制备包含金属m并具有aei骨架类型的沸石材料的方法

文档序号:1661242 发布日期:2019-12-27 浏览:23次 >En<

阅读说明:本技术 制备包含金属m并具有aei骨架类型的沸石材料的方法 (Process for preparing a zeolitic material comprising a metal M and having an AEI framework type ) 是由 A·莫伊尼 R·麦圭尔 U·米勒 于 2018-05-15 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种制备包含金属M、具有AEI骨架类型并且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的方法,所述方法包括:(i)提供包含金属M、具有除AEI以外的骨架类型并具有包含三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料;(ii)制备包含(i)中提供的沸石材料、水、四价元素Y的来源和AEI骨架结构导向剂的合成混合物;(iii)使(ii)中制备的合成混合物经受水热合成条件,包括将合成混合物加热至100-200℃的温度,并将合成混合物在自生压力下保持在该范围内的温度下,得到具有AEI骨架类型的沸石材料;其中Y是Si、Ge、Sn、Ti、Zr中的一种或多种;其中X是Al、B、Ga、In中的一种或多种;其中M是元素周期表第7-12族的过渡金属。(The present invention relates to a process for preparing a zeolitic material comprising a metal M, having an AEI framework type and having a framework structure comprising a tetravalent element Y, a trivalent element X and oxygen, said process comprising: (i) providing a zeolitic material comprising a metal M, having a framework type other than AEI, and having a framework structure comprising a trivalent element X and oxygen; (ii) (ii) preparing a synthesis mixture comprising the zeolitic material provided in (i), water, a source of tetravalent element Y, and an AEI framework structure directing agent; (iii) (iii) subjecting the synthesis mixture prepared in (ii) to hydrothermal synthesis conditions comprising heating the synthesis mixture to a temperature of 100 ℃ and 200 ℃ and maintaining the synthesis mixture at a temperature in this range at the autogenous pressure to obtain a zeolitic material having an AEI framework type; wherein Y is one or more of Si, Ge, Sn, Ti and Zr; wherein X is one or more of Al, B, Ga and In; wherein M is a transition metal of groups 7 to 12 of the periodic Table of the elements.)

制备包含金属M并具有AEI骨架类型的沸石材料的方法

本发明涉及一种制备包含金属M、具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的方法。此外,本发明涉及一种通过所述方法可得到或得到的包含金属M、具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料,并且进一步涉及所述沸石材料作为催化活性材料的用途。

已知具有AEI骨架类型的沸石材料可有效作为处理工业应用中的燃烧废气,例如转化废气料流中的氮氧化物(NOx)的催化剂或催化剂组分。合成AEI沸石材料通常通过由合成混合物中沉淀出沸石材料的晶体制备,该合成混合物包含构成沸石骨架的元素的来源,例如硅的来源和铝的来源。此外,AEI沸石材料可以额外包含一种或多种金属M,其通常通过合适后处理步骤并入沸石材料中。因此,本发明的目的是提供一种新颖且有利的制备包含金属M的AEI沸石材料的方法。根据本发明,发现该目的可以通过沸石骨架转化实现,根据其使作为具有除AEI以外的骨架类型并包含金属M的合适沸石材料的起始材料适当地反应以得到具有AEI骨架类型并包含金属M的沸石材料。根据该方法,在合成AEI沸石材料的过程中,不必需使用额外金属M的来源,也不需要进行后处理而并入金属M。

因此,本发明涉及一种制备包含金属M、具有AEI骨架类型并且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的方法,所述方法包括:

(i)提供包含金属M、具有除AEI以外的骨架类型并具有包含三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料;

(ii)制备包含(i)中提供的沸石材料、水、四价元素Y的来源和AEI骨架结构导向剂的合成混合物;

(iii)使(ii)中制备的合成混合物经受水热合成条件,包括将合成混合物加热至100-200℃的温度,并将合成混合物在自生压力下保持在该范围内的温度下,得到具有AEI骨架类型的沸石材料;

其中Y是Si、Ge、Sn、Ti、Zr中的一种或多种;

其中X是Al、B、Ga、In中的一种或多种;

其中M是元素周期表第7-12族的过渡金属。

通常M是元素周期表第7-12族的过渡金属。优选地,M是Fe、Co、Ni、Cu和Zn中的一种或多种,更优选Fe和Cu中的一种或多种。更优选地,M是Cu。

关于(i)中提供的沸石材料中所包含的金属M的量,不存在具体限制。例如,(i)中提供的沸石材料可包含以元素M计并基于沸石材料的总重量为0.01-10重量%或0.02-8重量%或0.05-6重量%。优选地,(i)中提供的沸石材料包含以元素M计并基于沸石材料的总重量为0.1-5重量%,优选0.2-4重量%,更优选0.5-3重量%的M。

优选地,(i)中提供的沸石材料具有额外包含四价元素Y的骨架结构。优选地,至少95重量%,更优选至少98重量%,更优选至少99重量%,更优选至少99.5重量%(i)中提供的沸石材料由Y、X、O、M和H组成。

通常Y是Si、Ge、Sn、Ti、Zr中的一种或多种。优选地,Y是Si。通常X是Al、B、Ga中的一种或多种。优选地,X是Al。更优选地,X为Al且Y为Si。更优选地,Y是Si并且X是Al,并且Si相对于Al的摩尔比为3:1-50:1,优选5:1-30:1,更优选8:1-25:1。

关于(i)中提供的具有除AEI以外的骨架类型的沸石材料,通常不存在具体限制。可设想骨架类型为ABW、ACO、AEI、AEL、AEN、AET、AFG、AFI、AFN、AFO、AFR、AFS、AFT、AFV、AFX、AFY、AHT、ANA、APC、APD、AST、ASV、ATN、ATO、ATS、ATT、ATV、AVL、AWO、AWW、BCT、BEA、BEC、BIK、BOF、BOG、BOZ、BPH、BRE、BSV、CAN、CAS、CDO、CFI、CGF、CGS、CHA、-CHI、-CLO、CON、CSV、CZP、DAC、DDR、DFO、DFT、DOH、DON、EAB、EDI、EEI、EMT、EON、EPI、ERI、ESV、ETR、EUO、*-EWT、EZT、FAR、FAU、FER、FRA、GIS、GIU、GME、GON、GOO、HEU、IFO、IFR、-IFU、IFW、IFY、IHW、IMF、IRN、IRR、-IRY、ISV、ITE、ITG、ITH、*-ITN、ITR、ITT、-ITV、ITW、IWR、IWS、IWV、IWW、JBW、JNT、JOZ、JRY、JSN、JSR、JST、JSW、KFI、LAU、LEV、LIO、-LIT、LOS、LOV、LTA、LTF、LTJ、LTL、LTN、MAR、MAZ、MEI、MEL、MEP、MER、MFI、MFS、MON、MOR、MOZ、*MRE、MSE、MSO、MTF、MTN、MTT、MTW、MVY、MWF、MWW、NAB、NAT、NES、NON、NPO、NPT、NSI、OBW、OFF、OKO、OSI、OSO、OWE、-PAR、PAU、PCR、PHI、PON、POS、PSI、PUN、RHO、-RON、RRO、RSN、RTE、RTH、RUT、RWR、RWY、SAF、SAO、SAS、SAT、SAV、SBE、SBN、SBS、SBT、SEW、SFE、SFF、SFG、SFH、SFN、SFO、SFS、*SFV、SFW、SGT、SIV、SOD、SOF、SOS、SSF、*-SSO、SSY、STF、STI、*STO、STT、STW、-SVR、SVV、SZR、TER、THO、TOL、TON、TSC、TUN、UEI、UFI、UOS、UOV、UOZ、USI、UTL、UWY、VET、VFI、VNI、VSV、WEI、-WEN、YUG、ZON中的一种或多种。优选地,(i)中提供的具有除AEI以外的骨架类型的沸石材料具有CHA、FAU、LTA、MOR、MFI或BEA,更优选CHA或FAU骨架类型。

因此,本发明进一步优选涉及一种制备包含金属M、具有AEI骨架类型并且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的方法,优选实施方案1-10中任一项的方法,所述方法包括:

(i)提供包含金属M、具有除AEI以外的骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料;

(ii)制备包含(i)中提供的沸石材料、水、四价元素Y的来源和AEI骨架结构导向剂的合成混合物;

(iii)使(ii)中制备的合成混合物经受水热合成条件(包括100-200℃的水热合成温度),获得含有包含金属M、具有AEI骨架类型且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的混合物;

其中Y是Si,X是Al,M是Cu,并且其中(i)中提供的沸石材料具有CHA或FAU骨架类型。

通常,根据任何可设想方法,可以在(i)中提供包含金属M、具有除AEI以外的骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料。优选地,根据(i)提供沸石材料包括:

(i.1)提供不含金属M、具有除AEI以外的骨架类型并且具有包含三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料;

(i.2)将金属M负载在(i.1)中提供的沸石材料上,优选包括

(i.2.1)制备包含根据(i.1)提供的沸石材料,金属M的来源,用于金属M的来源的溶剂以及任选地酸,优选有机酸的混合物,其中溶剂优选包括水,金属M的来源优选包括金属M的盐,且酸优选包括乙酸;

(i.2.2)将(i.2.1)中制备的混合物加热至30-90℃,优选40-80℃的温度;

(i.2.3)优选冷却,更优选快速冷却由(i.2.2)获得的混合物;

(i.2.4)将包含金属M的沸石材料从由(i.2.2)或(i.2.3),优选(i.2.4)获得的混合物中分离出,所述分离优选包括洗涤包含金属M的沸石材料;

(i.2.5)优选在气体气氛中,优选在90-200℃,更优选100-150℃的气体气氛温度下干燥由(i.2.4)获得的包含金属M的沸石材料,其中该气体气氛优选包含氧气;

(i.2.6)优选在气体气氛中,优选在350-600℃,更优选400-550℃的气体气氛温度下煅烧由(i.2.4)或(i.2.5),优选(i.2.5)获得的包含金属M的沸石材料,其中该气体气氛优选包含氧气。

如上所述,(i)中提供的沸石材料优选具有CHA或FAU骨架类型。因此,优选不含金属M并且具有除AEI以外的骨架类型的沸石材料具有CHA或FAU骨架类型。在其具有CHA骨架类型的情况下,优选(i.1)中提供的不含金属M、具有CHA骨架类型且具有包含三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料为无模板的(TF)-CHA,其中例如TF-CHA可以根据如WO2013/068976A,例如在第6页第4-20行中所述的无模板合成方法制备,其中在其第40-47页上还提供一些具体实例,在此通过引用将其并入。TF-CHA更优选根据如WO 2013/068976A,在实施例2中,第43页第29行至第44页第8行中所述的无模板合成方法制备。

优选地,在(i)中提供的沸石材料是经煅烧的沸石材料,更优选已经在气体气氛温度为350-600℃,优选400-550℃的气体气氛中煅烧的沸石材料。优选气体气氛包含氧气。更优选气体气氛包括空气、稀薄空气或氮气如工业氮气,更优选空气。更优选气体气氛是空气。

通常,可设想沸石材料以其铵形式,其氢形式(H形式)或任何其他合适的阳离子形式(例如其钠形式)提供。优选地,(i)中提供的沸石材料呈其氢(H)形式。

就本发明方法的步骤(ii)而言,使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物优选不含具有AEI骨架类型的沸石材料。更优选地,使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物不含具有AEI骨架类型的沸石种子材料。

通常,根据(ii),可以使用任何合适的四价元素Y的来源。特别是如果Y是Si,则Y的来源优选包括,更优选为湿法二氧化硅、干法二氧化硅和胶态二氧化硅中的一种或多种。胶态二氧化硅,优选作为碱和/或氨溶液的胶态二氧化硅,更优选作为氨溶液的胶态二氧化硅可市购,尤其是例如以市购。“湿法”二氧化硅可市购,尤其是例如以Hi-Valron-市购。“干法”二氧化硅可市购,尤其是例如以Cab-O-市购。根据本发明尤其可以使用胶态二氧化硅的氨溶液。更优选地,如果Y是Si,则根据(ii)的四价元素Y的来源包括,优选为胶态二氧化硅。

根据(ii),AEI骨架结构导向剂可以是导致制备根据(iii)的具有AEI骨架类型的沸石材料的任何试剂。优选地,AEI骨架结构导向剂包括一种或多种含季阳离子的化合物和/或一种或多种含季铵阳离子的化合物。

优选地,一种或多种含阳离子的化合物包括一种或多种含R1R2R3R4P+的化合物,其中R1、R2、R3和R4彼此独立地表示选自任选取代和/或任选支化的(C1-C6)烷基,更优选(C1-C5)烷基,更优选(C1-C4)烷基,更优选(C2-C3)烷基,优选表示任选取代的甲基或乙基,更优选R1、R2、R3和R4表示任选取代的乙基,优选未取代的乙基;

优选地,一种或多种含季铵阳离子的化合物包括一种或多种含N,N-二烷基二烷基哌啶阳离子的化合物,更优选一种或多种含N,N-(C1-C3)二烷基-(C1-C3)二烷基哌啶阳离子的化合物,更优选一种或多种含N,N-(C1-C2)二烷基-(C1-C2)二烷基哌啶阳离子的化合物,其中更优选地,一种或多种含季铵阳离子的化合物选自含N,N-(C1-C2)二烷基-2,6-(C1-C2)二烷基哌啶阳离子和N,N-(C1-C2)二烷基-3,5-(C1-C2)二烷基哌啶阳离子的化合物,更优选选自含N,N-二甲基-2,6-(C1-C2)二烷基哌啶阳离子和N,N-二甲基-3,5-(C1-C2)二烷基哌啶阳离子的化合物,更优选选自含N,N-二甲基-2,6-二甲基哌啶阳离子和N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶阳离子的化合物。

优选地,一种或多种含季阳离子的化合物和/或一种或多种含季铵阳离子的化合物为盐,优选选自卤化物,更优选氯化物和/或溴化物,更优选氯化物;氢氧化物;硫酸盐;硝酸盐;磷酸盐;乙酸盐及其两种或更多种的混合物,更优选选自氯化物、氢氧化物、硫酸盐及其两种或更多种的混合物,其中更优选地,一种或多种含季阳离子的化合物和/或一种或多种含季铵阳离子的化合物是氢氧化物和/或氯化物,更优选氢氧化物。

更优选地,AEI骨架结构导向剂包括,优选为N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶氢氧化物。

优选地,在使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物中,沸石材料相对于四价元素Y(以YO2计)的来源的重量比为1.0:1-3.0:1,更优选1.5:1-2.5,更优选2.0:1-2.2:1。根据本发明的一个可设想实施方案,沸石材料相对于四价元素Y的来源的重量比可以是无穷大的,这意指除包含Y的沸石材料以外,在(ii)中的合成混合物中不含其他四价元素的来源。

优选地,在使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物中,沸石材料相对于水的重量比为0.005:1-0.030:1,更优选0.010:1-0.025:1,更优选0.015:1-0.020:1。

优选地,在使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物中,沸石材料相对于AEI骨架结构导向剂的重量比为0.1:1-0.9:1,优选0.3:1-0.7:1,更优选0.4:1-0.5:1。

(ii)中制备的合成混合物的pH不限于任何特定值。优选地,使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物额外包含碱源,更优选氢氧化物源。

优选地,使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物额外包含一种或多种碱金属如钠、锂、钾以及碱土金属如镁、钙、锶、钡,更优选碱金属,更优选钠的来源。

更优选地,碱源是碱金属和碱土金属中的一种或多种,优选碱金属碱,更优选碱金属氢氧化物,更优选氢氧化钠的来源。

使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物不限于混合物中包含的组分的任何特定的重量比。优选地,使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物中,沸石材料相对于碱源的重量比为0.1:1-1.0:1,优选0.2:1-0.8:1,更优选0.3:1-0.6:1。

优选地,在(ii)中制备并经受(iii)的合成混合物除了包含金属M的沸石材料之外不含金属M的来源。优选地,在(ii)中制备并经受(iii)的合成混合物的至少95重量%,优选至少98重量%,更优选至少99重量%由在(i)中提供的沸石材料、水、四价元素Y的来源、AEI骨架结构导向剂和优选碱源以及碱金属和碱土金属中的一种或多种的来源组成。

本发明方法的步骤(iii)包括使(ii)中制备的合成混合物经受水热合成条件。

优选地,水热合成在自生压力下,优选在高压釜中进行。优选地,将(ii)中制备的合成混合物在高压釜中以0.5-4K/min,更优选1-3K/min的加热速率加热至水热合成温度。优选地,将混合物加热至的水热合成温度为110-175℃,优选120-150℃。优选地,水热合成条件还包括在至少一部分合成时间内搅拌合成混合物。优选地,水热合成条件还包括2-120h,更优选20-100h,更优选40-80h的水热合成时间。因此,优选根据(iii),将(ii)中提供的混合物加热至110-175℃,优选120-150℃的温度,并在该温度下保持2-120h的时间段。因此,进一步优选根据(iii),将(ii)中提供的混合物加热至110-175℃,优选120-150℃的温度,并在该温度下保持20-120h的时间段。因此,进一步优选根据(iii),将(ii)中提供的混合物加热至110-175℃,优选120-150℃的温度,并在该温度下保持40-80h的时间段。

由根据(iii)的水热合成得到包含在水热合成温度下悬浮于其母液中的具有AEI骨架类型的沸石材料的混合物。由于水热合成在自生压力下进行,优选(iii)进一步包括使混合物减压。在减压之前、期间或之后,本发明方法优选进一步包括:

(iv)冷却由(iii)得到的混合物。

尽管没有具体限制,但优选将混合物冷却至10-50℃,更优选20-35℃的温度。

如上所述,由于由(iii)得到的混合物包含悬浮于其母液中的具有AEI骨架类型的沸石材料,因此进一步优选本发明方法还包括:

(v)使包含金属M的沸石材料从由(iii)或(iv)得到的混合物,优选由(iv)得到的混合物中分离。

对包含金属M的沸石材料可如何分离没有具体限制。优选地,所述分离步骤(v)包括

(v.1)使由(iii)或(iv)得到的混合物经受固液分离方法,优选包括过滤方法或喷雾方法;

(v.2)优选洗涤由(v.1)得到的包含金属M的沸石材料;

(v.3)干燥由(v.1)或(v.2),优选(v.2)得到的包含金属M的沸石材料。

关于(v.1),喷雾方法可以包括喷雾干燥或喷雾造粒。如果进行(v.2),则优选用水作为洗涤剂洗涤沸石材料,优选直到洗涤水具有至多500微西门子,优选至多200微西门子的电导率。关于(v.3),优选在具有80-175℃,更优选100-150℃的温度的气体气氛中干燥沸石材料。优选地,气体气氛包含氧气,更优选包括,更优选是空气、稀薄空气或合成空气。

优选地,本发明方法进一步包括:

(vi)煅烧由(v)得到的包含金属M的沸石材料。

如果进行步骤(vi),则优选在具有400-600℃,更优选450-550℃的温度的气体气氛中煅烧包含金属M的沸石材料。优选地,气体气氛包含氧气,更优选包括,更优选是空气、稀薄空气或合成空气。

因此,本发明进一步优选涉及一种制备包含金属M、具有AEI骨架类型并且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的方法,所述方法包括:

(i)提供包含金属M、具有除AEI以外的骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料;

(ii)制备包含(i)中提供的沸石材料、水、四价元素Y的来源和AEI骨架结构导向剂的合成混合物;

(iii)使(ii)中制备的合成混合物经受水热合成条件(包括100-200℃的水热合成温度),获得含有包含金属M、具有AEI骨架类型且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的混合物;

(iv)冷却由(iii)得到的混合物,优选冷却至10-50℃,更优选20-35℃的温度;

(v)使包含金属M的沸石材料从由(iv)得到的混合物中分离,包括

(v.1)使由(iv)得到的混合物经受固液分离方法,优选包括过滤方法或喷雾方法;

(v.2)洗涤由(v.1)得到的包含金属M的沸石材料;

(v.3)在具有80-175℃的温度的气体气氛中干燥由(v.2)得到的包含金属M的沸石材料;

(vi)在具有400-600℃的温度的气体气氛中煅烧由(v)得到的包含金属M的沸石材料。

通常,根据本发明方法,上述产生包含金属M并具有AEI骨架类型的沸石材料的转化过程可为基本上完全的转化,并且所得材料基本上由包含金属M并具有AEI骨架类型的沸石材料组成。然而,转化也可能是部分不完全的,并且在所得材料中,不仅包含包含金属M并具有AEI骨架类型的沸石材料,而且包含一种或多种其他材料,优选一种或多种包含金属M并具有除AEI以外的骨架类型,优选FAU、LTA、MOR、MFI或BEA骨架类型的沸石材料,更优选具有CHA或FAU骨架类型的沸石材料。优选地,对于该相应得到的组合物,大于50重量%,更优选至少60重量%,更优选至少70重量%的所述包含包含金属M并具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的组合物由包含金属M并具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料组成。更优选至少80重量%,更优选80-100重量%的包含包含金属M并具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的组合物由包含金属M并具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料构成。更优选至少90重量%,更优选至少95重量%,更优选至少99重量%的组合物由包含金属M并具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料以及包含金属M并具有CHA骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料组成。在例如涉及制备组合物的方法的本发明的第二组优选实施方案中,考虑导致所述包含包含金属M和AEI骨架类型的沸石材料的所述组合物的部分不完全转化。为了完整起见,还提及对于这些实施方案,在转化完成的情况下,组合物应理解为由具有AEI骨架类型的沸石材料组成。在任何情况下,即使转化是部分不完全的,本发明仍然例如涉及包含金属M并具有AEI骨架类型的沸石材料的方法,因为该沸石材料强制包含于所述组合物中。

取决于沸石材料的预期用途,可以原样使用材料,优选由(vi)得到的材料。此外,可设想使该沸石材料经受一个或多个其他后处理步骤。例如,最优选以粉末形式得到的沸石材料可以通过任何合适方法(包括但不限于挤出、压片、喷涂等)适当地加工成模制品或成型体。优选地,成型体可以具有矩形、三角形、六边形、正方形、椭圆形或圆形的横截面,和/或优选呈星形、片形、球形、圆柱形、线形或空心圆柱形的形式。当制备成型体时,可以使用一种或多种粘合剂,其可以根据成型体的预期用途选择。可能的粘合剂材料包括但不限于石墨、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化铝以及硅、钛和锆中的两种或更多种的混合氧化物。沸石材料相对于粘合剂的重量比通常不受任何具体限制,并且可以例如为10:1-1:10。根据将沸石材料,例如作为催化剂或催化剂组分用于处理废气料流如发动机的废气料流的另一实例,可将沸石材料用作施加于合适基材如壁流式过滤器等的载体涂料的组分。

本发明进一步涉及一种包含金属M、具有AEI骨架类型并且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料,其通过上述方法可得到或得到或可制备或制备。

优选地,所述沸石材料包含以元素M计并基于沸石材料的总重量为0.1-5重量%,更优选0.2-4重量%,更优选0.5-3重量%的金属M。M为元素周期表第7-12族的过渡金属,优选M为Fe或Cu,更优选Cu。优选地,所述沸石材料包含金属M,其具有1.0-2.0mmol/g的酸位点总量,其中酸位点总量定义为根据如本文的参考实施例1.6所述的氨的温度程序解吸(NH3-TPD)测定的每质量沸石材料解吸的氨的总摩尔量;其中该沸石材料具有0.1-0.8mmol/g的中间酸位点(medium acid site)量,其中中间酸位点量定义为根据如本文的参考实施例1.6所述的氨的温度程序解吸(NH3-TPD)在250-500℃的温度范围内测定的每质量沸石材料解吸的氨量。

包含金属M、具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料可以用于任何可设想目的,包括但不限于吸收剂、吸附剂、分子筛、催化剂、催化剂载体或制备其中一种或多种的中间体。优选地,本发明包含金属M的沸石材料用作催化活性材料、催化剂或催化剂组分,更优选用作催化活性材料,更优选用于选择性催化还原废气料流(优选来自柴油发动机的废气料流)中的氮氧化物。更优选地,用于将C1化合物转化为一种或多种烯烃,优选将甲醇转化为一种或多种烯烃或将包含一氧化碳和氢气的合成气转化为一种或多种烯烃。

此外,本发明涉及一种选择性催化还原废气料流,优选来自柴油发动机的废气料流中的氮氧化物的方法,所述方法包括使通过根据本发明方法可得到或得到或可制备或制备的包含金属M、具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料与所述废气料流接触,或用于将C1化合物催化转化为一种或多种烯烃,优选将甲醇转化为一种或多种烯烃或将包含一氧化碳和氢气的合成气转化为一种或多种烯烃的方法,所述方法包括使通过根据本发明方法可得到或得到或可制备或制备的包含金属M、具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料与所述C1化合物接触。

本发明由下列组实施方案以及由所示从属和回引产生的实施方案组合进一步说明。尤其应注意在提及实施方案范围的情况下,例如在术语如“实施方案1-4中任一项的方法”的上下文中,意指对熟练技术人员明确公开该范围内的每一实施方案,即该术语的措辞应被熟练技术人员理解为与“实施方案1、2、3和4中任一项的方法”是同义的。

1.一种制备包含金属M、具有AEI骨架类型并且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的方法,所述方法包括:

(i)提供包含金属M、具有除AEI以外的骨架类型并具有包含三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料;

(ii)制备包含(i)中提供的沸石材料、水、四价元素Y的来源和AEI骨架结构导向剂的合成混合物;

(iii)使(ii)中制备的合成混合物经受水热合成条件,包括将合成混合物加热至100-200℃的温度,并将合成混合物在自生压力下保持在该范围内的温度下,得到具有AEI骨架类型的沸石材料;

其中Y是Si、Ge、Sn、Ti、Zr中的一种或多种;

其中X是Al、B、Ga、In中的一种或多种;

其中M是元素周期表第7-12族的过渡金属。

2.实施方案1的方法,其中M为Fe、Co、Ni、Cu和Zn中的一种或多种,优选Fe和Cu中的一种或多种。

3.实施方案1的方法,其中M为Cu。

4.实施方案1-3中任一项的方法,其中(i)中提供的沸石材料包含以元素M计并基于沸石材料的总重量为0.1-5重量%,优选0.2-4重量%,更优选0.5-3重量%的M。

5.实施方案1-4中任一项的方法,其中(i)中提供的沸石材料具有额外包含四价元素Y的骨架结构。

6.实施方案1-5中任一项的方法,其中至少95重量%,优选至少98重量%,更优选至少99重量%,更优选至少99.5重量%的(i)中提供的沸石材料由Y、X、O、M和H组成。

7.实施方案1-6中任一项的方法,其中X是Al。

8.实施方案1-7中任一项的方法,其中Y是Si。

9.实施方案1-8中任一项的方法,其中在(i)中提供的沸石材料中,Y是Si,X是Al,并且其中以元素Si计的Si相对于以元素Al计的Al的摩尔比Si:Al为3:1-50:1,优选5:1-30:1,更优选8:1-25:1。

10.实施方案1-9中任一项的方法,其中(i)中提供的沸石材料具有CHA、FAU、LTA、MOR、MFI或BEA,优选CHA或FAU骨架类型。

11.一种制备包含金属M、具有AEI骨架类型并且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的方法,优选实施方案1-10中任一项的方法,所述方法包括:

(i)提供包含金属M、具有除AEI以外的骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料;

(ii)制备包含(i)中提供的沸石材料、水、四价元素Y的来源和AEI骨架结构导向剂的合成混合物;

(iii)使(ii)中制备的合成混合物经受水热合成条件(包括100-200℃的水热合成温度),获得包含包含金属M、具有AEI骨架类型且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的混合物;

其中Y是Si,X是Al,M是Cu,并且其中(i)中提供的沸石材料具有CHA或FAU骨架类型。

12.实施方案1-1中任一项的方法,其中根据(i)提供沸石材料包括:

(i.1)提供不含金属M、具有除AEI以外的骨架类型并且具有包含三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料;

(i.2)将金属M负载在(i.1)中提供的沸石材料上,优选包括

(i.2.1)制备包含根据(i.1)提供的沸石材料,金属M的来源,用于金属M的来源的溶剂以及任选地酸,优选有机酸的混合物,其中溶剂优选包括水,金属M的来源优选包括金属M的盐,且酸优选包括乙酸;

(i.2.2)将(i.2.1)中制备的混合物加热至30-90℃,优选40-80℃的温度;

(i.2.3)优选冷却,更优选快速冷却由(i.2.2)获得的混合物;

(i.2.4)将包含金属M的沸石材料从由(i.2.2)或(i.2.3),优选(i.2.4)获得的混合物中分离出,所述分离优选包括洗涤包含金属M的沸石材料;

(i.2.5)优选在气体气氛中,优选在90-200℃,更优选100-150℃的气体气氛温度下干燥由(i.2.4)获得的包含金属M的沸石材料,其中该气体气氛优选包含氧气;

(i.2.6)优选在气体气氛中,优选在350-600℃,更优选400-550℃的气体气氛温度下煅烧由(i.2.4)或(i.2.5),优选(i.2.5)获得的包含金属M的沸石材料,其中该气体气氛优选包含氧气。

13.实施方案1-12中任一项的方法,其中(i)中提供的沸石材料为经煅烧的沸石材料,优选在气体气氛中在350-600℃,优选400-550℃的气体气氛温度下煅烧的沸石材料,其中该气体气氛优选包含氧气。

14.实施方案1-13中任一项的方法,其中(i)中提供的沸石材料呈其H形式。

15.实施方案1-14中任一项的方法,其中使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物不含具有AEI骨架类型的沸石材料。

16.实施方案1-15中任一项的方法,其中使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物不含具有AEI骨架类型的沸石种子材料。

17.实施方案1-16中任一项的方法,其中Y是Si,并且根据(ii)的四价元素Y的来源包括湿法二氧化硅、干法二氧化硅和胶态二氧化硅中的一种或多种。

18.实施方案1-17中任一项的方法,其中根据(ii)的四价元素的来源包括,优选是胶态二氧化硅。

19.实施方案1-18中任一项的方法,其中AEI骨架结构剂包括一种或多种含季阳离子的化合物和/或一种或多种含季铵阳离子的化合物;

其中一种或多种含阳离子的化合物包括一种或多种含R1R2R3R4P+的化合物,其中R1、R2、R3和R4彼此独立地表示任选取代和/或任选支化的(C1-C6)烷基,优选(C1-C5)烷基,更优选(C1-C4)烷基,更优选(C2-C3)烷基,甚至更优选任选取代的甲基或乙基,其中甚至更优选R1、R2、R3和R4表示任选取代的乙基,优选未取代的乙基;

其中一种或多种含季铵阳离子的化合物包括一种或多种含N,N-二烷基-二烷基哌啶阳离子的化合物,优选一种或多种含N,N-(C1-C3)二烷基-(C1-C3)二烷基哌啶阳离子的化合物,更优选一种或多种含N,N-(C1-C2)二烷基-(C1-C2)二烷基哌啶阳离子的化合物,其中更优选一种或多种含季铵阳离子的化合物选自含N,N-(C1-C2)二烷基-2,6-(C1-C2)二烷基哌啶阳离子和N,N-(C1-C2)二烷基-3,5-(C1-C2)二烷基哌啶阳离子的化合物,更优选含N,N-二甲基-2,6-(C1-C2)二烷基哌啶阳离子和N,N-二甲基-3,5-(C1-C2)二烷基哌啶阳离子的化合物,更优选含N,N-二甲基-2,6-二甲基哌啶阳离子和N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶阳离子的化合物;

其中一种或多种含季阳离子的化合物和/或一种或多种含季铵阳离子的化合物为盐,优选选自卤化物,优选氯化物和/或溴化物,更优选氯化物;氢氧化物;硫酸盐;硝酸盐;磷酸盐;乙酸盐;及其两种或更多种的混合物,更优选选自氯化物、氢氧化物、硫酸盐及其两种或更多种的混合物,其中更优选一种或多种含季阳离子的化合物和/或一种或多种含季铵阳离子的化合物是氢氧化物和/或氯化物,甚至更优选氢氧化物。

20.实施方案1-19中任一项的方法,其中AEI骨架结构导向剂包括,优选是N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶氢氧化物。

21.实施方案1-20中任一项的方法,其中在使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物中,沸石材料相对于以YO2计的四价元素Y的来源的重量比为1.0:1-3.0:1,优选1.5:1-2.5,更优选2.0:1-2.2:1。

22.实施方案1-21中任一项的方法,其中在使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物中,沸石材料相对于水的重量比为0.005:1-0.030:1,优选0.010:1-0.025:1,更优选0.015:1-0.020:1。

23.实施方案1-22中任一项的方法,其中在使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物中,沸石材料相对于AEI骨架结构导向剂的重量比为0.1:1-3:1,优选0.2:1-2:1,更优选0.3:1-0.7:1,更优选0.4:1-0.5:1。

24.实施方案1-23中任一项的方法,其中使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物额外包括碱源,优选氢氧化物源。

25.实施方案1-24中任一项的方法,其中使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物额外包括碱金属和碱土金属中的一种或多种,优选碱金属,更优选钠的来源。

26.实施方案24或25的方法,其中碱源是碱金属和碱土金属中的一种或多种,优选碱金属碱,更优选碱金属氢氧化物,更优选氢氧化钠的来源。

27.实施方案24-26中任一项的方法,其中在使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物中,沸石材料相对于碱源的重量比为0.1:1-1.0:1,优选0.2:1-0.8:1,更优选0.3:1-0.6:1。

28.实施方案1-27中任一项的方法,其中在(ii)中制备且经受(iii)的合成混合物不含除包含金属M的沸石材料以外的金属M的来源。

29.实施方案1-28中任一项的方法,其中在(ii)中制备且经受(iii)的合成混合物的至少95重量%,优选至少98重量%,更优选至少99重量%由(i)中提供的沸石材料、水、四价元素Y的来源、AEI骨架结构导向剂和优选碱源和碱金属和碱土金属中的一种或多种的来源组成。

30.实施方案1-29中任一项的方法,其中水热合成在自生压力下,优选在高压釜中进行。

31.实施方案1-30中任一项的方法,其中将(ii)中制备的合成混合物在高压釜中以0.5-4K/min,优选1-3K/min的加热速率加热至水热合成温度。

32.实施方案1-31中任一项的方法,其中水热合成温度为110-175℃,优选120-150℃。

33.实施方案1-32中任一项的方法,其中水热合成条件包括搅拌合成混合物。

34.实施方案1-33中任一项的方法,其中水热合成条件包括2-120小时,优选20-100小时,更优选40-80小时的水热合成时间。

35.实施方案1-34中任一项的方法,进一步包括

(iv)冷却由(iii)得到的混合物,优选冷却至10-50℃,更优选20-35℃的温度。

36.实施方案1-34中任一项的方法,进一步包括

(v)将包含金属M的沸石材料从由(iii)或(iv)得到的混合物中分离。

37.实施方案36的方法,其中(v)包括

(v.1)使由(iii)或(iv)得到的混合物经受固液分离方法,优选包括过滤方法或喷雾方法;

(v.2)优选洗涤由(v.1)得到的包含金属M的沸石材料;

(v.3)干燥由(v.1)或(v.2),优选(v.2)得到的包含金属M的沸石材料。

38.实施方案37的方法,其中根据(v.2),用水洗涤包含金属M的沸石材料,优选直到洗涤水具有至多500微西门子,优选至多200微西门子的电导率。

39.实施方案37或38的方法,其中根据(v.3),使包含金属M的沸石材料在具有80-175℃,优选100-150℃的温度的气体气氛中干燥。

40.实施方案39的方法,其中气体气氛包含氧气,优选是空气、稀薄空气或合成空气。

41.实施方案36-40中任一项的方法,进一步包括

(vi)煅烧由(v)得到的包含金属M的沸石材料。

42.实施方案41的方法,其中根据(vi),使包含金属M的沸石材料在具有400-600℃,优选450-550℃的温度的气体气氛中煅烧。

43.实施方案42的方法,其中气体气氛包含氧气,优选是空气、稀薄空气或合成空气。

44.一种制备包含金属M、具有AEI骨架类型并且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的方法,优选实施方案1-10中任一项的方法,所述方法包括:

(i)提供包含金属M、具有除AEI以外的骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料;

(ii)制备包含(i)中提供的沸石材料、水、四价元素Y的来源和AEI骨架结构导向剂的合成混合物;

(iii)使(ii)中制备的合成混合物经受水热合成条件(包括100-200℃的水热合成温度),获得包含包含金属M、具有AEI骨架类型且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的混合物;

(iv)冷却由(iii)得到的混合物,优选冷却至10-50℃,更优选20-35℃的温度;

(v)使包含金属M的沸石材料从由(iv)得到的混合物中分离,包括

(v.1)使由(iv)得到的混合物经受固液分离方法,优选包括过滤方法或喷雾方法;

(v.2)洗涤由(v.1)得到的包含金属M的沸石材料;

(v.3)在具有80-175℃的温度的气体气氛中干燥由(v.2)得到的包含金属M的沸石材料;

(vi)在具有400-600℃的温度的气体气氛中煅烧由(v)得到的包含金属M的沸石材料。

45.实施方案44的方法,其中Y为Si,X为Al,M为Cu,并且(i)中提供的沸石材料具有CHA或FAU骨架类型。

46.一种包含金属M、具有AEI骨架类型并且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料,其通过实施方案1-45中任一项的方法可得到或得到或可制备或制备。

47.实施方案46的包含金属M的沸石材料,其包含以元素M计并基于沸石材料的总重量为0.1-5重量%,优选0.2-4重量%,更优选0.5-3重量%的M。

48.实施方案47的沸石材料,其中M是Cu。

49.实施方案46-48中任一项的沸石材料,其具有1.0-2.0mmol/g的酸位点总量,其中酸位点总量定义为根据如本文的参考实施例1.6所述的氨的温度程序解吸(NH3-TPD)测定的每质量沸石材料解吸的氨的总摩尔量;其中该沸石材料具有0.1-0.8mmol/g的中间酸位点量,其中中间酸位点量定义为根据如本文的参考实施例1.6所述的氨的温度程序解吸(NH3-TPD)在250-500℃的温度范围内测定的每质量沸石材料解吸的氨量。

50.根据实施方案46-49中任一项的沸石材料作为催化活性材料、催化剂或催化剂组分的用途。

51.实施方案50的用途,其用于选择性催化还原废气料流,优选来自柴油发动机的废气料流中的氮氧化物。

52.实施方案50的用途,其用于将C1化合物转化为一种或多种烯烃,优选将甲醇转化为一种或多种烯烃或将包含一氧化碳和氢气的合成气转化为一种或多种烯烃。

53.一种选择性催化还原废气料流,优选来自柴油发动机的废气料流中的氮氧化物的方法,所述方法包括使根据实施方案46-49中任一项的沸石材料与所述废气料流接触。

54.一种选择性催化还原废气料流,优选来自柴油发动机的废气料流中的氮氧化物的方法,所述方法包括通过根据实施方案1-45中任一项的方法制备包含金属M、具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料,并使所述废气料流与包含所述沸石材料的催化剂接触。

55.一种将C1化合物催化转化为一种或多种烯烃,优选将甲醇转化为一种或多种烯烃或将包含一氧化碳和氢气的合成气转化为一种或多种烯烃的方法,所述方法包括使根据实施方案46-49中任一项的沸石材料与所述C1化合物接触。

56.一种将C1化合物催化转化为一种或多种烯烃,优选将甲醇转化为一种或多种烯烃或将包含一氧化碳和氢气的合成气转化为一种或多种烯烃的方法,所述方法包括通过根据实施方案1-45中任一项的方法制备的包含金属M、具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料,并使所述C1化合物与包含所述沸石材料的催化剂接触。

57.一种催化剂,优选用于选择性催化还原废气料流,优选来自柴油发动机的废气料流中的氮氧化物,或将C1化合物催化转化为一种或多种烯烃,优选将甲醇转化为一种或多种烯烃或将包含一氧化碳和氢气的合成气转化为一种或多种烯烃的催化剂,所述催化剂包含实施方案58-60中任一项的沸石材料。

本发明由下列组实施方案以及由所示从属和回引产生的实施方案组合进一步说明。尤其应注意在提及实施方案范围的情况下,例如在术语如“实施方案1-4中任一项的方法”的上下文中,意指对熟练技术人员明确公开该范围内的每一实施方案,即该术语的措辞应被熟练技术人员理解为与“实施方案1、2、3和4中任一项的方法”是同义的。

1.一种制备含有包含金属M、具有AEI骨架类型并且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的组合物的方法,所述方法包括:

(i)提供包含金属M、具有除AEI以外的骨架类型并具有包含三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料;

(ii)制备包含(i)中提供的沸石材料、水、四价元素Y的来源和AEI骨架结构导向剂的合成混合物;

(iii)使(ii)中制备的合成混合物经受水热合成条件,包括将合成混合物加热至100-200℃的温度,并将合成混合物在自生压力下保持在该范围内的温度下,得到包含具有AEI骨架类型的沸石材料的混合物;

其中Y是Si、Ge、Sn、Ti、Zr中的一种或多种;

其中X是Al、B、Ga、In中的一种或多种;

其中M是元素周期表第7-12族的过渡金属。

2.实施方案1的方法,其中M为Fe、Co、Ni、Cu和Zn中的一种或多种,优选Fe和Cu中的一种或多种。

3.实施方案1的方法,其中M为Cu。

4.实施方案1-3中任一项的方法,其中(i)中提供的沸石材料包含以元素M计并基于沸石材料的总重量为0.1-5重量%,优选0.2-4重量%,更优选0.5-3重量%的M。

5.实施方案1-4中任一项的方法,其中(i)中提供的沸石材料具有额外包含四价元素Y的骨架结构。

6.实施方案1-5中任一项的方法,其中至少95重量%,优选至少98重量%,更优选至少99重量%,更优选至少99.5重量%的(i)中提供的沸石材料由Y、X、O、M和H组成。

7.实施方案1-6中任一项的方法,其中X是Al。

8.实施方案1-7中任一项的方法,其中Y是Si。

9.实施方案1-8中任一项的方法,其中在(i)中提供的沸石材料中,Y是Si,X是Al,并且其中以元素Si计的Si相对于以元素Al计的Al的摩尔比Si:Al为3:1-50:1,优选5:1-30:1,更优选8:1-25:1。

10.实施方案1-9中任一项的方法,其中(i)中提供的沸石材料具有CHA、FAU、LTA、MOR、MFI或BEA,优选CHA或FAU骨架类型。

11.一种制备含有包含金属M、具有AEI骨架类型并且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的组合物的方法,优选实施方案1-10中任一项的方法,所述方法包括:

(i)提供包含金属M、具有除AEI以外的骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料;

(ii)制备包含(i)中提供的沸石材料、水、四价元素Y的来源和AEI骨架结构导向剂的合成混合物;

(iii)使(ii)中制备的合成混合物经受水热合成条件(包括100-200℃的水热合成温度),获得包含包含金属M、具有AEI骨架类型且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的混合物;

其中Y是Si,X是Al,M是Cu,并且其中(i)中提供的沸石材料具有CHA或FAU骨架类型。

12.实施方案1-1中任一项的方法,其中根据(i)提供沸石材料包括:

(i.1)提供不含金属M、具有除AEI以外的骨架类型并且具有包含三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料;

(i.2)将金属M负载在(i.1)中提供的沸石材料上,优选包括

(i.2.1)制备包含根据(i.1)提供的沸石材料,金属M的来源,用于金属M的来源的溶剂以及任选地酸,优选有机酸的混合物,其中溶剂优选包括水,金属M的来源优选包括金属M的盐,且酸优选包括乙酸;

(i.2.2)将(i.2.1)中制备的混合物加热至30-90℃,优选40-80℃的温度;

(i.2.3)优选冷却,更优选快速冷却由(i.2.2)获得的混合物;

(i.2.4)将包含金属M的沸石材料从由(i.2.2)或(i.2.3),优选(i.2.4)获得的混合物中分离出,所述分离优选包括洗涤包含金属M的沸石材料;

(i.2.5)优选在气体气氛中,优选在90-200℃,更优选100-150℃的气体气氛温度下干燥由(i.2.4)获得的包含金属M的沸石材料,其中该气体气氛优选包含氧气;

(i.2.6)优选在气体气氛中,优选在350-600℃,更优选400-550℃的气体气氛温度下煅烧由(i.2.4)或(i.2.5),优选(i.2.5)获得的包含金属M的沸石材料,其中该气体气氛优选包含氧气。

13.实施方案1-12中任一项的方法,其中(i)中提供的沸石材料为经煅烧的沸石材料,优选在气体气氛中在350-600℃,优选400-550℃的气体气氛温度下煅烧的沸石材料,其中该气体气氛优选包含氧气。

14.实施方案1-13中任一项的方法,其中(i)中提供的沸石材料呈其H形式。

15.实施方案1-14中任一项的方法,其中使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物不含具有AEI骨架类型的沸石材料。

16.实施方案1-15中任一项的方法,其中使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物不含具有AEI骨架类型的沸石种子材料。

17.实施方案1-16中任一项的方法,其中Y是Si,并且根据(ii)的四价元素Y的来源包括湿法二氧化硅、干法二氧化硅和胶态二氧化硅中的一种或多种。

18.实施方案1-17中任一项的方法,其中根据(ii)的四价元素的来源包括,优选是胶态二氧化硅。

19.实施方案1-18中任一项的方法,其中AEI骨架结构剂包括一种或多种含季阳离子的化合物和/或一种或多种含季铵阳离子的化合物;

其中一种或多种含阳离子的化合物包括一种或多种含R1R2R3R4P+的化合物,其中R1、R2、R3和R4彼此独立地表示任选取代和/或任选支化的(C1-C6)烷基,优选(C1-C5)烷基,更优选(C1-C4)烷基,更优选(C2-C3)烷基,甚至更优选任选取代的甲基或乙基,其中甚至更优选R1、R2、R3和R4表示任选取代的乙基,优选未取代的乙基;

其中一种或多种含季铵阳离子的化合物包括一种或多种含N,N-二烷基-二烷基哌啶阳离子的化合物,优选一种或多种含N,N-(C1-C3)二烷基-(C1-C3)二烷基哌啶阳离子的化合物,更优选一种或多种含N,N-(C1-C2)二烷基-(C1-C2)二烷基哌啶阳离子的化合物,其中更优选一种或多种含季铵阳离子的化合物选自含N,N-(C1-C2)二烷基-2,6-(C1-C2)二烷基哌啶阳离子和N,N-(C1-C2)二烷基-3,5-(C1-C2)二烷基哌啶阳离子的化合物,更优选含N,N-二甲基-2,6-(C1-C2)二烷基哌啶阳离子和N,N-二甲基-3,5-(C1-C2)二烷基哌啶阳离子的化合物,更优选含N,N-二甲基-2,6-二甲基哌啶阳离子和N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶阳离子的化合物;

其中一种或多种含季阳离子的化合物和/或一种或多种含季铵阳离子的化合物为盐,优选选自卤化物,优选氯化物和/或溴化物,更优选氯化物;氢氧化物;硫酸盐;硝酸盐;磷酸盐;乙酸盐;及其两种或更多种的混合物,更优选选自氯化物、氢氧化物、硫酸盐及其两种或更多种的混合物,其中更优选一种或多种含季阳离子的化合物和/或一种或多种含季铵阳离子的化合物是氢氧化物和/或氯化物,甚至更优选氢氧化物。

20.实施方案1-19中任一项的方法,其中AEI骨架结构导向剂包括,优选是N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶氢氧化物。

21.实施方案1-20中任一项的方法,其中在使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物中,沸石材料相对于以YO2计的四价元素Y的来源的重量比为1.0:1-3.0:1,优选1.5:1-2.5,更优选2.0:1-2.2:1。

22.实施方案1-21中任一项的方法,其中在使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物中,沸石材料相对于水的重量比为0.005:1-0.030:1,优选0.010:1-0.025:1,更优选0.015:1-0.020:1。

23.实施方案1-22中任一项的方法,其中在使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物中,沸石材料相对于AEI骨架结构导向剂的重量比为0.1:1-3:1,优选0.2:1-2:1,更优选0.3:1-0.7:1,更优选0.4:1-0.5:1。

24.实施方案1-23中任一项的方法,其中使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物额外包括碱源,优选氢氧化物源。

25.实施方案1-24中任一项的方法,其中使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物额外包括碱金属和碱土金属中的一种或多种,优选碱金属,更优选钠的来源。

26.实施方案24或25的方法,其中碱源是碱金属和碱土金属中的一种或多种,优选碱金属碱,更优选碱金属氢氧化物,更优选氢氧化钠的来源。

27.实施方案24-26中任一项的方法,其中在使其经受(iii)的(ii)中制备的合成混合物中,沸石材料相对于碱源的重量比为0.1:1-1.0:1,优选0.2:1-0.8:1,更优选0.3:1-0.6:1。

28.实施方案1-27中任一项的方法,其中在(ii)中制备且经受(iii)的合成混合物不含除包含金属M的沸石材料以外的金属M的来源。

29.实施方案1-28中任一项的方法,其中在(ii)中制备且经受(iii)的合成混合物的至少95重量%,优选至少98重量%,更优选至少99重量%由(i)中提供的沸石材料、水、四价元素Y的来源、AEI骨架结构导向剂和优选碱源和碱金属和碱土金属中的一种或多种的来源组成。

30.实施方案1-29中任一项的方法,其中水热合成在自生压力下,优选在高压釜中进行。

31.实施方案1-30中任一项的方法,其中将(ii)中制备的合成混合物在高压釜中以0.5-4K/min,优选1-3K/min的加热速率加热至水热合成温度。

32.实施方案1-31中任一项的方法,其中水热合成温度为110-175℃,优选120-150℃。

33.实施方案1-32中任一项的方法,其中水热合成条件包括搅拌合成混合物。

34.实施方案1-33中任一项的方法,其中水热合成条件包括2-120小时,优选20-100小时,更优选40-80小时的水热合成时间。

35.实施方案1-34中任一项的方法,进一步包括

(iv)冷却由(iii)得到的混合物,优选冷却至10-50℃,更优选20-35℃的温度。

36.实施方案1-34中任一项的方法,进一步包括

(v)将含有包含金属M的沸石材料的组合物从由(iii)或(iv)得到的混合物中分离。

37.实施方案36的方法,其中(v)包括

(v.1)使由(iii)或(iv)得到的混合物经受固液分离方法,优选包括过滤方法或喷雾方法,获得含有包含金属M的沸石材料的组合物;

(v.2)优选洗涤由(v.1)得到的含有包含金属M的沸石材料的组合物;

(v.3)干燥由(v.1)或(v.2),优选(v.2)得到的含有包含金属M的沸石材料的组合物。

38.实施方案37的方法,其中根据(v.2),用水洗涤所述组合物,优选直到洗涤水具有至多500微西门子,优选至多200微西门子的电导率。

39.实施方案37或38的方法,其中根据(v.3),使所述组合物在具有80-175℃,优选100-150℃的温度的气体气氛中干燥。

40.实施方案39的方法,其中气体气氛包含氧气,优选是空气、稀薄空气或合成空气。

41.实施方案36-40中任一项的方法,进一步包括(vi)煅烧由(v)得到的组合物。

42.实施方案41的方法,其中根据(vi),使所述组合物在具有400-600℃,优选450-550℃的温度的气体气氛中煅烧。

43.实施方案42的方法,其中气体气氛包含氧气,优选是空气、稀薄空气或合成空气。

44.一种制备含有包含金属M、具有AEI骨架类型并且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的组合物的方法,优选实施方案1-10中任一项的方法,所述方法包括:

(i)提供包含金属M、具有除AEI以外的骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料;

(ii)制备包含(i)中提供的沸石材料、水、四价元素Y的来源和AEI骨架结构导向剂的合成混合物;

(iii)使(ii)中制备的合成混合物经受水热合成条件(包括100-200℃的水热合成温度),获得包含包含金属M、具有AEI骨架类型且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的混合物;

(iv)冷却由(iii)得到的混合物,优选冷却至10-50℃,更优选20-35℃的温度;

(v)使含有包含金属M的沸石材料的组合物从由(iv)得到的混合物中分离,包括

(v.1)使由(iv)得到的混合物经受固液分离方法,优选包括过滤方法或喷雾方法,获得含有包含金属M的沸石材料的组合物;

(v.2)洗涤由(v.1)得到的组合物;

(v.3)在具有80-175℃的温度的气体气氛中干燥由(v.2)得到的组合物;

(vi)在具有400-600℃的温度的气体气氛中煅烧由(v)得到的组合物。

45.实施方案44的方法,其中Y为Si,X为Al,M为Cu,并且(i)中提供的沸石材料具有CHA或FAU骨架类型。

46.实施方案1-45中任一项的方法,其中大于50重量%,优选至少60重量%,更优选至少70重量%的含有包含金属M、具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的组合物由包含金属M、具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料组成。

47.实施方案46的方法,其中至少80重量%,优选80-100重量%的含有包含金属M、具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的组合物由包含金属M、具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料组成。

48.实施方案46或47的方法,其中所述组合物的至少90重量%,优选至少95重量%,更优选至少99重量%由包含金属M、具有AEI骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料以及包含金属M、具有AEI以外的骨架类型并具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料组成。

49.一种含有包含金属M、具有AEI骨架类型并且具有包含四价元素Y、三价元素X和氧的骨架结构的沸石材料的组合物,其通过实施方案1-48中任一项的方法可得到或得到或可制备或制备。

50.实施方案49的组合物,其包含以元素M计并基于沸石材料的总重量为0.1-5重量%,优选0.2-4重量%,更优选0.5-3重量%的M。

51.实施方案50的组合物,其中M是Cu。

52.实施方案49-51中任一项的组合物,其具有1.0-2.0mmol/g的酸位点总量,其中酸位点总量定义为根据如本文的参考实施例1.6所述的氨的温度程序解吸(NH3-TPD)测定的每质量沸石材料解吸的氨的总摩尔量;其中该沸石材料具有0.1-0.8mmol/g的中间酸位点量,其中中间酸位点量定义为根据如本文的参考实施例1.6所述的氨的温度程序解吸(NH3-TPD)在250-500℃的温度范围内测定的每质量沸石材料解吸的氨量。

53.根据实施方案49-52中任一项的组合物作为催化活性材料、催化剂或催化剂组分的用途。

54.实施方案53的用途,其用于选择性催化还原废气料流,优选来自柴油发动机的废气料流中的氮氧化物。

55.实施方案53的用途,其用于将C1化合物转化为一种或多种烯烃,优选将甲醇转化为一种或多种烯烃或将包含一氧化碳和氢气的合成气转化为一种或多种烯烃。

56.一种选择性催化还原废气料流,优选来自柴油发动机的废气料流中的氮氧化物的方法,所述方法包括使根据实施方案49-52中任一项的组合物与所述废气料流接触。

57.一种选择性催化还原废气料流,优选来自柴油发动机的废气料流中的氮氧化物的方法,所述方法包括通过根据实施方案1-48中任一项的方法制备组合物,并使所述废气料流与包含所述组合物的催化剂接触。

58.一种将C1化合物催化转化为一种或多种烯烃,优选将甲醇转化为一种或多种烯烃或将包含一氧化碳和氢气的合成气转化为一种或多种烯烃的方法,所述方法包括使根据实施方案49-52中任一项的组合物与所述C1化合物接触。

59.一种将C1化合物催化转化为一种或多种烯烃,优选将甲醇转化为一种或多种烯烃或将包含一氧化碳和氢气的合成气转化为一种或多种烯烃的方法,所述方法包括通过根据实施方案1-48中任一项的方法制备组合物,并使所述C1化合物与包含所述组合物的催化剂接触。

60.一种催化剂,优选用于选择性催化还原废气料流,优选来自柴油发动机的废气料流中的氮氧化物,或将C1化合物催化转化为一种或多种烯烃,优选将甲醇转化为一种或多种烯烃或将包含一氧化碳和氢气的合成气转化为一种或多种烯烃的催化剂,所述催化剂包含根据实施方案49-52中任一项的组合物。

通过以下实施例、对比例和参考实施例进一步说明本发明。

实施例

参考实施例1.1:结晶度的测定

通过XRD分析测定本发明沸石材料的结晶度。使用具有Cu-X射线源的标准Bragg-Brentano衍射仪和能量色散点检测器收集数据。以0.02°的步长扫描2-70°(2θ)的角度范围,同时将可变发散狭缝设置为0.3°的恒定开度角。然后使用TOPAS V5软件分析数据,其中使用PONKCS相(对于AEI和FAU)以及晶体结构(对于CHA)对尖衍射峰建模。如Madsen,I.C.等所述制备模型。对其进行精修以拟合数据。在28°的角位置处***一个独立的峰。这用于描述无定形含量。晶体含量描述了相对于总散射强度的晶体信号强度。在该模型中还包括线性背景、洛仑兹和极化校正、晶格参数、空间群和微晶尺寸。

参考实施例1.2:BET比表面积的测定

BET比表面积根据ISO 9277(第二版2010)通过在77K下氮气物理吸附测定。

参考实施例1.3:C值的测定

如ISO 9277(第二版2010)第7.2节中所述测定C值(BET参数)。

参考实施例1.4:XRD图的测定

如参考实施例1.1中所述测定XRD衍射图。

参考实施例1.5:扫描电子显微镜

使用Hitachi TM3000制备SEM(扫描电子显微镜)图片(在15kV(千伏)下的二次电子(SE)图片)。

参考实施例1.6:氨的温度程序解吸(NH3-TPD)

氨的温度程序解吸(NH3-TPD)在具有热导检测器的自动化学吸附分析单元(Micromeritics AutoChem II 2920)中进行。解吸物质的连续分析使用在线质谱仪(来自Pfeiffer Vacuum的OmniStar QMG200)完成。将样品(0.1g)引入石英管中并使用下述程序分析。温度借助紧临石英管中样品上方的Ni/Cr/Ni热电偶测量。对于分析,使用纯度5.0的He。在任何测量之前,分析空白样品用于校准。

1.准备:开始记录;每秒测量一次。在25℃和30cm3/min的He流速下等待10分钟(室温(约25℃)和1atm);以20K/min的加热速率加热至600℃;保持10分钟。以20K/min的冷却速率在He气流(30cm3/min)下冷却至100℃(熔炉沿斜线降温);以3K/min的冷却速率在He气流(30cm3/min)下冷却至100℃(样品沿斜线降温)。

2.用NH3饱和:开始记录;每秒测量一次。在100℃下将气流改变为10%NH3在He中的混合物(75cm3/min;100℃和1atm);保持30分钟。

3.除去过量物质:开始记录;每秒测量一次。在100℃下将气流改变为75cm3/min的He流速(100℃和1atm);保持60分钟。

4.NH3-TPD:开始记录;每秒测量一次。以10K/min的加热速率在He气流(流速:30cm3/min)下加热至600℃;保持30分钟。

5.测量结束。

解吸的氨借助在线质谱仪测量,其表明来自热导检测器的信号由解吸的氨引起。这涉及利用来自氨的m/z=16信号以监测氨的解吸。借助Micromeritics软件通过将TPD信号积分到水平基线中确定吸附的氨量(mmol/g样品)。

参考实施例2.1:CuCHA的制备

a)根据如WO2013/068976A,实施例2,第43页第29行至第44页第8行中所述的无模板合成方法制备CHA沸石材料(钠形式)。

b)将4,000g去离子水装入容器中。在搅拌下将590g硝酸铵溶于其中,随后在搅拌下将590g根据a)获得的沸石材料(钠形式)混合,然后用190g去离子水冲洗。将所得悬浮液加热至80℃并在该温度下保持2小时。通过过滤由悬浮液分离所得铵形式的沸石材料,并洗涤直至洗涤水中不含硝酸盐。将由此分离的沸石材料在对流烘箱中在120℃下干燥过夜。

b)将130g a)的沸石材料在空气中以2K/min的加热速率由室温加热至450℃,并在空气下在该温度下煅烧10h,获得H型沸石材料。

c)制备CuCHA

所用材料:

将700g去离子水转移至容器中,并在搅拌下加入沸石CHA,然后加入30g去离子水。将所得悬浮液加热至60℃,并在该温度下加入乙酸,然后加入一水合乙酸铜(II)。然后,加入50g水。将所得混合物在60℃的温度下保持2小时。通过加入586g冷蒸馏水快速冷却所得悬浮液。将所得悬浮液经受用真空吸滤型过滤器的过滤,并将滤饼用去离子水洗涤,直到洗涤水的电导率小于20微西门子。将由此洗涤的沸石材料在空气中在对流烘箱中在120℃下干燥过夜,随后以2K/min的加热速率加热至500℃的温度,并在该温度下煅烧5h。得到124g沸石材料CuCHA。沸石材料的元素分析(以重量%计):Si=29.3;Al=6.5;Na=0.07;Cu=3.1。

参考实施例2.2:CuY的制备

a)提供50g呈其铵形式的沸石Y(来自Zeolyst的CBV-500)。沸石Y的特征:二氧化硅:氧化铝比(SAR)=5.2;晶胞大小=24.53埃;BET比表面积=750m3/g。Na2O含量=0.2重量%。

b)将a)的沸石材料通过在空气中以2K/min的加热速率由室温加热至500℃,并在空气下在该温度下煅烧5h而转化为其H型。

c)CuY的制备

所用材料:

将250g去离子水转移至容器中,并在搅拌下加入沸石Y,然后加入30g去离子水。将所得悬浮液加热至60℃,并在该温度下加入乙酸,然后加入一水合乙酸铜(II)。然后,加入其余量的水。将所得混合物在60℃的温度下保持2小时。通过加入200g冷蒸馏水快速冷却所得悬浮液。将所得悬浮液经受用真空吸滤型过滤器的过滤,并将滤饼用去离子水洗涤,直到洗涤水的电导率小于20微西门子。将由此洗涤的沸石材料在空气中在对流烘箱中在120℃下干燥过夜,随后以2K/min的加热速率加热至500℃的温度,并在该温度下煅烧5h。得到48.6g沸石材料CuY。

沸石材料的元素分析(以重量%计):Si=27.2;Al=9.2;Na=0.11;Cu=1.7。

实施例1:由CuCHA开始制备CuAEI

所用材料:

NaOH(水溶液;50重量%):70.73g

去离子水:770.71g1,1,3,5-四甲基哌啶氢氧化物(Sachem;含水混合物,19.77重量%):

196.18gAS40(Grace;胶态二氧化硅;水溶液,40重量%):19.80g根据上述参考实施例2.1的CuCHA沸石材料:16.40g

向烧杯中填充670.71g去离子水,并在搅拌下加入NaOH溶液。然后,在搅拌下加入模板化合物(1,1,3,5-四甲基哌啶氢氧化物),随后在搅拌下加入CuCHA沸石材料。将该混合物再搅拌1h。然后,在搅拌下加入胶态二氧化硅溶液,并将所得混合物再搅拌0.5h。将所得悬浮液转移至2.5L高压釜中,并用剩余的100g去离子水冲洗所涉及的管线。然后,将高压釜密封。

在1h内,将高压釜中的混合物加热至140℃的温度,并在250rpm的搅拌下在该结晶温度下保持72h。在泄压并冷却至室温后,将所得悬浮液经受用真空吸滤型过滤器的过滤,并将滤饼用去离子水洗涤,直到洗涤水的电导率小于200微西门子。将由此洗涤的沸石材料在空气中在对流烘箱中在120℃下干燥过夜,然后以2K/min的加热速率加热至500℃的温度,并在该温度下煅烧5h。得到24.0g沸石材料,时空产率为6.15kg/m3/d。

沸石材料的元素分析(以重量%计):Si=32;Al=4.6;Na=3.4;Cu=2.0。

如参考实施例1.1中所述测得结晶度为65%。如参考实施例1.2所述测得BET比表面积为501m3/g。如参考实施例1.3所述测得C值为-62。如参考实施例1.4中所述测得的XRD图显示在图1中。如参考实施例1.5中所述测得的SEM图片显示在图2中。

82%的结晶材料为CuAEI,18%的材料为CuCHA。

实施例2:由CuY开始制备CuAEI

所用材料:

NaOH(水溶液;50重量%):70.73g

去离子水:770.71g1,1,3,5-四甲基哌啶氢氧化物(Sachem;含水混合物,19.77重量%):196.18g

AS40(Grace;胶态二氧化硅;水溶液,40重量%):19.80g根据上述参考实施例2.2的CuY沸石材料:16.40g

向烧杯中填充670.71g去离子水,并在搅拌下加入NaOH溶液。然后,在搅拌下加入模板化合物(1,1,3,5-四甲基哌啶氢氧化物),随后在搅拌下加入CuCHA沸石材料。将该混合物再搅拌1h。然后,在搅拌下加入胶态二氧化硅溶液,并将所得混合物再搅拌0.5h。将所得悬浮液转移至2.5L高压釜中,并用剩余100g的去离子水冲洗所涉及的管线。然后,将高压釜密封。在1h内,将高压釜中的混合物加热至140℃的温度,并在250rpm的搅拌下在该结晶温度下保持72h。在泄压并冷却至室温后,将所得悬浮液经受用真空吸滤型过滤器的过滤,并将滤饼用去离子水洗涤,直到洗涤水的电导率小于200微西门子。将由此洗涤的沸石材料在空气中在对流烘箱中在120℃下干燥过夜,随后以2K/min的加热速率加热至500℃的温度,并在该温度下煅烧5h。得到28.1g沸石材料,时空产率为7.21kg/m3/d。

沸石材料的元素分析(以重量%计):Si=35;Al=4.2;Na=1.4;Cu=0.71。

如参考实施例1.1中所述测得结晶度为94%。如参考实施例1.2所述测得BET比表面积为583m3/g。如参考实施例1.3中所述测得C值为-52。如参考实施例1.4中所述测得的XRD图显示在图3中。

85%的结晶材料由CuAEI组成,15%的材料由CuY组成。

实施例3:具有AEI骨架类型的包含金属M(Cu)的沸石材料在选择性催化还原氮氧化物中的用途

通过由实施例1(粉末)和实施例2(粉末)获得的沸石材料,通过将相应材料与经研磨的氧化铝浆料(TM100/150)混合(沸石材料:氧化铝的重量比=70:30)来制备模制品。在搅拌下,将模制品干燥并在550℃下煅烧1h。然后将模制品压碎并筛分至250-500微米的粒度。对于随后的测试,使用相应老化材料。对于老化,使经压碎和筛分的颗粒在650℃下经受包含10重量%水的空气50h,任选随后在800℃下经受包含10重量%水的空气16h。使这些压碎和老化的材料经受选择性催化还原测试。为此,将相应老化样品(各自170mg)用1mL具有与样品相同粒度的刚玉稀释。将给定的样品在80,000h-1的气时空速下在200℃和575℃进料料流温度下暴露于进料料流(500ppm NO,500ppm NH3,5%H2O,10%O2,余量为N2)中。所得结果显示于图4和5中。在图4和5中,还显示了参考材料的测试结果。

参考材料是具有CHA骨架类型的沸石材料,其如WO 2013/182974A1的实施例1在第47页第1-18行中所述制备。将该材料作为本发明材料成型、压碎、老化并测试。

具体实施方式

图1:显示根据实施例1的含Cu沸石材料的XRD图。

图2:显示根据实施例1的含Cu沸石材料的SEM图片。

图3:显示根据实施例2的含Cu沸石材料的XRD图。

图4:显示根据实施例3的测试结果,特别是在650℃下老化的相应材料的结果(模拟重型柴油机应用)。x轴表示在200°N的转化温度下的相应材料的NOx转化率,y轴表示在200℃的转化温度下相应材料的NOx转化率。空三角形符号表示参考材料(无模板的CHA沸石),黑色正方形表示实施例1的沸石材料,黑色圆圈表示实施例2的沸石材料。

图5:显示根据实施例3的测试结果,特别是在800℃下老化的相应材料的结果(模拟轻型柴油机应用)。x轴表示在200°N的转化温度下的相应材料的NOx转化率,y轴表示在200℃的转化温度下相应材料的NOx转化率。空三角形符号表示参考材料(无模板的CHA沸石),黑色正方形表示实施例1的沸石材料,黑色圆圈表示实施例2的沸石材料。

引用文献

-WO 2013/068976 A

-Madsen,I.C.,Scarlett,N.V.Y.(2008)“Quantitative phase analysis”,在Dinnebier,R.E.,Billinge S.J.L.(编辑)“Powder diffraction:theory and practice”,The Royal Society of Chemistry,Cambridge,第298-331页中。

-WO 2013/182974 A

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