JP2013111535A - Hydrocarbon adsorption agent and hydrocarbon adsorbent - Google Patents

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健介 瀧澤
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佳秀 瀬川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrocarbon adsorption agent and a hydrocarbon adsorbent, which are capable of sufficiently adsorbing and retaining a large amount of hydrocarbon.SOLUTION: The hydrocarbon adsorption agent includes a zeolite crystal skeleton of an aluminosilicate. The hydrocarbon adsorbent comprises the hydrocarbon adsorption agent supported by a porous carrier. In the hydrocarbon adsorption agent, at least a portion of aluminum in the zeolite crystal skeleton is substituted with boron, and an alkali metal ion is present in at least a portion of an ion exchange site within the zeolite crystal skeleton.

Description

本発明は、ゼオライト結晶骨格を有する炭化水素吸着剤及び該炭化水素吸着剤を用いた炭化水素吸着体に関する。   The present invention relates to a hydrocarbon adsorbent having a zeolite crystal skeleton and a hydrocarbon adsorbent using the hydrocarbon adsorbent.

自動車等の内燃機関から排出される排ガス中には、炭化水素(HC)等が含まれる。この炭化水素等を浄化するために、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、及びロジウム(Rh)等の三元触媒からなる排ガス浄化触媒が用いられている。ところが、内燃機関の始動直後においては、排ガス中のHC濃度が高く、また、排ガス浄化触媒が浄化活性を示すのに十分な温度に達していないため、炭化水素が浄化されずに排出されてしまう。そこで、内燃機関の始動直後の低温時においては、ゼオライトからなる炭化水素吸着剤にHCを吸着保持し、始動直後のHCを低減させる技術が開発されている。   The exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as an automobile contains hydrocarbons (HC) and the like. In order to purify this hydrocarbon and the like, an exhaust gas purification catalyst comprising a three-way catalyst such as platinum (Pt), palladium (Pd), and rhodium (Rh) is used. However, immediately after the start of the internal combustion engine, the HC concentration in the exhaust gas is high, and the exhaust gas purification catalyst has not reached a temperature sufficient to exhibit purification activity, so that hydrocarbons are discharged without being purified. . In view of this, a technique has been developed in which HC is adsorbed and held in a hydrocarbon adsorbent made of zeolite at a low temperature immediately after the internal combustion engine is started to reduce HC immediately after the start.

このような炭化水素吸着剤としては、アルミノケイ酸塩のAlの一部又は全部をFeで置換した、SiO2/Al23のモル比がSiO2/Fe23のモル比の2倍以上であるとともにSiO2/Al23のモル比が80以上かつSiO2/Fe23のモル比が40以上である炭化水素吸着材が開発されている(特許文献1参照)。
また、Sandersonの電気陰性度平均か原理から求めた酸素の電荷の絶対値が0.210以上で、かつSiO2/Al23のモル比が30以上のゼオライトからなる炭化水素用吸着剤が開発されている(特許文献2参照)
As such a hydrocarbon adsorbent, a part or all of Al of the aluminosilicate is replaced with Fe, and the molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 is twice the molar ratio of SiO 2 / Fe 2 O 3. A hydrocarbon adsorbent having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 80 or more and a SiO 2 / Fe 2 O 3 molar ratio of 40 or more has been developed (see Patent Document 1).
Further, an adsorbent for hydrocarbons comprising a zeolite having an absolute value of oxygen charge of 0.210 or more and a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 30 or more determined from an average or principle of Sanderson's electronegativity. Has been developed (see Patent Document 2)

特開平9−99207号公報JP-A-9-99207 特開2003−126689号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-126669

しかしながら、従来の炭化水素吸着剤は、炭化水素に対する吸着力が不十分であり、炭化水素を十分に吸着保持することができない。そのため、低温において炭化水素が炭化水素吸着材を通過して排出されてしまうおそれがある。
そこで、より多量の炭化水素を十分に吸着保持することができる炭化水素吸着剤の開発が望まれている。
However, conventional hydrocarbon adsorbents have insufficient adsorbing power for hydrocarbons and cannot sufficiently adsorb and hold hydrocarbons. For this reason, hydrocarbons may pass through the hydrocarbon adsorbent and be discharged at a low temperature.
Therefore, development of a hydrocarbon adsorbent capable of sufficiently adsorbing and holding a larger amount of hydrocarbon is desired.

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであって、多量の炭化水素を十分に吸着保持することができる炭化水素吸着剤及び炭化水素吸着体を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a background, and intends to provide a hydrocarbon adsorbent and a hydrocarbon adsorbent capable of sufficiently adsorbing and holding a large amount of hydrocarbons.

本発明の一態様は、アルミノケイ酸塩のゼオライト結晶骨格を有する炭化水素吸着剤であって、
上記ゼオライト結晶骨格中のアルミニウムの少なくとも一部がホウ素で置換されており、かつ、上記ゼオライト結晶骨格におけるイオン交換サイトの少なくとも一部に、アルカリ金属イオンが存在していることを特徴とする炭化水素吸着剤にある(請求項1)。
One aspect of the present invention is a hydrocarbon adsorbent having an aluminosilicate zeolite crystal framework,
A hydrocarbon characterized in that at least a part of aluminum in the zeolite crystal skeleton is substituted with boron, and an alkali metal ion is present in at least a part of ion exchange sites in the zeolite crystal skeleton. In the adsorbent (Claim 1).

本発明の他の態様は、上記炭化水素吸着剤を多孔質担体に担持してなる炭化水素吸着体にある(請求項4)。   Another aspect of the present invention is a hydrocarbon adsorbent comprising the above-mentioned hydrocarbon adsorbent supported on a porous carrier (claim 4).

上記炭化水素吸着剤においては、上記ゼオライト結晶骨格中のアルミニウムの少なくとも一部がホウ素で置換されている。さらに、上記ゼオライト結晶骨格におけるイオン交換サイトの少なくとも一部に、アルカリ金属イオンが存在している。そのため、上記炭化水素吸着剤は、炭化水素に対して優れた吸着力を示し、多量の炭化水素を十分に吸着保持することができる。   In the hydrocarbon adsorbent, at least a part of aluminum in the zeolite crystal skeleton is substituted with boron. Furthermore, alkali metal ions are present in at least a part of the ion exchange sites in the zeolite crystal skeleton. Therefore, the hydrocarbon adsorbent exhibits an excellent adsorptive power for hydrocarbons and can sufficiently adsorb and hold a large amount of hydrocarbons.

具体的には、上記ゼオライト結晶骨格中において、アルミニウム(Al)サイトの少なくとも一部をホウ素(B)に置換すると、AlをFe等に置換した場合に比べて、より塩基性を高めることができる。そのため、炭化水素に対する吸着力を高めることができる。さらに、アルミニウム(Al)サイトの少なくとも一部をホウ素(B)に置換したゼオライト結晶骨格に対して、そのイオン交換サイトの少なくとも一部にアルカリ金属イオンを存在させることにより、相乗効果的に塩基性をより一層高めることができる。その結果、炭化水素に対する吸着力をより一層高めることができる。   Specifically, when at least a part of the aluminum (Al) site is substituted with boron (B) in the zeolite crystal skeleton, the basicity can be increased more than when Al is substituted with Fe or the like. . Therefore, the adsorption power with respect to hydrocarbons can be increased. Furthermore, the zeolite crystal skeleton in which at least a part of aluminum (Al) sites is substituted with boron (B) is made basic by synergistically effectively by allowing an alkali metal ion to exist in at least a part of the ion exchange sites. Can be further increased. As a result, the adsorption power for hydrocarbons can be further increased.

次に、上記炭化水素吸着体は、上記炭化水素吸着剤を多孔質担体に担持してなる。そのため、上記炭化水素吸着体は、上記炭化水素吸着剤の優れた吸着力を生かして、多量の炭化水素を十分に吸着保持することができる。   Next, the hydrocarbon adsorbent is formed by supporting the hydrocarbon adsorbent on a porous carrier. Therefore, the hydrocarbon adsorbent can sufficiently adsorb and hold a large amount of hydrocarbons by utilizing the excellent adsorption power of the hydrocarbon adsorbent.

実施例1における、一般的なゼオライト結晶骨格における構成元素の配列を示す説明図(a)、炭化水素吸着剤(試料E1)のゼオライト結晶骨格における構成元素の配列を示す説明図(b)Explanatory drawing (a) which shows arrangement | sequence of the structural element in the general zeolite crystal skeleton in Example 1, (b) explanatory drawing which shows arrangement | sequence of the structural element in the zeolite crystal skeleton of hydrocarbon adsorbent (sample E1) 実施例1における、炭化水素吸着剤(試料E1、試料C1、及び試料C2)のトルエン脱離ピーク温度を示す説明図。Explanatory drawing which shows the toluene desorption peak temperature of the hydrocarbon adsorbent (Sample E1, Sample C1, and Sample C2) in Example 1. 実施例1における、炭化水素吸着剤(試料E1、試料C1、及び試料C2)の単位表面積あたりのトルエン吸着量を示す説明図。Explanatory drawing which shows the toluene adsorption amount per unit surface area of the hydrocarbon adsorbent (Sample E1, Sample C1, and Sample C2) in Example 1. 実施例2における、炭化水素吸着体の全体を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory view showing the entire hydrocarbon adsorbent in Example 2. 実施例2における、炭化水素吸着体の断面構成を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory view showing a cross-sectional configuration of a hydrocarbon adsorbent in Example 2. 実施例2における、炭化水素吸着体と排ガス浄化触媒体との排ガス流路における配置例を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an arrangement example in an exhaust gas flow path between a hydrocarbon adsorbent and an exhaust gas purification catalyst body in Example 2.

次に、本発明の好ましい実施形態について説明する。
上記炭化水素吸着剤は、アルミノケイ酸塩のゼオライト結晶骨格中のAlの少なくとも一部がBで置換されている。上記炭化水素吸着剤においては、ゼオライト結晶骨格中におけるAlの一部がBにより置換されていてもよいが、Alの全部がBにより置換されていてもよい。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.
In the hydrocarbon adsorbent, at least a part of Al in the zeolite crystal skeleton of the aluminosilicate is substituted with B. In the hydrocarbon adsorbent, a part of Al in the zeolite crystal skeleton may be substituted by B, but all of Al may be substituted by B.

上記炭化水素吸着剤において、上記ゼオライト結晶骨格中におけるSi/Bのモル比が10以上かつ50以下であることが好ましい(請求項2)。
Si/Bのモル比が10未満の場合には、ゼオライトの結晶構造が崩れやすくなり、上記炭化水素吸着剤の水熱安定性が損なわれるおそれがある。一方、50を超える場合には、上述のB置換による炭化水素に対する吸着力向上効果が小さくなるおそれがある。
In the hydrocarbon adsorbent, the molar ratio of Si / B in the zeolite crystal skeleton is preferably 10 or more and 50 or less (Claim 2).
When the Si / B molar ratio is less than 10, the crystal structure of the zeolite tends to collapse, and the hydrothermal stability of the hydrocarbon adsorbent may be impaired. On the other hand, when it exceeds 50, there exists a possibility that the adsorption power improvement effect with respect to the hydrocarbon by the above-mentioned B substitution may become small.

また、上記ゼオライト結晶骨格においては、イオン交換サイトの少なくとも一部に、アルカリ金属イオンが存在している。
SiO2及びAl23を含有する一般的なゼオライトは、Si−O−Alという結合を有し、この結合におけるOはマイナス電荷を帯びている。そのため、Oには水素イオンなどのカチオンが結合し、このカチオンが結合するサイトはイオン交換サイトと呼ばれている。上記炭化水素吸着剤においては、アルミニウム少なくとも一部がホウ素で置換されているが、この場合にも、Si−O−Bという結合におけるOがマイナス電荷を帯びるため、イオン交換サイトが存在する。
一般的なゼオライトにおいては、カチオンは水素イオンであるが、上記炭化水素吸着剤においては、イオン交換サイトに上述のようにアルカリ金属イオンが存在している。
In the zeolite crystal skeleton, alkali metal ions are present at least at a part of the ion exchange sites.
A typical zeolite containing SiO 2 and Al 2 O 3 has a bond of Si—O—Al, and O in this bond is negatively charged. Therefore, a cation such as a hydrogen ion is bonded to O, and the site to which this cation is bonded is called an ion exchange site. In the above hydrocarbon adsorbent, at least a part of aluminum is substituted with boron, but in this case as well, since O in the bond of Si—O—B is negatively charged, an ion exchange site exists.
In a general zeolite, the cation is a hydrogen ion, but in the hydrocarbon adsorbent, an alkali metal ion is present at the ion exchange site as described above.

アルカリ金属イオンとしては、Liイオン、Naイオン、Kイオン、Rbイオン、及びCsイオンのうちの少なくとも1種が好ましい。より好ましくは、Kイオン、Rbイオン、及びCsイオンの少なくとも1種がよい。
この場合には、上記炭化水素吸着剤の炭化水素に対する吸着力をより向上させることができる。
The alkali metal ion is preferably at least one of Li ion, Na ion, K ion, Rb ion, and Cs ion. More preferably, at least one of K ion, Rb ion, and Cs ion is good.
In this case, the adsorptive power of the hydrocarbon adsorbent for hydrocarbons can be further improved.

また、上記ゼオライト結晶骨格は、MFI型又はBEA型であることが好ましい(請求項3)。
この場合には、上記炭化水素吸着剤は、比較的小さな炭化水素に対しても、優れた吸着保持性能を発揮することができる。
The zeolite crystal skeleton is preferably MFI type or BEA type.
In this case, the hydrocarbon adsorbent can exhibit excellent adsorption retention performance even for relatively small hydrocarbons.

また、上記炭化水素吸着剤は、例えば排ガス流路に配置して、排ガス中に含まれる炭化水素を吸着するために用いることができる。この場合には、多量の炭化水素を十分に吸着保持できるという上記炭化水素吸着剤が示す作用効果を十分に生かすことができる。
また、上記炭化水素吸着剤は、排ガス流路において、三元触媒等からなる排ガス浄化触媒の上流側に配置して用いることができる。
Moreover, the said hydrocarbon adsorbent can be arrange | positioned, for example in an exhaust gas flow path, and can be used in order to adsorb | suck the hydrocarbon contained in exhaust gas. In this case, it is possible to make full use of the function and effect of the hydrocarbon adsorbent that can sufficiently adsorb and hold a large amount of hydrocarbons.
Moreover, the said hydrocarbon adsorbent can be arrange | positioned and used for the upstream of the exhaust gas purification catalyst which consists of a three way catalyst etc. in an exhaust gas flow path.

次に、上記炭化水素吸着体は、上記炭化水素吸着剤を多孔質担体に担持してなる。
上記多孔質担体としては、例えばコーディエライト、チタン酸アルミ、SiC、又はチタニア等からなる多孔質のハニカム構造体を用いることができる。
上記炭化水素吸着体は、排ガス流路において、例えば三元触媒を多孔質担体に担持した排ガス浄化触媒体の上流側に配置して用いることができる。
Next, the hydrocarbon adsorbent is formed by supporting the hydrocarbon adsorbent on a porous carrier.
As the porous carrier, for example, a porous honeycomb structure made of cordierite, aluminum titanate, SiC, titania or the like can be used.
The hydrocarbon adsorbent can be used in the exhaust gas flow path, for example, arranged upstream of the exhaust gas purification catalyst body in which a three-way catalyst is supported on a porous carrier.

(実施例1)
次に、炭化水素吸着剤の実施例について説明する。
本例の炭化水素吸着剤(試料E1)は、アルミノケイ酸塩のゼオライト結晶骨格を有する。
一般的なゼオライト結晶骨格は、Si原子とAl原子とO原子との網目構造により構成されているが(図1(a)参照)、本例の炭化水素吸着剤(試料E1)においては、ゼオライト結晶骨格中のアルミニウムの少なくとも一部がホウ素で置換されている(図1(b)参照)。なお、図1(a)及び(b)はゼオライト結晶骨格の一部を示すものである。また、ゼオライト結晶骨格におけるイオン交換サイトにはカチオンが存在している。一般的なゼオライト結晶骨格においては、カチオン(X+)として、H+が存在している(図1(a)参照)、本例の炭化水素吸着剤(試料E1)においては、カチオン(X+)として、アルカリ金属イオンが存在している(図1(b)参照)。
Example 1
Next, examples of the hydrocarbon adsorbent will be described.
The hydrocarbon adsorbent of this example (sample E1) has an aluminosilicate zeolite crystal skeleton.
A general zeolite crystal skeleton is constituted by a network structure of Si atoms, Al atoms, and O atoms (see FIG. 1A). In the hydrocarbon adsorbent of this example (sample E1), zeolite is used. At least a part of aluminum in the crystal skeleton is substituted with boron (see FIG. 1B). 1A and 1B show a part of the zeolite crystal skeleton. In addition, cations are present at ion exchange sites in the zeolite crystal skeleton. In a general zeolite crystal skeleton, H + is present as a cation (X + ) (see FIG. 1A). In the hydrocarbon adsorbent (sample E1) of this example, a cation (X + ), An alkali metal ion is present (see FIG. 1B).

本例においては、MFI型のゼオライト結晶骨格中のアルミニウムの全部がホウ素で置換され、イオン交換サイトにCs+が存在する炭化水素吸着剤(試料E1)を作製する。
具体的には、まず、シリカ(SiO2)、ホウ酸(B(OH)3)、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(TPAOH)、及び超純水(H2O)をモル比で、SiO2:B(OH)3 :TPAOH:H2O=1:0.084:0.1:34となるように混合し、室温で1時間攪拌した。得られた混合水溶液を内容積100mLのテフロン(登録商標)製の耐圧容器に入れて温度155℃にて120時間静置し、水熱法によりゼオライトを合成した。
In this example, a hydrocarbon adsorbent (sample E1) in which all of aluminum in the MFI-type zeolite crystal skeleton is substituted with boron and Cs + exists at the ion exchange site is prepared.
Specifically, first, silica (SiO 2 ), boric acid (B (OH) 3 ), tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH), and ultrapure water (H 2 O) in a molar ratio, SiO 2 : B (OH) 3 : TPAOH: H 2 O = 1: 0.084: 0.1: 34 The mixture was mixed and stirred at room temperature for 1 hour. The obtained mixed aqueous solution was put into a Teflon (registered trademark) pressure-resistant container having an internal volume of 100 mL and allowed to stand at a temperature of 155 ° C. for 120 hours, and zeolite was synthesized by a hydrothermal method.

次いで、得られた固体をろ過し、超純水で十分に洗浄した。その後、温度100℃で12時間乾燥し、更に大気中で、温度500℃で6時間焼成した。この焼成により、MFI型のゼオライト結晶骨格中のアルミニウムの全部がホウ素で置換され、イオン交換サイトにH+イオンが存在するゼオライトを得た。これを試料C2とする。試料C2について、誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP−AES装置、パーキンエルマー社製の「Optima 4300DV」)によるICP−AES分析を行ったところ、Si/B比(モル比)は、Si/B=12であった。 Next, the obtained solid was filtered and thoroughly washed with ultrapure water. Then, it was dried at a temperature of 100 ° C. for 12 hours, and further baked in the atmosphere at a temperature of 500 ° C. for 6 hours. By this calcination, all of the aluminum in the MFI-type zeolite crystal skeleton was replaced with boron, and a zeolite in which H + ions were present at the ion exchange site was obtained. This is designated as Sample C2. Sample C2 was subjected to ICP-AES analysis using an inductively coupled plasma emission spectrometer (ICP-AES apparatus, “Optima 4300DV” manufactured by PerkinElmer Co., Ltd.). The Si / B ratio (molar ratio) was determined to be Si / B. = 12.

次に、1gの試料C2を1M塩化セシウム水溶液に添加し、温度70℃で6時間撹拌することにより、イオン交換を行った。得られた固体をろ過し、超純水で十分に洗浄した。その後、温度100℃で12時間乾燥し、更に大気中で、温度500℃で6時間焼成した。このようにして、炭化水素吸着剤(試料E1)を得た。   Next, ion exchange was performed by adding 1 g of sample C2 to 1M aqueous cesium chloride solution and stirring at a temperature of 70 ° C. for 6 hours. The obtained solid was filtered and thoroughly washed with ultrapure water. Then, it was dried at a temperature of 100 ° C. for 12 hours, and further fired in the air at a temperature of 500 ° C. for 6 hours. In this way, a hydrocarbon adsorbent (sample E1) was obtained.

また、本例においては、上記試料E1の比較用のサンプル(試料C1)を準備した。試料C1は、Si/Al=18.5(モル比)のH+型MFIゼオライト(東ソー(株)製の「HSZ−840HOA」)を大気中で温度500℃で6時間焼成することにより作製した。   In this example, a sample for comparison with the sample E1 (sample C1) was prepared. Sample C1 was prepared by calcining H + type MFI zeolite (“HSZ-840HOA” manufactured by Tosoh Corporation) with Si / Al = 18.5 (molar ratio) at a temperature of 500 ° C. for 6 hours. .

以上のようにして、試料E1、試料C1、及び試料C2という3種類のゼオライト骨格を有する炭化水素吸着剤を得た。
試料E1は、MFI型のゼオライト結晶骨格中のアルミニウムの全部がホウ素で置換され、イオン交換サイトにCsイオンが存在する炭化水素吸着剤である。試料E1は、図1(b)におけるX+がCs+である骨格構造を有する。
また、試料C1は、MFI型のゼオライト結晶骨格を有する炭化水素吸着剤である。試料C1は、図1(a)におけるX+がH+である骨格構造を有する。
また、試料C2は、MFI型のゼオライト結晶骨格中のアルミニウムの全部がホウ素で置換され、イオン交換サイトにHイオンが存在する炭化水素吸着剤である。試料C2は、図1(b)におけるX+がH+である骨格構造を有する。
As described above, a hydrocarbon adsorbent having three types of zeolite frameworks, sample E1, sample C1, and sample C2, was obtained.
Sample E1 is a hydrocarbon adsorbent in which all of the aluminum in the MFI-type zeolite crystal skeleton is substituted with boron and Cs ions are present at the ion exchange site. Sample E1 has a skeletal structure in which X + in FIG. 1 (b) is Cs + .
Sample C1 is a hydrocarbon adsorbent having an MFI type zeolite crystal skeleton. Sample C1 has a skeleton structure X + is H + in Fig. 1 (a).
Sample C2 is a hydrocarbon adsorbent in which all of the aluminum in the MFI-type zeolite crystal skeleton is substituted with boron, and H ions are present at the ion exchange site. Sample C2 has a skeletal structure in which X + in FIG. 1 (b) is H + .

次に、上記試料E1、試料C1、及び試料C2に、炭化水素(トルエン)を吸着させたときの、脱離ピーク温度及び吸着量を測定した。測定は、温度プログラム昇温触媒分析装置(日本ベル(株)製の「BEL−CAT」)を用いて行った。
具体的には、まず、流速50mL/minのHeガス流通下において、0.1gの各粉末試料(試料E1、試料C1、及び試料C2)を昇温速度20℃/minで温度400℃まで昇温させ、温度400℃にて20分間保持した後、温度50℃まで降温させる前処理を行った。次に、温度50℃に保持したまま、各試料に、トルエン混合ガス(トルエン:5体積%、He:バランス)を流速50mL/minで15分間流通させ、トルエンを吸着させた。次いで、質量分析計にトルエンが観測されなくなるまで、流速50mL/minのHeガスを各試料に流通させた。その後、流速30mL/minのHeガス流通下において、各試料を昇温速度10℃/minで温度400℃まで昇温させ、温度400℃にて15分間保持することにより、吸着したトルエンを脱離させた。昇温に伴って各試料から脱離する成分を質量分析計(日本ベル(株)製の「BEL−Mass)にて定性・定量した。そして、トルエンの脱離量が最大となるときの温度(トルエン脱離ピーク温度(℃))を測定した。その結果を図2に示す。
また、質量分析によりトルエンの脱離量を測定することにより、各試料に吸着していたトルエン吸着量を求めた。
Next, the desorption peak temperature and the amount of adsorption when hydrocarbon (toluene) was adsorbed to the sample E1, sample C1, and sample C2 were measured. The measurement was performed using a temperature programmed temperature rising catalyst analyzer (“BEL-CAT” manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.).
Specifically, first, 0.1 g of each powder sample (sample E1, sample C1, and sample C2) was raised to a temperature of 400 ° C. at a temperature rising rate of 20 ° C./min under a He gas flow at a flow rate of 50 mL / min. After preheating and holding at a temperature of 400 ° C. for 20 minutes, a pretreatment for lowering the temperature to 50 ° C. was performed. Next, while maintaining the temperature at 50 ° C., a toluene mixed gas (toluene: 5% by volume, He: balance) was passed through each sample at a flow rate of 50 mL / min for 15 minutes to adsorb toluene. Subsequently, He gas with a flow rate of 50 mL / min was circulated through each sample until toluene was not observed in the mass spectrometer. Thereafter, each sample was heated to a temperature of 400 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min under a flow of He gas at a flow rate of 30 mL / min and held at a temperature of 400 ° C. for 15 minutes to desorb the adsorbed toluene. I let you. The components desorbed from each sample as the temperature rises were qualitatively and quantified with a mass spectrometer ("BEL-Mass" manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.), and the temperature at which the desorption amount of toluene is maximized. (Toluene desorption peak temperature (° C.)) was measured, and the result is shown in FIG.
Further, the amount of toluene adsorbed on each sample was determined by measuring the amount of toluene desorbed by mass spectrometry.

また、自動比表面積分析装置(日本ベル(株)製の「BELSORP−miniII」)を用いて各試料の比表面積を測定した。
具体的には、まず、排気前処理装置(日本ベル(株)製の「BELPREP−vacII」)を用いて排気しながら、各試料0.2gを昇温速度10℃/minで温度300℃まで昇温させ、この温度300℃にて1時間保持する前処理を行った。前処理後の各試料について、液体窒素沸点(77K)付近における窒素吸着測定を行い、多点BET法により各試料の比表面積を算出した。そして、上述の質量分析により測定したトルエン吸着量をここで得られた比表面積の値で除すことにより、各試料の単位比表面積あたりのトルエン吸着量(μmol/m2)を算出した。その結果を図3に示す。
Moreover, the specific surface area of each sample was measured using the automatic specific surface area analyzer ("BELSORP-miniII" by Nippon Bell Co., Ltd.).
Specifically, first, 0.2 g of each sample was heated to a temperature of 300 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min while exhausting using an exhaust pretreatment device (“BELPREP-vac II” manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.). The temperature was raised, and a pretreatment was performed at this temperature of 300 ° C. for 1 hour. For each sample after pretreatment, nitrogen adsorption measurement was performed in the vicinity of the boiling point of liquid nitrogen (77K), and the specific surface area of each sample was calculated by the multipoint BET method. And the toluene adsorption amount (micromol / m < 2 >) per unit specific surface area of each sample was computed by remove | dividing the toluene adsorption amount measured by the above-mentioned mass spectrometry by the value of the specific surface area obtained here. The result is shown in FIG.

図2より知られるごとく、ゼオライト結晶骨格中のアルミニウムがホウ素で置換されており、かつイオン交換サイトにアルカリ金属イオン(Cs+)が存在している試料E1の炭化水素吸着剤は、SiO2及びAl23からなる通常のゼオライト結晶骨格を有する試料C1に比べてトルエン脱離ピーク温度が高くなっている。また、試料E1は、ゼオライト結晶骨格中のアルミニウムがホウ素で置換され、かつイオン交換サイトに水素イオン(H+)が存在している試料C2に比べても、トルエン脱離ピーク温度がさらに高くなっている。したがって、試料E1は、炭化水素を十分に優れた吸着力で吸着保持できることがわかる。
また、図3より知られるごとく、試料E1は、試料C1及び試料C2に比べて、多量のトルエンを吸着できることがわかる。
As is known from FIG. 2, the hydrocarbon adsorbent of sample E1 in which aluminum in the zeolite crystal skeleton is substituted with boron and alkali metal ions (Cs + ) are present at the ion exchange site is SiO 2 and The toluene desorption peak temperature is higher than that of the sample C1 having a normal zeolite crystal skeleton made of Al 2 O 3 . Further, the sample E1 has a higher toluene desorption peak temperature than the sample C2 in which the aluminum in the zeolite crystal skeleton is substituted with boron and the hydrogen ion (H + ) is present at the ion exchange site. ing. Therefore, it can be seen that the sample E1 can adsorb and hold hydrocarbons with sufficiently excellent adsorption power.
Further, as can be seen from FIG. 3, it can be seen that the sample E1 can adsorb a larger amount of toluene than the samples C1 and C2.

このように、本例によれば、ゼオライト結晶骨格中のアルミニウムがホウ素で置換され、かつイオン交換サイトにアルカリ金属イオンが存在している炭化水素吸着剤は、多量の炭化水素を十分に吸着保持できることがわかる。   Thus, according to this example, the hydrocarbon adsorbent in which the aluminum in the zeolite crystal skeleton is replaced with boron and the alkali metal ions are present at the ion exchange site is sufficiently adsorbed and retained. I understand that I can do it.

(実施例2)
本例は、炭化水素吸着剤を多孔質担体に担持してなる炭化水素吸着体の例である。
図4及び図5に示すごとく、本例の炭化水素吸着体1は、多孔質担体2として、外皮20と、その内側において多角形格子状に配設されたセル壁21と、該セル壁21に区画された多数のセル22とを有する多孔質のハニカム構造体を有する。
(Example 2)
This example is an example of a hydrocarbon adsorbent formed by supporting a hydrocarbon adsorbent on a porous carrier.
As shown in FIGS. 4 and 5, the hydrocarbon adsorbent 1 of this example includes, as a porous carrier 2, an outer skin 20, cell walls 21 arranged in a polygonal lattice shape inside the outer skin 20, and the cell walls 21. And a porous honeycomb structure having a large number of cells 22 divided into two.

多孔質担体2は、図4及び図5に示すごとく、略円柱形状を有している。多孔質担体2は、円筒形状の外皮20とこの外皮20内において略四角形格子状に配設されたセル壁21とを備える。セル壁21に区画されて形成された多数のセル22は円柱形状の多孔質担体2の一方の端面28から他方の端面29まで軸方向に伸びるように形成されている。
多孔質担体2は、コージェライトからなる多孔体であり、セル壁21には細孔(図示略)が形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the porous carrier 2 has a substantially cylindrical shape. The porous carrier 2 includes a cylindrical outer skin 20 and cell walls 21 arranged in a substantially quadrangular lattice shape in the outer skin 20. A large number of cells 22 formed by being partitioned by the cell walls 21 are formed so as to extend in the axial direction from one end face 28 to the other end face 29 of the cylindrical porous carrier 2.
The porous carrier 2 is a porous body made of cordierite, and pores (not shown) are formed in the cell walls 21.

本例の炭化水素吸着体1においては、図4及び図5に示すごとく、多孔質担体2のセル壁21に、炭化水素吸着剤を含有する炭化水素吸着層3が形成されている。
炭化水素吸着層3は、アルミナ粒子が凝集してなる担持層(図示略)と、該担持層に担持された炭化水素吸着剤(図示略)とからなる。また、多孔質吸着層3は、セル壁21上に形成されていると共に、セル壁21の細孔内にも充填されている。炭化水素吸着剤としては、実施例1の試料E1が担持されている。
In the hydrocarbon adsorbent 1 of this example, as shown in FIGS. 4 and 5, the hydrocarbon adsorption layer 3 containing a hydrocarbon adsorbent is formed on the cell wall 21 of the porous carrier 2.
The hydrocarbon adsorption layer 3 includes a support layer (not shown) in which alumina particles are aggregated and a hydrocarbon adsorbent (not shown) supported on the support layer. Further, the porous adsorption layer 3 is formed on the cell wall 21 and is also filled in the pores of the cell wall 21. As the hydrocarbon adsorbent, the sample E1 of Example 1 is supported.

次に、本例の炭化水素吸着体の製造方法について説明する。
まず、多孔質担体として、コージェライトからなるハニカム構造体を準備する。
具体的には、まず、タルク、シリカ、カオリン、アルミナ、及び水酸化アルミニウム等をコージェライト組成となるように混合した。そして、混合粉末に対してバインダ及び水を加えて混練し、可塑性を調整した。その後、押出機により混練物を成形し、全体形状が円柱形状で、セル形状が四角形のハニカム成形体を得た。
次に、水分が十分に除去されるまでハニカム成形体を乾燥した後、焼成した。これにより、ハニカム構造の多孔質担体を得た。
Next, the manufacturing method of the hydrocarbon adsorbent of this example will be described.
First, a honeycomb structure made of cordierite is prepared as a porous carrier.
Specifically, first, talc, silica, kaolin, alumina, aluminum hydroxide and the like were mixed so as to have a cordierite composition. And the binder and water were added and kneaded with respect to mixed powder, and plasticity was adjusted. Thereafter, the kneaded product was molded by an extruder to obtain a honeycomb molded body having a cylindrical shape as a whole and a square cell shape.
Next, the honeycomb formed body was dried until moisture was sufficiently removed, and then fired. Thereby, a porous carrier having a honeycomb structure was obtained.

次に、多孔質担体のセル壁に炭化水素吸着層を形成した。
具体的には、まず、実施例1で作製した試料E1と、アルミナゾルを水に混合し、スラリーを得た。次いで、このスラリーにハニカム構造の多孔質担体を浸漬し、引き上げた後、多孔質担体のセル内の余剰スラリーを空気流にて取り除いた。そして、多孔質担体を乾燥させた後、温度400℃で1時間焼成した。
このようにして、多孔質担体のセル壁の表面に、炭化水素吸着剤を含有する炭化水素吸着層が形成された炭化水素吸着体を得た。なお、本例においては、無機バインダとしてアルミナゾルを用いたが、アルミナゾルの代わりに、シリカゾル又はイットリアゾル等を用いることもできる。
Next, a hydrocarbon adsorption layer was formed on the cell wall of the porous carrier.
Specifically, first, sample E1 prepared in Example 1 and alumina sol were mixed with water to obtain a slurry. Next, a porous carrier having a honeycomb structure was immersed in this slurry and pulled up, and then excess slurry in the cells of the porous carrier was removed by an air flow. And after drying a porous support | carrier, it baked at the temperature of 400 degreeC for 1 hour.
In this way, a hydrocarbon adsorbent was obtained in which a hydrocarbon adsorption layer containing a hydrocarbon adsorbent was formed on the surface of the cell wall of the porous carrier. In this example, alumina sol is used as the inorganic binder, but silica sol or yttria sol can be used instead of alumina sol.

本例の炭化水素吸着体1においては、炭化水素吸着剤(試料E1)を含有する炭化水素吸着層3が多孔質担体2に担持されている(図4及び図5参照)。そして、炭化水素吸着剤としては、ゼオライト結晶骨格中のアルミニウムの少なくとも一部がホウ素で置換され、かつイオン交換サイトの少なくとも一部にアルカリ金属イオンが存在する実施例1の上記試料E1が採用されている。
そのため、上記試料E1が示す炭化水素に対する優れた吸着力を生かして、上記炭化水素吸着体は、多量の炭化水素を十分に吸着保持することができる。
In the hydrocarbon adsorbent 1 of this example, a hydrocarbon adsorbing layer 3 containing a hydrocarbon adsorbent (sample E1) is supported on a porous carrier 2 (see FIGS. 4 and 5). As the hydrocarbon adsorbent, the sample E1 of Example 1 in which at least part of aluminum in the zeolite crystal skeleton is substituted with boron and alkali metal ions are present in at least part of the ion exchange site is employed. ing.
Therefore, the hydrocarbon adsorbent can sufficiently adsorb and hold a large amount of hydrocarbons by making use of the excellent adsorption power for hydrocarbons shown by the sample E1.

また、図6に示すごとく、炭化水素吸着体1は、排ガス流路6において、貴金属等の三元触媒を多孔質担体に担持した排ガス浄化触媒体5の上流側に配置して用いることができる。これにより、例えば三元触媒の活性温度未満の低温時においては、上流側に配置された炭化水素吸着体1が炭化水素を吸着することができ、活性温度以上になると下流側に配置された排ガス浄化触媒体5により排ガスの浄化を行うことができる。そのため、排ガス中に含まれる炭化水素の排出をより確実に防止することが可能になる。
なお、排ガス浄化触媒体5は、炭化水素吸着剤の代わりに三元触媒を用いる点を除いては、例えば上記炭化水素吸着体1と同様の構成にすることができる。また、図6においては、炭化水素吸着体1と排ガス浄化触媒体5とを並べて配設し、両者の間隔をほとんどあけずに配置した例を示しているが、両者の間隔を十分に大きくすることもできる。
Further, as shown in FIG. 6, the hydrocarbon adsorbent 1 can be used in the exhaust gas flow path 6 by being arranged upstream of the exhaust gas purification catalyst body 5 in which a three-way catalyst such as a noble metal is supported on a porous carrier. . Thereby, for example, when the temperature is lower than the activation temperature of the three-way catalyst, the hydrocarbon adsorbent 1 arranged on the upstream side can adsorb hydrocarbons, and when the temperature becomes higher than the activation temperature, the exhaust gas arranged on the downstream side The exhaust gas can be purified by the purification catalyst body 5. Therefore, it becomes possible to more reliably prevent the hydrocarbons contained in the exhaust gas from being discharged.
The exhaust gas purification catalyst body 5 can have the same configuration as that of the hydrocarbon adsorbent 1, for example, except that a three-way catalyst is used instead of the hydrocarbon adsorbent. Further, FIG. 6 shows an example in which the hydrocarbon adsorbent 1 and the exhaust gas purification catalyst body 5 are arranged side by side and arranged with almost no gap therebetween, but the gap between the two is sufficiently increased. You can also.

1 炭化水素吸着体
2 多孔質担体
21 セル壁
22 セル
3 炭化水素吸着層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrocarbon adsorbent 2 Porous support 21 Cell wall 22 Cell 3 Hydrocarbon adsorption layer

Claims (4)

アルミノケイ酸塩のゼオライト結晶骨格を有する炭化水素吸着剤であって、
上記ゼオライト結晶骨格中のアルミニウムの少なくとも一部がホウ素で置換されており、かつ、上記ゼオライト結晶骨格におけるイオン交換サイトの少なくとも一部に、アルカリ金属イオンが存在していることを特徴とする炭化水素吸着剤。
A hydrocarbon adsorbent having a zeolite crystal framework of aluminosilicate,
A hydrocarbon characterized in that at least a part of aluminum in the zeolite crystal skeleton is substituted with boron, and an alkali metal ion is present in at least a part of ion exchange sites in the zeolite crystal skeleton. Adsorbent.
請求項1に記載の炭化水素吸着剤において、上記ゼオライト結晶骨格中におけるSi/Bのモル比が10以上かつ50以下であることを特徴とする炭化水素吸着剤。   The hydrocarbon adsorbent according to claim 1, wherein the molar ratio of Si / B in the zeolite crystal skeleton is 10 or more and 50 or less. 請求項1又は2に記載の炭化水素吸着剤において、上記ゼオライト結晶骨格は、MFI型又はBEA型であることを特徴とする炭化水素吸着剤。   The hydrocarbon adsorbent according to claim 1 or 2, wherein the zeolite crystal skeleton is of MFI type or BEA type. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の炭化水素吸着剤を多孔質担体に担持してなる炭化水素吸着体。   The hydrocarbon adsorbent formed by carrying the hydrocarbon adsorbent according to any one of claims 1 to 3 on a porous carrier.
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WO2021200990A1 (en) * 2020-03-31 2021-10-07 東ソー株式会社 Zeolite composition having yfi structure, hydrocarbon adsorbent, and hydrocarbon adsorption method
CN115397551A (en) * 2020-03-31 2022-11-25 东曹株式会社 Hydrocarbon adsorbent and method for adsorbing hydrocarbon

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