制备含有金属的无机离子交换剂的方法_2

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同氧化态(0、+1和巧)。
[0036] 当试图通过传统的溶液交换来将铜交换到沸石上时,铜在溶液中的量通常比实际 交换的铜的量要高得多。正因为如此,来自沸石的分离的滤液的铜含量可能是高的,导致处 理成本。
[0037] 相比而言,在目前所描述的电化学过程中,在交换完成后,可W回收残留在溶液中 的任何铜。运是通过改变电化学电池单元的引线完成的。目P,将工作电极铜转换成辅助电 极并将反电极转换成工作电极。示例性的半反应示于下面的方程式4和5中。
[003引阴极(工作电极):2Cu2++4e-Cu(s)...(4)
[003引 阳极(反电极):2&0 - 02(g) +祉+4e...巧)
[0040] 一旦溶液中的铜作为金属铜沉积回所述铜电极,则由此回收铜。
[0041] 根据一个实施方案,公开了一种在电化学电池单元中制备含有金属的无机离子交 换剂的方法。
[0042] 在此方法中的金属可W是饥、铭、儘、铁、钻、铜、儀、锋、儒、钢、钉、姉、银或其组合。
[0043] 本文所述的无机离子交换剂可W选自由W下组成的组:沸石、分子筛、娃侣酸盐、 铁娃酸盐、娃侣憐酸盐(SAP0)及其混合物。
[0044] 在一些实施方案中,所述沸石可W选自由W下组成的组:沸石X、沸石Y、八面沸 石、SSZ-13、菱沸石、沸石A、ZSM-5、P、丝光沸石、超稳Y、USZ-1、儀碱沸石、SAP0-34及其混 合物。
[0045] 在一些实施方案中,所述分子筛可W选自由W下组成的组:ETS-10、ETS-4、ITQ分 子筛、ITQ-1、ITQ-2、ITQ-21、口Q-23、ITQ-39、SAP0-18 及其混合物。
[0046] 所述无机离子交换剂可具有约1至约50埃的均匀的孔尺寸。
[0047] 所述在电化学电池单元中制备含有金属的无机离子交换剂的方法包括如下文详 述的步骤(a)-(f):
[0048] (a)将所述无机离子交换剂加入至所述电化学电池单元,其中所述电化学电池单 元包括具有液相和固相的导电性的电解质溶液。所述导电性的电解质溶液可包含水或其他 可用于电化学的溶剂。溶液的溫度从15°C变化至90°C,取决于应用和实验的需要。运可W 有助于金属离子的交换、离子交换剂稳定性和其他考虑因素。
[0049] 化)使金属离子W电化学方式沉积到所述液相中。运通过在下文说明的主体电解 完成。
[0050] (C)在电化学反应期间使所述金属离子沉积到所述无机离子交换剂上W获得含有 金属的无机离子交换剂。运通过改变电位W对应于待被沉积的金属的氧化态和量完成。
[0051] (d)收集包含在步骤(C)中获得的含有金属的无机离子交换剂的固相。运在使其 在约15-20°C的溫度下混合约0-120分钟后完成。
[0052] (e)从所述液相中除去残留的金属离子。步骤(e)可W包括通过电化学方法、通过 沉淀方法、通过配位方法、通过蒸馈方法或其组合除去残留的金属离子。从所述溶液除去残 留的金属离子的步骤(e)可W包括:(i)颠倒所述工作电极和所述反电极和/或(ii)改变 所述溶液的抑。
[0053] (f)获得基本不含金属的液相。在各个实施方案中,步骤(f)中的基本不含金属的 液相包含少于l(K)ppm的金属。在一些优选的实施方案中,步骤(f)中的基本不含金属的液 相包含少于lOppm的金属。在一些其他优选的实施方案中,步骤(f)中的基本不含金属的 液相包含少于化pm的金属。
[0054] 在步骤(a)-(d)中的工作电极可包括为上文列出的其中之一种或多种的组合的 金属。
[0055]根据另一个实施方案,一种包含含有金属的无机离子交换剂的催化剂,其中在电 化学电池单元中制备所述含有金属的无机离子交换剂,并且其中所述制备含有金属的无机 离子交换剂的方法如上文所讨论。
[0056] 根据另一个实施方案,公开了一种当在电化学电池单元中制备含有金属的无机离 子交换剂时获得基本不含金属的液相的方法。所述方法如上文所讨论。
[0057] 在一些实施方案中公开了一种废气处理系统,其包括含有NOx的废气流W及对所 述废气流中的NOx的至少一个组分的选择性催化还原有效的上述催化剂。
[0058] 现在,对本领域技术人员将是明显可见的是,本说明书至少描述了:在电化学电池 单元中制备含有金属的无机离子交换剂的方法;当在电化学电池单元中制备含有金属的无 机离子交换剂时获得基本不含金属的液相的方法;W及包含含有金属的无机离子交换剂的 催化剂。另外,对本领域技术人员将是明显可见的是,针对已经在上述的详细说明中描述的 本发明的各个方面存在许多修改、改变、替换和等同物。因此,运明确地意味着由此涵盖了 所有落入由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的运样的修改、改变、替换和等 同物。 实施例
[0059] 沸石样品
[0060]使用文献过程制得所有沸石。所述沸石包括化/CePWiggins,J.B.,LaPierre,R. B.,Schlenker,J.L.,Rohrman,A.C.,Wood,J.D.,Kerr,G.T.和Rohrbaugh,W. J.Zeolites,8, 446-452 (1988))、SSZ-13 狂ones,S.I.美国专利 4, 544, 538,(1985)) 和SAPO-34 (X〇k,B.M.,Messina,C.A.,Patton,R.L.,Gajek,R.T.,Cannan,T.R.和 Flanigen,E.M.J.Am.Chem.Soc.,106, 6092-6093 (1984))。通过标准的NH4NO3交换制得锭形 态。通过在流动的空气中在540°C下将所述锭形态般烧4小时制得氨形态。
[0061] 连施俩I1
[0062] 溶液香换
[0063] 将300克的60%硝酸锭溶液加入至2700克的去离子值I)水中。在揽拌下将300克 具有约14的娃/侣比的般烧的SSZ-13沸石逐渐地加入到该溶液中W形成浆液。将该浆液 加热至80°C并在揽拌下在此溫度下保持1小时。将由此形成的锭交换的沸石(SSZ-13-NH/) 过滤并洗涂,直到滤液的导电率低于200微欧。在90°C下将SSZ-13-NH/干燥16小时。
[0064] 在揽拌下于70°C下将含有3. 81克的铜的11. 97克的乙酸铜(II) 一水合物溶解 在400ml的去离子水中。将100克的如上所述的SSZ-13-NH/加入到该溶液中。所得浆液 的抑为4. 6。将该浆液在70°C下揽拌1小时。将所得的铜交换的SSZ-13过滤并用2升去 离子水洗涂。将所述铜交换的SSZ-13(SSZ-13-化)在85°C下干燥过夜。通过电感禪合等离 子体质谱法(ICP-M巧进行的材料的元素分析表明按重量计1. 46%的铜。通过物料平衡,所 述SSZ-13-化的铜浓度为1. 469克。只有起始乙酸铜溶液中的38. 6%的铜被包含在所述 SSZ-13 中。
[00巧]连施俩I2
[0066] 由化学香换
[0067]图3示出了表示电化学离子交换过程的视觉周期的六张照片。构造由水(50mL)、 电解质(2g的碳酸锭)和磁力揽拌器组成的电化学电池单元-全部示于图3a中。反电极 是销丝网(或任何其他不会被还原或氧化的金属)。工作电极是锥(Cu)或任何其他希望被 包含在沸石或分子筛中的金属。加入两克的沸石(钢、锭或化形式)-示于图3b中。通过 加入酸或碱将沸石浆液的抑调节至所需的水平(pH3-9之间)。所述电池单元的溫度在实 验与实验之间变化,在室溫(即,约22°C)至85°C的范围内。将电极浸没在分子筛的浆液 中。通过BASilOOw恒电位仪控制电解。进行反应直到将所需量的金属离子置于溶液中, 如通过监测库仑的增加测定的。运可W在图3c中通过溶液变成蓝色看出。蓝色是由于被 沉积到溶液中的铜(II)离子引起。在反应结束时,从电化学电池单元中移除沸石浆液并将 对浆液进行过滤和洗涂,获得蓝色饼状物(图3d)。将所得的沸石铜交换的催化剂在85°C 下干燥过夜并分析金属含量。用于洗涂所述铜交换的沸石的水和包含未被沸石吸收和滤出 的过量的铜的电解质溶液返回到所述电化学电池单元。通过使销丝网作为阳极和铜锥作为 阴极来交换所述电池单元的引线。然后将电极浸没在其中包含化(II)离子的蓝色溶液中 (图3e)。接通所述恒电位仪,并且化(II)离子从溶液中出来并到达铜锥上。运可W通过 溶液不再为蓝色和所述铜锥在其上含有更多的材料的事实可W看出-参见图3f。
[0068] 连施俩I3
[0069] 通过由化学从溶液中提取铜
[0070] 在烧瓶中装入揽拌棒、2. 0克的Cu(OAc)2? &0、2. 0克的化(OAc) ? 3&0和50血的 DI水。揽拌该混合物直至所有的固体溶解在溶液中。该溶液变成铜蓝色。取出lOmL的溶 液用于元素分析。将铜电极(作为反电极)和销电极(作为工作电极)浸没在该溶液中。 在溶液中进行了主体电解,从蓝色溶液变为无色。在此期间,可W看出,铜金属被积聚在所 述反电极
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