ist.
Ferner wird eine Zusammensetzung bereitgestellt, die die folgenden Komponenten umfasst: mindestens eine Quelle von Siliciumdioxid, mindestens eine Quelle von Aluminiumoxid, mindestens ein Struktursteuerungsmittel (SDA), eine Quelle von Hydroxidionen und Wasser, wobei die Siliciumdioxidquellen und die Aluminiumoxidquellen als SiO₂ bzw. Al₂O₃ ausgedrückt sind und die Komponenten in den folgenden Verhältnissen vorhanden sind:

SiO₂/Al₂O₃ 10–100

OH^–/SiO₂ 0,2–0,9

SDA/SiO₂ 0,01–0,20

Alkalimetallkationen/SiO₂ 0,20–1,0

H₂O/SiO₂ 4–60
Diese Zusammensetzung produziert bei Umsetzung bei einer erhöhten Temperatur AEI.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In einem Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Synthese von Zeolithen vom topologischen Typ AEI mit einer Alumosilicatzusammensetzung. Vorzugsweise umfasst die Erfindung die Verwendung von bestimmten Reaktanden und/oder von Verhältnissen dieser Reaktanden zur Verbesserung der relativen Ausbeute bezüglich SDA im Vergleich zu der Verwendung von herkömmlichen Reaktanden.
Die relative Ausbeute kann durch die Auswahl der SDA's verbessert werden, die die Bildung des topologischen Typs AEI mit einer Alumosilicatzusammensetzung mit einem Minimum an Überschuss bilden oder steuern können, d.h. das SDA weist eine hohe Struktursteuerungswirkung auf.
Das Verfahren kann die folgenden aufeinanderfolgenden Stufen umfassen: (a) Bilden eines Reaktionsgemischs eines Zeoliths vom topologischen Typ AEI und (b) Umsetzen des Gemischs unter Kristallisationsbedingungen zur Bildung einer Charge von Zeolithkristallen, die ein Röntgenbeugungsmuster aufweisen, das mit dem topologischen AEI-Typ übereinstimmt. Die ausgefällten Zeolithkristalle werden vorzugsweise von der nachfolgenden Mutterlauge mittels einer beliebigen herkömmlichen Technik, wie Filtration, abgetrennt.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff "AEI" auf einen topologischen Typ AEI, wie er von der Strukturkommission der Internationalen Zeolithvereinigung (IZA) anerkannt ist, und der Begriff "AEI-Zeolith" bedeutet ein Alumosilicat, bei dem die primäre kristalline Phase AEI ist. Weitere kristalline Phasen, wie der topologische Typ FAU und/oder der topologische Typ MFI und/oder der topologische Typ MOR, können auch vorhanden sein, die primäre kristalline Phase umfasst jedoch ≥ etwa 90 Gewichtsprozent (Gew.-%) AEI, vorzugsweise ≥ 95 Gewichtsprozent AEI und noch stärker bevorzugt ≥ etwa 97 oder ≥ etwa 99 Gewichtsprozent AEI. Das Molekularsieb kann einen topologischen Typ FAU und/oder einen topologischen Typ MFI und/oder einen topologischen Typ MOR in geringen Mengen enthalten, vorzugsweise von weniger als einer Gesamtmenge von 5 Gew.-% und noch stärker bevorzugt weniger als etwa 3 Gew.-% oder sogar weniger als etwa 1 Gew.-% enthalten. Vorzugsweise ist das AEI-Molekularsieb im Wesentlichen frei von anderen kristallinen Phasen und ist keine Verwachsung von zwei oder mehr Gerüsttypen. Mit "im Wesentlichen frei" im Hinblick auf andere kristalline Phasen ist gemeint, dass das Molekularsieb ≥ 99 Gew.-% AEI enthält.
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff "Zeolith" ein synthetisches Alumosilicat-Molekularsieb mit einem aus Aluminiumoxid und Siliciumdioxid (d.h. sich wiederholenden tetraedrischen SiO₄- und AlO₄-Einheiten) aufgebauten Gerüst, das vorzugsweise ein Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis (SAR) von ≥ 8, vorzugsweise von etwa 8 bis einschließlich etwa 50, stärker (bevorzugt) von etwa 10 bis einschließlich etwa 30, am stärksten bevorzugt zwischen etwa 11 und einschließlich etwa 26 aufweist.
Die Zeolithe der vorliegenden Erfindung sind nicht Silicoaluminophosphate (SAPOs) und weisen daher keine merkliche Menge an Phosphor in ihrem Gerüst auf. D. h., die Zeolithgerüste weisen kein Phosphor als reguläre sich wiederholende Einheit auf und/oder weisen nicht eine Menge an Phosphor auf, die die grundlegenden physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des Materials, insbesondere in Hinblick auf die Fähigkeit des Materials, NO_X über einen breiten Temperaturbereich selektiv zu reduzieren, oder für Methanol-to-Olefins-(MTO)-Anwendungen verwendet zu werden, beeinflussen würde. Die Menge an Gerüstphosphor kann weniger als etwa 1 Gewichtsprozent, vorzugsweise weniger als 0,1 Gewichtsprozent, am stärksten bevorzugt weniger als 0,01 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Zeoliths, betragen.
Die durch das vorliegende Verfahren synthetisierten Zeolithe können ein oder mehrere Nicht-Gerüst-Alkali- und/oder -Erdalkalimetalle umfassen. Diese Metalle werden typischerweise in das Reaktionsgemisch in Verbindung mit der Quelle von Hydroxidionen eingeführt. Beispiele für solche Metalle umfassen Natrium und/oder Kalium und auch Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Lithium, Cäsium und Rubidium.
Üblicherweise ist es wünschenswert, das Alkalimetallkation durch Ionenaustausch zu entfernen und es durch ein Wasserstoff-, Ammonium- oder beliebiges gewünschtes Metallion zu ersetzen. Demgemäß können Zeolithe der vorliegenden Erfindung ein Zeolith der Na-Form, ein Zeolith der K-Form oder einer kombinierten Na, K-Form und dergleichen sein, oder können ein Zeolith der H-Form, ein Zeolith der Ammoniumform oder ein metallausgetauschter Zeolith sein. Typische Ionenaustauschtechniken umfassen ein In-Kontakt-bringen des synthetischen Zeoliths mit einer Lösung, die ein Salz des bzw. der gewünschten ersetzenden Kations oder Kationen enthält. Obzwar eine breite Vielfalt von Salzen verwendet werden kann, sind Chloride und andere Halogenide, Nitrate, Sulfate und Carbonate besonders bevorzugt. Repräsentative Ionenaustauschtechniken sind auf dem einschlägigen Fachgebiet weithin bekannt. Der Ionenaustausch erfolgt nach der Synthese und kann entweder bevor oder nachdem der Zeolith calciniert wird, stattfinden. Nach dem Kontakt mit der Salzlösung des gewünschten ersetzenden Kations wird der Zeolith typischerweise mit Wasser gewaschen und bei Temperaturen in einem Bereich von 65 °C bis etwa 315 °C, üblicherweise zwischen 80 °C und 150 °C, getrocknet. Nach dem Waschen kann der Zeolith in einem Inertgas und/oder in Luft bei Temperaturen in einem Bereich von etwa 315 °C bis 850 °C in Zeiträumen im Bereich von 1 bis 48 Stunden oder mehr calciniert werden, um ein katalytisch aktives und stabiles Produkt herzustellen.
Das Zeolith-Reaktionsgemisch für ein AEI-Syntheseverfahren enthält typischerweise mindestens eine Quelle von Siliciumdioxid, mindestens eine Quelle von Aluminiumoxid, mindestens ein zur Bildung eines AEI-Gerüsts geeignetes SDA und mindestens eine Quelle von Hydroxidionen. Am stärksten bevorzugt verwendet das Reaktionsgemisch einen Alumosilicatzeolith des topologischen Typs FAU als Quelle von Aluminium.
Das Verfahren kann eine auf das Gewicht des Reaktionsgemischs bezogene AEI-Ausbeute von ≥ etwa 5 %, ≥ etwa 5,5 %, ≥ etwa 6 %, ≥ etwa 6,5 %, ≥ etwa 7 %, ≥ etwa 7,5 % oder ≥ etwa 8 % aufweisen.
Das Verfahren kann eine auf das SDA bezogene Ausbeute von ≥ etwa 30 %, ≥ etwa 35 %, ≥ etwa 40 %, ≥ etwa 45 %, ≥ etwa 50 %, ≥ etwa 55 %, ≥ etwa 60 %, ≥ etwa 65 %, ≥ etwa 70 %, ≥ etwa 75 %, ≥ etwa 80 %, ≥ etwa 85 %, ≥ etwa 90 % oder ≥ etwa 95 % aufweisen.
Geeignete Siliciumdioxidquellen umfassen ohne Einschränkung pyrogene Kieselsäure (fumed silica), Silicate, Kieselhydrogel, kolloidales Siliciumdioxid, Silicagele, Zeolithe, wie Zeolith Y und/oder Zeolith X und Siliciumhydroxide und -alkoxide. Siliciumdioxidquellen, die zu einer hohen relativen Ausbeute führen, sind bevorzugt. Typische Aluminiumoxidquellen sind ebenfalls allgemein bekannt und umfassen Aluminate, Aluminiumoxid, andere Zeolithe, wie Zeolith FAU, Aluminiumkolloide, Böhmite, Pseudo-Böhmite, Aluminiumhydroxide, Aluminiumsalze, wie Aluminiumsulfat und Aluminiumoxychlorid, Aluminiumhydroxide und -alkoxide, Aluminiumoxidgele. Eine Behandlung der Zeolithe, wie beispielsweise Y-Zeolith, mittels Vermahlen und/oder Calcinierung, kann die Rate der AEI-Kristallisation aus dem Reaktionsgemisch verbessern und Verunreinigungsphasen verringern.
Typischerweise wird eine Quelle von Hydroxidionen, wie ein Alkalimetallhydroxid und/oder ein Erdalkalimetallhydroxid, einschließlich ein Hydroxid von Natrium, Kalium, Lithium, Cäsium, Rubidium, Calcium und Magnesium, in dem Reaktionsgemisch verwendet. Diese Komponente kann jedoch weggelassen werden, solange die äquivalente Basizität beibehalten wird. Das SDA kann zur Bereitstellung von Hydroxidionen verwendet werden. Somit kann es vorteilhaft sein, das Halogenid beispielsweise durch ein Hydroxidion auszutauschen, wodurch die erforderliche Menge an Alkalimetallhydroxid verringert oder eliminiert wird. Das Alkalimetallkation oder das Erdalkalimetallkation kann Teil des synthetisierten kristallinen Oxidmaterials sein, um die Ladungen der Valenzelektronen darin auszugleichen.
Salze, insbesondere Alkalimetallhalogenide, wie Natriumchlorid, können ebenfalls zu dem Reaktionsgemisch zugegeben oder in dem Reaktionsgemisch gebildet werden. Vorzugsweise ist das AEI-Zeolith-Reaktionsgemisch frei oder im Wesentlichen frei von Fluor, Fluor enthaltenden Verbindungen und Fluorionen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Zeoliths mit einem AEI-Gerüst umfasst: a. Bilden eines Reaktionsgemischs, das eine Siliciumdioxidquelle, eine Aluminiumoxidquelle, eine Base und ein organisches Struktursteuerungsmittel (SDA) umfasst, wobei mindestens ein Teil der Aluminiumoxidquelle ein Zeolith vom topologischen Typ FAU ist, und b. Umsetzen des Reaktionsgemisch bei einer erhöhten Temperatur während eines zur Bildung von Zeolithkristallen mit einem AEI-Gerüst ausreichenden Zeitraums. Die auf das Gewicht von AEI bezogene Ausbeute relativ zu dem Gewicht des Reaktionsgemischs kann ≥ etwa 5 %, ≥ etwa 5,5 %, ≥ etwa 6 %, ≥ etwa 6,5 %, ≥ etwa 7 %, ≥ etwa 7,5 % oder ≥ etwa 8 % betragen.
Ein Verfahren zum Erreichen einer hohen Ausbeute bezüglich des SDA in einem AEI-Zeolith-Syntheseverfahren umfasst: a. Herstellung eines Gemischs, das (i) mindestens eine Quelle von Aluminium, (ii) mindestens eine Quelle von Siliciumdioxid, (iii) mindestens eine Quelle von Hydroxidionen und (iv) mindestens ein AEI-Struktursteuerungsmittel (SDA) umfasst; und b. Umsetzen des Gemischs unter Kristallisationsbedingungen zur Bildung von einem ein AEI-Gerüst aufweisenden Zeolithkristallen mit einem Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis (SAR) von etwa 8 bis einschließlich etwa 50. Die auf das SDA bezogene relative Ausbeute von AEI auf einer molaren Basis kann ≥ etwa 30 %, ≥ etwa 35 %, ≥ etwa 40 %, ≥ etwa 45 %, ≥ etwa 50 %, ≥ etwa 55 %, ≥ etwa 60 %, ≥ etwa 65 %, ≥ etwa 70 %, ≥ etwa 75 %, ≥ etwa 80 %, ≥ etwa 85 %, ≥ etwa 90 % oder ≥ etwa 95 % betragen.
Ein Verfahren zum Erreichen einer hohen Ausbeute, bezogen auf das Gewicht des Reaktionsgemischs, bei einem AEI-Zeolith-Syntheseverfahren umfasst: (a.) Herstellen eines Gemischs, das (i) mindestens eine Quelle von Aluminium, (ii) mindestens eine Quelle von Siliciumdioxid, (iii) mindestens eine Quelle von Hydroxidionen und (iv) ein AEI-Struktursteuerungsmittel (SDA) umfasst, und (b.) Umsetzen des Gemischs unter Kristallisationsbedingungen zur Bildung von ein AEI-Gerüst aufweisenden Zeolithkristallen mit einem Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxidverhältnis (SAR) von etwa 8 bis einschließlich etwa 50, ohne die Zugabe der Mutterlauge, wobei die Ausbeute des Gewichts des AEI relativ zu dem Gewicht des Reaktionsgemischs ≥ etwa 5 %, ≥ etwa 5,5 %, ≥ etwa 6 %, ≥ etwa 6,5 %, ≥ etwa 7 %, ≥ etwa 7,5 % oder ≥ etwa 8 % beträgt.
Bei den obigen Verfahren (gilt):
Das Gemisch kann im Wesentlichen frei von Fluor, Fluorionen und fluorhaltigen Verbindungen sein.
Die Struktursteuerungsmittel können zyklische oder polyzyklische quartäre Ammoniumkationen sein. Das Struktursteuerungsmittel kann ein oder mehrere Kationen umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus N,N-Dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium, N,N-Dimethyl-2-(2-hydroxyethyl)-piperidinium, N,N,-Dimethyl-2-ethylpiperidinium und 2,2,4,6,6-Pentamethyl-2-azoniabicyclo[3.2.1]octan besteht. Das Struktursteuerungsmittel kann ein N,N-Dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium-Kation sein.
Die Siliciumdioxidquelle kann Siliciumdioxid, Wasserglas (Natriumsilicat), desaluminiertes Y, NaY oder USY sein.
Das Reaktionsgemisch kann weniger als 1000, weniger als 750, weniger als 700, weniger als 650 oder weniger als 600 Mole Wasser pro Mol Aluminiumoxid umfassen. Vorzugsweise umfasst das Reaktionsgemisch etwa 580 Mole Wasser pro Mol Aluminiumoxid, wobei etwa von 550 bis 580 Mole Wasser pro Mol Aluminiumoxid bedeutet.
Das Reaktionsgemisch kann eine Mutterlauge umfassen.
Die relative Ausbeute, bezogen auf das Gewicht von AEI, zu dem Gewicht des Reaktionsgemischs, kann ≥ etwa 5 %, ≥ etwa 5,5 %, ≥ etwa 6 %, ≥ etwa 6,5 %, ≥ etwa 7 %, ≥ etwa 7,5 % oder ≥ etwa 8 % betragen.
Die Ausbeute bezüglich des Struktursteuerungsmittels kann ≥ etwa 30 %, ≥ etwa 35 %, ≥ etwa 40 %, ≥ etwa 45 %, ≥ etwa 50 %, ≥ etwa 55 %, ≥ etwa 60 %, ≥ etwa 65 %, ≥ etwa 70 %, ≥ etwa 75 %, ≥ etwa 80 %, ≥ etwa 85 %, ≥ etwa 90 % oder ≥ etwa 95 % betragen.

Das Reaktionsgemisch kann in Form einer Lösung, einer kolloidalen Dispersion (kolloidales Sol), eines Gels oder einer Paste vorliegen, wobei ein Gel bevorzugt ist. AEI kann aus einem Reaktionsgemisch, das die in Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzung aufweist, hergestellt werden. Silicium enthaltende und Aluminium enthaltende Reaktanden sind als SiO₂ bzw. Al₂O₃ ausgedrückt. Die Verhältnisse der Komponenten wurden auf Al₂O₃ normalisiert. Dies erfolgt aufgrund einer Beobachtung in Vorarbeiten, dass das gesamte Aluminium in dem Reaktionsgemisch unter den hier beschriebenen Bedingungen zum Produkt umgewandelt wird. TABELLE 1

Reaktanden	Typisches Verhältnis	Bevorzugtes Verhältnis
SiO₂/Al₂O₃	10–100	25–75
OH^–/SiO₂	0,2–0,9	0,35–0,75
SDA/SiO₂	0,01–0,20	0,04–0,12
Alkalimetallkationen/SiO₂	0,20–1,0	0,30–0,60
H₂O/SiO₂	4–60	6–30

Ein Aspekt der Erfindung ist eine Zusammensetzung, die die folgenden Komponenten umfasst: eine Siliciumdioxidquelle, eine Aluminiumoxidquelle, ein Struktursteuerungsmittel (SDA), eine Quelle von Hydroxidionen und Wasser, wobei die Siliciumdioxidquelle und die Aluminiumoxidquelle als SiO₂ bzw. Al₂O₃ ausgedrückt sind, und die Komponenten in den folgenden Verhältnissen vorhanden sind, wobei die Endpunkte eingeschlossen sind:

SiO₂/Al₂O₃ 10–100

OH^–/SiO₂ 0,2–0,9

SDA/SiO₂ 0,01–0,20

Alkalimetallkationen/SiO₂ 0,20–1,0

H₂O/SiO₂ 4–60
Die Reaktanden in der Zusammensetzung können vorzugsweise in den folgenden Verhältnissen vorhanden sein, wobei die Endpunkte eingeschlossen sind:

SiO₂/Al₂O₃ 25–75

OH^–/SiO₂ 0,35–0,75

SDA/SiO₂ 0,04–0,12

Alkalimetallkationen/SiO₂ 0,30–0,60

H₂O/SiO₂ 6–30
Die obigen Zusammensetzungen produzieren beim Umsetzen bei einer Temperatur von zwischen etwa 75 bis etwa 220 °C während zwischen 0,1 und 20 Tagen einen AEI-Zeolith.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Verwendung dieser oben beschriebenen Zusammensetzungen bei der Bildung eines AEI-Zeoliths.
Ein oder mehrere dieser Reaktanden können aus einer Mutterlauge, einem Teil einer nach Kristallisation des AEI verbleibenden Lösung, aus einer früheren Synthese vorhanden sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Reaktion mit der Maßgabe durchgeführt werden, dass das Reaktionsgemisch nicht die Zugabe oder Rezyklierung einer beliebigen Mutterlauge umfasst.
Das Reaktionsgemisch verwendet geringere Mengen an Templat und Wasser, als sie in anderen Synthesen verwendet wurden.

Für Vergleichszwecke wurden die im US-Patent Nr. 5 958 370 offenbarten Reaktionszusammensetzungen rekonstruiert, wobei die molaren Verhältnisse der Reaktanden, basierend auf Aluminiumoxid, normalisiert wurden. Die Reaktionsgemische wiesen die Komponenten in den folgenden Verhältnissen auf:

Beispiel 2–14	31SiO₂	1,0Al₂O₃	8,14Na₂O	4,95R_AOH	1413H₂O
Beispiel 15:	50SiO₂	1,0Al₂O₃	14,25Na₂O	8,65R_BOH	2460H₂O
Beispiel 16:	85,5SiO₂	1,0Al₂O₃	25,4Na₂O	15,5R_BOH	4400H₂O
Beispiel 17:	80,6SiO₂	1,0Al₂O₃	26,2Na₂O	11,5R_BI	2315H₂O

Die bei Moliner offenbarten Reaktionsgemische wurden ebenfalls rekonstruiert, wobei die Molverhältnisse der Reaktanden, bezogen auf Aluminiumoxid, normalisiert wurden. Die Reaktionsgemische wiesen die Komponenten in den folgenden Verhältnissen auf:

A: 30SiO₂ 1,0Al₂O₃ 7,2Na₂O 5,1R_HOH 1200H₂O

B: 60SiO₂ 1,0Al₂O₃ 14,3Na₂O 10,2R_HOH 2400H₂O

C: 60SiO₂ 1,0Al₂O₃ 14,3Na₂O 10,2R_HOH 1200H₂O
Die in den hier beschriebenen Reaktionsgemischen erforderliche Wassermenge (580H₂O pro 1Al₂O₃) beträgt weniger als 50 % der geringsten Wassermenge, die im US-Patent Nr. 5 958 370 (1413H₂O pro 1Al₂O₃) oder bei Moliner (1200H₂O pro 1Al₂O₃) verwendet wurde.
Reaktionstemperaturen, Mischzeiten und -geschwindigkeiten und weitere Verfahrensparameter, die für herkömmliche AEI-Synthesetechniken geeignet sind, sind ebenfalls allgemein für die vorliegende Erfindung geeignet. Im Allgemeinen wird das Reaktionsgemisch bei einer erhöhten Temperatur gehalten, bis sich die Kristalle des AEI-Zeoliths gebildet haben. Die hydrothermale Kristallisation wird üblicherweise unter autogenem Druck bei einer Temperatur zwischen etwa 75–220 °C, beispielsweise zwischen etwa 100 und 175 °C, vorzugsweise zwischen 110 und 150 °C über eine Dauer von mehreren Stunden, beispielsweise etwa 0,1–20 Tagen und vorzugsweise von etwa 0,25–3 Tagen durchgeführt. Vorzugsweise wird der Zeolith unter Verwendung von Verrühren oder Bewegen hergestellt.
Während der Hydrothermalkristallisationsstufe können die AEI-Kristalle spontan aus dem Reaktionsgemisch keimen gelassen werden. Die Verwendung von AEI-Kristallen als Impfmaterial kann vorteilhaft sein, um die Zeit zu verringern, die für eine komplette Kristallisation erforderlich ist. Bei Verwendung als Impfkristalle werden die AEI-Kristalle in einer Menge zwischen 0,1 und 10 % des Gewichts des in dem Reaktionsgemisch verwendeten Siliciumdioxids zugegeben.
Sobald sich die Zeolithkristalle gebildet haben, wird das feste Produkt von dem Reaktionsgemisch durch Standardtrendtechniken, wie Filtration, abgetrennt. Die Kristalle werden mit Wasser gewaschen und anschließend mehrere Sekunden bis einige Minuten (z.B. 5 Sekunden bis 10 Minuten für ein Blitztrocknen) oder mehrere Stunden (z.B. etwa 4 bis 24 Stunden für ein Ofentrocknen bei 75 bis 150 °C) getrocknet, um die synthetisierten (assynthesized) Zeolithkristalle vom topologischen Typ AEI zu erhalten. Die Trocknungsstufe kann bei Atmosphärendruck oder unter Vakuum durchgeführt werden.
Es versteht sich, dass die vorausgehende Reihenfolge von Stufen sowie jeder der oben genannten Zeiträume und Temperaturwerte lediglich beispielhaft sind und variiert werden können.
Die gemäß diesem Verfahren hergestellten AEI-Zeolithkristalle können einheitlich sein, wenig oder keine Verzwillingung und/oder Mehrfachverzwillingung aufweisen oder können Agglomerate bilden.
Die gemäß den hier beschriebenen Verfahren hergestellten AEI-Zeolithkristalle weisen eine mittlere Kristallgröße von etwa 0,01 bis etwa 5 µm, beispielsweise etwa 0,5 bis etwa 5 µm, etwa 0,1 bis etwa 1 µm, und etwa 1 bis etwa 5 µm auf. Große Kristalle können unter Verwendung einer Strahlenmühle oder einer anderen Partikel-auf-Partikel-Mahltechnik auf eine durchschnittliche Größe von etwa 1,0 bis etwa 1,5 µm vermahlen werden, um das Auftragen in Form eines Washcoats einer den Katalysator enthaltenden Aufschlämmung auf ein Substrat, wie beispielsweise einen Durchflussmonolith, zu erleichtern.
Die durch die hier beschriebenen Verfahren synthetisierten Zeolithe vom topologischen Typ AEI weisen ein Siliciumoxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis (SAR) von ≥ 8, beispielsweise etwa 8 bis einschließlich etwa 50, etwa 10 bis etwa 35 oder etwa 11 bis etwa 26 auf. Das SAR kann basierend auf der Zusammensetzung des Ausgangssynthesegemischs und/oder durch Einstellen weiterer Verfahrensvariablen selektiv erreicht werden. 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 soll Silicium oder Aluminium in dem Bindemittel (bei Katalysatoranwendungen) oder in kationischer oder anderer Form in den Kanälen oder das in einer Verunreinigungsphase Vorhandene (Material) ausschließen.
Der Zeolith vom topologischen Typ AEI ist als Katalysator in bestimmten Anwendungen geeignet. Die getrockneten AEI-Molekularsiebkristalle werden vorzugsweise calciniert, können jedoch auch ohne Calcinierung verwendet werden. Der einen Zeolith vom topologischen Typ AEI enthaltende Katalysator kann auch entweder ohne einen nach der Synthese erfolgenden Metallaustausch oder mit einem nach der Synthese erfolgenden Metallaustausch verwendet werden. Somit wird in bestimmten Aspekten der Erfindung ein Katalysator bereitgestellt, der einen Zeolith vom topologischen Typ AEI umfasst, wobei der Zeolith vom topologischen Typ AEI frei oder im Wesentlichen frei von beliebigem ausgetauschtem Metall, insbesondere nach der Synthese ausgetauschten oder imprägnierten Metallen, ist. Ein Katalysator kann einen Zeolith vom topologischen Typ AEI umfassen, der ein oder mehrere katalytische Metallionen enthält, die in die Kanäle und/oder Hohlräume des Zeoliths ausgetauscht oder anderweitig imprägniert sind. Beispiele für Metalle, die nach der Zeolithsynthese ausgetauscht oder imprägniert werden können, umfassen Übergangsmetalle, einschließlich Kupfer, Nickel, Zink, Eisen, Wolfram, Molybdän, Cobalt, Titan, Zirconium, Mangan, Chrom, Vanadium, Niob sowie Zinn, Bismut und Antimon, Edelmetalle, einschließlich Platingruppenmetallen (PGMs), wie z.B. Ruthenium, Rhodium, Palladium, Indium, Platin, und Edelmetalle, wie Gold und Silber, Erdalkalimetalle, wie Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium und Barium, und Seltenerdmetalle, wie Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Europium, Terbium, Erbium, Ytterbium und Yttrium. Bevorzugte Übergangsmetalle für einen Austausch nach der Synthese sind unedle Metalle und bevorzugte unedle Metalle umfassen diejenigen, die aus der aus Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel, Kupfer und Gemischen hiervon bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
Das Übergangsmetall kann in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent, beispielsweise von etwa 0,5 bis etwa 5 Gewichtsprozent, etwa 0,1 bis etwa 1,0 Gewichtsprozent, etwa 2,5 bis etwa 3,5 Gewichtsprozent und etwa 4,5 bis etwa 5,5 Gewichtsprozent vorhanden sein, wobei die Gewichtsprozent auf das Gesamtgewicht des Zeolithmaterials bezogen sind.
Besonders bevorzugte ausgetauschte Metalle umfassen Kupfer und Eisen, insbesondere, wenn sie mit Calcium und/oder Cer kombiniert sind, und speziell, wenn die Übergangsmetalle (T_M) und die Alkalimetalle (A_M) in einem T_M:A_M-Molverhältnis von etwa 15:1 bis etwa 1:1, beispielsweise etwa 10:1 bis etwa 2:1, etwa 10:1 bis etwa 3:1 oder etwa 6:1 bis etwa 4:1, vorhanden sind.
Nach der Synthese eingebaute Metalle können zu dem Molekularsieb mittels einer beliebigen bekannten Technik, wie Ionenaustausch, Imprägnierung, isomorphe Substitution u. dgl. hinzugefügt werden.
Diese ausgetauschten Metallkationen unterscheiden sich von Metallen, die das Molekulargerüst der Zeolithe bilden, und somit unterscheiden sich metallausgetauschte Zeolithe von metallsubstituierten Zeolithen.
Wenn der Katalysator Teil einer Washcoatzusammensetzung ist, kann der Washcoat des Weiteren ein Ce oder Cerdioxid enthaltendes Bindemittel umfassen. Wenn das Bindemittel Ce oder Cerdioxid enthält, sind die Ce enthaltenden Partikel in dem Bindemittel signifikant größer als die Ce enthaltenden Partikel in dem Katalysator.
Die Katalysatoren der vorliegenden Erfindung sind insbesondere für Systeme einer heterogenen katalytischen Reaktion (d.h. fester Katalysator in Kontakt mit einem Gasreaktanden) anwendbar. Zum Verbessern der Kontaktoberfläche, der mechanischen Stabilität und/oder der Fluidum-Fließeigenschaften können die Katalysatoren auf und/oder in einem Substrat, vorzugsweise einem porösen Substrat, angeordnet sein. Ein den Katalysator enthaltender Washcoat kann auf ein inertes Substrat, wie eine gewellte Metallplatte oder einen Wabencordieritziegel appliziert werden. Alternativ wird der Katalysator zusammen mit weiteren Komponenten, wie Füllstoffen, Bindemitteln und Verstärkungsmitteln, zu einer extrudierbaren Paste verknetet, die anschließend durch eine Düse extrudiert wird, um einen wabenförmigen Ziegel zu formen. Entsprechend kann ein Katalysatorartikel einen AEI-Katalysator umfassen, der auf ein Substrat aufgetragen und/oder in ein Substrat eingearbeitet ist.
Bestimmte Aspekte der Erfindung liefern einen katalytischen Washcoat. Der Washcoat, der einen hier beschriebenen AEI-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 oder eine beliebige Kombination hiervon.
Ein Washcoat kann auch nicht-katalytische Komponenten, wie Füllstoffe, Bindemittel, Stabilisatoren, die Rheologie modifizierende Mittel und andere Additive, einschließlich eines oder mehrerer aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Nicht-Zeolith-Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Ceroxid umfassen. Die Katalysatorzusammensetzung kann Porenbildner, wie Graphit, Cellulose, Stärke, Polyacrylat und Polyethylen und dergleichen, umfassen. Diese zusätzlichen Komponenten katalysieren nicht notwendigerweise die gewünschte Reaktion, sondern verbessern stattdessen die Wirksamkeit des katalytischen Materials, beispielsweise durch Erhöhen seines Betriebstemperaturbereichs, Erhöhen der Kontaktoberfläche des Katalysators, Erhöhen der Haftung des Katalysators an ein Substrat usw. Die Washcoat-Beladung auf oder in dem Substrat kann zwischen etwa 0,3 g/Zoll³ bis etwa 3,5 g/Zoll³ betragen, wobei die Endpunkte eingeschlossen sein können. Die Beladung kann eine Funktion des verwendeten Substrattyps und des Rückdrucks, der sich aus der Beladung auf einem speziellen Substrattyp ergibt, sein. Die Untergrenze für die Washcoat-Beladung kann 0,5 g/Zoll³, 0,8 g/Zoll³, 1,0 g/Zoll³, 1,25 g/Zoll³ oder 1,5 g/Zoll³ betragen. Die Obergrenze für die Washcoat-Beladung kann 3,5 g/Zoll³, 3,25 g/Zoll³, 3,0 g/Zoll³, 2,75 g/Zoll³, 2,5 g/Zoll³, 2,25 g/Zoll³, 2,0 g/Zoll³, 1,75 g/Zoll³ oder 1,5 g/Zoll³ betragen.
Zwei der gebräuchlichsten Substratgestaltungen, auf die ein Katalysator appliziert werden kann, sind Platten- und Wabendesign. Bevorzugte Substrate, insbesondere für mobile Anwendungen, umfassen Durchflussmonolithe mit einer sogenannten Wabengeometrie, die mehrere benachbarte, parallele Kanäle umfassen, die an beiden Enden offen sind und sich allgemein von der Einlassfläche zur Auslassfläche des Substrats erstrecken und zu einem hohen Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis führen. Für bestimmte Anwendungen besitzt der Wabendurchflussmonolith vorzugsweise eine hohe Zelldichte, beispielsweise von etwa 600 bis 800 Zellen pro Quadratzoll, und/oder eine durchschnittliche Innenwanddicke von etwa 0,18–0,35 mm, vorzugsweise von etwa 0,20–0,25 mm. Für bestimmte andere Anwendungen weist der Wabendurchflussmonolith vorzugsweise eine niedrige Zelldichte von etwa 150 bis 600 Zellen pro Quadratzoll, stärker bevorzugt von etwa 200 bis 400 Zellen pro Quadratzoll auf. Vorzugsweise sind die Wabenmonolithe porös. Neben Cordierit, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, keramischem (Material) und Metall umfassen weitere Materialien, die für das Substrat verwendet werden können, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Aluminiumtitanat, α-Aluminiumoxid, Mullit, z.B. nadelförmigen Mullit, Pollucit, einen Thermet wie beispielsweise Al₂OsZFe, Al₂O₃/Ni oder B₄CZFe, oder Verbundstoffe, die Segmente von beliebigen zwei oder mehr hiervon umfassen. Bevorzugte Materialien umfassen Cordierit, Siliciumcarbid und Aluminiumoxytitanat.
Katalysatoren vom Plattentyp weisen geringere Druckabfälle auf und sind weniger anfällig für ein Verstopfen und Verschmutzen als die Wabentypen, was bei eine hohe Effizienz aufweisenden, stationären Anwendungen vorteilhaft ist, jedoch können Plattenkonfigurationen viel größer und teurer sein. Eine Wabenkonfiguration ist typischerweise kleiner als ein Plattentyp, was bei mobilen Anwendungen von Vorteil ist, weist jedoch höhere Druckabfälle auf und verstopft leichter. Das Plattensubstrat kann aus Metall, vorzugsweise gewelltem Metall, aufgebaut sein.
In einem Aspekt der Erfindung wird ein Katalysatorartikel durch ein hier beschriebenes Verfahren hergestellt. Der Katalysatorartikel kann durch ein Verfahren hergestellt werden, das die Stufen eines Applizierens einer AEI-Katalysatorzusammensetzung, vorzugsweise in Form eines Washcoats, auf ein Substrat in Form einer Schicht, entweder vor oder nachdem mindestens eine zusätzliche Schicht einer anderen Zusammensetzung zur Behandlung von Abgas auf das Substrat appliziert wurde, umfasst. Die eine oder die mehreren Katalysatorschicht(en) auf dem Substrat, einschließlich der AEI-Katalysatorschicht, sind in Form aufeinanderfolgender Schichten angeordnet. Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck "aufeinanderfolgend" in Hinblick auf Katalysatorschichten auf einem Substrat, dass jede Schicht sich in Kontakt mit ihrer bzw. ihren benachbarten Schicht(en) befindet und dass die Katalysatorschichten als Ganzes übereinander auf dem Substrat angeordnet sind.
Der AEI-Katalysator kann auf dem Substrat in Form einer ersten Schicht oder Zone angeordnet sein und eine weitere Zusammensetzung, wie ein Oxidationskatalysator, ein Reduktionskatalysator, eine einfangende Komponente oder eine NO_X-Speicherkomponente, können auf dem Substrat als eine zweite Schicht oder Zone angeordnet sein. Wie hier verwendet, werden die Ausdrücke "erste Schicht" und "zweite Schicht" zur Beschreibung der relativen Positionen der Katalysatorschichten in dem Katalysatorartikel in Hinblick auf die normale Richtung der Abgasströmung durch, an ihm vorbei und/oder über den Katalysatorartikel, verwendet. Unter normalen Abgasströmungsbedingungen gelangt das Abgas mit der ersten Schicht in Kontakt, bevor es mit der zweiten Schicht in Kontakt gelangt. Die zweite Schicht kann auf ein inertes Substrat als untere Schicht appliziert sein und die erste Schicht ist eine obere Schicht, die über der zweiten Schicht in Form einer aufeinanderfolgenden Reihe von Sub-Schichten appliziert ist.
Das Abgas kann die erste Schicht durchdringen (und somit mit der ersten Schicht in Kontakt gelangen), bevor es mit der zweiten Schicht in Kontakt gelangt, und kehrt anschließend durch die erste Schicht zurück, um die Katalysatorkomponente zu verlassen.
Die erste Schicht kann eine erste Zone sein, die auf einem stromaufseitigen Teil bzw. Bereich des Substrats angeordnet ist und die zweite Schicht ist auf dem Substrat als eine zweite Zone angeordnet, wobei sich die zweite Zone stromab der ersten Zone befindet.
Der Katalysatorartikel kann durch ein Verfahren hergestellt werden, das die folgenden Stufen umfasst: Applizieren einer AEI-Katalysatorzusammensetzung, vorzugsweise in Form eines Washcoats, auf ein Substrat als eine erste Zone und nachfolgendes Applizieren mindestens einer zusätzlichen Zusammensetzung zum Behandeln eines Abgases auf das Substrat als eine zweite Zone, wobei mindestens ein Teil bzw. Bereich der ersten Zone sich stromab der zweiten Zone befindet. Alternativ kann die AEI-Katalysatorzusammensetzung auf das Substrat in einer zweiten Zone appliziert werden, die sich stromab einer ersten Zone, die die zusätzliche Zusammensetzung enthält, befindet. Beispiele für zusätzliche Zusammensetzungen umfassen Oxidationskatalysatoren, Reduktionskatalysatoren, einfangende Komponenten (z.B. für Schwefel, Wasser usw.) oder NO_X-Speicherkomponenten.
Zur Verringerung der für ein Abgassystem erforderlichen Raumgröße können individuelle Abgaskomponenten so ausgestaltet sein, dass sie mehr als eine Funktion ausüben. Beispielsweise dient das Applizieren eines SCR-Katalysators auf ein Wandstromfiltersubstrat anstelle eines Durchflusssubstrats dazu, die Gesamtgröße eines Abgasbehandlungssystems zu verringern, indem ermöglicht wird, dass ein Substrat zwei Funktionen dient, nämlich einer katalytischen Reduktion der NO_x-Konzentration in dem Abgas und einem mechanischen Entfernen von Ruß aus dem Abgas. Das Substrat kann ein Wabenwandstromfilter oder ein partielles Filter sein. Wandstromfilter ähneln Durchflusswabensubstraten dahingehend, dass sie eine Vielzahl von benachbarten, parallelen Kanälen enthalten. Die Kanäle von Durchflusswabensubstraten sind jedoch an beiden Enden offen, wohingegen bei den Kanälen von Wandstromsubstraten ein Ende überkappt ist, wobei die Überkappung an entgegengesetzten Enden von benachbarten Kanälen in einem alternierenden Muster erfolgt. Das Überkappen von alternierenden Enden von Kanälen verhindert, dass Gas, das in die Einlassfläche des Substrats eintritt, direkt durch den Kanal fließt und austritt. Stattdessen tritt das Abgas in die Vorderseite des Substrats ein und wandert etwa in die Hälfte der Kanäle, wo es durch die Kanalwände gezwungen wird, bevor es in die zweite Hälfte der Kanäle eintritt und die Rückseite des Substrats verlässt.
Die Substratwand weist eine Porosität und eine Porengröße auf, die gaspermeabel ist, jedoch einen Großteil des partikelförmigen Materials, wie z.B. Ruß, aus dem Gas einfängt, während das Gas durch die Wand hindurchtritt. Bevorzugte Wandstromsubstrate sind Filter mit hoher Effizienz. Wandstromfilter zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung weisen vorzugsweise eine Effizienz von mindestens 70 %, mindestens etwa 75 %, mindestens etwa 80 % oder mindestens etwa 90 % auf. Die Effizienz kann etwa 75 bis etwa 99 %, etwa 75 bis etwa 90 %, etwa 80 bis etwa 90 % oder etwa 85 bis etwa 95 % betragen. Hier bezieht sich die Effizienz auf Ruß und andere Teilchen ähnlicher Größe und auf Konzentrationen an partikelförmigem Material, wie sie typischerweise in herkömmlichem Dieselabgas vorgefunden werden. Beispielsweise können Partikel im Dieselabgas einen Größenbereich von 0,05 µm (Mikrometer) bis 2,5 µm aufweisen. Somit kann die Effizienz auf diesen Bereich oder einen Unterbereich, wie z.B. etwa 0,1 bis etwa 0,25 µm, etwa 0,25 bis etwa 1,25 µm oder etwa 1,25 bis etwa 2,5 µm, bezogen sein.
Die Porosität ist ein Maß für den prozentualen Anteil des leeren Raums in einem porösen Substrat und steht in Beziehung zum Rückdruck in einem Abgassystem: Allgemein gilt, je geringer die Porosität ist, desto höher ist der Rückdruck. Vorzugsweise weist das poröse Substrat eine Porosität von etwa 30 bis etwa 80 %, beispielsweise von etwa 40 bis etwa 75 %, etwa 40 bis etwa 65 % oder von etwa 50 bis etwa 60 % auf.
Die Poreninterkonnektivität, die als prozentualer Anteil des gesamten Leervolumens des Substrats gemessen wird, ist der Grad, in dem Poren, Hohlräume und/oder Kanäle unter Bildung kontinuierlicher Wege durch ein poröses Substrat, d.h. von der Einlassfläche zur Auslassfläche, miteinander verbunden sind. Im Gegensatz zur Poreninterkonnektivität steht die Summe des geschlossenen Porenvolumens und des Volumens der Poren, die eine Verbindung zu lediglich einer der Oberflächen des Substrats aufweisen. Vorzugsweise weist das poröse Substrat ein Poreninterkonnektivitätsvolumen von ≥ etwa 30 %, stärker bevorzugt von ≥ etwa 40 %, auf.
Die mittlere Porengröße des porösen Substrats ist auch für die Filtration wichtig. Die mittlere Porengröße kann durch beliebige brauchbare Maßnahmen, einschließlich Quecksilberporosimetrie, bestimmt werden. Die mittlere Porengröße des porösen Substrats sollte einen Wert aufweisen, der hoch genug ist, um einen niedrigen Rückdruck zu fördern, während zugleich eine zweckdienliche Effizienz entweder durch das Substrat per se, durch Fördern einer Rußkuchenschicht auf der Oberfläche des Substrats oder durch eine Kombination von beidem bereitgestellt wird. Bevorzugte poröse Substrate besitzen eine mittlere Porengröße von etwa 10 bis etwa 40 µm, z.B. von etwa 20 bis etwa 30 µm, etwa 10 bis etwa 25 µm, etwa 10 bis etwa 20 µm, etwa 20 bis etwa 25 µm, etwa 10 bis etwa 15 µm und etwa 15 bis etwa 20 µm.
Im Allgemeinen umfasst die Herstellung eines extrudierten Festkörpers, wie eines Wabendurchfluss- oder eines Wandstromfilters, der den AEI-Katalysator enthält, ein Vermischen des AEI-Katalysators, eines Bindemittels und einer optionalen organischen, die Viskosität erhöhenden Verbindung zu einer homogenen Paste, die anschließend zu einer Bindemittel/Matrix-Komponente oder einem Vorläufer hiervon und optional einem oder mehreren (Bestandteilen) aus stabilisiertem Ceroxid und anorganischen Fasern zugegeben wird. 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 Calcinierungen des extrudierten Festkörpers "herausgebrannt". Ein AEI-Zeolithkatalysator kann auch auf den extrudierten Festkörper in Form einer oder mehrerer Subschichten, die sich auf der Oberfläche befinden oder ganz oder teilweise in den extrudierten Festkörper eindringen, in Form eines Washcoats aufgetragen oder in anderer Weise appliziert werden.
Die Bindemittel/Matrix-Komponente 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, Siliciumdioxidfasern, Siliciumdioxid-Aluminiumoxidfasern, Siliciumcarbidfasern, Kaliumtitanatfasern, Aluminiumboratfasern und keramischen Fasern besteht.
Die Aluminiumoxid-Bindemittel/Matrix-Komponente 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, Lanthanide und Gemische von beliebigen zwei oder mehr hiervon. Geeignete Lanthanid-Dotiermittel umfassen La, Ce, Nd, Pr, Gd und Gemische von beliebigen zwei oder mehr hiervon.
Vorzugsweise ist der AEI-Katalysator durch den gesamten extrudierten Katalysatorkörper und vorzugsweise gleichmäßig durch den gesamten extrudierten Katalysatorkörper verteilt.
Wenn beliebige der obigen extrudierten festen Körper zu einem Wandstromfilter ausgeformt sind, kann die Porosität des Wandstromfilters 30–80 %, z.B. 40–70 %, betragen. Die Porosität und das Porenvolumen und der Porenradius können beispielsweise unter Verwendung von Quecksilberintrusionsporosimetrie gemessen werden.
Der hier beschriebene AEI-Katalysator kann die Reaktion eines Reduktionsmittels, vorzugsweise Ammoniak, mit Stickstoffoxiden zur selektiven Bildung von elementarem Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) fördern. Somit kann 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 Ammoniak und Ammoniak-Hydrazin oder einen beliebigen geeigneten Ammoniakvorläufer, wie beispielsweise Harnstoff ((NH₂)₂CO), Ammoniumcarbonat, Ammoniumcarbamat, Ammoniumhydrogencarbonat oder Ammoniumformiat.
Der hier beschriebene AEI-Katalysator kann auch die Oxidation von Ammoniak unterstützen bzw. fördern. Der Katalysator kann so formuliert sein, dass er die Oxidation von Ammoniak mit Sauerstoff fördert, insbesondere bei Konzentrationen von Ammoniak, wie sie typischerweise stromab eines SCR-Katalysators vorgefunden werden (z.B. ein Ammoniak-Oxidations-(AMOX)-Katalysator, wie ein Ammoniak-Slip-Katalysator bzw. Ammoniak-Sperrkatalysator (ASC)). Der AEI-Katalysator kann als eine obere Schicht über einer oxidierenden unteren Schicht angeordnet sein, wobei die untere Schicht einen Platingruppenmetall-(PGM)-Katalysator oder einen Nicht-PGM-Katalysator umfasst. Vorzugsweise ist die Katalysatorkomponente in der unteren Schicht auf einem eine große Oberfläche aufweisenden Träger, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Aluminiumoxid, angeordnet.
SCR- und AMOX-Betrieb können in Reihe durchgeführt werden, wobei beide Prozesse einen Katalysator verwenden, der den hier beschriebenen AEI-Katalysator umfasst, und wobei der SCR-Prozess stromauf des AMOX-Prozesses abläuft. Beispielsweise kann eine SCR-Formulierung des Katalysators an der Einlassseite eines Filters angeordnet sein und eine AMOX-Formulierung des Katalysators kann an der Auslassseite des Filters angeordnet sein.
Demgemäß wird ein Verfahren zur Reduktion von NO_X-Verbindungen oder zur Oxidation von NH₃ in einem Gas bereitgestellt, wobei das Verfahren ein In-Kontakt-bringen des Gases mit einer hier beschriebenen Katalysatorzusammensetzung für die katalytischen Reduktion von NO_X-Verbindungen während eines ausreichenden Zeitraums, um das Niveau der NO_X-Verbindungen und/oder von NH₃ in dem Gas zu verringern, umfasst. Ein Katalysatorartikel kann einen Ammoniak-Sperrkatalysator aufweisen, der stromab eines selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysators angeordnet ist. Der Ammoniak-Sperrkatalysator kann mindestens einen Teil eines beliebigen stickstoffhaltigen Reduktionsmittels, das durch den selektiven katalytischen Reduktionsprozess nicht verbraucht wird, oxidieren. Der Ammoniak-Sperrkatalysator kann an der Auslassseite eines Wandstromfilters angeordnet sein und ein SCR-Katalysator kann auf der stromaufseitigen Seite eines Filters angeordnet sein. Der Ammoniak-Sperrkatalysator kann an dem stromabseitigen Ende eines Durchflusssubstrats angeordnet sein und ein SCR-Katalysator kann an dem stromaufseitigen Ende des Durchflusssubstrats angeordnet sein. Der Ammoniak-Sperrkatalysator und der SCR-Katalysator können auf getrennten Ziegeln in dem Abgassystem angeordnet sein. Diese getrennten Ziegel können zueinander benachbart sein und sich in Kontakt miteinander befinden oder 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.
Der SCR- und/oder AMOX-Prozess kann bzw. können bei einer Temperatur von ≥ 100 °C, vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 150 °C bis etwa 750 °C, stärker bevorzugt von etwa 175 °C bis etwa 550 °C, noch stärker bevorzugt von etwa 175 °C bis etwa 400 °C durchgeführt werden.
Bei einigen Verwendungen kann der Temperaturbereich 450 °C bis 900 °C, vorzugsweise 500 °C bis 750 °C, stärker bevorzugt 500 °C bis 650 °C betragen.
Bei anderen Verwendungen kann der Temperaturbereich 450 °C bis 550 °C oder 650 °C bis 850 °C betragen.
Temperaturen von mehr als 450 °C sind besonders geeignet zur Behandlung von Abgasen aus einem Schwer- und Leichtlastdieselmotor, der mit einem Abgassystem ausgestattet ist, das (optional katalysierte) Dieselpartikelfilter umfasst, die aktiv, z.B. durch Injizieren von Kohlenwasserstoff in das Abgassystem stromauf des Filters regeneriert werden, wobei der Zeolithkatalysator zu Verwendung in der Erfindung stromab des Filters lokalisiert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Reduktion von NO_x-Verbindungen und/oder Oxidation von NH₃ in einem Gas bereitgestellt, wobei das Verfahren ein In-Kontakt-bringen des Gases mit einem hier beschriebenen Katalysator während eines ausreichenden Zeitraums, um das Niveau der NO_x-Verbindungen in dem Gas zu verringern, umfasst. Erfindungsgemäße Verfahren können eine oder mehrere der folgenden Stufen umfassen: (a) Akkumulieren und/oder Verbrennen von Ruß, der sich in Kontakt mit dem Einlass eines katalytischen Filters befindet; (b) Einführen eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels in den Abgasstrom, bevor dieser mit dem katalytischen Filter in Kontakt gelangt, vorzugsweise ohne dazwischenliegende katalytische Stufen, die die Behandlung von NO_x und des Reduktionsmittels umfassen; (c) Erzeugen von NH₃ über einem NO_x-Adsorberkatalysator oder einer Mager-NO_x-Falle, und vorzugsweise Verwenden eines solchen NH₃ als Reduktionsmittel in einer stromabseitigen (bzw. nachgeschalteten) SCR-Reaktion; (d) In-Kontakt-bringen des Abgasstroms mit einem DOC zum Oxidieren einer löslichen organischen Fraktion (SOF) auf Kohlenwasserstoffbasis und/oder von Kohlenstoffmonoxid 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 Verringern des partikelförmingen Materials (PM) in dem Abgas; (e) In-Kontakt-bringen 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) In-Kontakt-bringen 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 Rezirkulationsschleife vor einem Eintreten/Wiedereintreten des Abgases in den Motor.
Das gesamte oder mindestens ein Teil des Reduktionsmittels auf Stickstoffbasis, insbesondere NH₃, zum Verbrauch in dem SCR-Prozess kann 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, z.B. von 20 bis 60 g/ft³ vorhanden. Alternativ ist das Edelmetall des Katalysators durch die durchschnittliche 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-Reduktionseffizienz des Gesamtsystems verbessern. In dem kombinierten System ist der SCR-Katalysator in der Lage, das aus dem NAC-Katalysator während fetter Regenerationsvorgänge freigesetzte NH₃ 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, wie es hier beschrieben ist, kann bei einem Abgas durchgeführt werden, das aus einem Verbrennungsprozess, z.B. von einem Verbrennungsmotor (entweder mobil oder stationär), einer Gasturbine oder von kohlebefeuerten oder ölbefeuerten Kraftwerken stammt. Das Verfahren kann auch verwendet werden, um Gas aus industriellen Prozessen, wie beispielsweise Raffinieren, aus Raffinerieheizvorrichtungen und Boilern, Öfen, der verarbeitenden Chemischen Industrie, Koksöfen, städtischen Abfallbehandlungsanlagen und Verbrennungsvorrichtungen usw. zu behandeln. Das Verfahren kann 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 werden.
In bestimmten Aspekten ist die Erfindung ein System zur Behandlung eines Abgases, das durch einen Verbrennungsprozess erzeugt wird, wie beispielsweise von einem Verbrennungsmotor (entweder mobil oder stationär), einer Gasturbine oder von kohlebefeuerten oder ölbefeuerten Kraftwerken und dgl. Solche Systeme umfassen einen katalytischen Artikel, der den hier beschriebenen AEI-Katalysator und mindestens eine zusätzliche Komponente zum Behandeln des Abgases umfasst, wobei der katalytische Artikel und mindestens eine weitere Komponente so ausgestaltet sind, dass sie als kohärente Einheit fungieren.
Ein System kann einen katalytischen Artikel, der einen hier beschriebenen AEI-Katalysator umfasst, eine Leitung zum Führen eines strömenden Abgases und eine Quelle eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels, die stromauf des katalytischen Artikels angeordnet ist, umfassen. 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, die NO_x-Reduktion bei oder oberhalb einer gewünschten Effizienz zu katalysieren, beispielsweise bei (einer Temperatur) oberhalb von 100 °C, oberhalb von 150 °C oder oberhalb von 175 °C, umfassen. Das Dosieren des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann so geregelt sein, dass 60 % bis 200 % des theoretischen Ammoniaks in dem in den SCR-Katalysator eintretenden Abgas bei einer Berechnung mit NH₃/NO = 1:1 und NH₃/NO₂ = 4:3 vorhanden sind.
Das System umfasst einen Oxidationskatalysator (z.B. einen Dieseloxidationskatalysator (DOC)) zum Oxidieren von Stickstoffmonoxid in dem Abgas zu Stickstoffdioxid, wobei der Oxidationskatalysator stromauf eines Punkts zum Dosieren des stickstoffhaltigen Reduktionsmittels in das Abgas lokalisiert sein kann. Der Oxidationskatalysator kann so eingestellt sein, dass ein in den SCR-Zeolithkatalysator eintretender Gasstrom mit einem Verhältnis von NO zu 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, geliefert wird. 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. Das mindestens eine Platingruppenmetall kann Platin, Palladium oder eine Kombination von Platin und Palladium sein. Das Platingruppenmetall kann auf einer eine große Oberfläche aufweisenden Washcoatkomponente, wie z.B. Aluminiumoxid, einem Zeolith, wie z.B. einem Alumosilicatzeolith, Siliciumdioxid, einem Nicht-Zeolith-Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Ceroxid, Zirconiumoxid, Titanoxid oder einem Misch- oder Verbundoxid, das sowohl Ceroxid als auch Zirconiumoxid enthält, geträgert sein.
Ein geeignetes Filtersubstrat ist zwischen dem Oxidationskatalysator und dem SCR-Katalysator lokalisiert. 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, ist vorzugsweise der Punkt zum Zudosieren eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels zwischen dem Filter und dem Zeolithkatalysator lokalisiert. Alternativ, wenn das Filter nicht katalysiert ist, kann das Mittel zum Zudosieren eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Filter lokalisiert sein.
Der hier beschriebene AEI-Katalysator kann auch die Bildung von Methylaminen aus der Umsetzung von Methanol und Ammoniak und die Umwandlung von Methanol zu niedereren Olefinen, insbesondere Ethylen und Propylen, fördern.
BEISPIELE
Beispiele von AEI wurden durch Vermischen der geeigneten Mengen einer Siliciumdioxidquelle, einer Aluminiumoxidquelle, einer Base und eines organischen Struktursteuerungsmittels (SDA), die nachfolgend gezeigt sind, zur Bildung eines gelförmigen Reaktionsmediums hergestellt, wobei die Siliciumdioxidquelle eine oder mehrere von Siliciumdioxid, Wasserglas (Natriumsilicat), desaluminiertem Y (ein Zeolith vom topologischen Typ FAU), NaY und USY (ultrastabilisierter Y) umfasst, die Aluminiumoxidquelle und desaluminierten Y (einen Zeolith vom topologischen Typ FAU) umfasst, die Base einen oder mehrere von Natriumhydroxid, Wasserglas und Siliciumdioxid umfasst und das Struktursteuerungsmittel N,N-Diethyl-3,5-dimethylpiperidiniumhydroxid ist.
Beispiel 1
Ein AEI-Zeolithpulver mit einem SiO₂/Al₂O₃-Molverhältnis (SAR) von 19,4 wurde gemäß der folgenden Vorgehensweise synthetisiert. Ein Synthesegel wurde durch Vermischen von 35,0 g eines industriellen desaluminierten USY (Al₂O₃ = 11,79 Gew.-%, SiO₂ = 74,31 Gew.-%), 945,7 g entmineralisiertem Wasser, 303,15 g N,N-Diethyl-3,5-dimethylpiperidiniumhydroxid-Lösung (20%ige wässrige Konzentration) und 416,15 g Natriumsilicatlösung (Na₂O Gew.-% = 9,00 Gew.-%, SiO₂ = 28,8 Gew.-%) in einem Becherglas aus rostfreiem Stahl bei Umgebungstemperatur unter Bewegung gebildet. Das erhaltene Synthesegel wurde in einen 2-Liter-Autoklaven zur Umsetzung und Kristallisation des AEI-Produkts geladen. Der Autoklav wurde unter Bewegung innerhalb von etwa 40 Minuten auf eine Zieltemperatur von 145 °C erwärmt und bei der Zieltemperatur gehalten. Nach 49-stündiger Kristallisation wurde das feste Produkt durch Filtration gewonnen und mit entmineralisiertem Wasser gewaschen, bis der pH-Wert des Filtrats auf 10 oder darunter fiel. Der feuchte Filterkuchen wurde in einem Ofen bei 120 °C während etwa 10 Stunden getrocknet und das das SDA enthaltende Produkt, wie hergestellt (as made), wurde gebildet.
Das Produkt, wie hergestellt, wurde anschließend zur Entfernung der SDA-Spezies in einem Muffelofen durch Erhöhen der Temperatur auf 550 °C bei einer Anstiegsrate von 1,0 °C pro Minute calciniert. Nach 6-stündiger Calcinierung wurde das erhaltene Pulver zwei Ionenaustauschzyklen mit Ammoniumacetat unterzogen (10 g Lösung pro Gramm Zeolithpulver, 10 % Ammoniumacetat, 80 °C und 1 Stunde pro Ionenaustauschzyklus). Nach Entfernung des Natriums durch Ionenaustausch wurde das feste Produkt erneut bei 120 °C getrocknet und bei 550 °C unter Verwendung der gleichen Vorgehensweise calciniert. Die erhaltene aktivierte Form des Zeoliths war ein in hohem Maße kristallisiertes AEI, wie mittels XRD bestätigt wurde.
Beispiele 2 bis 7
Die Beispiele 2 bis 7 wurden unter Verwendung von Verfahren der Erfindung hergestellt und verwendeten N,N-Diethyl-3,5-dimethylpiperidinium als SDA. Diese Beispiele wurden in einen 2,0-L-Reaktor bei einer Temperatur von 160 °C während 3 Tagen durchgeführt, mit Ausnahme von Beispiel 3, das in einem 0,6-L-Reaktor bei einer Temperatur von 145 °C während 1 Tages durchgeführt wurde. In der Beschreibung des "verwendeten Zeoliths" bedeutet der Begriff "wärmebehandelt", dass der NaY, wie erhalten, 2 h bei 600 °C vor einer Verwendung in der AEI-Synthese calciniert wurde. Jede der hergestellten AEI-Proben wies Na₂O Gew.-% = 0,0 auf. Der USY mit einem SAR ~ 11 ist ähnlich zu LZ-210, der ein SAR von 13 aufweist und in den Beispielen 3 bis 14 des US-Patents Nr. 5 958 370 verwendet wird.

Die Ausbeuten in den nachstehenden Tabellen ("Ausbeute") sind das isolierte Gewicht von AEI im Vergleich zu dem Gewicht des Reaktionsgemischs (Gel). Die Ausbeuten sind auch bezogen auf das SDA dargestellt. Diese Ausbeuten wurden gemäß nachfolgender Beschreibung, basierend auf den experimentellen Daten, abgeschätzt: W₁ Gramm von AEI, wie hergestellt, wurden aus W₂ Gramm des anfänglichen Reaktionsgels gewonnen, der SDA-Gehalt, W_SDAGew.-%, des AEI, wie hergestellt, wurde mittels thermogravimetrischer Analyse (TGA) gemessen, der Gehalt an aktiviertem AEI (d.h. die Summe des Siliciumdioxid- und Aluminiumoxidgehalts), W_AEIGew.-%, wurde mittels Röntgenfluoreszenz (XRF) gemessen, die AEI-Ausbeute wurde als W₁·W_AEIGew.-%/W₂ geschätzt und die Ausbeute bezgl. SDA wurde als W₁·W_SDAGew.-%/W₂ geschätzt. Zusammensetzung des Reaktionsgels verwendeter Zeolith

Beispiel	SAR des AEI-Produkts	AEI-Ausbeute	Ausbeute bzgl. SDA
1.	60SiO₂-1,00Al₂O₃-14,9Na₂O-8,0R_HOH-2000H₂O, AEI-Produkt SAR ~ 19,4	AEI-Ausbeute ~ 3,0 %	Ausbeute bzgl. SDA = 24,6 %
2.	68,0SiO₂-1,00Al₂O₃-17,4Na₂O-4,00R_HOH-580H₂O, USY mit SAR ~ 11 AEI-Produkt SAR = 19,0	AEI-Ausbeute ~ 7,6 %	Ausbeute bzgl. SDA = 48,0 %
3.	68,0SiO₂-1,00Al₂O₃-20,0Na₂O-3,00R_HOH-580H₂O, NaY mit SAR ~ 5,0–5,2 – wärmebehandelt AEI-Produkt SAR = 14,4	AEI-Ausbeute ~ 5,9 %	Ausbeute bzgl. SDA = 49,5 %
4.	69,0SiO₂-1,00Al₂O₃-17,0Na₂O-3,00R_HOH-580H₂O, NaY mit SAR ~ 5,0–5,2 – wärmebehandelt AEI-Produkt SAR = 19,4	AEI-Ausbeute ~ 8,0 %	Ausbeute bzgl. SDA = 65,2 %
5.	68,0SiO₂-1,00Al₂O₃-15,5Na₂O-4,00R_HOH-580H₂O, NaY mit SAR ~ 5,0–5,2 – wärmebehandelt, 40 g AEI-Impfkristalle AEI-Produkt SAR = 20,9	AEI-Ausbeute ~ 8,0 %	Ausbeute bzgl. SDA = 52,5 %
6.	68,0SiO₂-1,00Al₂O₃-16,8Na₂O-5,40R_HOH-580H₂O, Zeolith-Y in Ammoniumform mit SAR = 5,2 AEI-Produkt SAR = 17,7	AEI-Ausbeute ~ 7,1 %	Ausbeute bzgl. SDA = 33,3 %
7.	68,0SiO₂-1,00Al₂O₃-16,8Na₂O-5,40R_HOH-580H₂O, NaY (behandelt bei 600 °C) AEI-Produkt SAR = 18,7	AEI-Ausbeute ~ 7,2 %	Ausbeute bzgl. SDA = 33,8 %

Die AEI-Ausbeuten und die auf das SDA bezogenen Ausbeuten sind in der nachfolgenden Tabelle gezeigt.

Beispiel AEI-Ausbeute Ausbeute bzgl. SDA

1. 3,0 % 24,6 %

2. 7,6 % 48,0 %

3. 5,9 % 49,5 %

4. 8,0 % 65,2 %

5. 8,0 % 52,5 %

6. 7,1 % 33,3 %

7. 7,2 % 33,8 %
Die obige Tabelle zeigt, dass die AEI-Ausbeuten unter Verwendung der hier beschriebenen Verfahren zwischen 5,9 und 8,0 % lagen, was etwa das Doppelte der Ausbeute bei Verwendung des auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannten Verfahrens (3,0 %) ist.
Die obige Tabelle zeigt, dass die Ausbeuten, bezogen auf das SDA, unter Verwendung der hier beschriebenen Verfahren zwischen 33 und 65 % bedrucken, was höher als die auf SDA bezogene Ausbeute bei Verwendung eines auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannten Verfahrens (24,6 %) ist.
Beispiel 8
17,25 g Natriumhydroxid (98 %) wurden in 210,2 g entmineralisiertem Wasser in einem Becherglas aus rostfreiem Stahl unter Bewegen gelöst. Zu der erhaltenen Lösung wurden 61,9 g eines im Handel erhältlichen USY-Pulvers (Al₂O₃ = 18,32 Gew.-%, SiO₂ = 58,71 Gew.-%, Na₂O = 0,08 Gew.-%) zugegeben, wobei sich eine weiße homogene Aufschlämmung bildete. Als Nächstes wurden 62,2 g N,N-Diethyl-3,5-dimethylpiperidiniumhydroxid-Lösung (55,8 % wässrige Konzentration) und anschließend 1452,3 g Natriumsilicat-Lösung (Na₂O Gew.-% = 9,00 Gew.-%, SiO₂ = 28,8 Gew.-%) nacheinander in das Gemisch eingegossen. Das erhaltene Synthesegel, entsprechend einer molaren Gelformel von 68,0 SiO₂-1,00Al₂O₃-21,0Na₂O-1,50R_HOH-580H₂O, wurde 30 Minuten bewegt und anschließend in einen bewegten 2,0-L-Autoklaven zur Kristallisation bei 120 °C eingebracht. Nach 44-stündiger Kristallisation wurde das feste Produkt gewonnen und zu einer aktivierten Form des Zeoliths gemäß dem gleichen Vorgehen, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, weiterverarbeitet. Die aktivierte Form des erhaltenen Zeoliths war eine reine Phase von AEI, wie mittels XRD bestätigt wurde. Das SAR des erhaltenen Zeoliths war 12,7 gemäß Messung mittels XRF. Die AEI-Ausbeute betrug 5,3 % und die SDA-Ausbeute betrug 73 %.
Beispiel 9
15,77 g Natriumhydroxid (98 %) wurden in 174,5 g entmineralisiertem Wasser in einem Becherglas aus rostfreiem Stahl unter Bewegen gelöst. Zu der erhaltenen Lösung wurden 61,0 g eines im Handel erhältlichen USY-Pulvers (Al₂O₃ = 18,32 Gew.-%, SiO₂ = 58,71 Gew.-%, Na₂O = 0,08 Gew.-%) zugegeben, wobei sich eine weiße homogene Aufschlämmung bildete. Als Nächstes wurden 122,7 g N,N-Diethyl-3,5-dimethylpiperidiniumhydroxid-Lösung (55,8 % wässrige Konzentration) und anschließend 1431,2 g Natriumsilicat-Lösung (Na₂O Gew.-% = 9,00 Gew.-%, SiO₂ = 28,8 Gew.-%) nacheinander in das Gemisch eingegossen. Das erhaltene Synthesegel, entsprechend einer molaren Gelformel von 68,0 SiO₂-1,00Al₂O₃-21,0Na₂O-3,00R_HOH-580H₂O, wurde 30 Minuten bewegt und anschließend in einen bewegten 2,0-L-Autoklaven zur Kristallisation bei 120 °C eingebracht. Nach 42-stündiger Kristallisation wurde das feste Produkt gewonnen und zu einer aktivierten Form des Zeoliths gemäß dem gleichen Vorgehen, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, weiterverarbeitet. Die aktivierte Form des erhaltenen Zeoliths war eine reine Phase von AEI, wie mittels XRD bestätigt wurde. Das SAR des erhaltenen Zeoliths war 13,6 gemäß Messung mittels XRF. Die AEI-Ausbeute betrug 5,6 % und die SDA-Ausbeute betrug 43 %.
Beispiel 10
3,42 g Natriumhydroxid (98 %) wurden in 86,9 g entmineralisiertem Wasser in einem Becherglas aus rostfreiem Stahl unter Bewegen gelöst. Zu der erhaltenen Lösung wurden 30,6 g eines im Handel erhältlichen USY-Pulvers (Al₂O₃ = 18,32 Gew.-%, SiO₂ = 58,71 Gew.-%, Na₂O = 0,08 Gew.-%) zugegeben, wobei sich eine weiße homogene Aufschlämmung bildete. Als Nächstes wurden 61,6 g N,N-Diethyl-3,5-dimethylpiperidiniumhydroxid-Lösung (55,8 % wässrige Konzentration) und anschließend 718,3 g Natriumsilicat-Lösung (Na₂O Gew.-% = 9,00 Gew.-%, SiO₂ = 28,8 Gew.-%) nacheinander in das Gemisch eingegossen. Das erhaltene Synthesegel, entsprechend einer molaren Gelformel von 68,0SiO₂-1,00Al₂O₃-20,0Na₂O-3,00R_HOH-580H₂O, wurde 30 Minuten bewegt und anschließend in einen bewegten 2,0-L-Autoklaven zur Kristallisation bei 120 °C eingebracht. Nach 21-stündiger Kristallisation wurde das feste Produkt gewonnen und zu einer aktivierten Form des Zeoliths gemäß dem gleichen Vorgehen, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, weiterverarbeitet. Die aktivierte Form des erhaltenen Zeoliths war eine reine Phase von AEI, wie mittels XRD bestätigt wurde. Das SAR des erhaltenen Zeoliths war 15,1 gemäß Messung mittels XRF. Die AEI-Ausbeute betrug 6,2 % und die SDA-Ausbeute betrug 50 %.
Beispiel 11
3,94 g Natriumhydroxid (98 %) wurden in 49,5 g entmineralisiertem Wasser in einem Becherglas aus rostfreiem Stahl unter Bewegen gelöst. Zu der erhaltenen Lösung wurden 13,83 g eines im Handel erhältlichen USY-Pulvers (Al₂O₃ = 18,32 Gew.-%, SiO₂ = 58,71 Gew.-%, Na₂O = 0,08 Gew.-%) zugegeben, wobei sich eine weiße homogene Aufschlämmung bildete. Als Nächstes wurden 9,29 g N,N-Diethyl-3,5-dimethylpiperidiniumhydroxid-Lösung (55,8 % wässrige Konzentration) und anschließend 324,3 g Natriumsilicat-Lösung (Na₂O Gew.-% = 9,00 Gew.-%, SiO₂ = 28,8 Gew.-%) nacheinander in das Gemisch eingegossen. Das erhaltene Synthesegel, entsprechend einer molaren Gelformel von 68,0SiO₂-1,00Al₂O₃-21,0Na₂O-1,00R_HOH-580H₂O, wurde 30 Minuten bewegt und anschließend in einen bewegten 0,6-L-Autoklaven zur Kristallisation bei 120 °C eingebracht. Nach 45-stündiger Kristallisation wurde das feste Produkt gewonnen und zu einer aktivierten Form des Zeoliths gemäß dem gleichen Vorgehen, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, weiterverarbeitet. Die aktivierte Form des erhaltenen Zeoliths war ein in hohem Maße kristallisiertes AEI, wie mittels XRD bestätigt wurde. Das SAR des erhaltenen Zeoliths war 11,7 gemäß Messung mittels XRF. Die AEI-Ausbeute betrug 5,0 % und die SDA-Ausbeute betrug 94 %.
Beispiel 12
4,00 g Natriumhydroxid (98 %) wurden in 50,6 g entmineralisiertem Wasser in einem Becherglas aus rostfreiem Stahl unter Bewegen gelöst. Zu der erhaltenen Lösung wurden 13,86 g eines im Handel erhältlichen USY-Pulvers (Al₂O₃ = 18,32 Gew.-%, SiO₂ = 58,71 Gew.-%, Na₂O = 0,08 Gew.-%) zugegeben, wobei sich eine weiße homogene Aufschlämmung bildete. Als Nächstes wurden 7,44 g N,N-Diethyl-3,5-dimethylpiperidiniumhydroxid-Lösung (55,8 % wässrige Konzentration) und anschließend 325,0 g Natriumsilicat-Lösung (Na₂O Gew.-% = 9,00 Gew.-%, SiO₂ = 28,8 Gew.-%) nacheinander in das Gemisch eingegossen. Das erhaltene Synthesegel, entsprechend einer molaren Gelformel von 68,0SiO₂-1,00Al₂O₃-21,0Na₂O-0,80R_HOH-580H₂O, wurde 30 Minuten bewegt und anschließend in einen bewegten 2,0-L-Autoklaven zur Kristallisation bei 120 °C eingebracht. Nach 66-stündiger Kristallisation wurde das feste Produkt gewonnen und zu einer aktivierten Form des Zeoliths gemäß dem gleichen Vorgehen, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, weiterverarbeitet. Die aktivierte Form des erhaltenen Zeoliths war ein in hohem Maße kristallisiertes AEI, wie mittels XRD bestätigt wurde. Das SAR des erhaltenen Zeoliths war 10,9 gemäß Messung mittels XRF. Die AEI-Ausbeute betrug 4,7 % und die SDA-Ausbeute betrug 97 %.
Die hier beschriebenen Verfahren unterscheiden sich von den beschriebenen bekannten Verfahren auch hinsichtlich der erforderlichen Menge des SDA's. Da das gesamte Aluminium in dem Reaktionsgel zu AEI umgewandelt wird, ist die sinnvollste Möglichkeit zur Quantifizierung des Templatverbrauchs das molare Verhältnis des Templats gegenüber Al₂O₃. Dies spiegelt proportional das Massenverhältnis des Templatverbrauchs pro Einheit des AEI-Produkts wider. Bei der Zeolithformulierungsübereinkunft wird jedoch das molare Verhältnis von Templat gegenüber SiO₂ üblicherweise für die Angabe des Bedarfs an Templat verwendet. Dies spiegelt den Templat-verbrauch weniger genau wider. Im US-Patent Nr. 5 958 370 lag die Menge des Templats in einem Bereich von 14 bis 18 mol Templat pro 100 mol SiO₂. Bei Moliner betrug die Menge des Templats 17 mol Templat pro 100 mol SiO₂. Die bevorzugte Menge an SDA pro 100 mol SiO₂ in den hierin beschriebenen Verfahren beträgt 1,2 bis 12. Die Beispiele der hier beschriebenen Verfahren wiesen Verhältnisse von 1,2 bis 7,9 mol Templat pro 100 mol SiO₂ auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5958370 [0007, 0007, 0009, 0048, 0050, 0104, 0114]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Moliner et al. (Chem. Commun., 48 (2012) 8264) [0009]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Zeoliths mit einem AEI-Gerüst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: a. Bilden eines Reaktionsgemisches, das eine oder mehrere Quellen von Siliciumdioxid, eine oder mehrere Quellen von Aluminiumoxid, eine Base und ein oder mehrere organische Struktursteuerungsmittel (SDA) umfasst, wobei mindestens ein Teil der Aluminiumoxidquelle ein Zeolith vom topologischen Typ FAU ist und wobei das Reaktionsgemisch weniger als 600 mol Wasser pro mol Aluminiumoxid umfasst, und b. Umsetzen des Reaktionsgemischs bei einer erhöhten Temperatur während eines ausreichenden Zeitraums, um Zeolithkristalle zu bilden, die ein AEI-Gerüst und ein Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis (SAR) von etwa 10 bis etwa 30 aufweisen, wobei die Reaktionsstufe vor einer Entfernung der SDAs aus den Zeolithkristallen eine relative Ausbeute, bezogen auf das Gewicht des AEI, zu dem Gewicht des Reaktionsgemisches von ≥ etwa 5 % aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Struktursteuerungsmittel ein oder mehrere Kationen umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus N,N-Dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium, N,N-Dimethyl-2-(2-hydroxyethyl)piperidinium, N,N,-Dimethyl-2-ethylpiperidinium und 2,2,4,6,6-Pentamethyl-2-azoniabicyclo[3.2.1]octan besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Siliciumdioxidquelle aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus festem Siliciumdioxid, Wasserglas (Natriumsilicat), desaluminiertem Y, NaY und USY besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die relative Ausbeute ≥ etwa 8 % beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausbeute des AEI-Zeoliths, bezogen auf das Struktursteuerungsmittel, ≥ etwa 30 % beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausbeute des AEI-Zeoliths, bezogen auf das Struktursteuerungsmittel, ≥ etwa 65 % beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Reaktionsgemisch im Wesentlichen frei von Fluor, Fluorionen und fluorhaltigen Verbindungen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das SAR der AEI-Zeolithkristalle etwa 10 bis etwa 20 beträgt.
Zusammensetzung, die die folgenden Komponenten umfasst: eine oder mehrere Quellen von Siliciumdioxid, eine oder mehrere Quellen von Aluminiumoxid, ein oder mehrere Struktursteuerungsmittel (SDA), eine Quelle von Hydroxidionen und Wasser, wobei die Siliciumdioxidquelle und die Aluminiumoxidquelle als SiO₂ bzw. Al₂O₃ ausgedrückt sind und die Komponenten in den folgenden Verhältnissen, wobei die Endpunkte eingeschlossen sind, vorhanden sind: SiO₂/Al₂O₃ 25–75 OH^–/SiO₂ 0,35–0,75 SDA/SiO₂ 0,01–0,12 Alkalimetallkationen/SiO₂ 0,30–0,60 H₂O/SiO₂ 6–30

wobei die Zusammensetzung bei einer Umsetzung bei einer Temperatur von zwischen etwa 75 °C bis etwa 220 °C für einen Zeitraum zwischen 0,1 und 20 Tagen AEI-Zeolith-Kristalle produziert.
Verwendung der Zusammensetzung nach Anspruch 9 zur Bildung von AEI-Zeolith-Kristallen.