专利名称：用于消除一氧化二氮的催化剂制备方法
技术领域：
该发明涉及合成用于消除地球温暖化主犯之一的一氧化二氮(N2O)的催化剂技 术，详细述之，采用发光沸石(mordenite type zeolite)为载体的合成催化剂的技术。
背景技术：
一般来说，采用催化剂消除一氧化二氮的方法有直接分解方式和选择式催化还原 方式。直接分解方式需要高于850°C以上的高温条件，但选择式催化还原方法通过选用还原 剂可在450°C以下的温度下有效消除N20。利用沸石为载体的催化剂用于选择式催化还原方法。利用此类催化剂，N2O可在 400-450°C的温度范围内发生分解。若想在产生N2O的作业场内使用选择式催化还原剂，则 必需要降低催化活性温度。为此，我们认为有必要开发高性能沸石催化剂。以前的方法是在具有MFI、MOR、FER或BETA等结构的沸石中添加一种铁(Fe)或 铜(Cu)等金属的方法制备沸石催化剂。有关沸石催化剂的研究大多偏向于利用催化还原 方法消除N20。若使用沸石催化剂并投入氮类或烷烃类还原剂，可在450°C左右的温度下有 效分解N2O。利用传统催化剂时，活化N2O需450°C左右温度，但是若想消除实际作业场中产生 的N2O气体则需要在低温下显示活性的催化剂。为此，有必要开发实际用于产生N2O气体的 作业场的新型高性能催化剂。
发明内容
需要解决的问题该发明发明者采用传统使用的铁活性剂、沸石中添加强化活性的贵金属的方式开 发了新的催化剂。在开发初期，采用酸处理天然沸石、除掉碱性阳离子、通过离子交换把铁 浸泡在沸石载体中、干燥并烧结含铁沸石、用含有第二种活性物质_贵金属的水溶液浸泡 含铁沸石、最后经蒸发、干燥、烧结制备上述催化剂。上述催化剂制备方法需要采用多个复 杂工艺，故有必要开发以更低廉的价格生产同时含有铁和贵金属的沸石催化剂方法。另一 问题是用于载体的沸石属于高价合成沸石。为此，该发明提供以低廉价格生产在低温下显示高活性、用于分解一氧化二氮的 催化剂的方法。同时，该发明提供以低廉的价格、简单的方法制备在低温下显示高活性、用于消除 一氧化二氮的方法。解决方法该发明是关于制备用于消除一氧化二氮的沸石催化剂的制备方法。该发明采用如 下沸石制备步骤(a)含沸石的水中添加并混合硝酸铁溶液和贵金属溶液的步骤；(b)通过 加热，使上述硝酸盐溶液中的铁、贵金属与沸石起反应的步骤；(C)蒸掉水份后，收集含铁 与贵金属的沸石催化剂的步骤。此外，为了提高所收集的沸石催化剂粉末的结合力，向上述催化剂添加Si02并把它压缩成型。此时，添加占总质量10 40衬％的Si02为好。发光沸石作为上述沸石中最好的一种沸石，被正确使用了，较好的(b)步骤加热 温度为60 70°C。若加热温度低于60°C，不起反应或反应速度大大降低。此外，上述(b) 步骤和(c)步骤可在旋转蒸发仪中连续进行。上述(d)步骤结束后收集的催化剂最好含 10 40wt% Si02、l 10衬％铁、 5wt%贵金属、残余沸石及一些不可避免的杂质。贵金 属最好是Ru系金属的一种。效果如上所述，该发明的例子提供关于含Fe与贵金属的发光沸石催化剂。该催化剂降 低分解n20活性的反应温度，从而适用于各种工业用燃烧设备。即，该发明通过让发光沸石 与传统的过渡金属类活性物质Fe、用于强化活性的Pd、Pt、Rh、Ru等贵金属起反应而制备催 化剂。上述催化剂跟传统的只含Fe的沸石催化剂相比，在同等温度下可增大N20的分解活 性。同时，该发明的实施列子表明此类沸石催化的制备方法有即简单又经济的优点。以上根据该发明的实施例子进行了说明。相关技术行业熟练人员可在不超出下面 发明权利要求书中记载的该发明的思想及领域的范围内修正或变更该发明内容。
图1为本发明的例一中，制备以发光沸石为载体的沸石催化剂粉末的示意图。图2为本发明例二中，制备以发光沸石为载体的片状沸石催化剂的示意图。图3为按图2方法制备的片状沸石催化剂照片。
具体实施例方式以下根据附录中的图详细进行说明。实施例1 制备沸石催化剂粉末图1显示根据该发明的实施例子1制备催化剂粉末的方法。如图1所示，该发明实施例子1的沸石催化剂制备方法包括准备沸石原料之 一的发光沸石的步骤(S101)、向添加适量蒸馏水的原料发光沸石中添加并混合硝酸铁 (Fe(N03)3)溶液、贵金属硝酸溶液之一的硝酸钯(Pd((N03)3)溶液的步骤(S102)、加热步骤 102的混合物至60 70°C，使硝酸铁溶液中的铁与硝酸钯溶液中的钯同发光沸石起反应的 步骤(S103)、收集与上述反应同时或连续发生蒸发后所剩下的发光沸石催化剂粉末(以下 称‘沸石催化剂粉末’)的步骤(S104)等。步骤S101中，原料发光沸石是通过向额外的容器、混合容器或蒸发仪(旋转蒸发 仪)内添加沸石的方式进行准备。步骤S101和步骤S102中间，向上述容器(或混合容器) 或蒸发仪内添加适量蒸馏水。下一个步骤S102中，硝酸铁溶液与硝酸钯溶液同时与水混 合。可在额外容器或蒸发仪内进行上述混合，此时可进行搅拌。在S103步骤中，利用旋转 蒸发仪加热从上述S102获得的混合物至内部温度达到60 70°C为止。上述条件下，硝酸 铁溶液中的铁(Fe)、硝酸钯溶液中的(Pd)与发光催化剂反应并嵌入发光沸石中。事实上与 上述反应同时进行的蒸发结束，S104步骤提供嵌入铁和钯的沸石催化剂粉末。实施例2 制备片状沸石催化剂粉末图2显示根据该发明的实施例2制备片状沸石催化剂的方法。
如图2所示，实施例2的制备方法与实施例1的S101，S102, S103以及S104的步 骤相比，多包含一个压缩成型从S104步骤收集的沸石催化剂粉末为片状的(S105)步骤。压 缩成型前，为了强化结合力添加占总质量10 40wt%的二氧化硅(Si02)添加剂。除增加 压缩成型时的结合力外，3102可减小昂贵的发光沸石含量。压力成型机的压缩压力为约7 吨。图3显示最终制备的片状沸石催化剂照片。此时制备的片状沸石催化剂含10 40wt% Si02、l 10wt%铁、1 5wt% Pd、残余发光沸石及不可避免的杂质。这里，可用其它种类 的沸石取代发光沸石。消除一氧化二氮的实验为了消除一氧化二氮，根据上述实施例1与2制备含10wt% Fe,5,wt%Pd的片状 沸石催化剂并把它用作样品。消除一氧化氮试验按众所周知的选择性催化还原方法进行。 此时，氮系或烷烃类(例如，CH4、NH3、C3H3等)可用作选择性催化还原法的还原剂。为了比较方便，我们根据按该发明申请人登录的韩国专利第10-0519461号的方 法，准备只含Fe的沸石催化剂。上述催化剂中铁含量为总质量的15wt%。采用比较例中的沸石催化剂、CH4还原剂，调节空间速度为15，000/hr的一氧化二 氮(N20)消除试验中350°C时消除N20的效率为39.6%。与此相反，采用该发明实施例的片 状沸石催化剂、CH4还原，调节空间速度为15，000/hr的一氧化二氮消除试验中消除N20的 效率大于60%。变形例按上述实施例1或2的方式，各自制备含铁、沸石(特别是发光沸石)及取代钯 (Pd)而使用的钼金(Pt)、铷(Ru)、铑(Rh)的3种片状沸石催化剂。上述3种片状沸石催化剂消除N20的效率为60%左右。由此可见，它们比起只含 Fe的沸石催化剂显示更高的消除效率。
权利要求
关于制备用于消除一氧化二氮的沸石催化剂的方法，该法采用以下3个步骤(a)含沸石的催化剂中添加硝酸铁溶液与贵金属硝酸盐溶液的步骤；(b)通过加热使上述硝酸盐溶液中的铁、贵金属与沸石起反应的步骤；(c)蒸掉水分后，收集含铁与贵金属的沸石催化剂粉末的步骤。
2.关于制备用于消除一氧化二氮的沸石催化剂的方法，该法采用以下4个步骤(a)含沸石的催化剂中添加硝酸铁溶液与贵金属硝酸盐溶液的步骤；(b)通过加热使上述硝酸盐溶液中的铁、贵金属与沸石起反应的步骤；(c)蒸掉水分后，收集含铁与贵金属的沸石催化剂粉末的步骤；(d)上述(c)步骤结束后，为了加强结合力向上述沸石催化剂中添加Si02并把它压缩 成型的步骤。
3.权利要求2中，(d)步骤为添加相当于总质量10 40衬％的Si02为特征的沸石催 化剂制备方法。
4.权利要求1或权利要求2中，采用发光沸石为特征的沸石催化剂制备方法。
5.权利要求1或权利要求2中，(b)步骤的加热温度为60 70°C的沸石催化制备方法。
6.权利要求1或权利要求2中，(b)和(c)步骤为以连续蒸发为特点的沸石催化剂制备方法。
7.权利要求1或权利要求2中，(d)步骤是产生含10 40wt%Si02、l 10衬％铁、 1 5wt%贵金属、沸石残留物以及不可避免的杂质为特点的沸石催化剂制备方法。
8.权利要求1或权利要求2中，上述贵金属为Pd，Pt，Rh，Ru组成的群体中至少选择一 种以上为特点的沸石催化剂制备方法。
全文摘要
该发明揭示用于消除一氧化二氮的片状沸石催化剂的合成方法。该法由含沸石的水中添加硝酸铁溶液、贵金属硝酸盐溶液的步骤，加热上述溶液使铁、贵金属、沸石起反应的步骤，通过蒸馏把上述混合液转化成催化剂粉末的步骤，添加SiO2强化上述沸石催化剂粘结力的步骤以及把该粉末压缩成片步骤构成。
文档编号B01D53/56GK101875015SQ20091013620
公开日2010年11月3日 申请日期2009年4月29日 优先权日2009年4月29日
发明者姜炅勋, 宋镇镐, 徐东均, 徐敏惠, 赵成洙, 金尚建 申请人:高等技术研究院研究组合;格林普啦株式会社;Upc株式会社;劳德斯