RU2297278C2 - Method of production and activation of poly-metallic zeolite catalysts, composition and application of catalyst for decomposition of n2o - Google Patents

Method of production and activation of poly-metallic zeolite catalysts, composition and application of catalyst for decomposition of n2o Download PDF

Info

Publication number
RU2297278C2
RU2297278C2 RU2005119994/15A RU2005119994A RU2297278C2 RU 2297278 C2 RU2297278 C2 RU 2297278C2 RU 2005119994/15 A RU2005119994/15 A RU 2005119994/15A RU 2005119994 A RU2005119994 A RU 2005119994A RU 2297278 C2 RU2297278 C2 RU 2297278C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zeolite
zsm
zeolites
catalyst
mfi
Prior art date
Application number
RU2005119994/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005119994A (en
Inventor
РАМИРЕС Хавьер ПЕРЕС (NO)
РАМИРЕС Хавьер ПЕРЕС
Original Assignee
Яра Интернэшнл Аса
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Яра Интернэшнл Аса filed Critical Яра Интернэшнл Аса
Priority to RU2005119994/15A priority Critical patent/RU2297278C2/en
Publication of RU2005119994A publication Critical patent/RU2005119994A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2297278C2 publication Critical patent/RU2297278C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/10Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: production of poly-metallic catalysts.
SUBSTANCE: Fe is introduced into proposed catalyst by isomorphic substitution into zeolite lattice by hydro-thermal synthesis; then, zeolite is calcined and is transformed into H-form, after which Cu and /or Co is introduced by ion exchange in liquid or solid phase before calcination and activation of specimen at high temperature or by water steam and alkaline treatment. Zeolite has mole ratio Si/T 20-80, where T=Al, Ga, B or Ti. Method of decomposition or reduction of nitrous oxide in waste gases at temperature below 650 K with the use of obtained zeolite. Catalyst produced by this method possesses high conversion of N2O at temperature <623 K and enhanced stability.
EFFECT: enhanced efficiency and stability of catalyst.
20 cl, 4 dwg, 4 tbl, 12 ex

Description

Изобретение относится к способу получения и активации полиметаллических катализаторов и их применения для уменьшения содержания N2O.The invention relates to a method for the preparation and activation of polymetallic catalysts and their use to reduce the content of N 2 O.

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к экологическим системам для контроля выбросов загрязняющих веществ и, в частности, к каталитическому способу уменьшения содержания закиси азота в газах промышленного происхождения (химические производства) и в продуктах сгорания. Характеристики отходящих газов следующие: разбавленные потоки N2O (в интервале 0,05-0,5 об.%), относительно низкие температуры и в присутствии ингибиторов катализаторов.The present invention relates to environmental systems for controlling emissions of pollutants and, in particular, to a catalytic method for reducing nitrous oxide in industrial gases (chemical production) and in combustion products. The characteristics of the exhaust gases are as follows: diluted flows of N 2 O (in the range of 0.05-0.5 vol.%), Relatively low temperatures and in the presence of catalyst inhibitors.

Описание предшествующего уровня техникиDescription of the Related Art

Долгое время закись азота рассматривали как относительно безвредное соединение, и она не вызывала интереса ученых, инженеров и политиков. Однако в последнее десятилетие этот интерес возрос, поскольку N2O является газом, вызывающим сильный парниковый эффект (в 310 раз больше, чем СО2), а также участвует в разрушении озонового слоя. Выбросы N2O, которые можно быстро уменьшить, связаны с химической промышленностью и с процессами горения. Для понижения содержания N2O в отходящих газах предлагались различные варианты, но до сих пор не существует единой технологии. Несмотря на то, что известно множество статей и патентов по каталитическим системам для прямого разложения N2O и восстановления с помощью углеводородов, лабораторные данные часто отличаются от результатов промышленной практики, а испытания на пилотных установках малодоступны. Более того, часто недооценивались испытания на стабильность в реальных условиях.For a long time, nitrous oxide was considered as a relatively harmless compound, and it did not arouse the interest of scientists, engineers, and politicians. However, in the last decade, this interest has increased, since N 2 O is a gas that causes a strong greenhouse effect (310 times more than CO 2 ), and also participates in the destruction of the ozone layer. Emissions of N 2 O, which can be quickly reduced, are associated with the chemical industry and with combustion processes. To reduce the content of N 2 O in the exhaust gases, various options have been proposed, but so far there is no single technology. Despite the fact that there are many articles and patents on catalytic systems for the direct decomposition of N 2 O and recovery using hydrocarbons, laboratory data often differ from the results of industrial practice, and tests on pilot plants are inaccessible. Moreover, stability tests in real conditions were often underestimated.

Новый способ для регулирования содержания N2O в отходящих газах заводов, производящих адипиновую кислоту (концентрация N2O 25-40 об.%) заключается в повторном использовании N2O в качестве селективного окислителя в реакции превращения бензола в фенол в присутствии цеолитов Fe-MFI (патенты США 5672777 и 5110995). Однако этот способ не применим для «разбавленных» отходящих газов других производств (с концентрацией N2O в интервале 0.05-0.5 об.%).A new method for controlling the content of N 2 O in the exhaust gases of plants producing adipic acid (concentration of N 2 O 25-40 vol.%) Is to reuse N 2 O as a selective oxidizing agent in the reaction of the conversion of benzene to phenol in the presence of zeolites Fe- MFI (U.S. Patents 5,672,777 and 5,110,995). However, this method is not applicable for "diluted" exhaust gases of other industries (with a concentration of N 2 O in the range of 0.05-0.5 vol.%).

Недавно появились предложения по добавлению восстановителей (например, легких углеводородов и аммиака) к исходной смеси для селективного каталитического восстановления N2O в присутствии ионообменных цеолитов Fe-MFI (патенты WO 9949954 и WO 0151182). Однако это предложение не является приемлемым для стационарных источников из-за высокой стоимости восстановителя и вредных выбросов (проскок или нежелательные продукты горения).Recently, proposals have been made to add reducing agents (for example, light hydrocarbons and ammonia) to the initial mixture for the selective catalytic reduction of N 2 O in the presence of Fe-MFI ion-exchange zeolites (patents WO 9949954 and WO 0151182). However, this proposal is not acceptable for stationary sources due to the high cost of the reducing agent and harmful emissions (slip or unwanted combustion products).

Прямое каталитическое разложение N2O является перспективным и экономически выгодным процессом для уменьшения выбросов N2O. Однако ни один из катализаторов, известных в литературе, не обладает достаточной активностью и стабильностью при конверсии N2O в реальных условиях, которые определяются составом исходной смеси, температурой и объемной скоростью (Centi et al. Chem. Tech. 29 (1999) 48, Kapteijn et al. Appl. Catal. B., 9 (1996) 25). Катализаторы на основе переходных (Cu, Co, Ni) и благородных (Rh, Ru, Pd) металлов на различных носителях (ZnO, CeO2, Al2O3, TiO2, ZrO2 или прокаленных гидроталкитах) весьма активны для разложения N2O в смесях N2O/Не, но присутствие других газов в исходном потоке (O2, NOx, H2O, SO2) ведет к заметному ингибированию и/или дезактивации катализатора.The direct catalytic decomposition of N 2 O is a promising and cost-effective process for reducing N 2 O emissions. However, none of the catalysts known in the literature has sufficient activity and stability in the conversion of N 2 O in real conditions, which are determined by the composition of the initial mixture, temperature and space velocity (Centi et al. Chem. Tech . 29 (1999) 48, Kapteijn et al. Appl. Catal. B. , 9 (1996) 25). Catalysts based on transition (Cu, Co, Ni) and noble (Rh, Ru, Pd) metals on various supports (ZnO, CeO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 or calcined hydrotalcites) are very active for the decomposition of N 2 O in N 2 O / He mixtures, but the presence of other gases in the feed stream (O 2 , NO x , H 2 O, SO 2 ) leads to a marked inhibition and / or deactivation of the catalyst.

Многие металлсодержащие цеолиты, в том числе Cu- и Co-ZSM-5, а также катализаторы на основе благородных металлов (Rh, Ru и Pd), значительно активнее, чем Fe-ZSM-5, для разложения N2O в смесях N2O/He (F. Kapteijn et al., Stud. Surf. Sci. Catal., 101 (1996) 641, Li and Armor, Appl. Catal. B., 5 (1995) L257), но в присутствии O2, NO и H2O лучшими являются системы на основе железа (Perez-Ramirez et al., Chem. Commun. (2001) 693 and Appl. Catal. B., 35 (2002) 227). Это обусловлено (i) слабовыраженными гидротермальными свойствами первых из указанных металлов, (ii) образованием стабильных нитратных или сульфатных групп на поверхности в присутствии NO или SO2 соответственно и (iii) спеканием активных центров в условиях реакции (состав подаваемой смеси и температура).Many metal-containing zeolites, including Cu- and Co-ZSM-5, as well as noble metal catalysts (Rh, Ru, and Pd), are much more active than Fe-ZSM-5 for the decomposition of N 2 O in N 2 mixtures O / He (F. Kapteijn et al., Stud. Surf. Sci. Catal. , 101 (1996) 641, Li and Armor, Appl. Catal. B. , 5 (1995) L257), but in the presence of O 2 , NO and H 2 O are best iron based systems (Perez-Ramirez et al., Chem. Commun. (2001) 693 and Appl. Catal. B. , 35 (2002) 227). This is due to (i) slightly pronounced hydrothermal properties of the first of these metals, (ii) the formation of stable nitrate or sulfate groups on the surface in the presence of NO or SO 2, respectively, and (iii) sintering of active centers under the reaction conditions (feed composition and temperature).

Интересными катализаторами являются Fe-цеолиты (главным образом, MFI, но также MOR, BEA, FER), так как в присутствии этих катализаторов наблюдаются аномальные превращения N2O (в составе типичных компонентов отходящих газов) по сравнению с другими каталитическими системами. В WO 9934901 заявлен Fe-феррьерит, высокоактивный для прямого разложения N2O во влажных потоках, но при сравнительно низких объемных скоростях (10000 час-1), и о длительных испытаниях в указанной заявке не сообщается. В WO 0151415 для прямого разложения N2O в отходящих газах производства азотной кислоты также использованы ионообменные Fe-цеолиты. В работе Perez-Ramirez et al., Catal. Today, 76 (2002) 53 сделан вывод, что каталитическая активность Fe-ZSM-5 определяется способом его получения. Активированные паром Fe-ZSM-5 гораздо активнее в прямом разложении N2O, чем катализаторы Fe-ZSM-5, полученные другими методами - ионным обменом в жидкой и твердой фазах и сублимацией. Полное превращение N2O достигалось в смоделированных отходящих газах производства азотной кислоты (при 60000 ч-1) при температуре >750K. Эта температура слишком высока для нейтрализации отходящих газов, в частности отходящих газов химических производств. Добавление C3H6 понижает рабочую температуру катализатора на 100К, но и это предложение остается экономически невыгодным.Interesting catalysts are Fe zeolites (mainly MFI, but also MOR, BEA, FER), since in the presence of these catalysts abnormal N 2 O conversions (as part of typical exhaust gas components) are observed in comparison with other catalytic systems. WO 9934901 claims Fe ferrierite, highly active for the direct decomposition of N 2 O in wet streams, but at relatively low space velocities (10,000 h -1 ), and no lengthy tests are reported in this application. In WO 0151415, ion-exchanged Fe zeolites are also used for direct decomposition of N 2 O in the exhaust gases of nitric acid production. Perez-Ramirez et al., Catal. Today , 76 (2002) 53 it is concluded that the catalytic activity of Fe-ZSM-5 is determined by the method of its preparation. Steam-activated Fe-ZSM-5 is much more active in direct decomposition of N 2 O than Fe-ZSM-5 catalysts obtained by other methods — ion exchange in liquid and solid phases and sublimation. The complete conversion of N 2 O was achieved in simulated exhaust gases from the production of nitric acid (at 60,000 h -1 ) at a temperature of> 750 K. This temperature is too high to neutralize the flue gases, in particular flue gases from chemical plants. Adding C 3 H 6 lowers the operating temperature of the catalyst by 100K, but even this proposal remains economically disadvantageous.

Разрабатываемые полиметаллические цеолитные системы могут проявить эффект синергизма металлов, который влияет на суммарную активность и стабильность катализатора. В предыдущем патенте (США 5110995) сообщалось, что железосодержащие цеолиты обладают высокой активностью и избирательностью в реакции селективного окисления бензола в фенол с использованием N2O в качестве окислителя. Fe-ZSM-5 готовили традиционным гидротермальным синтезом и перед реакцией прокаливали в интервале 793-823К. В некоторых случаях железо-цеолиты содержали также второй переходный металл, например, Co, V, Cr, Ni, Mo, введенный в катализатор традиционным ионным обменом или пропиткой. На основании данных по активности авторы патента пришли к заключению, что в присутствии одного только железа активность и селективность выше, а второй металл не оказывает положительного эффекта (и даже влияет отрицательно) на такие важные параметры реакции, как конверсия бензола и селективность по фенолу. В более поздней заявке этих же авторов (США 5672777 и ответ 36856) сообщалось, что значительное повышение активности в процессе превращения бензола в фенол достигается после гидротермальной обработки Fe-MFI газом, содержащим 3-100 об.% Н2О в N2 при температурах 773-1273К. Ввиду отсутствия влияния второго переходного металла, как описано в первом патенте, второй металл был исключен из состава (и формулы изобретения) последней заявки.The developed polymetallic zeolite systems can exhibit a synergy effect of metals, which affects the total activity and stability of the catalyst. In a previous patent (US 5110995), iron zeolites were highly active and selective in the selective oxidation of benzene to phenol using N 2 O as an oxidizing agent. Fe-ZSM-5 was prepared by conventional hydrothermal synthesis and was calcined in the range 793-823K before the reaction. In some cases, iron zeolites also contained a second transition metal, for example, Co, V, Cr, Ni, Mo, introduced into the catalyst by conventional ion exchange or impregnation. Based on activity data, the patent authors concluded that in the presence of iron alone, activity and selectivity are higher, and the second metal does not have a positive effect (and even negatively affects) such important reaction parameters as benzene conversion and phenol selectivity. A later application by the same authors (US 5672777 and answer 36856) reported that a significant increase in activity during the conversion of benzene to phenol is achieved after hydrothermal treatment of Fe-MFI with a gas containing 3-100 vol.% H 2 O in N 2 at temperatures 773-1273K. Due to the lack of influence of the second transition metal, as described in the first patent, the second metal was excluded from the composition (and claims) of the last application.

Цель изобретенияThe purpose of the invention

Основной задачей изобретения была разработка полиметаллических цеолитных катализаторов прямого разложения закиси азота (N2O) до азота (N2) и кислорода (О2).The main objective of the invention was the development of polymetallic zeolite catalysts for the direct decomposition of nitrous oxide (N 2 O) to nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ).

Таким образом, наибольшее внимание обращено на разработку составов, высокоактивных в разложении N2O при низкой температуре (<623К).Thus, the greatest attention is paid to the development of compositions that are highly active in the decomposition of N 2 O at low temperature (<623K).

Другой задачей была разработка стабильного катализатора, сохраняющего активность >2000 час в реальных условиях состава исходной смеси (в присутствии ингибиторов типа NOx, H2O, O2 и SO2).Another objective was the development of a stable catalyst that retains activity> 2000 hours under real conditions of the composition of the initial mixture (in the presence of inhibitors such as NO x , H 2 O, O 2 and SO 2 ).

Следующей задачей было приготовление каталитических систем, которые можно было бы использовать при высоких объемных скоростях >50000 час-1.The next task was to prepare catalytic systems that could be used at high space velocities> 50,000 h -1 .

Также существенной задачей была разработка способа снижения количества закиси азота в процессах, в которых закись азота образуется, например, в химических производствах (производство азотной кислоты, адипиновой кислоты, капролактама, акрилонитрила, глиоксаля и процессы, использующие азотную кислоту в качестве окислителя или включающие окисление аммиака) и в процессах сжигания (угля, биомассы и отходов процессов в кипящем слое), а также во многих реакциях, из которых необходимо удалять N2O.Another significant task was the development of a method for reducing the amount of nitrous oxide in processes in which nitrous oxide is formed, for example, in chemical industries (production of nitric acid, adipic acid, caprolactam, acrylonitrile, glyoxal and processes using nitric acid as an oxidizing agent or involving the oxidation of ammonia ) and in combustion processes (coal, biomass and fluidized bed wastes), as well as in many reactions from which N 2 O must be removed.

Эти и другие задачи изобретения достигаются с помощью описанного ниже способа, и далее изобретение раскрывается и характеризуется с помощью формулы изобретения.These and other objectives of the invention are achieved using the method described below, and the invention is further disclosed and characterized by the claims.

Далее изобретение разъясняется со ссылкой на сопровождающие рисунки на фигурах 1a,b-3.The invention is further explained with reference to the accompanying drawings in figures 1a, b-3.

Фиг. 1 показывает зависимость конверсии N2O от температуры в присутствии различных моно- и полиметаллических цеолитов со структурой MFI (a) и BEA (b).FIG. 1 shows the temperature dependence of N 2 O conversion in the presence of various mono- and polymetallic zeolites with the structure of MFI (a) and BEA (b).

Фиг. 2 показывает конверсию N2O на цеолитах (Co)[Fe-T]MFI(c,s,a) со структурой MFI и разным составом решетки (определяемым атомом Т); обозначение (c,s,a) означает обработку катализатора до реакции: с=прокаливание, s=обработка паром, а=щелочная обработка.FIG. 2 shows the conversion of N 2 O on zeolites (Co) [Fe-T] MFI (c, s, a) with the MFI structure and different lattice composition (determined by the T atom); the designation (c, s, a) means the treatment of the catalyst before the reaction: c = calcination, s = steam treatment, a = alkaline treatment.

Фиг. 3 показывает зависимости конверсии N2O от времени работы в присутствии (Co)[Fe-Al]MFI(c,s,a) в опытах на пилотной установке.FIG. 3 shows the dependences of the N 2 O conversion on the operating time in the presence of (Co) [Fe-Al] MFI (c, s, a) in experiments on a pilot plant.

Первоначальной идеей изобретения была попытка сочетать в одном полиметаллическом катализаторе высокую активность Cu- и Co-цеолитов при разложении N2O с выраженной стабильностью и устойчивостью Fe-цеолитов. Способ введения металлов в структуру цеолита и его активация имеют решающее значение для получения активных составов, работающих при низкой температуре и стабильных при обработке отходящих газов.The original idea of the invention was an attempt to combine the high activity of Cu and Co zeolites in the decomposition of N 2 O in one polymetallic catalyst with pronounced stability and stability of Fe zeolites. The method of introducing metals into the structure of zeolite and its activation are crucial for obtaining active compounds operating at low temperature and stable in the processing of exhaust gases.

Таким образом, изобретение относится к способу получения полиметаллического цеолита, в котором Fe изоморфно замещено в решетке цеолита путем гидротермального синтеза. Цеолит в Na-форме прокаливают и обменивают с аммонийной солью, после чего Cu и/или Co вводят ионным обменом перед прокаливанием, активируют при высокой температуре в вакууме или на воздухе или с помощью обработки паром и затем подвергают щелочной обработке. В цеолит можно ввести помимо Co и/или Cu один или более элементов Mn, V, Ni или Cr. Для введения второго, третьего или любого дополнительного металла может быть использован ионный обмен как в жидкой, так и твердой фазе. Цеолитный катализатор может иметь структуру, аналогичную MFI и/или BEA. Предпочтительно использовать цеолиты [Al]-ZSM-5, [Al]-BEA, [Ga]-ZSM-5, [B]-ZSM-5, [Ge,Al]-ZSM-5, силикалит или [Ti]-силикалит. Предпочтительно, чтобы мольное отношение Si/T составляло 20-80, где T=Al, Ga, B, Ge или Ti.Thus, the invention relates to a method for producing a polymetallic zeolite in which Fe is isomorphically substituted in a zeolite lattice by hydrothermal synthesis. The zeolite in Na-form is calcined and exchanged with an ammonium salt, after which Cu and / or Co is introduced by ion exchange before calcination, activated at high temperature in vacuum or in air or by steam treatment and then subjected to alkaline treatment. In addition to Co and / or Cu, one or more elements of Mn, V, Ni or Cr can be introduced into the zeolite. For the introduction of a second, third or any additional metal, ion exchange can be used in both the liquid and solid phases. The zeolite catalyst may have a structure similar to MFI and / or BEA. It is preferable to use zeolites [Al] -ZSM-5, [Al] -BEA, [Ga] -ZSM-5, [B] -ZSM-5, [Ge, Al] -ZSM-5, silicalite or [Ti] -silikalite . Preferably, the molar ratio Si / T is 20-80, where T = Al, Ga, B, Ge or Ti.

Содержание железа, введенного в вещество, варьируется от 0,1 до 1,0 мас.%. Содержание Cu и/или Co изменяется в интервале 0.1-1.0 масс.% Предпочтительными цеолитными катализаторами для указанных целей являются Fe-Co, Fe-Cu или Fe-Co-Cu цеолиты. Предпочтительно, чтобы мольное соотношение металлов Fe/Co, Fe/Cu или Fe/Co+Cu составляло ~1. Цеолит активируют водяным паром при 623-1273К, 3-100 об.% Н2О и подаче инертного газа 3-300 мл (нормальные условия) мин-1 в течение 0.5-6 час. Можно провести эту обработку в вакууме или на воздухе при температуре выше 1073К. Щелочную обработку проводят в щелочной среде (NaOH, KOH или NH4OH) при 298-363К предпочтительно в течение 10-60 мин. Используют растворы с концентрацией в интервале 0,1-1,0 М.The content of iron introduced into the substance varies from 0.1 to 1.0 wt.%. The content of Cu and / or Co varies in the range 0.1-1.0 wt.%. Preferred zeolite catalysts for these purposes are Fe-Co, Fe-Cu or Fe-Co-Cu zeolites. Preferably, the molar ratio of metals Fe / Co, Fe / Cu or Fe / Co + Cu is ~ 1. The zeolite is activated with water vapor at 623-1273K, 3-100 vol.% H 2 O and an inert gas supply of 3-300 ml (normal conditions) min -1 for 0.5-6 hours. This treatment can be carried out in vacuum or in air at a temperature above 1073K. Alkaline treatment is carried out in an alkaline medium (NaOH, KOH or NH 4 OH) at 298-363K, preferably for 10-60 minutes. Use solutions with a concentration in the range of 0.1-1.0 M.

Изобретение также предлагает способ превращения закиси азота (N2O) в азот (N2) и кислород (О2) в присутствии полиметаллических цеолитов (MFI и BEA), содержащих переходные металлы. Изобретение также относится к цеолитному катализатору и способу разложения или восстановления закиси азота при температурах ниже 623К в отходящих газах с использованием цеолита общей формулы:The invention also provides a method for converting nitrous oxide (N 2 O) to nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ) in the presence of polymetallic zeolites (MFI and BEA) containing transition metals. The invention also relates to a zeolite catalyst and a method for decomposing or reducing nitrous oxide at temperatures below 623K in exhaust gases using a zeolite of the general formula:

х T2Op-y Fe2O3-z M2Oq-SiO2, x T 2 O p - y Fe 2 O 3 - z M 2 O q -SiO 2 ,

в которойwherein

x=0-0,065 x = 0-0.065

y=0,00002 - 0,02 y = 0.00002 - 0.02

z=0,00002 - 0,02 z = 0.00002 - 0.02

T=Al, Ga, B, Ge или TiT = Al, Ga, B, Ge or Ti

p=валентность элемента Т p = valence of the element T

М=Cu, Co, Mn, V, Ni, CrM = Cu, Co, Mn, V, Ni, Cr

q=валентность элемента М q = valency of element M

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Сначала несколько железосодержащих полиметаллических цеолитных катализаторов были синтезированы различными методами. Испытания показывают, что сочетание металлов и способ их введения, а также способ внедрения этих металлов в цеолит заметно влияют на активность конечного катализатора.At first, several iron-containing polymetallic zeolite catalysts were synthesized by various methods. Tests show that the combination of metals and the method of their introduction, as well as the method of incorporation of these metals into the zeolite significantly affect the activity of the final catalyst.

Для введения железа применяли следующие способы: гидротермальный синтез, ионный обмен в твердой и жидкой фазах и пропитка. Второй (и третий) металл вводили ионным обменом (в жидкой или твердой фазе) и пропиткой. Применяли последовательные или одновременные способы ионного обмена или пропитки. Для получения хороших каталитических свойств присутствие железа, так же как второго, третьего или любого дополнительного переходных металлов, является обязательным. Цеолиты с сочетанием Fe с Co и/или Cu, приготовленные по подробной методике, обнаружили синергизм в реакции каталитического разложения N2O. Этот синергизм обуславливает высокую активность при низкой температуре и стабильность во время работы.The following methods were used to introduce iron: hydrothermal synthesis, ion exchange in solid and liquid phases, and impregnation. The second (and third) metal was introduced by ion exchange (in liquid or solid phase) and impregnation. Used sequential or simultaneous methods of ion exchange or impregnation. To obtain good catalytic properties, the presence of iron, as well as the second, third or any additional transition metals, is mandatory. Zeolites with a combination of Fe with Co and / or Cu, prepared by a detailed procedure, found synergism in the catalytic decomposition of N 2 O. This synergism leads to high activity at low temperature and stability during operation.

Активация полиметаллических цеолитов, как они синтезированы, играет решающую роль для достижения необходимых каталитических свойств. При обработке паром были оптимизированы температура, концентрация пара и газ-носитель. Наиболее эффективной по сравнению с другими способами обработки (при более высоких температурах в вакууме или на воздухе) была признана обработка паром в Ar при 873К. Конечная щелочная обработка существенна для увеличения активности цеолитов в области низких температур. Эта обработка после приготовления была также оптимизирована. Предпочтительной является щелочная обработка в 0.1 М растворе NaOH при 333К в течение 30 мин.The activation of polymetallic zeolites, as synthesized, plays a crucial role in achieving the necessary catalytic properties. In the steam treatment, the temperature, the concentration of the vapor and the carrier gas were optimized. Compared to other processing methods (at higher temperatures in vacuum or in air), steam treatment in Ar at 873 K was recognized as the most effective. The final alkaline treatment is essential for increasing the activity of zeolites at low temperatures. This post-cooking treatment has also been optimized. Preferred is alkaline treatment in a 0.1 M NaOH solution at 333K for 30 minutes.

Для приготовления полиметаллических цеолитных катализаторов были использованы разные схемы:For the preparation of polymetallic zeolite catalysts, different schemes were used:

Схема 1. Гидротермальный синтез + ионный обменScheme 1. Hydrothermal synthesis + ion exchange

1.а. Гидротермальный синтез цеолитов без железа1.a. Hydrothermal synthesis of zeolites without iron

Были приготовлены шесть серий молекулярных сит со структурой MFI гидротермальным синтезом по описанной ниже методике. Основное различие между этими сериями заключается в составе решетки, который можно варьировать введением различных Т-атомов вместо атомов Si: силикалит (чистый силикат), Ti-силикалит, [Al]ZSM-5 (алюмосиликат), [Ga]ZSM-5 (галлосиликат), [B]ZSM-5 (боросиликат) и [Ge,Al]ZSM-5 (германоалюмосиликат). В каждой серии (за исключением силикалитов) были синтезированы образцы с различным мольным отношением Si/T (в интервале от 20 до 80) (T=B, Al, Ga, Ti). Количество Ge в последнем образце изменялось от 0.1 до 1 мас.%.Six series of molecular sieves with an MFI structure by hydrothermal synthesis were prepared by the procedure described below. The main difference between these series is the lattice composition, which can be varied by introducing different T-atoms instead of Si atoms: silicalite (pure silicate), Ti-silicalite, [Al] ZSM-5 (aluminosilicate), [Ga] ZSM-5 (gallosilicate ), [B] ZSM-5 (borosilicate) and [Ge, Al] ZSM-5 (germanoaluminosilicate). In each series (except for silicalites), samples were synthesized with different Si / T molar ratios (in the range from 20 to 80) (T = B, Al, Ga, Ti). The amount of Ge in the last sample varied from 0.1 to 1 wt.%.

Гель, использованный в синтезе, содержал тетраэтилортосиликат (TEOS), гидроксид тетрапропиламмония (ТРАОН), гидроксид натрия, нонагидрат нитрата алюминия (только для [Al]ZSM-5 и [Ge,Al]ZSM-5), диоксид германия (только для [Ge,Al]ZSM-5), нонагидрат нитрата галлия (только для [Ga]ZSM-5), тетраэтилортотитанат (TEOTi, только для Ti-силикалита) и борную кислоту или триэтилортоборат (только для [B]ZSM-5) в следующих мольных отношениях: H2O/Si=45; TPAOH/Si=0,1; NaOH/Si=0,2; Si/T=20-80 (T = Al, Ga, B, Ti); Ge=0,1-1 мас.%.The gel used in the synthesis contained tetraethylorthosilicate (TEOS), tetrapropylammonium hydroxide (TRAON), sodium hydroxide, aluminum nitrate nonahydrate (only for [Al] ZSM-5 and [Ge, Al] ZSM-5), germanium dioxide (only for [ Ge, Al] ZSM-5), gallium nitrate nonahydrate (only for [Ga] ZSM-5), tetraethylorthotitanate (TEOTi, only for Ti-silicalite) and boric acid or triethylorthoborate (only for [B] ZSM-5) in the following molar ratios: H 2 O / Si = 45; TPAOH / Si = 0.1; NaOH / Si = 0.2; Si / T = 20-80 (T = Al, Ga, B, Ti); Ge = 0.1-1 wt.%.

Синтез цеолитов. Для получения силикалита источник силикагеля (TEOS) добавляли к органическому темплату (ТРАОН) и гидроксиду натрия при перемешивании. Полученную желатинообразную смесь выдерживали при 333К в течение 2 час для удаления избытка этанола, образующегося в результате гидролиза TEOS. Затем гель помещали в футерованный тефлоном автоклав и для проведения гидротермального синтеза выдерживали в воздушном термостате при постоянной температуре 448К в течение 5 суток. После завершения синтеза автоклав охлаждали, кристаллическое вещество отфильтровывали и промывали дистиллированной водой. Белое вещество сушили при 373К в течение ночи (обозначен: свежеприготовленный образец (как синтезирован)). Synthesis of zeolites . To obtain silicalite, a silica gel source (TEOS) was added to the organic template (TPAOH) and sodium hydroxide with stirring. The resulting gelatinous mixture was kept at 333K for 2 hours to remove excess ethanol resulting from TEOS hydrolysis. Then the gel was placed in a Teflon-lined autoclave and, for hydrothermal synthesis, was kept in an air thermostat at a constant temperature of 448 K for 5 days. After the synthesis was completed, the autoclave was cooled, the crystalline substance was filtered off and washed with distilled water. The white matter was dried at 373K overnight (indicated: freshly prepared sample (as synthesized)).

Цеолит [Al]бета готовили по простой методике, описанной для цеолита [Al]ZSM-5. В этом случае вместо ТРАОН в качестве эталона использовали ТЕАОН. Цеолит [Al]бета кристаллизовали в течение 8 суток при 415К. Подробности уточнены в одном из примеров патента.Zeolite [Al] beta was prepared according to the simple procedure described for zeolite [Al] ZSM-5. In this case, instead of TRAON, TEAON was used as a reference. Zeolite [Al] beta crystallized for 8 days at 415K. Details are specified in one example of a patent.

Активация цеолита или обработка после синтеза. Высушенный образец прокаливали в токе воздуха при 823К в течение 10 час для выжигания эталона. Образцы переводили в протонную форму путем трех последовательных операций ионного обмена с раствором нитрата аммония (0,1 М) в течение ночи и последующего прокаливания при 823К в течение 5 час (обозначен как с: прокаленный образец). Затем образцы обрабатывали водяным паром при высокой температуре (обозначен как s: образец, обработанный паром). Этот процесс проводили при различных температурах (623-1273К), различном содержании воды (3-100 об.% Н2О), различных скоростях потока (от примерно 3 до 300 мл инертного газа (нормальные условия) мин-1) и в течение различных периодов времени (0,5-6 час). Наконец, образцы обрабатывали в щелочной среде (предпочтительно NaOH, но можно также KOH и NH4OH) с концентрацией 0,1-1,0 М при 310-370К в течение 10-60 мин (предпочтительные условия: 0,1 М раствор, 353К, 30 мин). Затем суспензию охлаждали сразу же в ледяной бане, фильтровали, промывали при 353К дистиллированной водой и сушили при 383К (обозначен как а: образец после щелочной обработки). Zeolite activation or post-synthesis treatment . The dried sample was calcined in a stream of air at 823K for 10 hours to burn the standard. Samples were converted to proton form by three successive ion exchange operations with a solution of ammonium nitrate (0.1 M) overnight and subsequent calcination at 823K for 5 hours (designated as: calcined sample). The samples were then steam treated at high temperature (denoted as s: steam treated sample). This process was carried out at different temperatures (623-1273K), different water contents (3-100 vol.% H 2 O), different flow rates (from about 3 to 300 ml of inert gas (normal conditions) min -1 ) and during different time periods (0.5-6 hours). Finally, the samples were treated in an alkaline medium (preferably NaOH, but also KOH and NH 4 OH) with a concentration of 0.1-1.0 M at 310-370K for 10-60 minutes (preferred conditions: 0.1 M solution, 353K, 30 min). Then the suspension was cooled immediately in an ice bath, filtered, washed at 353K with distilled water and dried at 383K (designated as a: sample after alkaline treatment).

Аналогично готовили Ti-силикалит. В этом случае к раствору TEOS при перемешивании добавляли по каплям TEOTi. Образовавшийся желтый раствор алкоксидов кремния и титана выдерживали при комнатной температуре в течение 2 час. Этот раствор добавляли к раствору ТРАОН и NaOH при непрерывном перемешивании. Образцы свежеприготовленного, прокаленного, обработанного паром и обработанного щелочью образцов Ti-силикалита готовили по описанной выше общей методике.Ti-silicalite was similarly prepared. In this case, TEOTi was added dropwise to the TEOS solution with stirring. The resulting yellow solution of silicon and titanium alkoxides was kept at room temperature for 2 hours. This solution was added to a solution of TRAON and NaOH with continuous stirring. Samples of freshly prepared, calcined, steamed and alkali-treated samples of Ti-silicalite were prepared according to the general procedure described above.

Для приготовления образцов [T]ZSM-5 (T=B, Al, Ga) раствор, содержащий TEOS, TPAOH и NaOH (раствор А), добавляли по каплям к соответствующему раствору соединения бора, алюминия или галлия (раствор В). Полученный раствор выдерживали при 333К в течение 2 час для удаления избытка этанола. Для получения свежеприготовленных, прокаленных, обработанных паром и щелочью цеолитов [T]ZSM-5 применяли общую методику, описанную для силикалитов. Для получения образцов с различными мольными отношениями Si/T (T=B, Al, Ga) количества борной кислоты или триэтилортобората, нитрата алюминия и нитрата галлия выбирали такими, чтобы эти отношения находились в интервале 20-80.To prepare [T] ZSM-5 samples (T = B, Al, Ga), a solution containing TEOS, TPAOH, and NaOH (solution A) was added dropwise to the corresponding solution of boron, aluminum, or gallium compound (solution B). The resulting solution was kept at 333K for 2 hours to remove excess ethanol. To obtain freshly prepared, calcined, steamed and alkali treated [T] ZSM-5 zeolites, the general procedure described for silicalites was used. To obtain samples with different Si / T molar ratios (T = B, Al, Ga), the amounts of boric acid or triethylorthoborate, aluminum nitrate, and gallium nitrate were chosen so that these ratios were in the range of 20-80.

Цеолиты, содержащие Ge и Al, готовили аналогично способу, описанному для [Al]ZSM-5. Необходимое количество GeO2 добавляли к раствору TEOS/TPAOH/NaOH. Полученную желатинообразную смесь добавляли по каплям к раствору В (нитрат алюминия), и свежеприготовленный, прокаленный, обработанный паром и щелочью образец готовили по общей методике. Были приготовлены образцы с мольным отношением Si/Al в интервале от 20 до 80, содержащие от 0,1 до 2 мас.% Ge.Zeolites containing Ge and Al were prepared analogously to the method described for [Al] ZSM-5. The required amount of GeO 2 was added to the TEOS / TPAOH / NaOH solution. The resulting gelatinous mixture was added dropwise to solution B (aluminum nitrate), and a freshly prepared, calcined, steamed and alkaline sample was prepared according to the general procedure. Samples were prepared with a molar ratio of Si / Al in the range from 20 to 80, containing from 0.1 to 2 wt.% Ge.

1.b. Гидротермальный синтез цеолитов с железом1.b. Hydrothermal synthesis of zeolites with iron

Для того чтобы ввести железо в цеолиты, авторы использовали тот же способ, который описан в разделе 1.а. Для получения каждого образца из шести серий, описанных в разделе 1.а, готовили соответствующие железосодержащие молекулярные сита. Для этого предпочтительно использовать в качестве источника железа нонагидрат нитрата железа(III) (но можно также использовать ацетат, хлорид, карбонат и сульфат железа). Во всех случаях соль, например нитрат железа, растворяли в растворе В, и раствор А добавляли по каплям к раствору В. Применяли описанную выше методику активации свежеприготовленных цеолитов (прокаливание, обработка паром и щелочью).In order to introduce iron into zeolites, the authors used the same method as described in section 1.a. To obtain each sample from the six series described in section 1.a, the corresponding iron-containing molecular sieves were prepared. For this, it is preferable to use iron (III) nitrate nonahydrate as an iron source (but you can also use acetate, chloride, carbonate and ferrous sulfate). In all cases, a salt, for example, iron nitrate, was dissolved in solution B, and solution A was added dropwise to solution B. The above method of activation of freshly prepared zeolites (calcination, treatment with steam and alkali) was applied.

1.с. Введение второго, третьего или любого дополнительного переходного металла в железосодержащие цеолиты1.s The introduction of the second, third or any additional transition metal in iron-containing zeolites

Для приготовления железосодержащих молекулярных сит, модифицированных введением второго переходного металла путем ионного обмена, применяли способ, аналогичный описанному в разделе 1.b. В этом случае после обмена с солью аммония (и перед прокаливанием для разложения соли аммония и перевода в протонную форму) образцы обменивали со вторым переходным металлом. Все железосодержащие образцы ([Fe]-силикалит, [Fe,Ti]-силикалит, [Fe,Al]ZSM-5, [Fe,Ga]ZSM-5, [Fe,B]ZSM-5 и [Fe,Ge,Al]ZSM-5) были обменены для того, чтобы получить различное содержание второго переходного металла (Co, Cu, Ni, Mn, Cr и V).To prepare iron-containing molecular sieves modified by introducing a second transition metal by ion exchange, a method similar to that described in section 1.b. was used. In this case, after exchange with the ammonium salt (and before calcination to decompose the ammonium salt and convert to the proton form), the samples were exchanged with the second transition metal. All iron-containing samples of ([Fe] -siliconite, [Fe, Ti] -silicalite, [Fe, Al] ZSM-5, [Fe, Ga] ZSM-5, [Fe, B] ZSM-5 and [Fe, Ge, Al] ZSM-5) were exchanged in order to obtain different contents of the second transition metal (Co, Cu, Ni, Mn, Cr and V).

Ион второго переходного металла вводили путем обмена в жидкой или твердой фазах. При обмене в жидкой фазе использовали 0.1 М водный раствор соответствующей соли (нитрата, сульфата, хлорида, карбоната и ацетата) для получения концентрации второго переходного металла в интервале от примерно 0.1 до 1 мас.%.The second transition metal ion was introduced by exchange in liquid or solid phases. When exchanging in the liquid phase, a 0.1 M aqueous solution of the corresponding salt (nitrate, sulfate, chloride, carbonate and acetate) was used to obtain a concentration of the second transition metal in the range from about 0.1 to 1 wt.%.

Ионный обмен в твердой фазе также использовали для введения второго переходного металла в состав цеолита. С этой целью прокаленные железосодержащие молекулярные сита механически смешивали с соответствующими количествами предшественника металла (предпочтительно хлорида).Solid state ion exchange was also used to introduce a second transition metal into the zeolite. To this end, calcined iron-containing molecular sieves were mechanically mixed with appropriate amounts of a metal precursor (preferably chloride).

Продукты ионного обмена прокаливали, активировали паром и щелочью, как описано в разделе 1.а.The products of ion exchange were calcined, activated by steam and alkali, as described in section 1.a.

Поскольку большинство использованных металлов могут находиться в различных степенях окисления, в тех случаях, когда это было возможно, авторы проводили ионный обмен с солями переходных металлов в различных степенях окисления.Since most of the metals used can be in different degrees of oxidation, in cases where it was possible, the authors carried out ion exchange with salts of transition metals in different degrees of oxidation.

Схема 2. Одновременный или последовательный ионный обменScheme 2. Simultaneous or sequential ion exchange

Образцы, полученные, как описано в разделе 1.а, подвергали одновременному или последовательному ионному обмену в жидкой или твердой фазе. При одновременном ионном обмене железо и второй, третий или любой дополнительный ион переходного металла вводили одновременно путем обмена в жидкой или твердой фазе, в то время как при последовательном способе после ионного обмена с солью железа следовал ионный обмен со вторым, третьим или любым дополнительным переходным металлом. Все образцы в сериях из шести катализаторов (силикалит, [Ti]-силикалит, [Al]ZSM-5, [Ga]ZSM-5, [B]ZSM-5 и [Ge,Al]ZSM-5) подвергали ионному обмену.Samples obtained as described in section 1.a were subjected to simultaneous or sequential ion exchange in a liquid or solid phase. In simultaneous ion exchange, iron and the second, third, or any additional transition metal ion were introduced simultaneously by exchange in a liquid or solid phase, while in the sequential method, ion exchange with a second, third, or any additional transition metal was followed by ion exchange with an iron salt . All samples in a series of six catalysts (silicalite, [Ti] -silicalite, [Al] ZSM-5, [Ga] ZSM-5, [B] ZSM-5 and [Ge, Al] ZSM-5) were subjected to ion exchange.

После ионного обмена с аммонийной солью и перед прокаливанием для разложения иона аммония и получения протонной формы образцы обменивали со смесью соли железа (нитрата, сульфата, хлорида, карбоната или ацетата) и второго переходного металла (кобальта, меди, хрома, ванадия, марганца и никеля).After ion exchange with the ammonium salt and before calcination, the samples were exchanged with a mixture of an iron salt (nitrate, sulfate, chloride, carbonate or acetate) and a second transition metal (cobalt, copper, chromium, vanadium, manganese, and nickel) to decompose the ammonium ion and obtain the proton form )

При ионном обмене в жидкой фазе использовали 0,1 М (для всех металлов) водный раствор соответствующих солей (нитратов, сульфатов, хлоридов, карбонатов и ацетатов) для получения концентрации каждого переходного металла в интервале от 0,1 до 1 мас.% металла в конечном образце. При ионном обмене в твердой фазе использовали соответствующее количество каждой соли для получения в конечном образце концентрации металла в интервале от 0,1 до 1,0 мас.% каждого металла. При возможности использовали соли металлов в разных состояниях окисления.In ion exchange in the liquid phase, a 0.1 M (for all metals) aqueous solution of the corresponding salts (nitrates, sulfates, chlorides, carbonates and acetates) was used to obtain a concentration of each transition metal in the range from 0.1 to 1 wt.% Metal in final sample. In ion exchange in the solid phase, an appropriate amount of each salt was used to obtain a metal concentration in the final sample in the range from 0.1 to 1.0 wt.% Of each metal. If possible, metal salts in different oxidation states were used.

Как описано в разделе 1.а, ионообменные образцы прокаливали, активировали паром и, наконец, щелочью.As described in section 1.a, the ion-exchange samples were calcined, activated with steam, and finally with alkali.

Схема 3. Гидротермальный синтез + пропиткаScheme 3. Hydrothermal synthesis + impregnation

С целью введения второго переходного металла образцы, приготовленные по методике, описанной в разделе 1.b, обрабатывали пропиткой. После ионного обмена и перед прокаливанием для разложения иона аммония и получения протонной формы образцы пропитывали раствором второго переходного металла. Каждый железосодержащий образец из шести серий ([Fe]-силикалит, [Fe,Ti]-силикалит, [Fe,Al]ZSM-5, [Fe,Ga]ZSM-5, [Fe,B]ZSM-5 и [Fe,Ge,Al]ZSM-5) пропитывали раствором второго переходного металла (кобальта, меди, хрома, ванадия, марганца и никеля).In order to introduce a second transition metal, the samples prepared according to the procedure described in section 1.b were treated with impregnation. After ion exchange and before calcination, the samples were impregnated with a solution of the second transition metal to decompose the ammonium ion and obtain the proton form. Each iron-containing sample from six series of ([Fe] -siliconite, [Fe, Ti] -silicalite, [Fe, Al] ZSM-5, [Fe, Ga] ZSM-5, [Fe, B] ZSM-5 and [Fe , Ge, Al] ZSM-5) was impregnated with a solution of the second transition metal (cobalt, copper, chromium, vanadium, manganese and nickel).

Второй переходный металл вводили пропиткой по влагоемкости, используя каждый раз водный раствор соответствующей соли (нитрата, сульфата, хлорида, карбоната или ацетата). Эти растворы готовили из объема воды, необходимого для заполнения объема пор в образце, и необходимого количества соли металла для получения желательной концентрации металла (от примерно 0,1 до 1 мас.%). Как отмечено в разделе 1.с, во всех случаях, когда это было возможно, для пропитки использовали соли переходных металлов в различных состояниях окисления.The second transition metal was introduced by impregnation in moisture capacity, each time using an aqueous solution of the corresponding salt (nitrate, sulfate, chloride, carbonate or acetate). These solutions were prepared from the volume of water needed to fill the pore volume in the sample and the required amount of metal salt to obtain the desired metal concentration (from about 0.1 to 1 wt.%). As noted in Section 1.c, in all cases when it was possible, salts of transition metals in various oxidation states were used for impregnation.

Как описано в разделе 1.а, пропитанные образцы прокаливали, активировали паром и, наконец, щелочью.As described in section 1.a, the impregnated samples were calcined, activated with steam, and finally with alkali.

Схема 4. Одновременная или последовательная пропиткаScheme 4. Simultaneous or sequential impregnation

Образцы, приготовленные как описано в разделе 1.а, пропитывали либо одновременно, либо последовательно (по влагоемкости). При одновременном способе железо и второй, третий или любой дополнительный переходный металл вводили одновременно, в то время как при последовательном способе за пропиткой солью железа следовала пропитка вторым, третьим или любым дополнительным переходным металлом.Samples prepared as described in section 1.a were impregnated either simultaneously or sequentially (by moisture capacity). In the simultaneous method, iron and the second, third or any additional transition metal were introduced simultaneously, while in the sequential method, the impregnation with an iron salt was followed by the impregnation with a second, third or any additional transition metal.

После обмена с солью аммония и перед прокаливанием для разложения иона аммония и получения протонной формы образцы пропитывали смешанным раствором соли железа (нитрата, сульфата, хлорида, карбоната или ацетата) и соли (нитрата, сульфата, хлорида, карбоната и ацетата) второго переходного металла (кобальта, меди, хрома, ванадия, марганца и никеля). Был пропитан каждый образец из шести серий (силикалит, [Ti]-силикалит, [Al]ZSM-5, [Ga]ZSM-5, [B]ZSM-5 или [Ge,Al]ZSM-5).After exchange with an ammonium salt and before calcination to decompose the ammonium ion and obtain the proton form, the samples were impregnated with a mixed solution of an iron salt (nitrate, sulfate, chloride, carbonate or acetate) and a salt (nitrate, sulfate, chloride, carbonate and acetate) of the second transition metal ( cobalt, copper, chromium, vanadium, manganese and nickel). Each sample was impregnated from six series (silicalite, [Ti] -silicalite, [Al] ZSM-5, [Ga] ZSM-5, [B] ZSM-5, or [Ge, Al] ZSM-5).

Ионы переходных металлов вводили пропиткой (по влагоемкости), используя каждый раз водный раствор соответствующих солей. Для приготовления этих растворов использовали объем воды, необходимый для заполнения объема пор в образце, и необходимое количество соли металла для получения желательной концентрации металла (от примерно 0.1 до 1 мас.%). Как отмечено в разделе 1.с, во всех случаях, когда это было возможно, пропитку проводили солями переходных металлов в различной степени окисления.Transition metal ions were introduced by impregnation (in terms of moisture capacity) using each time an aqueous solution of the corresponding salts. To prepare these solutions, the volume of water needed to fill the pore volume in the sample and the required amount of metal salt to obtain the desired metal concentration (from about 0.1 to 1 wt.%) Were used. As noted in section 1.c, in all cases when it was possible, the impregnation was carried out with transition metal salts of varying degrees of oxidation.

Как описано в разделе 1.а, пропитанные образцы прокаливали, активировали паром и, наконец, щелочью.As described in section 1.a, the impregnated samples were calcined, activated with steam, and finally with alkali.

Приготовленные образцы испытывали как в лаборатории, так и на пилотной установке.The prepared samples were tested both in the laboratory and in the pilot plant.

Испытания активности в лабораторииLaboratory Activity Tests

Активность и стабильность образцов изучали в реакторе с параллельными потоками и навеской катализатора 50 мг (300-400 мкм) при объемной скорости (GHSV) 60000 ч-1 и общем давлении 5 бар. Каталитическую активность измеряли в различных исходных смесях. Парциальные давления реагентов составляли 6,5 мбар N2O, 150 мбар O2, 10 мбар NOx, 75 мбар H2O, 0,25 мбар CO, 0,25 мбар SO2, 6,5 мбар C3H6; остальное гелий. Перед реакцией катализаторы прогревали в соответствующей исходной смеси при 723 К в течение 1 час и охлаждали в потоке этого газа до начальной температуры реакции. Продукты реакции анализировали на газовом хроматографе (N2O, N2, O2, C3H6, CO, CO2) и хемилюминесцентном анализаторе (NO, NO2, NOx).The activity and stability of the samples was studied in a reactor with parallel flows and a weighed portion of the catalyst of 50 mg (300-400 μm) at a space velocity (GHSV) of 60,000 h -1 and a total pressure of 5 bar. Catalytic activity was measured in various starting mixtures. The partial pressures of the reagents were 6.5 mbar N 2 O, 150 mbar O 2 , 10 mbar NO x , 75 mbar H 2 O, 0.25 mbar CO, 0.25 mbar SO 2 , 6.5 mbar C 3 H 6 ; the rest is helium. Before the reaction, the catalysts were heated in the corresponding initial mixture at 723 K for 1 hour and cooled in the flow of this gas to the initial reaction temperature. The reaction products were analyzed on a gas chromatograph (N 2 O, N 2 , O 2 , C 3 H 6 , CO, CO 2 ) and a chemiluminescent analyzer (NO, NO 2 , NO x ).

Приготовление и активность монолитных катализаторовPreparation and activity of monolithic catalysts

Лабораторный поиск проводят на таблетках катализаторов. Мелкие частицы обычно не используют в традиционных промышленных реакторах с неподвижным слоем из-за большого перепада давления. Практически форма катализатора имеет решающее значение для получения надежных данных для полномасштабного применения процесса. Поэтому был создан и испытан на пилотной установке структурно монолитный реактор, покрытый биметаллическим цеолитным катализатором.Laboratory searches are performed on catalyst tablets. Fine particles are usually not used in traditional fixed bed industrial reactors due to the large pressure drop. In practice, the form of the catalyst is critical to obtaining reliable data for the full application of the process. Therefore, a structurally monolithic reactor coated with a bimetallic zeolite catalyst was created and tested in a pilot installation.

Нанесение кристаллов цеолита методом погружения приводит к покрытию, состоящему из беспорядочно ориентированных слоев кристаллов цеолитов, участвующих в процессах адсорбции и катализа. Носитель вымачивают в суспензии кристаллов цеолита в растворителе, содержащем связующее и другие добавки, и затем удаляют растворитель путем упаривания, сушки и прокаливания.The deposition of zeolite crystals by immersion leads to a coating consisting of randomly oriented layers of zeolite crystals involved in the processes of adsorption and catalysis. The carrier is soaked in a suspension of zeolite crystals in a solvent containing a binder and other additives, and then the solvent is removed by evaporation, drying and calcination.

Далее изобретение будет проиллюстрировано примерами, детально раскрывающими получение и каталитическое тестирование образцов.The invention will now be illustrated by examples detailing the preparation and catalytic testing of samples.

Пример 1 - Получение [Fe-Al]MFI Example 1 - Obtaining [Fe-Al] MFI

Для получения [Fe-Al]MFI с мольным отношением Si/Al, равным 50, и 0.5 мас.% Fe использовали TEOS в качестве источника Si, нитраты алюминия и железа как источники Al и Fe соответственно и TPAOH в качестве эталона. При перемешивании добавляли по каплям TEOS (20,83 г, 0,1 моль) к смеси NaOH (0,8 г, 0,02 моль), 10,169 г TPAOH (20% водный раствор) и 67,115 г дистиллированной воды. Раствор А при перемешивании добавляли по каплям к раствору нитратов железа и алюминия (раствор В), приготовленному растворением 0,750 г Al(NO3)3·9H2O (2,0 ммоль) и 0,235 г Fe(NO3)3·9H2O (0,58 ммоль) в 12,95 г воды. Конечный раствор выдерживали при 333К в течение 2 час для удаления избытка этанола, образующегося в результате гидролиза TEOS. Затем гель помещали в футерованный тефлоном автоклав и выдерживали в воздушном термостате при постоянной температуре 448К в течение 5 суток для проведения гидротермального синтеза. По окончании синтеза автоклав охлаждали, отфильтровывали кристаллическое вещество и тщательно промывали дистиллированной водой. Свежеприготовленный цеолит сушили при 373К в течение ночи.To obtain [Fe-Al] MFI with a Si / Al molar ratio of 50 and 0.5 wt.% Fe, TEOS was used as a source of Si, aluminum and iron nitrates as sources of Al and Fe, respectively, and TPAOH as a reference. With stirring, TEOS (20.83 g, 0.1 mol) was added dropwise to a mixture of NaOH (0.8 g, 0.02 mol), 10.169 g TPAOH (20% aqueous solution) and 67.115 g of distilled water. Solution A was added dropwise with stirring to a solution of iron and aluminum nitrates (solution B) prepared by dissolving 0.750 g of Al (NO 3 ) 3 · 9H 2 O (2.0 mmol) and 0.235 g of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O (0.58 mmol) in 12.95 g of water. The final solution was kept at 333K for 2 hours to remove excess ethanol resulting from TEOS hydrolysis. Then the gel was placed in a Teflon-lined autoclave and kept in an air thermostat at a constant temperature of 448 K for 5 days to carry out hydrothermal synthesis. At the end of the synthesis, the autoclave was cooled, the crystalline substance was filtered off and thoroughly washed with distilled water. Freshly prepared zeolite was dried at 373K overnight.

Пример 2 - Получение [Fe-Al]BEA Example 2 - Obtaining [Fe-Al] BEA

Для получения [Fe-Al]BEA с мольным отношением Si/Al, равным 50, и 0.5 мас.% Fe использовали TEOS в качестве источника Si, нитраты алюминия и железа как источники Al и Fe соответственно и TEAOH в качестве эталона. Добавляли по каплям при перемешивании 20,83 г TEOS (0,1 моль) к смеси 0,4 г NaOH (0,01 моль), 29,4 г TEAOH (20% водный раствор) и 9,68 г дистиллированной воды. Раствор А добавляли по каплям при перемешивании к раствору нитратов железа и алюминия (раствор В), приготовленному растворением 0,750 г Al(NO3)3·9H2O (2,0 ммоль) и 0,235 г Fe(NO3)3·9H2O (0,58 ммоль) в 1,0 г воды. Конечный раствор выдерживали при 333К в течение 2 час для удаления избытка этанола, образующегося в результате гидролиза TEOS. Затем гель помещали в футерованный тефлоном автоклав и выдерживали в воздушном термостате при постоянной температуре 415К в течение 8 суток для проведения гидротермального синтеза. По окончании синтеза автоклав охлаждали, отфильтровывали кристаллическое вещество и тщательно промывали дистиллированной водой. Свежеприготовленный цеолит сушили при 348К в течение ночи.To obtain [Fe-Al] BEA with a Si / Al molar ratio of 50 and 0.5 wt.% Fe, TEOS was used as a source of Si, aluminum and iron nitrates as sources of Al and Fe, respectively, and TEAOH as a reference. 20.83 g of TEOS (0.1 mol) was added dropwise with stirring to a mixture of 0.4 g of NaOH (0.01 mol), 29.4 g of TEAOH (20% aqueous solution) and 9.68 g of distilled water. Solution A was added dropwise with stirring to a solution of iron and aluminum nitrates (solution B) prepared by dissolving 0.750 g of Al (NO 3 ) 3 · 9H 2 O (2.0 mmol) and 0.235 g of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O (0.58 mmol) in 1.0 g of water. The final solution was kept at 333K for 2 hours to remove excess ethanol resulting from TEOS hydrolysis. Then the gel was placed in a Teflon-lined autoclave and kept in an air thermostat at a constant temperature of 415 K for 8 days to carry out hydrothermal synthesis. At the end of the synthesis, the autoclave was cooled, the crystalline substance was filtered off and thoroughly washed with distilled water. Freshly prepared zeolite was dried at 348K overnight.

Пример 3 - Приготовление цеолитов с различным составом решеткиExample 3 - Preparation of zeolites with different composition of the lattice

Цеолиты с решетками различного состава готовили в основном по методике из Примера 1. При этом варьировали природу атома Т в составе [Fe,T]MFI. В Примерах 1 и 2 T=Al, но это может быть также Ga, B, Ti, Ge или без атома Т в структуре. Для получения мольного отношения Si/T, равного 50, добавляли в гель для синтеза (раствор В) следующие количества предшественников Т:Zeolites with lattices of various compositions were prepared mainly by the method of Example 1. The nature of the T atom in the composition of [Fe, T] MFI was varied. In Examples 1 and 2, T = Al, but it can also be Ga, B, Ti, Ge or without a T atom in the structure. To obtain a Si / T molar ratio of 50, the following amounts of T precursors were added to the synthesis gel (solution B):

[Fe-Ga]MFI: 0,835 г Ga(NO3)3·9H2O (2 ммоль)[Fe-Ga] MFI: 0.835 g of Ga (NO 3 ) 3 · 9H 2 O (2 mmol)

[Fe-B]MFI: 0,124 г борной кислоты (2 ммоль)[Fe-B] MFI: 0.124 g of boric acid (2 mmol)

0,292 г триэтилортобората (2 ммоль)0.292 g of triethylorthoborate (2 mmol)

[Fe-Ti]MFI: 0,456 г тетраэтилортотитаната (2 ммоль) или[Fe-Ti] MFI: 0.456 g of tetraethylorthotitanate (2 mmol) or

[Fe]MFI: предшественник Т атома не вносили в гель для синтеза.[Fe] MFI: the T atom precursor was not introduced into the synthesis gel.

Пример 4 - Активация Fe-цеолитных катализаторовExample 4 - Activation of Fe-Zeolite Catalysts

Активацию высушенных образцов, полученных в Примерах 1, 2 и 3, начинали с прокаливания в токе воздуха при 823К в течение 10 час для выжигания эталона. Затем образец превращали в Н-форму путем трех последовательных операций ионного обмена в жидкой фазе с раствором нитрата аммония (0,1 М) в течение ночи и последующего прокаливания на воздухе при 823К в течение 5 час. Затем образцы обрабатывали:The activation of the dried samples obtained in Examples 1, 2 and 3, began with calcination in a stream of air at 823 K for 10 hours to burn the standard. Then, the sample was converted to the H form by three successive operations of ion exchange in the liquid phase with a solution of ammonium nitrate (0.1 M) overnight and subsequent calcination in air at 823 K for 5 hours. Then the samples were processed:

в вакууме при температурах 1073-1173К в течение 5 час илиin vacuum at temperatures 1073-1173K for 5 hours or

водяным паром при температурах 623-1273К, концентрации водяного пара 3-100 об.% и скорости потока инертного газа 3-300 мл (нормальные условия) мин-1 в течение 0.5-6 час.water vapor at temperatures of 623-1273K, water vapor concentration of 3-100 vol.% and inert gas flow rate of 3-300 ml (normal conditions) min -1 for 0.5-6 hours.

Наконец, образцы, активированные с помощью указанных операций, обрабатывали щелочным раствором при температурах 298-363К в течение 10-60 мин в 0,1-1,0 М водных растворах NaOH, KOH, NH4OH. Затем суспензию охлаждали сразу на ледяной бане, фильтровали, промывали при 353К дистиллированной водой и сушили при 383К.Finally, the samples activated by these operations were treated with an alkaline solution at temperatures of 298-363K for 10-60 minutes in 0.1-1.0 M aqueous solutions of NaOH, KOH, NH 4 OH. Then the suspension was cooled immediately in an ice bath, filtered, washed at 353K with distilled water and dried at 383K.

Пример 5 - Получение полиметаллических цеолитов Fe-Co, Fe-Cu и Fe-Co-CuExample 5 - Obtaining polymetallic zeolites Fe-Co, Fe-Cu and Fe-Co-Cu

Катализаторы, полученные по методикам Примеров 1, 2 и 3, после обмена с солью аммония подвергали перед прокаливанием ионному обмену в жидкой фазе с Co(CH3CO2)2·4H2O и/или CuSO4 (раздельно, одновременно или последовательно). Ионный обмен проводили с 0,1 М растворами. В ходе ионного обмена перед прокаливанием поддерживали постоянный pH ~4 добавлением разбавленной азотной кислоты. Процесс ионного обмена повторяли до получения образца с примерно 0,5 мас.% Co или Cu или примерно 0,25 мас.% Co и Cu (одновременно, т.е. в одном растворе, или последовательно). После обмена образцы активировали, как описано в Примере 4, т.е. прокаливали, обрабатывали в вакууме или водяном паре при высокой температуре и, наконец, подвергали щелочной обработке.The catalysts obtained by the methods of Examples 1, 2 and 3, after exchanging with an ammonium salt, were subjected to ion exchange in the liquid phase with Co (CH 3 CO 2 ) 2 · 4H 2 O and / or CuSO 4 (separately, simultaneously or sequentially) before calcination . Ion exchange was carried out with 0.1 M solutions. During ion exchange, a constant pH of ~ 4 was maintained prior to calcination by the addition of dilute nitric acid. The ion exchange process was repeated until a sample was obtained with about 0.5 wt.% Co or Cu or about 0.25 wt.% Co and Cu (simultaneously, i.e. in one solution, or sequentially). After exchange, the samples were activated as described in Example 4, i.e. calcined, treated in vacuum or steam at high temperature, and finally subjected to alkaline treatment.

Пример 6 - Лабораторные испытания цеолитных катализаторов для конверсии N2OExample 6 - Laboratory testing of zeolite catalysts for the conversion of N 2 O

Лабораторные испытания для конверсии N2O проводили в присутствии разных моно- и полиметаллических цеолитов MFI и BEA. Данные для различных цеолитов приведены на фигурах 1а и b. Экспериментальные условия были следующими: 6,5 мбар N2O, 150 мбар O2, остальное He; общее давление=5 бар, GHSV=64000 час-1.Laboratory tests for the conversion of N 2 O were carried out in the presence of various mono- and polymetallic zeolites MFI and BEA. Data for various zeolites are shown in figures 1A and b. The experimental conditions were as follows: 6.5 mbar N 2 O, 150 mbar O 2 , the rest He; total pressure = 5 bar, GHSV = 64000 hour -1 .

Образцы готовили и активировали, как описано в Примерах 1, 2, 3 и 4. Зависимость конверсии N2O от температуры на цеолитах MFI и ВЕА показана на фигурах 1а и b соответственно. Обозначения изученных цеолитов: с=прокаленный при 823К в течение 10 час, s=обработанный водяным паром с концентрацией 30 об.% H2О в N2 при 873К в течение 5 час и а=после щелочной обработки водным раствором гидроксида аммония (0,2 М) при 353К в течение 0,5 час. Мольное отношение Si/Al в цеолитах составляет 50. Концентрация металлов в катализаторах: 0,5 мас.% каждого металла. Скобками [] обозначен металл, введенный изоморфным замещением (в ходе гидротермального синтеза), а скобками () - металл, введенный ионным обменом в жидкой фазе.Samples were prepared and activated as described in Examples 1, 2, 3 and 4. The temperature dependence of the N 2 O conversion on the MFI and BEA zeolites is shown in figures 1a and b, respectively. Designations of the studied zeolites: c = calcined at 823K for 10 hours, s = steam treated with a concentration of 30 vol.% H 2 O in N 2 at 873K for 5 hours and a = after alkaline treatment with an aqueous solution of ammonium hydroxide (0, 2 M) at 353K for 0.5 hour. The molar ratio of Si / Al in zeolites is 50. The concentration of metals in the catalysts: 0.5 wt.% Each metal. The brackets [] denote the metal introduced by isomorphic substitution (during hydrothermal synthesis), and the brackets () indicate the metal introduced by ion exchange in the liquid phase.

В случае наиболее активных катализаторов, содержащих Fe и Co и/или Cu, полная конверсия исходной смеси N2O+O2/He достигалась между 625 и 650К. Конверсия N2O в присутствии полиметаллических цеолитов выше, чем в присутствии монометаллических цеолитов. Например, в случае MFI комбинация Co и Fe позволяет получить одинаковую активность в разложении N2O при температурах на 60 и 80К ниже, чем на монометаллических Co- и Fe-цеолитах соответственно. Из указанного заметного сдвига рабочего интервала в сторону низких температур можно сделать вывод, что синергизм между Co и Fe выражен более заметно, чем между Cu и Fe. В присутствии физической смеси монометаллических Co- и Fe-цеолитов конверсия близка к величине, полученной на самом активном из обоих цеолитов - Co-цеолите, что указывает на роль химической природы промотирования. Похожие тенденции наблюдались на цеолитах BEA, и полная конверсия N2O достигалась при тех же температурах (625-650К). Это указывает на положительный (синэргетический) эффект от сочетания этих металлов в цеолитах разных типов. Другие катализаторы, приготовленные таким же способом, в которых железо присутствует в сочетании с металлами, отличными от Co и/или Cu (например, переходными металлами типа Ni, Cr, Mn и V или благородными металлами типа Rh, Pd), не обнаружили эффект синергизма, т.е. активность была равна или меньше активности соответствующих монометаллических цеолитов. Примером этого служит система Ni-Fe, приведенная на фиг.1а.In the case of the most active catalysts containing Fe and Co and / or Cu, the complete conversion of the initial mixture of N 2 O + O 2 / He was reached between 625 and 650 K. The conversion of N 2 O in the presence of polymetallic zeolites is higher than in the presence of monometallic zeolites. For example, in the case of MFI, the combination of Co and Fe allows one to obtain the same activity in the decomposition of N 2 O at temperatures 60 and 80 K lower than on monometallic Co and Fe zeolites, respectively. From the indicated noticeable shift in the working range towards lower temperatures, we can conclude that the synergism between Co and Fe is more pronounced than between Cu and Fe. In the presence of a physical mixture of monometallic Co- and Fe-zeolites, the conversion is close to the value obtained on the most active of both zeolites — Co-zeolite, which indicates the role of the chemical nature of promotion. Similar trends were observed on BEA zeolites, and complete N 2 O conversion was achieved at the same temperatures (625-650K). This indicates a positive (synergistic) effect from the combination of these metals in different types of zeolites. Other catalysts prepared in the same way in which iron is present in combination with metals other than Co and / or Cu (for example, transition metals such as Ni, Cr, Mn and V or noble metals such as Rh, Pd) did not show a synergistic effect , i.e. the activity was equal to or less than the activity of the corresponding monometallic zeolites. An example of this is the Ni-Fe system shown in figa.

Пример 7 - Лабораторные испытания цеолитов с разными составами решеток в реакции конверсии N2OExample 7 - Laboratory testing of zeolites with different lattice compositions in the reaction of the conversion of N 2 O

В реакции конверсии N2O были испытаны также цеолиты с решетками разных составах. Эффект синергизма в комбинации Fe с Co и/или Cu был установлен не только в случае цеолитов разных типов, как показано в Примере 6, но и для цеолитов одного типа с разными составами. Экспериментальные условия были следующими: 6,5 мбар N2O, 150 мбар O2, остальное He; температура=623К; общее давление = 5 бар, скорость потока (GHSV) = 64000 час-1.Zeolites with lattices of various compositions were also tested in the N 2 O conversion reaction. The synergy effect in the combination of Fe with Co and / or Cu was established not only in the case of zeolites of different types, as shown in Example 6, but also for zeolites of the same type with different compositions. The experimental conditions were as follows: 6.5 mbar N 2 O, 150 mbar O 2 , the rest He; temperature = 623K; total pressure = 5 bar, flow rate (GHSV) = 64000 hour -1 .

На фиг. 2 приведена конверсия N2O на биметаллических Co-Fe цеолитах MFI с разными составами решетки, полученных, как описано в Примере 3. Данные испытанных цеолитов: с=прокалены при 823К на воздухе в течение 10 час, s=обработаны водяным паром при концентрации 45 об.% Н2О в N2 при различных температурах (см. фигуру) в течение 5 ч и а = после щелочной обработки водными растворами гидроксида аммония (0,2 М) при 353 К в течение 0,5 час. Мольное отношение Si/T в исходных цеолитах составляло 50. Концентрация металла в катализаторах: 0,5 мас.% каждого металла (Co и Fe).In FIG. 2 shows the conversion of N 2 O on bimetallic Co-Fe MFI zeolites with different lattice compositions obtained as described in Example 3. The data of the tested zeolites: c = calcined at 823K in air for 10 hours, s = treated with water vapor at a concentration of 45 vol.% N 2 About in N 2 at various temperatures (see figure) for 5 hours and a = after alkaline treatment with aqueous solutions of ammonium hydroxide (0.2 M) at 353 K for 0.5 hour. The molar ratio Si / T in the initial zeolites was 50. The concentration of metal in the catalysts: 0.5 wt.% Each metal (Co and Fe).

Как следует из фигуры 2, близкие активности можно получить путем оптимизации температуры в ходе активации катализаторов водяным паром. На цеолитных матрицах с бренстедовской кислотностью (Si-Al, Si-Ga) более высокая активность достигается при более низкой температуре, чем на цеолитах с низкой кислотностью (Si-B, Si-Al-Ge) или нейтральных цеолитах (Si, Si-Ti). Схожая тенденция наблюдается на биметаллическом катализаторе, содержащем медь, и на полиметаллических системах, содержащих Fe, Co и Cu.As follows from figure 2, close activity can be obtained by optimizing the temperature during the activation of the catalysts with water vapor. On zeolite matrices with Brandsted acidity (Si-Al, Si-Ga), higher activity is achieved at a lower temperature than on zeolites with low acidity (Si-B, Si-Al-Ge) or neutral zeolites (Si, Si-Ti ) A similar trend is observed for a bimetallic catalyst containing copper, and for polymetallic systems containing Fe, Co, and Cu.

Пример 8 - Зависимость каталитической активности от способа полученияExample 8 - Dependence of catalytic activity on the method of obtaining

Были получены различные цеолиты со структурой MFI и BEA разными способами и изучена их каталитическая активность. Эффект синергизма при разложении N2O зависит от способа получения. В таблицах 1 и 2 приведены данные обо всех цеолитах, полученных разными методами, и их активности в разложении N2O. Прежде всего видно, что для достижения высокой активности в разложении N2O существенное значение имеет активация приготовленных железосодержащих цеолитов. По-видимому, обработка водяным паром является более эффективной, чем обработка в вакууме. Щелочная обработка еще больше повышает активность катализаторов. Чтобы получить положительный эффект от металлов, содержащихся в конечном катализаторе, следует сначала вводить железо в решетку цеолита путем гидротермального синтеза, а второй металл (Со и/или Cu) следует вводить ионным обменом в жидкой фазе. За введением металлов в цеолит должна следовать активация в вакууме или в водяном паре и далее щелочная обработка. Если следовать этой оптимальной схеме получения, можно достичь конверсии N2O во влажных отходящих газах >80% при ~600K. При введении железа ионным обменом в жидкой или твердой фазах или пропиткой по влагоемкости активность мала и для достижения высоких конверсий N2O нужны температуры >700K. При введении второго металла (Co и Cu) ионным обменом в твердой фазе или пропиткой по влагоемкости активность также мала. Оптимальный способ, описанный выше для цеолитов MFI, был применен для цеолитов ВЕА. Эта структура дает несколько более высокую активность, чем структура MFI. Various zeolites with the MFI and BEA structure were obtained in different ways and their catalytic activity was studied. The effect of synergism upon decomposition of N 2 O depends on the preparation method. Tables 1 and 2 show data on all zeolites obtained by different methods and their activity in the decomposition of N 2 O. First of all, it is clear that the activation of the prepared iron-containing zeolites is essential to achieve high activity in the decomposition of N 2 O. Apparently, the treatment with water vapor is more effective than the treatment in vacuum. Alkaline treatment further enhances the activity of the catalysts. To obtain a positive effect from the metals contained in the final catalyst, iron should first be introduced into the zeolite lattice by hydrothermal synthesis, and the second metal (Co and / or Cu) should be introduced by ion exchange in the liquid phase. The introduction of metals into zeolite should be followed by activation in a vacuum or in steam and then alkaline treatment. If you follow this optimal production scheme, you can achieve the conversion of N 2 O in wet exhaust gases> 80% at ~ 600K. When iron is introduced by ion exchange in liquid or solid phases or by impregnation in terms of moisture capacity, the activity is low and temperatures> 700 K are needed to achieve high N 2 O conversions. With the introduction of the second metal (Co and Cu) by ion exchange in the solid phase or by impregnation by moisture capacity, the activity is also low. The optimal method described above for MFI zeolites has been applied to BEA zeolites. This structure gives a slightly higher activity than the MFI structure.

Таблица 1
Влияние способа приготовления на каталитическую активность (конверсию N2O) различных цеолитов со структурой MFI. Экспериментальные условия: 6,5 мбар N2O, 150 мбар О2, 1,0 мбар NOх, 75 мбар Н2О, остальное He; общее давление=5 бар; GHSV= 64000 час-1.
Table 1
The influence of the preparation method on the catalytic activity (N 2 O conversion) of various zeolites with the MFI structure. Experimental conditions: 6.5 mbar N 2 O, 150 mbar O 2 , 1.0 mbar NO x , 75 mbar H 2 O, the rest is He; total pressure = 5 bar; GHSV = 64000 hour -1 .
КатализаторCatalyst T/KT / K X(N2O)/-X (N 2 O) / - [Fe-AI]MFI(c)1 [Fe-AI] MFI (c) 1 800800 0,320.32 [Fe-AI]MFI(c, v)2 [Fe-AI] MFI (c, v) 2 700700 0,680.68 [Fe-AI]MFI(c, s)3 [Fe-AI] MFI (c, s) 3 725725 0,760.76 [Fe-AI]MFI(c, s, a)4 [Fe-AI] MFI (c, s, a) 4 715715 0,830.83 (Fe)[AI]MFI(c, s, a)5 (Fe) [AI] MFI (c, s, a) 5 735735 0,590.59 /Fe/[AI]MFI(c, s, a)7 / Fe / [AI] MFI (c, s, a) 7 750750 0,360.36 (Co)[Fe-AI]MFI(c)(Co) [Fe-AI] MFI (c) 690690 0,720.72 (Co)[Fe-AI]MFI(c, s)(Co) [Fe-AI] MFI (c, s) 600600 0,850.85 (Cu)[Fe-AI]MFI(c, s, a)(Cu) [Fe-AI] MFI (c, s, a) 602602 0,940.94 (Co)(Cu)[Fe-AI]MFI(c,s,a))(Co) (Cu) [Fe-AI] MFI (c, s, a)) 610610 0,810.81 (Co,Cu)[Fe-AI]MFI(c,s,a)(Co, Cu) [Fe-AI] MFI (c, s, a) 608608 0,770.77 (Co,Cu-Fe)[AI]MFI(c,s,a)(Co, Cu-Fe) [AI] MFI (c, s, a) 720720 0,560.56 {Co}[Fe-AI]MFI(c,s,a){Co} [Fe-AI] MFI (c, s, a) 660660 0,700.70 {Cu}[Fe-AI]MFI(c,s,a){Cu} [Fe-AI] MFI (c, s, a) 650650 0,620.62 /Co/Cu/[Fe-AI]MFI(c,s,a)/ Co / Cu / [Fe-AI] MFI (c, s, a) 745745 0,700.70 /Co,Cu,Fe/[AI]MFI(c,s,a)/ Co, Cu, Fe / [AI] MFI (c, s, a) 750750 0,400.40 /Co/[Fe-AI]MFI(c,s,a)/ Co / [Fe-AI] MFI (c, s, a) 740740 0,620.62 /Cu/[Fe-AI]MFI(c,s,a)/ Cu / [Fe-AI] MFI (c, s, a) 735735 0,660.66 /Co-Cu-Fe/[AI]MFI(c,s,a)/ Co-Cu-Fe / [AI] MFI (c, s, a) 750750 0,450.45 1. [] = металл, введенный гидротермальным синтезом (изоморфно замещенный), и с=прокаленный при 823К в течение 10 час.
2. v=активированный в вакууме, 1173К, 5 час.
3. s=активированный водяным паром, 450 мбар Н2О в N2, 873К; 5 час.
4. a=активированный щелочным раствором, NaOH, 0,1 М, 333К; 30 мин.
5. (,) или ()()=металл, введенный ионным обменом в жидкой фазе (одновременно или последовательно).
6. {,} или {}{}=металл, введенный ионным обменом в твердой фазе (одновременно или последовательно).
7. /,/ ////=металл, введенный пропиткой по влагоемкости (одновременно или последовательно).
1. [] = metal introduced by hydrothermal synthesis (isomorphically substituted), and c = calcined at 823K for 10 hours.
2. v = activated in vacuum, 1173K, 5 hours.
3. s = activated by water vapor, 450 mbar H 2 O in N 2 , 873K; 5 hours
4. a = activated alkaline solution, NaOH, 0.1 M, 333K; 30 minutes.
5. (,) or () () = metal introduced by ion exchange in the liquid phase (simultaneously or sequentially).
6. {,} or {} {} = metal introduced by ion exchange in the solid phase (simultaneously or sequentially).
7. /, / //// = metal introduced by impregnation by moisture capacity (simultaneously or sequentially).
Таблица 2
Влияние способа получения на каталитическую активность (конверсию N2O) различных цеолитов со структурой BEA. Экспериментальные условия: 6,5 мбар N2O, 150 мбар O2, 1,0 мбар NOx, 75 мбар Н2О, остальное Не; общее давление=5 бар; GHSV=64000 час-1
table 2
The effect of the production method on the catalytic activity (N 2 O conversion) of various zeolites with a BEA structure. Experimental conditions: 6.5 mbar N 2 O, 150 mbar O 2 , 1.0 mbar NO x , 75 mbar H 2 O, the rest is He; total pressure = 5 bar; GHSV = 64000 hour -1
КатализаторCatalyst T/KT / K X(N2O)/-X (N 2 O) / - [Fe-AI]BEA(c)[Fe-AI] BEA (c) 800800 0,250.25 [Fe-AI]BEA(c,v)[Fe-AI] BEA (c, v) 700700 0,700.70 [Fe-AI]BEA(c,s)[Fe-AI] BEA (c, s) 725725 0,830.83 (Co)[Fe-AI]BEA(c)(Co) [Fe-AI] BEA (c) 650650 0,600.60 (Co)[Fe-AI]BEA(c,s)(Co) [Fe-AI] BEA (c, s) 605605 0,910.91 (Cu)[Fe-AI]BEA(c,s,a)(Cu) [Fe-AI] BEA (c, s, a) 590590 0,750.75 (Co)(Cu)[Fe-AI](Co) (Cu) [Fe-AI] 610610 0,830.83 BEA(c,s,a)
(Co,Cu)[Fe-AI]
BEA (c, s, a)
(Co, Cu) [Fe-AI]

615

615

0,95

0.95
BEA(c,s,a)
(Co,Cu-Fe)[AI]
BEA(c,s,a)
BEA (c, s, a)
(Co, Cu-Fe) [AI]
BEA (c, s, a)

705

705

0,59

0.59

Пример 9 - Зависимость каталитической активности от химического состава Example 9 - Dependence of catalytic activity on chemical composition

На наблюдаемую активность влияет не только способ получения, но и химический состав катализаторов. В таблице 3 приведены данные конверсии N2O при заданной температуре на образцах цеолитов с разным химическим составом и содержанием металла. Предпочтительны более низкие значения отношений Si/Al, а также мольные отношения железо/(кобальт + медь), близкие к 1. В частности, образцы с мольным отношением Si/Al, равным 50, в свежеприготовленных веществах, содержащих 0,5 мас.% Fe и 0,5 мас.% Со (или 0,5 мас.% Cu), проявляют максимальную активность.The observed activity is affected not only by the production method, but also by the chemical composition of the catalysts. Table 3 shows the N 2 O conversion data at a given temperature on zeolite samples with different chemical composition and metal content. Lower Si / Al ratios as well as iron / (cobalt + copper) molar ratios close to 1 are preferred. In particular, samples with a Si / Al molar ratio of 50 in freshly prepared materials containing 0.5 wt.% Fe and 0.5 wt.% Co (or 0.5 wt.% Cu) exhibit maximum activity.

Таблица 3Table 3

Конверсия N2O в присутствии моно- и полиметаллических цеолитов с разным составом (отношениями Si/Al) и содержанием металлов. Экспериментальные условия: 6,5 мбар N2O, 150 мбар О2, 1,0 мбар NOх, 75 мбар Н2О, остальное He; общее давление=5 бар; GHSV=64000 час-1.Conversion of N 2 O in the presence of mono- and polymetallic zeolites with different compositions (Si / Al ratios) and metal content. Experimental conditions: 6.5 mbar N 2 O, 150 mbar O 2 , 1.0 mbar NO x , 75 mbar H 2 O, the rest is He; total pressure = 5 bar; GHSV = 64000 hour -1 .

Figure 00000001
Figure 00000001

Пример 10. Активность полиметаллических цеолитов в различных исходных газовых смесях Example 10 The activity of polymetallic zeolites in various source gas mixtures

Активность наиболее перспективного катализатора была определена в исходных смесях разного состава, моделирующих его применение для обработки отходящих газов различной природы. Результаты суммированы в таблице 4. Изучено влияние добавок пропилена, монооксида углерода и диоксида серы на активность перспективных биметаллических катализаторов. При добавлении восстановителей (С3Н6, СО) рабочая температура образцов снижается (ср. колонки В и С с А). Типичный компонент отходящих газов процессов сжигания SO2, напротив, повышает рабочую температуру. В зависимости от целевого применения высокоактивные системы работают в интервале 600-800К. Активность биметаллического катализатора, содержащего Cu и Fe, несколько снижается в присутствии пропилена, тогда как биметаллический катализатор, содержащий Co и Fe, позволяет работать при более низкой температуре. Аналогичный положительный эффект достигается при добавлении СО. Присутствие SO2 сдвигает реакцию разложения в область более высоких температур.The activity of the most promising catalyst was determined in the initial mixtures of different compositions simulating its use for the treatment of exhaust gases of various nature. The results are summarized in table 4. The effect of additives of propylene, carbon monoxide and sulfur dioxide on the activity of promising bimetallic catalysts was studied. When reducing agents are added (C 3 H 6 , CO), the working temperature of the samples decreases (cf. columns B and C with A). A typical waste gas component of SO 2 combustion processes, in contrast, raises the operating temperature. Highly active systems operate in the range of 600-800K, depending on the intended use. The activity of a bimetallic catalyst containing Cu and Fe decreases slightly in the presence of propylene, while a bimetallic catalyst containing Co and Fe allows it to operate at a lower temperature. A similar positive effect is achieved by adding CO. The presence of SO 2 shifts the decomposition reaction to higher temperatures.

Таблица 4
Активность полиметаллических цеолитов в различных экспериментальных условиях (см. сноску)
Table 4
The activity of polymetallic zeolites under various experimental conditions (see footnote)
КатализаторCatalyst AA BB CC DD T/KT / K X(N2O)/
-
X (N 2 O) /
-
T/KT / K X(N2O)/
-
X (N 2 O) /
-
T/KT / K X(N2O)/
-
X (N 2 O) /
-
T/KT / K X(N2O)/
-
X (N 2 O) /
-
(Co)[Fe-
AI]MFI(c,s,a)
(Co) [Fe-
AI] MFI (c, s, a)
610610 0,950.95 562562 0,900.90 551551 0,880.88 685685 0,830.83
(Co)[Fe-
AI]BEA(c,s,a)
(Co) [Fe-
AI] BEA (c, s, a)
598598 0,920.92 543543 0,950.95 540540 0,800.80 660660 0,800.80
(Cu)[Fe-
AI]MFI(c,s,a)
(Cu) [Fe-
AI] MFI (c, s, a)
632632 0,950.95 663663 0,900.90 589589 0,860.86 695695 0,720.72
(Cu)[Fe-
AI]BEA(c,s,a)
(Cu) [Fe-
AI] BEA (c, s, a)
638638 0,910.91 658658 0,920.92 594594 0,900.90 703703 0,780.78
Экспериментальные условия:
А: 6,5 мбар N2O, 150 мбар O2, 1,0 мбар NOx, 75 мбар H2O, остальное He.
В: 6,5 мбар N2O, 150 мбар O2, 1,0 мбар NOx, 75 мбар H2O, 6,5 мбар C3H6, остальное He.
C: 6,5 мбар N2O, 150 мбар O2, 1,0 мбар NOx, 75 мбар H2O, 0,25 мбар CO, остальное He.
D: 6,5 мбар N2O, 150 мбар O2, 1,0 мбар NOx, 75 мбар H2O, 0,25 мбар SO2, остальное He.
Во всех случаях: общее давление = 5 бар;
Объемная скорость = 75.000 час-1.
Experimental conditions:
A: 6.5 mbar N 2 O, 150 mbar O 2 , 1.0 mbar NO x , 75 mbar H 2 O, the rest is He.
B: 6.5 mbar N 2 O, 150 mbar O 2 , 1.0 mbar NO x , 75 mbar H 2 O, 6.5 mbar C 3 H 6 , the rest He.
C: 6.5 mbar N 2 O, 150 mbar O 2 , 1.0 mbar NO x , 75 mbar H 2 O, 0.25 mbar CO, the rest He.
D: 6.5 mbar N 2 O, 150 mbar O 2 , 1.0 mbar NO x , 75 mbar H 2 O, 0.25 mbar SO 2 , the rest is He.
In all cases: total pressure = 5 bar;
Volumetric speed = 75,000 hour -1 .

Пример 11 - Получение монолитных катализаторов для испытаний на пилотной установкеExample 11 - Obtaining monolithic catalysts for testing in a pilot installation

Монолитные катализаторы для испытаний на пилотной установке получали методом погружения. В качестве носителя использовали кордиерит (2Al2O3·5SiO2·2MgO). Диаметр и длина монолитов, использованных в опытах по нанесению активного компонента, составляли 25 см и 10 см соответственно. Монолитные структуры имели плотность 200 куб.футов на кв. дюйм (cpsi) (толщина стенок 0.3 мм и диаметр канала 1.49 мм). Предварительная обработка кордиерита заключалась в его прокаливании при 1273К в течение 3 час для удаления загрязнений из носителя. Нанесение (Co)[Fe-Al]MFI (c,s,a) осуществляли методом погружения монолитов, исходя из смеси порошка катализатора, растворителя (бутилацетат, 10-20 мас.%), связующего (коллоидная двуокись кремния Ludox AS-40, 40 мас.% суспензия коллоидной двуокиси кремния в воде) и поверхностно-активного вещества (Teepol). Для связывания кристаллов цеолита перед прокаливанием к смеси добавляли в качестве временного связующего 1.2 г нитроцеллюлозы, смоченной 35% этанолом. Для получения гомогенно-диспергированной смеси суспензию перемешивали в миксере в течение 1 мин при скорости 13000 об/мин. Затем монолиты погружали в смесь на 3 мин. Избыток жидкости удаляли с помощью сжатого воздуха. После сушки монолитов с нанесенным цеолитом в течение ночи при комнатной температуре и при вращении в горизонтальном положении монолиты сушили на воздухе, повышая температуру со скоростью 1К в 1 мин до 473К, и прокаливали при 673К (скорость нагревания 10К в мин).Monolithic catalysts for testing in a pilot installation were obtained by immersion. Cordierite (2Al 2 O 3 · 5SiO 2 · 2MgO) was used as a carrier. The diameter and length of the monoliths used in the experiments on the deposition of the active component were 25 cm and 10 cm, respectively. Monolithic structures had a density of 200 cubic feet per square meter. inch (cpsi) (wall thickness 0.3 mm and channel diameter 1.49 mm). The preliminary treatment of cordierite was its calcination at 1273K for 3 hours to remove contaminants from the carrier. The application of (Co) [Fe-Al] MFI (c, s, a) was carried out by immersion of monoliths based on a mixture of catalyst powder, solvent (butyl acetate, 10-20 wt.%), A binder (colloidal silicon dioxide Ludox AS-40, 40 wt.% Suspension of colloidal silicon dioxide in water) and a surfactant (Teepol). To bind zeolite crystals, before calcination, 1.2 g of nitrocellulose moistened with 35% ethanol was added to the mixture as a temporary binder. To obtain a homogeneous dispersed mixture, the suspension was mixed in a mixer for 1 min at a speed of 13000 rpm. Then the monoliths were immersed in the mixture for 3 minutes. Excess liquid was removed using compressed air. After drying the monoliths coated with zeolite overnight at room temperature and rotating horizontally, the monoliths were dried in air, raising the temperature at a speed of 1K per minute to 473K, and calcined at 673K (heating rate 10K per minute).

Пример 12 - Испытания на пилотной установкеExample 12 - Tests in a pilot installation

Активность монолитных катализаторов изучали на пилотной установке. Конверсия в отходящих газах, содержащих N2O, O2, NO и H2O, в присутствии (Co)[Fe-Al]MFI (c,s,a) оставалась стабильной во времени в течение >2000 ч, как это видно на фиг. 3.The activity of monolithic catalysts was studied in a pilot installation. The conversion in exhaust gases containing N 2 O, O 2 , NO, and H 2 O in the presence of (Co) [Fe-Al] MFI (c, s, a) remained stable over time for> 2000 h, as can be seen in FIG. 3.

Экспериментальные условия: 6,5 мбар N2O, 150 мбар О2, 1,0 мбар NOх, 75 мбар Н2О, остальное He; температура=630К; общее давление=5 бар; пилотная установка: общая объемная скорость=220 м3 в час; объем реактора=5,9 л. Обозначения изученных катализаторов: с=прокаленный при 823К на воздухе в течение 10 час, s=обработанный водяным паром с концентрацией 45 об.% Н2О при различных температурах (см. фигуру) и а=после щелочной обработки водными растворами гидроксида аммония (0,2 М) при 353К в течение 0,5 час. Мольное отношение Si/Al в исходном цеолите было равно 50. Концентрация металла в катализаторах: 0,5 мас.% каждого металла (Co и Fe).Experimental conditions: 6.5 mbar N 2 O, 150 mbar O 2 , 1.0 mbar NO x , 75 mbar H 2 O, the rest is He; temperature = 630K; total pressure = 5 bar; pilot installation: total space velocity = 220 m 3 per hour; reactor volume = 5.9 l. Designations of the studied catalysts: c = calcined at 823K in air for 10 hours, s = steam treated with a concentration of 45 vol.% H 2 O at various temperatures (see figure) and a = after alkaline treatment with aqueous solutions of ammonium hydroxide (0 , 2 M) at 353K for 0.5 hour. The molar ratio Si / Al in the initial zeolite was 50. The concentration of metal in the catalysts: 0.5 wt.% Each metal (Co and Fe).

Было установлено, что способ получения оказывает заметное влияние на активность конечного катализатора. Оптимальное включение металлов в цеолит достигается в результате изоморфного замещения железа в решетке цеолита и ионного обмена в жидкой или твердой фазах с другими металлами. Другие испытанные авторами способы приводили к катализаторам с более низкой активностью в изучаемой реакции.It was found that the production method has a significant effect on the activity of the final catalyst. The optimal inclusion of metals in the zeolite is achieved as a result of isomorphic substitution of iron in the zeolite lattice and ion exchange in liquid or solid phases with other metals. Other methods tested by the authors led to catalysts with lower activity in the studied reaction.

Опыты показали, что полиметаллические Co-Fe, Cu-Fe и Co-Cu-Fe цеолитные катализаторы проявляют эффект синергизма в катализируемом разложении N2O, который выражается в снижении рабочей температуры по сравнению с соответствующими монометаллическими цеолитами. Повышенная активность обусловлена присутствием наноразмерных оксокластеров Fe-Co и Fe-Cu в каналах цеолита. Специфическая структура и концентрация этих кластеров, в которых оба металла находятся близко друг от друга и связаны кислородными мостиками, определяется новым способом получения, описанным в изобретении. Другие катализаторы с сочетанием Fe-Ni и Fe-Mn не проявляют синергизма, который объясняется большим сродством Cu или Co к Fe.The experiments showed that the polymetallic Co-Fe, Cu-Fe and Co-Cu-Fe zeolite catalysts exhibit a synergistic effect in the catalyzed decomposition of N 2 O, which is expressed in a decrease in the operating temperature in comparison with the corresponding monometallic zeolites. The increased activity is due to the presence of nanoscale Fe-Co and Fe-Cu oxoclusters in zeolite channels. The specific structure and concentration of these clusters, in which both metals are close to each other and are connected by oxygen bridges, is determined by the new production method described in the invention. Other catalysts with a combination of Fe — Ni and Fe — Mn do not exhibit synergism, which is explained by the high affinity of Cu or Co for Fe.

Активация катализаторов путем паровой и щелочной обработки существенна для образования указанных специфических кластеров и таким образом приводит к активным и стабильным каталитическим системам для разложения N2O в отходящих газах различных процессов. Этот новый аспект очень важен для практических целей.Activation of the catalysts by steam and alkaline treatment is essential for the formation of these specific clusters and thus leads to active and stable catalytic systems for the decomposition of N 2 O in the exhaust gases of various processes. This new aspect is very important for practical purposes.

Claims (19)

1. Способ получения полиметаллических цеолитных катализаторов, в которых Fe введен изоморфным замещением в решетку цеолита гидротермальным синтезом, затем цеолит прокаливают и превращают в Н-форму, после чего вводят Cu и/или Со ионным обменом в жидкой или твердой фазах перед тем, как образец прокаливают, активируют при высокой температуре (более >1073 К) или водяным паром, и подвергают щелочной обработке.1. A method for producing polymetallic zeolite catalysts in which Fe is introduced by isomorphic substitution into a zeolite lattice by hydrothermal synthesis, then the zeolite is calcined and converted to the H-form, after which Cu and / or Co are introduced by ion exchange in liquid or solid phases before the sample calcined, activated at high temperature (> 1073 K) or water vapor, and subjected to alkaline treatment. 2. Способ по п.1, в котором цеолитный катализатор имеет структуру, аналогичную MFI и/или ВЕА.2. The method according to claim 1, in which the zeolite catalyst has a structure similar to MFI and / or BEA. 3. Способ по п.1, в котором использованный цеолит представляет собой [Al]-ZSM-5, [Al]-BEA, [Ga]-ZSM-5, [B]-ZSM-5, [Al, Ge]-ZSM-5, силикалит или [Ti]-силикалит.3. The method according to claim 1, in which the zeolite used is [Al] -ZSM-5, [Al] -BEA, [Ga] -ZSM-5, [B] -ZSM-5, [Al, Ge] - ZSM-5, silicalite or [Ti] silicalite. 4. Способ по п.3, в котором мольное отношение Si/T составляет 20-80 и Т=Al, Ga, В, Ge или Ti.4. The method according to claim 3, in which the molar ratio Si / T is 20-80 and T = Al, Ga, B, Ge or Ti. 5. Способ по п.1, в котором содержание железа, введенного в цеолиты, находится в интервале 0,1-1,0 мас.% Fe.5. The method according to claim 1, in which the content of iron introduced into zeolites is in the range of 0.1-1.0 wt.% Fe. 6. Способ по п.1, в котором содержание введенной Cu и/или Со находится в интервале 0,1-1,0 мас.%.6. The method according to claim 1, in which the content of the introduced Cu and / or Co is in the range of 0.1-1.0 wt.%. 7. Способ по п.1, в котором полученный цеолит представляет собой Fe-Co, Fe-Cu или Fe-Co-Cu цеолит.7. The method according to claim 1, in which the obtained zeolite is Fe-Co, Fe-Cu or Fe-Co-Cu zeolite. 8. Способ по любому из пп.1-7, в котором отношение Fe/Co, Fe/Cu или Fe/Co+Cu≈1.8. The method according to any one of claims 1 to 7, in which the ratio of Fe / Co, Fe / Cu or Fe / Co + Cu≈1. 9. Способ по любому из пп.1-7, в котором в состав цеолита наряду с Со и/или Cu вводят один или более элементов Mn, V, Ni или Cr.9. The method according to any one of claims 1 to 7, in which one or more Mn, V, Ni or Cr elements are introduced into the composition of the zeolite along with Co and / or Cu. 10. Способ по п.8, в котором в состав цеолита наряду с Со и/или Cu вводят один или более элементов Mn, V, Ni или Cr.10. The method according to claim 8, in which one or more elements Mn, V, Ni or Cr are introduced into the composition of the zeolite along with Co and / or Cu. 11. Способ по п.1, в котором Cu или Со вводят ионным обменом в жидкой или твердой фазах.11. The method according to claim 1, in which Cu or Co is introduced by ion exchange in liquid or solid phases. 12. Способ по п.1, в котором цеолит активируют водяным паром при 623-1273 К, 3-100 об.% Н2О при скорости подачи инертного газа 3-300 мл (нормальные условия) в минуту в течение 0,5-6 ч.12. The method according to claim 1, in which the zeolite is activated with steam at 623-1273 K, 3-100 vol.% N 2 About at an inert gas feed rate of 3-300 ml (normal conditions) per minute for 0.5- 6 hours 13. Способ по п.1, в котором цеолит активируют в вакууме или на воздухе при температурах выше 1073 К.13. The method according to claim 1, in which the zeolite is activated in vacuum or in air at temperatures above 1073 K. 14. Способ по п.1, в котором щелочную обработку проводят в щелочных средах (NaOH, КОН или NH4OH) в течение 0,5-3 ч.14. The method according to claim 1, in which the alkaline treatment is carried out in alkaline environments (NaOH, KOH or NH 4 OH) for 0.5-3 hours 15. Применение полиметаллического цеолита, полученного по пп.1-14, для прямого каталитического разложения N2O.15. The use of polymetallic zeolite obtained according to claims 1 to 14, for direct catalytic decomposition of N 2 O. 16. Способ разложения или восстановления закиси азота в отходящих газах при температурах ниже 650°К с использованием цеолита общей формулы16. The method of decomposition or reduction of nitrous oxide in the exhaust gases at temperatures below 650 ° K using a zeolite of the General formula хТ2Oр-у Fe2O3-z M2Oq-SiO2,xT 2 O r- y Fe 2 O 3 -z M 2 O q -SiO 2 , в которой х=0-0,065;in which x = 0-0.065; у=0,00002-0,02;y = 0.00002-0.02; z=0,00002-0,02;z = 0.00002-0.02; T=Al, Ga, В, Ge или Ti;T = Al, Ga, B, Ge or Ti; р=валентность элемента Т;p = valency of the element T; М=Cu, Со, Mn, V, Ni, Cr;M = Cu, Co, Mn, V, Ni, Cr; q=валентность элемента М.q = valency of element M. 17. Способ по п.16, где применяют цеолит, в котором М=Cu и/или Со.17. The method according to clause 16, where zeolite is used, in which M = Cu and / or Co. 18. Цеолитный катализатор общей формулы18. Zeolite catalyst of the General formula хТ2Ор-у Fe2O3-z M2Oq-SiO2,xT 2 O r y Fe 2 O 3 -z M 2 O q -SiO 2 , в которой х=0-0,065;in which x = 0-0.065; у=0,00002-0,02;y = 0.00002-0.02; z=0,00002-0,02;z = 0.00002-0.02; Т=Al, Ga, В, Ge или Ti;T = Al, Ga, B, Ge or Ti; р=валентность элемента Т;p = valency of the element T; М=Cu, Со, Mn, V, Ni, Cr;M = Cu, Co, Mn, V, Ni, Cr; q=валентность элемента М.q = valency of element M. 19. Цеолитный катализатор по п.18, в котором М=Cu и/или Со.19. The zeolite catalyst according to claim 18, wherein M = Cu and / or Co.
RU2005119994/15A 2002-11-25 2002-11-25 Method of production and activation of poly-metallic zeolite catalysts, composition and application of catalyst for decomposition of n2o RU2297278C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005119994/15A RU2297278C2 (en) 2002-11-25 2002-11-25 Method of production and activation of poly-metallic zeolite catalysts, composition and application of catalyst for decomposition of n2o

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005119994/15A RU2297278C2 (en) 2002-11-25 2002-11-25 Method of production and activation of poly-metallic zeolite catalysts, composition and application of catalyst for decomposition of n2o

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005119994A RU2005119994A (en) 2006-02-10
RU2297278C2 true RU2297278C2 (en) 2007-04-20

Family

ID=36049804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005119994/15A RU2297278C2 (en) 2002-11-25 2002-11-25 Method of production and activation of poly-metallic zeolite catalysts, composition and application of catalyst for decomposition of n2o

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2297278C2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2477177C2 (en) * 2011-06-17 2013-03-10 Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН Method of preparing catalyst for decomposing nitrous oxide and process of decontaminating gas emissions containing nitrous oxide
CN103007998A (en) * 2012-05-30 2013-04-03 中国科学院生态环境研究中心 Method for preparing molecular sieve based catalyst for catalytic decomposition and reduction of nitrous oxide
EP3078419A1 (en) 2015-03-13 2016-10-12 Instytut Nawozów Sztucznych Supported co-zn spinel catalyst for the abatement of nitrogen(i) oxide emissions especially from nitric acid plants and a method for its manufacture
RU2726118C2 (en) * 2015-02-20 2020-07-09 Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани Bimetallic molecular sieve catalysts
RU2772519C2 (en) * 2016-09-30 2022-05-23 Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани Synthesis of zeolite with fluoride source
US11452996B2 (en) 2016-09-30 2022-09-27 Johnson Matthey Public Limited Company Zeolite synthesis with a fluoride source

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020170042A1 (en) 2019-02-20 2020-08-27 Kara Energy Services Inc. Catalyst structure and method of upgrading hydrocarbons in the presence of the catalyst structure
WO2022038514A1 (en) 2020-08-18 2022-02-24 Kara Technologies Inc. Method of light oil desulfurization in the presence of methane containing gas environment and catalyst structure
CA3189860A1 (en) 2020-08-26 2022-03-03 Kara Technologies Inc. Organic solid biomass conversion for liquid fuels/chemicals production in the presence of methane containing gas environment and catalyst structure

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2477177C2 (en) * 2011-06-17 2013-03-10 Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН Method of preparing catalyst for decomposing nitrous oxide and process of decontaminating gas emissions containing nitrous oxide
CN103007998A (en) * 2012-05-30 2013-04-03 中国科学院生态环境研究中心 Method for preparing molecular sieve based catalyst for catalytic decomposition and reduction of nitrous oxide
RU2726118C2 (en) * 2015-02-20 2020-07-09 Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани Bimetallic molecular sieve catalysts
EP3078419A1 (en) 2015-03-13 2016-10-12 Instytut Nawozów Sztucznych Supported co-zn spinel catalyst for the abatement of nitrogen(i) oxide emissions especially from nitric acid plants and a method for its manufacture
RU2772519C2 (en) * 2016-09-30 2022-05-23 Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани Synthesis of zeolite with fluoride source
US11452996B2 (en) 2016-09-30 2022-09-27 Johnson Matthey Public Limited Company Zeolite synthesis with a fluoride source

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005119994A (en) 2006-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20060088469A1 (en) Method for preparation and activation of multimetallic zeolite catalysts, a catalyst composition and application for n2o abatement
JP5261189B2 (en) Zeolite catalyst with improved NOx selective catalytic reduction efficiency
US9242241B2 (en) Copper containing levyne molecular sieve for selective reduction of NOx
US20180056281A1 (en) Copper cha zeolite catalysts
EP2117707B1 (en) Copper cha zeolite catalysts
US6042797A (en) Adsorbent for ethylene, method for adsorbing and removing ethylene and method for purifying an exhaust gas
JP4497560B2 (en) Four-way diesel exhaust gas catalyst and method of use
US11071970B2 (en) Crystalline zeolites with ERI/CHA intergrowth framework type
US10807080B2 (en) Synthesis of metal promoted zeolite catalyst
CN110546108B (en) Copper-containing small pore zeolites with low alkali metal content, method for their preparation and their use as SCR catalysts
KR20150074094A (en) Mixed metal 8-ring small pore molecular sieve catalyst compositions, catalytic articles, systems and methods
KR20190003615A (en) STA-20, a new molecular sieve framework type, manufacturing method and use
JP7000328B2 (en) A method for removing nitrous oxide from off-gas in the presence of a catalyst containing an Fe-AEI zeolite material that is essentially free of alkali metals.
US11667536B2 (en) Method for the preparation of a molecular sieve of the CHA-type
Lee et al. Effect of Cu content and zeolite framework of n-C4H10-SCR catalysts on de-NOx performances
US20240075466A1 (en) One-Pot Synthesis of Transition Metal-Promoted Chabazites
RU2297278C2 (en) Method of production and activation of poly-metallic zeolite catalysts, composition and application of catalyst for decomposition of n2o
JP6943861B2 (en) Hydrothermal stability Iron-containing AEI zeolite SCR catalyst
US6641788B1 (en) Absorbent for a hydrocarbon, and exhaust gas-purifying catalyst
RU2194573C1 (en) Catalyst and method of removing nitrogen oxides from emission gases (options)
EP3912962A1 (en) Copper-loaded zeolites with high activity for nh3-scr
KR20240012454A (en) Synthesis of palladium-containing AFX zeolite catalyst for NOX adsorption

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20081126