烃吸附和解吸复合物及其制备方法技术

公开了一种包括带有受控的阳离子类型的沸石的烃吸附和解吸复合物及其制备方法。通过控制金属离子和金属氧化物的分布，即使在比催化剂活化温度低的温度下，该烃吸附和解吸复合物也表现出优异的烃吸附和氧化性能，并且通过凭借水热处理来制备，即使在水存在下，该烃吸附和解吸复合物也表现出优异的烃吸附和氧化性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
烃吸附和解吸复合物及其制备方法


[0001]本公开涉及包括沸石的烃吸附和解吸复合物，并且更特别地，涉及通过控制沸石结构中阳离子的类型来有效地分散在沸石上形成的金属离子和金属氧化物的烃吸附和解吸复合物及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着对空气污染的日益关注，关于从汽油车辆和柴油车辆排放的诸如一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、烃(HC)或颗粒物(PM)等的废气的法规在美国、欧洲等地正在收紧。特别地，从1992年的欧1到2020年的欧6，与1992年相比，烃(HC)排放量至少应减少多达80％。在从汽油车辆排放HC的情况下，在运行期间排放的烃的50％至80％在三元催化剂(TWC，作用于HC氧化)不活跃的冷启动时段中被排放。为了减少在冷启动时段期间排放的烃，对烃吸附剂(HC捕集器)的研究在进行中。HC捕集器为用于吸附在冷启动时段中排放的烃并且在三元催化剂达到活化温度(约200℃至300℃)时解吸已经吸附的烃的装置。
[0003]正在开展对作为HC捕集器的带有高物理和化学稳定性的沸石的使用的大量研究。通过测量丙烯和甲苯的吸附和解吸来试验HC捕集器的性能，而丙烯和甲苯为汽油车辆的代表性烃排放物。已基于沸石结构、Si/Al比以及是否存在金属浸渍对HC捕集器的性能开展研究。沸石的Al含量越高(即Si/Al值越小)，则吸附到沸石的烃越多。此外，在各种沸石结构之中，ZSM
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5)沸石和β结构沸石示出了高性能。然而，仅由沸石制成的HC捕集器在300℃或更低的温度下具有低的烃吸附和氧化能力，这可能引起直到三元催化剂达到活化温度为止在冷启动时段中生成的烃的不充分处理以及此外当大量水(约10mol％)存在时HC捕集器的性能恶化的问题。
[0004]为了解决上述问题，需要开发一种在比三元催化剂的活化温度低的温度下吸附并氧化烃并且即使在大量水存在下也表现出优异的烃吸附和氧化能力的吸附剂。
[0005]在第2012
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512022号(日期：2012年5月31日)日本未审查专利申请公告中公开了相关技术的示例。

技术实现思路

[0006]技术问题
[0007]本公开的目的为提供一种烃吸附和解吸复合物及其制备方法，该烃吸附和解吸复合物的烃吸附和氧化性能通过凭借控制金属离子和金属氧化物的分布来控制，而金属离子和金属氧化物的分布通过对沸石的阳离子类型的控制来控制。
[0008]技术方案
[0009]根据本公开的一方面，提供了一种烃吸附和解吸复合物，该烃吸附和解吸复合物包括：
[0010]含有氢阳离子的沸石颗粒；
[0011]与沸石颗粒化学结合的金属离子；和
[0012]在沸石颗粒的表面上提供的金属氧化物，
[0013]其中，沸石颗粒中的钠与铝的摩尔比(Na/Al)为0.2或更小，并且
[0014]金属氧化物的平均直径为1nm至10nm。
[0015]根据本公开的另一方面，提供了一种烃吸附和解吸复合物的制备方法，包括：
[0016]通过使用离子交换方法来制备含有氢阳离子的沸石颗粒；和
[0017]通过将含有氢阳离子的沸石颗粒与含有金属离子的溶液混合来形成金属离子和金属氧化物，
[0018]其中，在制备含有氢阳离子的沸石颗粒中，沸石颗粒的钠与铝的摩尔比(Na/Al)为0.2或更小，并且
[0019]金属氧化物形成为使得沸石颗粒上的金属氧化物的平均直径为1nm至10nm。
[0020]有益效果
[0021]根据本公开的烃吸附和解吸复合物可控制金属离子和金属氧化物的分布，从而使得即使在比催化剂活化温度低的温度下也可表现出优异的烃吸附能力和氧化性能。
[0022]此外，根据本公开的烃吸附和解吸复合物可增加水热稳定性，从而使得即使在经历在水存在下施加高温的水热处理过程之后也可表现出优异的烃吸附和解吸性能。
[0023]附图简述
[0024]图1示出了用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)捕获的根据本公开的实施方案的烃吸附和解吸复合物的图像。
[0025]图2是示出根据本公开的实施方案的烃吸附和解吸复合物的物理化学性质的曲线图：(a)和(b)X
‑
射线衍射曲线图，(c)和(d)SEM/EDX映射图像，(e)和(f)氮吸附等温曲线图，以及(g)和(h)
29
Si MAS NMR曲线图。
[0026]图3示出了根据本公开的实施方案的烃吸附和解吸复合物的扫描电子显微镜(SEM)图像和SEM/EDX映射图像：(a)扫描电子显微镜图像，(b)硅的SEM/EDX映射图像，(c)铝的SEM/EDX映射图像，(d)铜物种的SEM/EDX映射图像；(a1)至(d1)NaZ的图像，(a2)至(d2)HZ的图像，(a3)至(d3)比较例1的烃吸附和解吸复合物(CuNaZ)的图像，以及(a4)至(d4)实施例1的烃吸附和解吸复合物(CuHZ)的图像。
[0027]图4示出了根据本公开的另一实施方案的烃吸附和解吸复合物的扫描电子显微镜(SEM)图像和SEM/EDX映射图像：(a)扫描电子显微镜图像，(b)硅的SEM/EDX映射图像，(c)铝的SEM/EDX映射图像，(d)铜物种的SEM/EDX映射图像；(a1)至(d1)NaZ_HT的图像，(a2)至(d2)HZ_HT的图像，(a3)至(d3)比较例2的烃吸附和解吸复合物(CuNaZ_HT)的图像，以及(a4)至(d4)实施例2的烃吸附和解吸复合物(CuHZ_HT)的图像。
[0028]图5是根据比较例的HC捕集器的X射线衍射曲线图。
[0029]图6示出了根据比较例的HC捕集器的氮吸附等温曲线图：(a)CuO/NaZ和CuO/NaZ_HT的曲线图以及(b)CuO/HZ和CuO/HZ_HT的曲线图。
[0030]图7示出了根据本公开的实施方案的烃吸附和解吸复合物的冷启动试验(CST)结果的曲线图：(a1)至(c1)含有钠阳离子的沸石的模拟废气的烃的CST结果，(a2)至(c2)含有氢阳离子的沸石的模拟废气的烃的CST结果，(a3)从(a1)和(a2)的CST结果获得的丙烯的吸附量，(b3)从(b1)和(b2)的CST结果获得的甲苯的吸附量，以及(c3)从(c1)和(c2)的CST结果获得的300℃之前的HC捕集器的总烃处理效率。
[0031]图8示出了根据本公开的实施方案的烃吸附和解吸复合物的冷启动试验(CST)结果的曲线图：(a)NaZ的曲线图，(b)HZ的曲线图，(c)比较例1的烃吸附和解吸复合物(CuHZ)的曲线图，以及(d)实施例1的烃吸附和解吸复合物(CuHZ)的曲线图；(a1)至(d1)在无水蒸气的干燥条件下的曲线图，并且(a2)至(d2)在加水蒸气的湿润条件下的曲线图。
[0032]图9示出了根据本公开的实施方案的烃吸附和解吸复合物的冷启动试验(CST)结果的曲线图：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.烃吸附和解吸复合物，包括：含有氢阳离子的沸石颗粒；与所述沸石颗粒化学结合的金属离子；和在所述沸石颗粒的表面上提供的金属氧化物，其中，在所述沸石颗粒中钠与铝的摩尔比为0.2或更小，并且所述金属氧化物的平均直径为1nm至10nm。2.根据权利要求1所述的烃吸附和解吸复合物，其中，所述沸石颗粒为ZSM
‑
5系颗粒。3.根据权利要求1所述的烃吸附和解吸复合物，其中，所述烃吸附和解吸复合物满足下面的式1：其中，Q
In
表示注入到所述烃吸附和解吸复合物中的烃的量，Q
Out
表示通过所述烃吸附和解吸复合物释放的烃的量，并且A为30或更大的数，并且表示烃处理效率。4.根据权利要求1所述的烃吸附和解吸复合物，其中，所述烃吸附和解吸复合物在300℃或更低的温度下表现出烃的吸附，并且所述烃吸附和解吸复合物在180℃或更高的温度下表现出氧化。5.根据权利要求1所述的烃吸附和解吸复合物，其中，所述金属离子为第3族至第12族的元素中的任何一种或多种金属的阳离子，并且所述金属氧化物为第3族至第12族的元素中的任何一种或多种金属的氧化物。6.根据权利要求5所述的烃吸附和解吸复合物，其中，所述金属离子包括铁、钴、镍、铜、锌、铑和镉中的任何一种或多种金属的阳离子，并且所述金属氧化物为铁、钴、镍、铜、锌、铑和镉中的任何一种或多种金属的氧化物。7.根据权利要求3所述的烃吸附和解吸复合物，其中，所述烃吸附和解吸复合物在600℃至900℃下使用5mol％至15mol％的水蒸气经历水热处理1小时至36小时，并且对于经水热处理的所述烃吸附和解吸复合物，式1中的A为5或更大的数。8.根据权利要求1所述的烃吸附和解吸复合物，其中，所述烃吸附和解吸复合物的尺寸为50nm至5000nm。9.根据权利要求1所述的烃吸附和解吸复合物，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔正珪，李宽荣，金鎭性，张恩熙，
申请(专利权)人：高丽大学校算学协力团，
类型：发明
国别省市：