JP2009090239A - NOx還元触媒、その製造方法、並びにその触媒の使用方法 - Google Patents
NOx還元触媒、その製造方法、並びにその触媒の使用方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009090239A JP2009090239A JP2007264565A JP2007264565A JP2009090239A JP 2009090239 A JP2009090239 A JP 2009090239A JP 2007264565 A JP2007264565 A JP 2007264565A JP 2007264565 A JP2007264565 A JP 2007264565A JP 2009090239 A JP2009090239 A JP 2009090239A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- mesoporous
- nox reduction
- reduction catalyst
- nox
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 146
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title claims abstract description 52
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 37
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- -1 silane compound Chemical class 0.000 claims description 18
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 16
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- JCVQKRGIASEUKR-UHFFFAOYSA-N triethoxy(phenyl)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)C1=CC=CC=C1 JCVQKRGIASEUKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 8
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 21
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 15
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 abstract description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract 1
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 73
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 33
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 16
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 16
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 14
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003426 co-catalyst Substances 0.000 description 6
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 6
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- NBXZNTLFQLUFES-UHFFFAOYSA-N triethoxy(propyl)silane Chemical compound CCC[Si](OCC)(OCC)OCC NBXZNTLFQLUFES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- 238000003916 acid precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Landscapes
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Abstract
【課題】高濃度の酸素が存在する条件下でも排ガスを浄化すること、特にNOxを高効率で窒素ガスに還元する。また、排ガスを浄化する浄化方法を提供する。
【解決手段】担体に無機のメソポーラス体を用い、その表面を有機の助触媒で修飾することにより、炭化水素やCOを還元剤としてNOxを窒素ガスに選択的に還元できる。又、NOx還元触媒、その製造方法、その使用方法を開示する。
【効果】この触媒を使用することにより、酸素を含む排ガスを高効率で浄化することが可能である。また、発電所やボイラー、自動車などの排ガスにNOx除去装置に適用できる。
【選択図】図1
【解決手段】担体に無機のメソポーラス体を用い、その表面を有機の助触媒で修飾することにより、炭化水素やCOを還元剤としてNOxを窒素ガスに選択的に還元できる。又、NOx還元触媒、その製造方法、その使用方法を開示する。
【効果】この触媒を使用することにより、酸素を含む排ガスを高効率で浄化することが可能である。また、発電所やボイラー、自動車などの排ガスにNOx除去装置に適用できる。
【選択図】図1
Description
本発明は、排ガス中の窒素酸化物(NOx)を還元除去するためのNOx還元触媒、その製造方法、並びにその触媒の使用方法に関し、特に金属クラスターから構成される触媒で効率よくNOxを無害化する触媒、その製造方法、その触媒に使用方法に関する。
窒素酸化物(NOx)は酸性雨の原因となる環境破壊物質の一つである。NOxは、発電所やボイラー、自動車などの排ガスに含まれている。ボイラーに関しては、アンモニアを還元剤に用いた触媒による脱硝技術が広く適用されている。しかし、排ガス中にはアンモニアは含まれず、排ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)による還元技術が求められている。
自動車に関しては、燃費向上のため酸素(O2)に対し供給する燃料の少ない条件での希薄燃焼で運転される車が増加してきている。希薄燃焼条件では、エンジンからの排ガスは酸素を多く含み、空燃比をストイキ領域に維持するのが困難であるため、従来のガソリンエンジン用の三元触媒では排ガス中の炭化水素(HC)及びCOは除去できるが、NOxを除去できないという問題がある。このため、白金やイリジウムなどの貴金属触媒をメソポーラス体に担持し、還元剤としてエチレンやアンモニアを用い、酸素共存下でNOxを除去する触媒が開発されている。これらは、例えば、特許文献1,2,及び3に開示されている。
高濃度のO2存在下では、COやHCが触媒上で酸化されて消費され、NOx還元に使用される還元剤がなくなる。
本発明の目的は、上記課題を解決し、高濃度の酸素が存在する条件下でも排ガスを浄化すること、特にNOxを高効率で窒素ガス(N2)に還元することができる脱硝触媒、その製造方法及びその触媒の使用方法を提供することである。
本発明は、有機の助触媒により修飾された無機化合物のメソポーラス体担体の表面に、触媒金属クラスターを担持したことを特徴とするNOx還元触媒を提供するものである。
又、無機化合物のメソポーラス体表面を有機の助触媒で修飾し、修飾されたメソポーラス体担体に触媒金属クラスターを担持させることを特徴とするNOx還元触媒の製造方法を提供するものである。
更に、有機の助触媒で修飾したメソポーラス体担体の表面に、触媒金属クラスターを担持した触媒を、還元剤の存在下においてNOx含有ガスと接触させてNOxをN2に還元することを特徴とするNOx還元触媒の使用方法を提供するものである。
本発明によれば、メソポーラス体担体の表面を助触媒で修飾することにより、触媒金属クラスターを担持した触媒のNOの選択的還元によるN2生成率を増加することができる。また、本発明によれば、高価な貴金属触媒を使用しなくとも、十分な脱硝能力を有する触媒を提供することも可能である。これらの触媒は、発電所やボイラー、自動車などの排ガス処理に適用することができる。
本発明でのメソポーラス体とは、IUPAC(国際純正及び応用化学連合)の定義に基づき、細孔直径が2〜50nmで比表面積が400〜1100m2/gの多孔性材料を言う。また、本発明では、触媒作用を促進、または、抑制する効果のある物質を助触媒と言い、メソポーラス体担体と化学的に結合しうる有機化合物例えばシラン化合物がそれに該当する。
本発明において、NOx還元触媒は、助触媒により修飾されたメソポーラス体担体の表面に、金属クラスターを担持したことを特徴とする。前記助触媒としてはシラン化合物が好ましい。また、前記メソポーラス体の少なくとも外表面は、前記助触媒により修飾されていることが必要で、更には担体の内表面あるいは内外表面を修飾してもよい。
前記触媒金属クラスターは、遷移金属又は貴金属元素例えばCo,Ni,Cu,Fe,Pt,Pd,Auなどがあるが、特にコバルトが触媒性能及びコストの面で好ましい。前記触媒金属は金属換算で担体の5〜15wt%担持されていることが好ましい。
前記シラン化合物としては、各種シラン化合物があるが、疎水性を示すシラン化合物特にフェニルトリエトキシシランであることが好ましい。なお、シラン化合物の具体例については後述する。
前記メソポーラス体担体は無機化合物、特に無機酸化物が適し、メソポーラスシリカ、メソポーラスアルミナ、メソポーラスチタン、及びそれらの混合物の何れかであることが好ましい。特に、メソポーラスシリカはシラン化合物との親和性が良いため、好ましい材料である。
本発明は、メソポーラス体担体の表面を有機の助触媒で修飾し、触媒金属クラスターを担持することを特徴とするNOx還元触媒の製造方法を提供するものである。上記メソポーラス体担体、助触媒、クラスターの意味は前述したとおりである。
さらに本発明は、助触媒で修飾したメソポーラス体表面に、触媒金属クラスターを担持した触媒を還元剤の存在下においてNOx含有ガスと接触させてNOxをN2に還元することを特徴とするNOx還元触媒の使用方法を提供する。
排ガス中のNOは、酸素存在下では下記反応によりNO2に酸化される。
NO+1/2O2→NO2
しかし、COやHCなどの還元剤が存在すると下記反応によりNOは窒素(N2)や亜酸化窒素(N2O)に還元される。ここでは、HCとしてプロピレン(C3H6)の例を示した。
しかし、COやHCなどの還元剤が存在すると下記反応によりNOは窒素(N2)や亜酸化窒素(N2O)に還元される。ここでは、HCとしてプロピレン(C3H6)の例を示した。
2NO+2CO→N2+2CO2
10NO+C3H6→4N2+N2O+3CO2+3H2O
酸素と還元剤が共存すると、発熱反応である酸化反応が吸熱反応である還元反応より優先的に起こる。これを、触媒により酸化反応を抑制し、還元反応を促進させることができる。このように還元反応を選択的に促進させるため、上記還元反応はNOxの選択的還元反応と呼ばれている。
10NO+C3H6→4N2+N2O+3CO2+3H2O
酸素と還元剤が共存すると、発熱反応である酸化反応が吸熱反応である還元反応より優先的に起こる。これを、触媒により酸化反応を抑制し、還元反応を促進させることができる。このように還元反応を選択的に促進させるため、上記還元反応はNOxの選択的還元反応と呼ばれている。
本発明者らは、NOx除去に及ぼすメソポーラス体担体の有機化合物による修飾効果の検討を進めてきた。その結果、本発明者は、メソポーラス体担体に疎水性の助触媒を修飾することにより、NOxの選択的還元反応を促進することができることを見出した。
本発明の他の観点によれば、メソポーラス体担体に金属クラスターを担持して高効率でNOxを無害化するNOx還元触媒である。例えば、遷移金属の1つであるコバルトまたはその化合物を修飾したメソポーラス体担体にコバルトのクラスターの状態で担持させることにより、目的の触媒を得ることができる。
ここで、触媒金属クラスターとは、金属原子を数個から数十個含む化合物を示す。本発明に使用される触媒は、粒子径の小さいCo4(CO)12などの金属クラスターを使用することが望ましい。Co4(CO)12クラスターの1粒子の構造を模式的に、図2に示す。ここで、金属クラスター微粒子は、分散性が高く、粒子径が約1nm以下の大きさの粒子である。通常の金属粒子は凝集して電子顕微鏡などで観察可能であるが、このような大きさの粒子は観察困難であるため通常の金属粒子とは区別が可能である。本発明の触媒を使用することにより、酸素を高濃度で含む排ガスでも高効率でNOxを浄化することが可能である。
上述の通り、本発明は、具体的には触媒金属クラスターをメソポーラス体に担持した触媒であって、触媒金属クラスターを担持する前に、メソポーラス体担体の表面を、助触媒で修飾することを特徴とする。ここで修飾とは一種の化学結合であって、助触媒の末端基がメソポーラス体担体の表面に結合するものである。
助触媒としてシラン化合物(Si−XやSi−ORなど、XはハロゲンでRは炭化水素)やアルコキシド(M−OR,Mは金属)を用いる。これら化合物を用いると、Si−ORやM−O−RのOR基と、あるいは、Si−XのX基と、メソポーラス体表面のOH基とが反応して助触媒が安定に保持される。
助触媒がメソポーラス体に保持されることは、固体核磁気共鳴や赤外線吸収などの分析で確認できる。助触媒はメソポーラス体の外表面、または、内外表面を修飾することができる。メソポーラス体として、メソポーラスシリカ、メソポーラスアルミナ、メソポーラスチタン、あるいはそれらの混合体のいずれかを使用できる。
金属クラスターとして、特定の原子数からなるコバルトクラスタを使用することが望ましい。クラスターを使用すると、金属原子例えばコバルトの凝集が抑制でき、活性な表面が多く存在していると考えられる。
コバルト以外の活性成分としてはNi,Cu,Fe、Pt,Pd,Auの少なくともいずれかをクラスターとして使用できる。コバルトの担持量は、金属換算で担体の5〜15wt%で添加することが望ましい。
本発明における触媒は、粒状、柱状、ペレット状などに成形して使用することができる。成形法としては、押し出し成形法、打錠成形法、転動造粒法など目的に応じて任意の方法を選ぶことができる。
本発明の対象とする排ガスは、NOxとO2、CO又はHCを含むガスであって、これ以外に水蒸気、CO2などを含んでもよい。
以下、本発明を図面を参照して実施例により、具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
(実施例1)
本実施例では、Co4(CO)12を各種助触媒により修飾したメソポーラスシリカに担持したNOx選択還元触媒を調整した。
本実施例では、Co4(CO)12を各種助触媒により修飾したメソポーラスシリカに担持したNOx選択還元触媒を調整した。
助触媒のシラン化合物は、フェニルトリエトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトトリメトキシシランの4種類を用いた。
メソポーラスシリカは、以下の方法で合成した。臭化n−ヘキサデシトリメチルアンモニアの水溶液にケイ酸ナトリウムを加えて10分間攪拌した。次に、pH10になるように酢酸を加え、80℃のオイルバスで8時間静置した。その後、室温で15時間静置してから吸引ろ過を行った。
外表面修飾は、以下のように行った。上記で合成したメソポーラスシリカとシラン化合物をヘキサン中で15分攪拌し、その後80℃で2時間かけて溶媒を取り除いた。次に、真空ラインで12時間、150℃で加熱排気を行った。最後に、塩酸とエタノールにより酸抽出を行い、メソポーラスシリカ内部の界面活性剤を取り除いた。
<触媒1>
助触媒のシラン化合物としてフェニルトリエトキシシランを用い、外表面修飾したメソポーラスシリカ(以下Ph−MPSと略す)に、Co原子数が4の金属クラスターであるCo4(CO)12(以下Co4と略す)を担持した。Ph−MPSを真空中で195℃、2時間乾燥した。乾燥後、N2グローブボックス内でシュレンク管にCo4を添加した。Co4の添加量は、Ph−MPSの重量に対してCo量として10wt%とした。Co4とPh−MPSをよく攪拌し、無水エーテルを添加した。混合物はN2下、室温で48時間攪拌した。攪拌後、エーテルを真空吸引して触媒粉末を得た。触媒粉末を、200kgf/cm2でプレス成型し、乳鉢で粉砕し、0.5〜1mmの粒径に整粒した。
助触媒のシラン化合物としてフェニルトリエトキシシランを用い、外表面修飾したメソポーラスシリカ(以下Ph−MPSと略す)に、Co原子数が4の金属クラスターであるCo4(CO)12(以下Co4と略す)を担持した。Ph−MPSを真空中で195℃、2時間乾燥した。乾燥後、N2グローブボックス内でシュレンク管にCo4を添加した。Co4の添加量は、Ph−MPSの重量に対してCo量として10wt%とした。Co4とPh−MPSをよく攪拌し、無水エーテルを添加した。混合物はN2下、室温で48時間攪拌した。攪拌後、エーテルを真空吸引して触媒粉末を得た。触媒粉末を、200kgf/cm2でプレス成型し、乳鉢で粉砕し、0.5〜1mmの粒径に整粒した。
<触媒2>
助触媒のシラン化合物としてn−プロピルトリエトキシシランを用いた。触媒生成法は触媒1の生成法と同じとした。
助触媒のシラン化合物としてn−プロピルトリエトキシシランを用いた。触媒生成法は触媒1の生成法と同じとした。
<触媒3>
助触媒のシラン化合物として3−アミノプロピルトリエトキシシランを用いた。触媒生成法は触媒1の生成法と同じとした。
助触媒のシラン化合物として3−アミノプロピルトリエトキシシランを用いた。触媒生成法は触媒1の生成法と同じとした。
<触媒4>
助触媒のシラン化合物として3−メルカプトトリメトキシシランを用いた。触媒生成法は触媒1と同じとした。
助触媒のシラン化合物として3−メルカプトトリメトキシシランを用いた。触媒生成法は触媒1と同じとした。
<触媒5>
外表面修飾をしないメソポーラスシリカを用い、触媒生成法は触媒1の生成法と同じである。本実施例では、触媒5と触媒1〜4を比較し、COによるNO還元性能に及ぼす外表面修飾官能基の影響を調べた。反応ガス組成は下記とした。
外表面修飾をしないメソポーラスシリカを用い、触媒生成法は触媒1の生成法と同じである。本実施例では、触媒5と触媒1〜4を比較し、COによるNO還元性能に及ぼす外表面修飾官能基の影響を調べた。反応ガス組成は下記とした。
[NO]=750ppm
[CO]=750ppm
[O2]=4vol%
Balance:He
反応ガスはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)チューブを用いて石英反応管に導入した。空間速度は25000h−1となるように設定した。反応管の寸法は、内径10mm×外径12mm×長さ800mmとし、中央に触媒を保持する多孔板を設置した。多孔板の上にはグラスウールを敷き、各種触媒を充填した。触媒は外側から電気炉で加熱した。反応管入口ガス(反応ガス)と出口ガス(分解ガス)は、フーリエ変換赤外吸収分析計で分析した。また、水の有無で評価した。NOx除去率とN2生成率は、次式で算出した。
[CO]=750ppm
[O2]=4vol%
Balance:He
反応ガスはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)チューブを用いて石英反応管に導入した。空間速度は25000h−1となるように設定した。反応管の寸法は、内径10mm×外径12mm×長さ800mmとし、中央に触媒を保持する多孔板を設置した。多孔板の上にはグラスウールを敷き、各種触媒を充填した。触媒は外側から電気炉で加熱した。反応管入口ガス(反応ガス)と出口ガス(分解ガス)は、フーリエ変換赤外吸収分析計で分析した。また、水の有無で評価した。NOx除去率とN2生成率は、次式で算出した。
NOx除去率(%)=(1−(出口のNO量))/(入口のNO量))×100
N2生成率(%)=(1−(出口のNO,NO2,N2O量)
/(入口のNO,NO2,N2O量))×100
また、CO酸化率は次式で算出した。
CO酸化率(%)=(1−(出口CO量)/(入口CO量))×100
図1に、150〜350℃のN2生成率を示す。ドライ条件(dry)でN2生成率が触媒5を上回ったのは、触媒1が350℃で、触媒4が200℃、300℃、350℃であった。水添加条件(wet)では、触媒1が200〜350℃であった。図3に、300℃で水添加条件(wet)におけるNOの転換割合を示す。触媒5に比べて、触媒1はN2生成率とNOx除去率も増加したが、触媒2と触媒3については、N2生成率は増加したが、NOx除去率は減少した。温度によるが、フェニル基で外表面を修飾すると、N2生成率が増加した。
N2生成率(%)=(1−(出口のNO,NO2,N2O量)
/(入口のNO,NO2,N2O量))×100
また、CO酸化率は次式で算出した。
CO酸化率(%)=(1−(出口CO量)/(入口CO量))×100
図1に、150〜350℃のN2生成率を示す。ドライ条件(dry)でN2生成率が触媒5を上回ったのは、触媒1が350℃で、触媒4が200℃、300℃、350℃であった。水添加条件(wet)では、触媒1が200〜350℃であった。図3に、300℃で水添加条件(wet)におけるNOの転換割合を示す。触媒5に比べて、触媒1はN2生成率とNOx除去率も増加したが、触媒2と触媒3については、N2生成率は増加したが、NOx除去率は減少した。温度によるが、フェニル基で外表面を修飾すると、N2生成率が増加した。
図4に、CO酸化率を示す。ドライ条件(dry)では、触媒4を除いて触媒5と同等の100%酸化となった。水添加条件(wet)では、温度に差はあるが、どの触媒も100%酸化となった。
以上のことから、温度によるが、外表面修飾によりN2生成率を増加できることがわかる。特に、フェニル基が有効である。
(実施例2)
本実施例では、上記で調整した触媒5と触媒1〜4を比較し、COとプロピレンによるNO還元性能に及ぼす外表面修飾官能基の影響を実施例1と同様に調べた。反応ガス組成は下記とした。
本実施例では、上記で調整した触媒5と触媒1〜4を比較し、COとプロピレンによるNO還元性能に及ぼす外表面修飾官能基の影響を実施例1と同様に調べた。反応ガス組成は下記とした。
[NO]=750ppm
[CO]=750ppm
[C3H6]=750ppm
[O2]=4vol%
Balance:He
プロピレン(HC)の酸化率は次式で算出した。
[CO]=750ppm
[C3H6]=750ppm
[O2]=4vol%
Balance:He
プロピレン(HC)の酸化率は次式で算出した。
HC酸化率(%)=(1−(出口HC量)/(入口HC量))×100
図5に、N2生成率を示す。ドライ条件(dry)では、触媒1はすべての温度で触媒5を上回った。水添加条件(wet)では、温度によるがすべての触媒が触媒5を上回った。図6に、300℃で水添加条件(wet)でのNOの転換割合を示す。触媒1は、触媒5と比べてN2生成率は増加したが、NOx除去率はやや減少した。
図5に、N2生成率を示す。ドライ条件(dry)では、触媒1はすべての温度で触媒5を上回った。水添加条件(wet)では、温度によるがすべての触媒が触媒5を上回った。図6に、300℃で水添加条件(wet)でのNOの転換割合を示す。触媒1は、触媒5と比べてN2生成率は増加したが、NOx除去率はやや減少した。
図7に、CO酸化率を示す。ドライ条件(dry)では、触媒4を除き、温度は異なるが100%になった。水添加条件(wet)でも、同様であった。図78に、HC酸化率を示す。ドライ条件(dry)では、触媒4を除き、温度は異なるが100%になった。水添加条件(wet)でも、同様であった。
以上のように、炭化水素が共存しても、外表面修飾によりN2生成率を増加できる。特に、フェニル基が有効である。
(実施例3)
本実施例では、内外表面を修飾して、COによるNO還元性能に及ぼす内外表面修飾助触媒の影響を実施例1と同様に調べた。
本実施例では、内外表面を修飾して、COによるNO還元性能に及ぼす内外表面修飾助触媒の影響を実施例1と同様に調べた。
内外表面に助触媒を修飾するため、実施例1と同様に、外表面修飾をしてから酸抽出によりメソポーラス体内部の界面活性剤を取り除いた。その後、触媒1と同様に、内表面を同一、または、異なる助触媒で修飾してCo4を担持した。
<触媒6>
触媒1と同様に外表面にフェニルトリエトキシシランを修飾したPh−MPSにフェニルトリエトキシシランを、外表面に修飾した後、内表面に修飾してから、触媒1と同様にCo4クラスターを担持した。
触媒1と同様に外表面にフェニルトリエトキシシランを修飾したPh−MPSにフェニルトリエトキシシランを、外表面に修飾した後、内表面に修飾してから、触媒1と同様にCo4クラスターを担持した。
<触媒7>
触媒1と同様に外表面にフェニルトリエトキシシランを修飾したPh−MPSに3−アミノプロピルトリエトキシシランを外表面に修飾した後、内表面に修飾してから、触媒1と同様にCo4クラスターを担持した。
触媒1と同様に外表面にフェニルトリエトキシシランを修飾したPh−MPSに3−アミノプロピルトリエトキシシランを外表面に修飾した後、内表面に修飾してから、触媒1と同様にCo4クラスターを担持した。
<触媒8>
触媒3と同様に外表面に3−アミノプロピルトリエトキシシランを修飾したメソポーラスシリカにフェニルトリエトキシシランを内表面に修飾してから、触媒1と同様にCo4クラスターを担持した。
触媒3と同様に外表面に3−アミノプロピルトリエトキシシランを修飾したメソポーラスシリカにフェニルトリエトキシシランを内表面に修飾してから、触媒1と同様にCo4クラスターを担持した。
<触媒9>
触媒3と同様に外表面に3−アミノプロピルトリエトキシシランを修飾したメソポーラスシリカに3−アミノプロピルトリエトキシシランを内表面に修飾してから、触媒1と同様にCo4クラスターを担持した。反応ガス組成は、実施例1と同じとした。
触媒3と同様に外表面に3−アミノプロピルトリエトキシシランを修飾したメソポーラスシリカに3−アミノプロピルトリエトキシシランを内表面に修飾してから、触媒1と同様にCo4クラスターを担持した。反応ガス組成は、実施例1と同じとした。
図9に、300℃、水添加条件(wet)におけるNOの転換割合を示す。触媒6、触媒8、触媒9は触媒5のN2生成率を上回ったが、NOx除去率は低下した。よって、内外表面を修飾することにより、NOの選択的還元性能を向上できる。
(実施例4)
本実施例では、内外表面を修飾して、COとプロピレンによるNO還元性能に及ぼす内外表面修飾助触媒の影響を実施例2と同様に調べた。
本実施例では、内外表面を修飾して、COとプロピレンによるNO還元性能に及ぼす内外表面修飾助触媒の影響を実施例2と同様に調べた。
反応ガス組成は、実施例2と同じとした。
図10に、300℃、水添加条件(wet)におけるNOの転換割合を示す。N2生成率は、触媒6が触媒5を上回った。よって、内外表面を修飾することにより、NOの選択的還元性能を増加できることが確認された。
なし
Claims (23)
- 有機の助触媒により修飾された無機化合物のメソポーラス体担体の表面に、触媒金属クラスターを担持したことを特徴とするNOx還元触媒。
- 請求項1において、前記助触媒がシラン化合物であることを特徴とするNOx還元触媒。
- 請求項1又は2において、前記メソポーラス体の外表面、または内外表面が前記助触媒により修飾されていることを特徴とするNOx還元触媒。
- 請求項1において、前記触媒金属クラスターが遷移金属又は貴金属元素を含むことを特徴とするNOx還元触媒。
- 請求項4において、前記触媒金属は金属換算で前記メソポーラス体担体の5〜15wt%担持されていることを特徴とするNOx還元触媒。
- 請求項2において、前記シラン化合物がフェニルトリエトキシシランであることを特徴とするNOx還元触媒。
- 請求項1〜6のいずれかにおいて、前記メソポーラス体担体がメソポーラスシリカ、メソポーラスアルミナ、メソポーラスチタン、及びそれらの混合物の何れかであることを特徴とするNOx還元触媒。
- 前記触媒金属がコバルトである請求項1〜7のいずれかに記載のNOx還元触媒。
- 無機化合物のメソポーラス体表面を有機の助触媒で修飾し、修飾されたメソポーラス体に触媒金属クラスターを担持させることを特徴とするNOx還元触媒の製造方法。
- 請求項9において、前記助触媒がシラン化合物であることを特徴とするNOx還元触媒の製造方法。
- 請求項9又は10において、前記助触媒により前記メソポーラス体担体の外表面、または内外表面を修飾することを特徴とするNOx還元触媒の製造方法。
- 請求項9において、前記触媒金属クラスターが遷移金属又は貴金属元素を含むことを特徴とするNOx還元触媒の製造方法。
- 請求項12において、前記触媒金属は金属換算で前記メソポーラス体担体の5〜15wt%担持されていることを特徴とするNOx還元触媒の製造方法。
- 請求項10において、前記シラン化合物がフェニルトリエトキシシランであることを特徴とするNOx還元触媒の製造方法。
- 請求項9〜14のいずれかにおいて、前記メソポーラス体担体がメソポーラスシリカ、メソポーラスアルミナ、メソポーラスチタン、及びそれらの混合物の何れかであることを特徴とするNOx還元触媒の製造方法。
- 前記触金属がコバルトである請求項9〜15のいずれかに記載のNOx還元触媒の製造方法。
- 有機の助触媒で修飾したメソポーラス体表面に、触媒金属クラスターを担持した触媒を、還元剤の存在下においてNOx含有ガスと接触させてNOxをN2に還元することを特徴とするNOx還元触媒の使用方法。
- 請求項17において、前記助触媒がシラン化合物であることを特徴とするNOx還元触媒の使用方法。
- 請求項17において、前記助触媒を前記メソポーラス体の外表面、または内外表面を修飾した触媒であることを特徴とするNOx還元触媒の使用方法。
- 請求項17において、前記金属クラスターが遷移金属又は貴金属元素を含むことを特徴とするNOx還元触媒の使用方法。
- 請求項17において、前記触媒金属は金属換算で担体の5〜15wt%担持されていることを特徴とするNOx還元触媒の使用方法。
- 請求項18において、前記シラン化合物がフェニルトリエトキシシランであることを特徴とするNOx還元触媒の使用方法。
- 請求項17〜22のいずれかにおいて、前記メソポーラス体担体がメソポーラスシリカ、メソポーラスアルミナ、メソポーラスチタン、及びそれらの混合物の何れかであることを特徴とするNOx還元触媒の使用方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007264565A JP2009090239A (ja) | 2007-10-10 | 2007-10-10 | NOx還元触媒、その製造方法、並びにその触媒の使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007264565A JP2009090239A (ja) | 2007-10-10 | 2007-10-10 | NOx還元触媒、その製造方法、並びにその触媒の使用方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009090239A true JP2009090239A (ja) | 2009-04-30 |
Family
ID=40662770
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007264565A Pending JP2009090239A (ja) | 2007-10-10 | 2007-10-10 | NOx還元触媒、その製造方法、並びにその触媒の使用方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009090239A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012052012A (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-15 | Taiyo Kagaku Co Ltd | 触媒、及び該触媒を用いたポリマーの製造方法 |
WO2015011560A1 (en) | 2013-07-25 | 2015-01-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Nitric oxide reducing catalyst, method for reducing nitric oxide, method for producing nitrogen, method for treating nitric oxide and carbon monoxide |
JP2019063702A (ja) * | 2017-09-28 | 2019-04-25 | 太平洋セメント株式会社 | 排ガス浄化触媒及びその製造方法 |
TWI781625B (zh) * | 2020-06-09 | 2022-10-21 | 南韓商Emko有限公司 | 複合循環發電廠之廢氣處理裝置 |
-
2007
- 2007-10-10 JP JP2007264565A patent/JP2009090239A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012052012A (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-15 | Taiyo Kagaku Co Ltd | 触媒、及び該触媒を用いたポリマーの製造方法 |
WO2015011560A1 (en) | 2013-07-25 | 2015-01-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Nitric oxide reducing catalyst, method for reducing nitric oxide, method for producing nitrogen, method for treating nitric oxide and carbon monoxide |
JP2015042401A (ja) * | 2013-07-25 | 2015-03-05 | トヨタ自動車株式会社 | 一酸化窒素還元触媒、一酸化窒素の還元方法、窒素の製造方法、排気ガス浄化触媒、及び排気ガスの浄化方法 |
US9707514B2 (en) | 2013-07-25 | 2017-07-18 | Toyota Jidoahs Kabushiki Kaisha | Nitric oxide reducing catalyst, method for reducing nitric oxide, method for producing nitrogen, method for treating nitric oxide and carbon monoxide |
JP2019063702A (ja) * | 2017-09-28 | 2019-04-25 | 太平洋セメント株式会社 | 排ガス浄化触媒及びその製造方法 |
TWI781625B (zh) * | 2020-06-09 | 2022-10-21 | 南韓商Emko有限公司 | 複合循環發電廠之廢氣處理裝置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5094717B2 (ja) | 燃焼生成物中のNOxを還元する触媒の組み合わせ方法及び装置 | |
US9180432B2 (en) | NOx storage and reduction catalyst, preparation method, and NOx removing system | |
JP4813830B2 (ja) | 排ガス処理触媒、排ガス処理方法および排ガス処理装置 | |
Xue et al. | Investigation of the hydrothermal aging of an Mn-based mullite SmMn 2 O 5 catalyst of NO oxidation | |
JP2008073654A (ja) | ガス浄化方法,ガス浄化装置及びガス浄化触媒 | |
JP2801423B2 (ja) | 窒素酸化物浄化触媒 | |
JP2009090239A (ja) | NOx還元触媒、その製造方法、並びにその触媒の使用方法 | |
TW201031464A (en) | Catalyst and process for purifying exhaust gas | |
US5686377A (en) | Catalyst for purifying exhaust gases | |
KR20080096531A (ko) | 배기가스 정화용 촉매 및 그 제조방법 | |
CN110215923B (zh) | 氮氧化物还原用催化剂以及利用其的氮氧化物还原系统 | |
JP5261930B2 (ja) | ガス浄化方法,ガス浄化触媒、及び排ガス浄化装置 | |
Zang et al. | Remarkable enhancement in the N2 selectivity of NH3-SCR over the CeNb3Fe0. 3/TiO2 catalyst in the presence of chlorobenzene | |
CN101439286A (zh) | 一种用于消除氮氧化物催化净化过程中有害副产物的含稀土金属的氧化催化剂 | |
US20100075842A1 (en) | Potassium oxide-incorporated alumina catalysts with enhanced storage capacities of nitrogen oxide and a producing method therefor | |
CN103170328A (zh) | 一种烟气低温脱硝催化剂及其制备方法 | |
KR19980052956A (ko) | 디젤엔진 배기가스정화용 촉매 | |
JP4512691B2 (ja) | 一酸化炭素による窒素酸化物の選択的還元触媒およびその調製法 | |
JP5112966B2 (ja) | リーンバーン排ガス浄化用触媒 | |
JP4876644B2 (ja) | 排ガス浄化方法 | |
JP4030515B2 (ja) | 排ガス浄化触媒 | |
JP5215880B2 (ja) | 排ガス浄化触媒及びこれを用いた排ガス浄化装置 | |
JP3766984B2 (ja) | 排気ガス浄化用触媒およびその製造方法 | |
JP3627004B2 (ja) | 一酸化窒素の還元方法 | |
CN113507983B (zh) | 催化转化器 |