JP2000254493A - 触媒担体用シリカ修飾チタニアの製造方法 - Google Patents

触媒担体用シリカ修飾チタニアの製造方法

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JP2000254493A
JP2000254493A JP11065137A JP6513799A JP2000254493A JP 2000254493 A JP2000254493 A JP 2000254493A JP 11065137 A JP11065137 A JP 11065137A JP 6513799 A JP6513799 A JP 6513799A JP 2000254493 A JP2000254493 A JP 2000254493A
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titania
catalyst carrier
silica
alkoxide
solvent
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Masashi Inoue
正志 井上
Koji Kagawa
公司 香川
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Kansai Electric Power Co Inc
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Kansai Electric Power Co Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 600℃以上の高温で焼成した後でも高表面
積を維持し、耐熱性に優れた、アンモニア脱硝触媒の担
体として有用な、触媒担体用シリカ修飾チタニアを提供
する。 【解決手段】 チタンアルコキシドとケイ素アルコキシ
ドとを含有する混合物を、アルコール溶媒中で反応させ
得られた反応生成物を焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は触媒担体、特に脱硝
触媒などの触媒担体として有用な、シリカ修飾チタニア
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ボイラー、ガスタービンなどの窒素酸化
物を含む燃焼排気ガスから窒素酸化物を窒素として除去
する方法として、燃焼排気ガスにアンモニアを添加して
触媒上を流通させるアンモニア接触還元式排煙脱硝方法
が知られている。このアンモニア接触還元式排煙脱硝方
法では、アンモニア脱硝触媒として、バナジウム、タン
グステン、鉄、銅などの遷移金属をチタニア担体に担持
させた触媒が最も活性が高いものとして広く使用されて
いる。
【0003】また、これらのアンモニア脱硝触媒は25
0℃から500℃の排気ガス温度で使用されている。し
かしながら、これらの従来の技術については、触媒の耐
久性を考慮した場合、600℃以上、例えば800℃の
高温で焼成した後においても、触媒担体が高い表面積を
維持することが重要な課題になっている。それと言うの
も、一般にアンモニア脱硝触媒担体としては、チタニア
が広く用いられているが、チタニアは、約600℃まで
で焼成すると約50m2 /g以上の高表面積(BET)
を持つアナタース型として存在しているものの、約60
0℃以上で焼成すると、アナタース型からルチル型へと
相転移して急激にシンタリングし、表面積は約10m2
/g以下となる。
【0004】このために、これまでにも、触媒担体の耐
熱性を向上させるための研究が広く行われてきており、
種々の改良方法が提案されてもいる。例えば、特開平8
−257399号公報には、チタニアにシリカを添加し
て耐熱性を改良する方法が提案されている。しかしなが
ら、この提案された方法で得られるチタニアを含めて、
従来技術で得られる改良チタニアでは、例えば600℃
の焼成では約150m2 /gの高表面積が得られている
が、700℃で焼成すると約80m2 /gまで表面積が
低下し、触媒の耐久性を考慮すると耐熱性が依然として
不十分であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、一
般に触媒活性は触媒活性金属の分散性に依存し、触媒活
性金属の分散性は担体表面積に依存すると考えられてい
ることから、以上のとおりの従来技術の問題点を解消
し、アンモニア脱硝触媒の性能を向上させるために、よ
り大きな表面積を有し、耐熱性に優れた新しい触媒担体
を提供することを課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記のとおり
の課題を解決するものとして、まず第1には、チタンア
ルコキシドとケイ素アルコキシドとを含有する混合物を
アルコール溶媒中で反応させ、得られた反応生成物を焼
成することを特徴とする触媒担体用シリカ修飾チタニア
の製造方法を提供する。
【0007】また、本発明は、前記製造方法に関して、
第2には、アルコール溶媒は多価アルコールである方法
を、第3には、多価アルコールは1,4−ブタンジオー
ルである方法を、第4には、チタンアルコキシドとケイ
素アルコキシドとを含有する混合物のTi/Si原子比
を5から50とする方法、第5には、反応温度を200
℃から350℃とする方法を、第6には、焼成温度を5
00℃から1300℃とする方法をも提供する。
【0008】さらに本発明は、第7には、800℃以上
の高温雰囲気下においてBET表面積が90m2 /g以
上であって、シリカとともにチタニアを含有する触媒担
体用シリカ修飾チタニアを提供する。そして、第8に
は、チタニアがアナタース型として存在する前記チタニ
アを、第9には、前記第1から第6のいずれかの方法に
より得られたチタニアをも提供する。
【0009】すなわち、以上のとおりの本発明は、本発
明者らが触媒担体用シリカ修飾チタニアの製造方法につ
いて鋭意研究した結果、特定のチタン源とシリカ源との
混合物を特定の有機溶媒中で反応させ、得られた反応生
成物を焼成させることにより、800℃以上の高温雰囲
気下でも高表面積を維持する耐熱性のあるシリカ修飾チ
タニアが得られることを見い出し、この知見に基づいて
完成されたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明は、以上のとおりの特徴を
もつものであるが、以下に、発明の実施の形態について
説明する。本発明に用いるチタンアルコキシド、そして
ケイ素アルコキシドは、一般式としてTi(OR1
(OR2 )(OR3 )(OR4 )、Si(OR1 )(O
2)(OR3 )(OR4 )として表わされ、R1 、R
2 、R3 およびR4 が、各々、同一もしくは別異の炭化
水素基を示すものであってもよい。炭化水素基は、前記
同様のアルキル基をはじめ、シクロアルキル基、アリー
ル基等であってよい。なかでも、炭化水素基としてはア
ルキル基であることが適当であり、このアルキル基の炭
素数は6以下であることが好ましい。具体的には、チタ
ンアルコキシドとしては、例えばチタンイソプロキシ
ド、チタンエトキシド、チタン・n−ブトキシド等が挙
げられる。特に、チタンイソプロポキシドが好ましい。
【0011】ケイ素アルコキシド(オルトケイ酸エステ
ル)としては、具体的には、オルトケイ酸メチルおよび
オルトケイ酸エチル等が挙げられる。特に、オルトケイ
酸エチルが好ましい。チタンアルコキシドとケイ素アル
コキシドとは、両者の混合物中におけるTi/Si原子
比(重量)で5から50の範囲となるように混合するの
が好ましく、特に10から15の範囲が好ましい。Ti
/Si原子比が5未満の場合は粒子表面に存在するSi
の割合が大きくなり、またこの原子比が50を超える場
合にはSi修飾量が少なく表面積が大幅に低下するため
好ましくない。
【0012】本発明では反応溶媒として、ジオール、ト
リオール、さらにはポリオール等の各種の多価アルコー
ルが用いられる。具体的には、例えばエチレングリコー
ル、1,3−プロパンジオール、トルエンジオール、キ
シレンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペ
ンタジオール、1,6−ヘキサンジオール、グリセリ
ン、β−メチルナフタレンジオールなどが用いられる。
特に、1,4−ブタンジオールの使用が好ましい。これ
らの溶媒は2種以上混合して用いてもよい。溶媒の使用
量は用いるアルコキシド全重量の1から100倍の範囲
で選ぶことができ、特に、5から30倍の範囲とするこ
とが好ましい。本発明においては、溶媒としてのアルコ
ールの使用は欠かせない要件であるが、1価のノルマル
アルコールを用いる場合は、生成物の収量が理論収量に
比べて少なくなるため好ましくない。また、水溶媒を用
いる場合は、アルコキシドの加水分解が起こるため、所
要の特性を有する触媒担体用シリカ修飾チタニアは得ら
れない。アルコール溶媒の使用量が過小な場合は、生成
物が不均一になり同様に好ましくなく、また過大の場合
は、溶媒の処理の問題が生じ好ましくない。
【0013】本発明シリカ修飾チタニアの製造方法の手
順について説明すると、まず、所定の割合でチタンアル
コキシドとケイ素アルコキシドを溶媒中で混合する。そ
の際に、チタンアルコキシドは、必ずしも溶媒中に溶解
する必要はなく、懸濁した状態のまま反応に供して差し
支えない。次いで混合物をオートクレーブなどの密閉容
器に入れ、沸点以上の温度で加熱するのが望ましい。こ
の際、溶媒の酸化を防止するために、密閉容器内を窒素
等の不活性ガスにて置換することが好ましい。また、加
熱処理は攪拌してもよいし、無攪拌でもよい。
【0014】反応の条件として、温度は200℃から3
50℃、特に、250℃から300℃が好ましい。反応
時間は加熱温度に依存するが、1時間から10時間が好
ましい。反応温度が200℃未満であると、チタンアル
コキシドの溶媒中で液相熱分解が起こり難いという欠点
がある。一方、反応温度が350℃を超えると、用いる
溶媒の分解が起こり、反応圧力が上昇するという問題が
生じることになる。
【0015】反応生成物はデカンテーションあるいは濾
過によって集め、必要に応じてアンモニア水等を添加し
て生成した粒子を凝集させる。生成物は必要に応じてア
ルコールなど有機溶媒で洗浄する。得られる生成物は無
色に近いゲル状のものである。得られた反応生成物は、
次いで空気中ないしは含酸素雰囲気中で500℃から1
300℃、好ましくは600℃から800℃の範囲で焼
成することにより、本発明のシリカ修飾チタニアを製造
することができる。焼成温度が500℃未満であると、
反応に用いた溶媒中の有機基が焼成物中に残存する不都
合がある。焼成温度が1300℃を超えると、ルチル型
が生成し、焼成物の表面積が低下する。尚、焼成に先立
ち、反応生成物を室温で風乾した後、空気中ないしは含
酸素雰囲気中で200℃から400℃の温度で乾燥して
もよい。
【0016】以上のようにして得られたシリカ修飾チタ
ニア、600℃以上の温度で焼成後も高表面積を維持
し、例えば800℃で焼成した後でも、90m2 /g以
上、さらには140m2 /g以上のBET表面積を維持
している。このことから、本発明の方法で得られるシリ
カ修飾チタニアは、結晶粒子系が小さく、高温でも微粒
子の状態にあるものと考えることができる。
【0017】本発明のシリカ修飾チタニア担体に担持可
能な活性金属としては、Pt、Pd、Rtなどの貴金
属、Fe、Co、Ni、Cu、Cr、Mn、V、Mo、
W、Agなどの遷移金属、あるいはこれらの酸化物、硫
化物、炭化物などを例示することができ、これらの2種
以上を混合して担持することもできる。本発明の担体を
用いた触媒は、250℃から600℃で行われる反応に
有効である。反応の種類は特に限定されず、例えば、ボ
イラー、発電用ガスタービンなどの脱硝触媒反応に用い
られる。
【0018】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例のみに限定されるのではな
い。 (実施例−1)チタンイソプロポキシド25.0g(8
8.1mmol)とオルトケイ酸エチル1.8g(8.
8mmol)との混合物(Ti/Si原子比=10)
を、1,4−ブタンジオール100mlに懸濁し、これ
を300mlのオートクレーブ中に入れた。オートクレ
ーブ中を窒素にて置換後、300℃に昇温して2時間の
加熱処理を行った。反応終了後、生成物を遠心分離によ
って集め、メタノールで洗浄してから風乾した。この生
成物を空気中、2.3℃/分の昇温速度で300℃まで
昇温し、300℃で2時間保持した後、表1に示す所定
温度まで2.3℃/分の昇温速度で昇温し、30分間焼
成して、試料Aを調製した。 (実施例−2)チタンイソプロポキシド24.3g(8
5.6mmol)とオルトケイ酸エチル0.7g(3.
5mmol)との混合物(Ti/Si原子比=25)を
用いた以外は、実施例−1と同様にして試料Bを得た。 (比較例−1)オルトケイ酸エチルを加えずに、アルミ
ニウムイソプロポキシド24.3g(85.6mmo
l)(Ti/Si原子比=∞)のみを用いた以外は、実
施例−1と同様にして試料Cを得た。
【0019】以上の各実施例および比較例で得られた試
料の主要物性値を表1に示す。表1において、表面積は
流通法吸着装置を用いて測定し、試料を200℃で乾燥
後、液体窒素温度、相対圧力0.3の条件で測定した窒
素吸着量からBET1点法より算出した。また、X線回
折パターンはCu−Kα線で測定した。
【0020】
【表1】
【0021】実施例および比較例から明らかなように、
本発明による製造方法によって得られるシリカ修飾チタ
ニア、すなわち、チタンアルコキシドとケイ素アルコキ
シドとを混合し、この混合物を多価アルコール溶媒中で
反応させ、得られた反応生成物を焼成することで調製し
た触媒担体用シリカ修飾チタニアは、温度600℃以上
で、特に、800℃で焼成した後でも高表面積を維持
し、耐熱性に優れていることがわかる。これは、本発明
によって得られるシリカ修飾チタニアは、高温雰囲気下
で焼成した後でも、アナタース型の微粒子で存在するこ
とにより、高表面積を維持するためと考えられる。
【0022】
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、本発明によ
って得られるシリカ修飾チタニアは、600℃以上の高
温で焼成した後でも高表面積を維持するという優れた耐
熱性を有し、触媒活性の向上を目指したアンモニア脱硝
触媒担体への適用が可能となる。
フロントページの続き Fターム(参考) 4D048 AA06 AB02 AC04 BA06X BA07X BA23X BA25X BA26X BA27X BA28X BA30X BA31X BA32X BA33X BA34X BA35X BA36X BA37X BA38X BA42X BB01 4G069 AA01 AA03 AA08 AA09 BA02A BA02B BA04A BA04B BB04A BB04B BC31B BC32B BC54B BC58B BC59B BC60B BC62B BC66B BC67B BC68B BC70B BC71B BC72B BC75B BD02A BD02B CA02 CA03 CA08 CA13 DA05 EA01X EA01Y EC02Y EC03Y FB09 FC02 FC07 FC08 FC10

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタンアルコキシドとケイ素アルコキシ
    ドとを含有する混合物をアルコール溶媒中で反応させ、
    得られた反応生成物を焼成することを特徴とする触媒担
    体用シリカ修飾チタニアの製造方法。
  2. 【請求項2】 アルコール溶媒は多価アルコールである
    ことを特徴とする請求項1記載の触媒担体用シリカ修飾
    チタニアの製造方法。
  3. 【請求項3】 多価アルコールは1,4−ブタンジオー
    ルであることを特徴とする請求項2記載の触媒担体用シ
    リカ修飾チタニアの製造方法。
  4. 【請求項4】 チタンアルコキシドとケイ素アルコキシ
    ドとを含有する混合物のTi/Si原子比を5から50
    とする請求項1の方法。
  5. 【請求項5】 反応温度を200℃から350℃とする
    請求項1または4の方法。
  6. 【請求項6】 焼成温度を500℃から1300℃とす
    る請求項1ないし5のいずれかの方法。
  7. 【請求項7】 800℃以上の高温雰囲気下においてB
    ET表面積が90m 2 /g以上であって、シリカととも
    にチタニアを含有する触媒担体用シリカ修飾チタニア。
  8. 【請求項8】 チタニアがアナタース型として存在する
    請求項7のチタニア。
  9. 【請求項9】 チタンアルコキシドとケイ素アルコキシ
    ドとの反応生成物を焼成することにより得られた請求項
    7または8のチタニア。
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