一步法原位合成Cu?SAPO?18分子篩催化劑的制備方法及其用途技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種一步法原位合成Cu?SAPO?18分子篩催化劑的方法：將鋁源、正磷酸、硅源、五水硫酸銅、四乙烯五胺和有機(jī)模板劑N，N?二異丙基乙胺加入水中攪拌得凝膠，置于水熱反應(yīng)釜中晶化后冷卻，經(jīng)離心過濾、洗滌、干燥、煅燒得到Cu?SAPO?18分子篩催化劑，該方法能調(diào)控銅的負(fù)載量和硅鋁比，具有造價(jià)低廉、工藝簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保、分子篩活性組分銅的含量可控和可調(diào)控分子篩結(jié)構(gòu)中硅鋁比等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)物結(jié)晶度高，粒徑分布均勻，具有優(yōu)異的催化活性和水熱穩(wěn)定性及抗堿金屬中毒性，適用于柴油車后處理Urea?SCR系統(tǒng)催化器中氮氧化合物凈化過程。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一步法原位合成Cu-SAPO-18分子篩催化劑的制備方法及其用途
本專利技術(shù)屬于化工及環(huán)保領(lǐng)域，涉及Cu-SAPO-18分子篩催化劑的制備方法，具體涉及一步法原位制備Cu-SAPO-18催化劑的方法，以及制備產(chǎn)物Cu-SAPO-18分子篩催化劑用于柴油車后處理Urea-SCR系統(tǒng)催化器中氮氧化合物凈化過程。
技術(shù)介紹
目前NH3-SCR催化劑的研究熱點(diǎn)之一是過渡金屬負(fù)載或者離子交換的微孔分子篩催化劑。根據(jù)國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)的定義，微孔分子篩分為小孔(<0.5nm)、中孔(0.5～0.7nm)、大孔(0.7～2nm)。研究表明，與中孔、大孔分子篩相比，小孔分子篩由于其特殊的孔道結(jié)構(gòu)，在NH3-SCR反應(yīng)中具有高催化活性、高水熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的抗堿金屬中毒性和抗積碳性能。AEI型結(jié)構(gòu)分子篩(SSZ-39和SAPO-18)，具有三維八元環(huán)孔道體系，由于該結(jié)構(gòu)中彼此連接雙六元環(huán)呈鏡像對(duì)稱分布，因此形成的八元環(huán)孔道結(jié)構(gòu)呈直線型，其八元環(huán)孔口直徑為0.38nm×0.38nm。與CHA型分子篩相比，AEI型分子篩催化劑在NH3-SCR反應(yīng)中表現(xiàn)出更優(yōu)異的催化性能，水熱穩(wěn)定性能和抗積碳性能，作為滿足未來更高排放標(biāo)準(zhǔn)的新型小孔分子篩NH3-SCR催化劑，其中以SAPO-18為載體制備的Cu-SAPO-18催化劑受到國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。目前報(bào)道合成Cu-SAPO-18分子篩催化劑有兩種方法，一種方法是以SAPO-18為載體，采用離子交換方法負(fù)載活性組分制備，如YangRT等利用N-N二異丙基乙胺為模板劑合成SAPO-18載體，再將H-SAPO-18進(jìn)行與NH4NO3進(jìn)行離子交換制備NH4-SAPO-18,然后將制備的NH4-SAPO-18和一定濃度的銅鹽前驅(qū)體溶液在一定溫度下交換、過濾、洗滌、干燥和高溫煅燒制備Cu-SAPO-18分子篩催化劑(QYe，.etal.,AppliedCatalysisA:General,2012,427–428(10):24–34)。葉青等利用N-N二異丙基乙胺為模板劑合成SAPO-18載體，然后將制備的SAPO-18載體和一定濃度的氯化銅和氯化鐵溶液在一定溫度下交換、過濾、洗滌、干燥和高溫煅燒制備Cu/Fe-SAPO-18分子篩催化劑(CN102626653B)，由于SAPO-18載體孔道尺寸和交換容量的限制，為了保證活性組分銅的負(fù)載量和高分散度，需要進(jìn)行多次離子交換過程，該過程不僅影響分子篩載體骨架穩(wěn)定性能，同時(shí)在交換過程中銅鹽前驅(qū)體溶液利用率低，洗滌過程中消耗大量純凈水，高溫煅燒過程消耗大量能源。另一種是采用一步法原位合成，Corma等利用N-N二甲基-3，5-二甲基哌啶鎓和銅胺配合物合成Cu-SAPO-18分子篩催化劑，該路線避免了合成過程中多次煅燒、離子交換工藝，同時(shí)通過改變分子篩結(jié)構(gòu)中硅原子的配位環(huán)境、調(diào)控表面酸濃度和酸強(qiáng)度，但是(Martínez-Franco,R.etal.DirectsynthesisdesignofCu-SAPO-18,averyefficientcatalystfortheSCRofNOxJournalofCatalysis,2014,319:36-43)采用的N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶正離子作為共模板劑，價(jià)格昂貴，合成Cu-SAPO-18分子篩成本太高，不利于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)推廣。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的任務(wù)是提供一種一步法原位合成Cu-SAPO-18分子篩催化劑的制備方法，使其具有造價(jià)低廉、工藝簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保、分子篩活性組分銅的含量可控和可調(diào)控分子篩結(jié)構(gòu)中硅原子的配位環(huán)境表面酸濃度和酸強(qiáng)度等特點(diǎn)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)的技術(shù)方案是：本專利技術(shù)提供的一步法原位合成Cu-SAPO-18分子篩催化劑的制備方法，包括以下步驟：(1)將鋁源、正磷酸、硅源、五水硫酸銅、四乙烯五胺和有機(jī)模板劑N，N-二異丙基乙胺依次加入去離子水中充分?jǐn)嚢韬蟮玫匠跏寄z；投料摩爾比按以下方案A、方案B、方案C或方案D進(jìn)行：方案A：投料摩爾比為：P2O5/Al2O3＝0.20～0.78、SiO2/Al2O3＝0.10～0.98、硫酸銅-四乙烯五胺/Al2O3＝0.02～0.18、N，N-二異丙基乙胺/Al2O3＝0.90～1.60和H2O/Al2O3＝15.00～50.00；方案B：Al2O3、P2O5、SiO2、硫酸銅-四乙烯五胺、N，N-二異丙基乙胺和H2O的投料摩爾比依次為1：0.2～0.78：0.1～0.98：0.02～0.18：0.90～1.60：15～50；方案C：Al2O3、P2O5、SiO2、硫酸銅-四乙烯五胺、N，N-二異丙基乙胺和H2O的投料摩爾比依次為1：0.2～0.78：0.2～0.8：0.09：0.90～1.60：15～50；方案D：Al2O3、P2O5、SiO2、硫酸銅-四乙烯五胺、N，N-二異丙基乙胺和H2O的投料摩爾比依次為：1：0.2～0.78：0.1～0.98：0.02：0.90～1.60：15～50或1：0.2～0.78：0.1～0.98：0.06：0.90～1.60：15～50或1：0.2～0.78：0.1～0.98：0.09：0.90～1.60：15～50或1：0.2～0.78：0.1～0.98：0.12：0.90～1.60：15～50或1：0.2～0.78：0.1～0.98：0.15：0.90～1.60：15～50或1：0.2～0.78：0.1～0.98：0.18：0.90～1.60：15～50或1：0.2～0.78：0.2：0.09：0.90～1.60：15～50或1：0.2～0.78：0.4：0.09：0.90～1.60：15～50或1：0.2～0.78：0.6：0.09：0.90～1.60：15～50或1：0.2～0.78：0.8：0.09：0.90～1.60：15～50；(2)將攪拌完全的凝膠置于水熱反應(yīng)釜中，在150～220℃下晶化1-7d，室溫冷卻，經(jīng)離心過濾、洗滌、干燥，在500～850℃下煅燒2～6小時(shí)，得到Cu-SAPO-18分子篩催化劑。本專利技術(shù)上述方法中所述的鋁源為異丙醇鋁、擬水勃姆石、勃姆石的一種或幾種；所述的硅源為正硅酸四乙酯、硅溶膠和氣態(tài)SiO2粉末中的一種或幾種。本專利技術(shù)采用以雙模板劑一步法原位合成Cu-SAPO-18分子篩催化劑，通過控制硫酸銅-四乙烯五胺的投入比例可以調(diào)控銅的負(fù)載量為2.28～6.73wt.％，同時(shí)控制硅溶膠的添加量控制硅鋁比為0～0.3，得到具有高結(jié)晶度、優(yōu)異的催化活性和水熱穩(wěn)定性及抗堿金屬中毒性，并且粒徑分布均勻的Cu-SAPO-18分子篩催化劑。本專利技術(shù)提供的方法中，優(yōu)選控制Al2O3、P2O5、SiO2、硫酸銅-四乙烯五胺、N，N-二異丙基乙胺和H2O的投料摩爾比為1：0.2～0.78：0.1～0.98：0.02～0.18：0.90～1.60：15～50，采用ICP對(duì)制備的Cu-SAPO-18催化劑進(jìn)行檢測(cè)，銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.28～6.73wt.％；優(yōu)選Al2O3、P2O5、SiO2、硫酸銅-四乙烯五胺、N，N-二異丙基乙胺和H2O的投料摩爾比為1：0.2～0.78：0.1～0.98：0.09：0.90～1.60：15～50，此時(shí)銅的質(zhì)量分本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一步法原位合成Cu?SAPO?18分子篩催化劑的制備方法，包括以下步驟：(1)將鋁源、正磷酸、硅源、五水硫酸銅、四乙烯五胺和有機(jī)模板劑N，N?二異丙基乙胺依次加入去離子水中充分?jǐn)嚢韬蟮玫匠跏寄z，投料摩爾比按以下方案A、方案B、方案C或方案D進(jìn)行：方案A：投料摩爾比為：P

【技術(shù)特征摘要】
1.一步法原位合成Cu-SAPO-18分子篩催化劑的制備方法，包括以下步驟：(1)將鋁源、正磷酸、硅源、五水硫酸銅、四乙烯五胺和有機(jī)模板劑N，N-二異丙基乙胺依次加入去離子水中充分?jǐn)嚢韬蟮玫匠跏寄z，投料摩爾比按以下方案A、方案B、方案C或方案D進(jìn)行：方案A：投料摩爾比為：P2O5/Al2O3＝0.20～0.78、SiO2/Al2O3＝0.10～0.98、硫酸銅-四乙烯五胺/Al2O3＝0.02～0.18、N，N-二異丙基乙胺/Al2O3＝0.90～1.60和H2O/Al2O3＝15.00～50.00；方案B：Al2O3、P2O5、SiO2、硫酸銅-四乙烯五胺、N，N-二異丙基乙胺和H2O的投料摩爾比依次為1：0.2～0.78：0.1～0.98：0.02～0.18：0.90～1.60：15～50；方案C：Al2O3、P2O5、SiO2、硫酸銅-四乙烯五胺、N，N-二異丙基乙胺和H2O的投料摩爾比依次為1：0.2～0.78：0.2～0.8：0.09：0.90～1.60：15～50；方案D：Al2O3、P2O5、SiO2、硫酸銅-四乙烯五胺、N，N-二異丙基乙胺和H2O的投料摩爾比依次為：1：0.2～0.78：0.1～0.98：0.02：0.90～1.60：15～50或1：0.2～0.78：0.1～0.98：0.06：0.90～1.60：15～50或1：0.2～0.78：0.1～0.98：0.09：0.90～1.60：15～50或1：0.2～0.78：0.1～0.98：0.12：0.90～1.60：15～50或1：0.2～0.78：0.1～0.98：0.15：...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李濤，陳真，范馳，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖北,42