JP2015208712A - Catalyst for exhaust gas purification and selective reduction method of nitrogen oxide and oxidative removal method of solid carbon ingredient using the same - Google Patents

Catalyst for exhaust gas purification and selective reduction method of nitrogen oxide and oxidative removal method of solid carbon ingredient using the same Download PDF

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翔太 内藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst for exhaust gas purification which exerts a high activity to both selective reduction of nitrogen oxides and oxidative removal of solid carbon ingredients, e.g. soot.SOLUTION: A catalyst for exhaust gas purification has a structure in which an oxide showing solid acidity and a manganese oxide are supported on a complex oxide containing cerium. The content of cerium in the complex oxide is 5-45 mol%, relative to the total amount of the complex oxide and based on CeO; the carrying amount of the oxide showing solid acidity is 5-23 pts. mass, relative to the amount of the complex oxide of 100 pts. mass and based on the oxide; and the carrying amount of manganese oxide is 0.1-9 pts. mass, relative to the total amount of the complex oxide and the oxide showing solid acidity of 100 pts. mass and based on manganese.

Description

本発明は、排ガス浄化用触媒、並びにそれを用いた窒素酸化物の選択還元方法及び固体炭素成分の酸化除去方法に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst, a method for selectively reducing nitrogen oxides using the same, and a method for oxidizing and removing a solid carbon component.

従来、ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排ガス中の窒素酸化物(NOx)を浄化(除去)するために、窒素酸化物をアンモニアの存在下でCe−Zr−R−A−O触媒(R及びAは共に遷移金属)に接触させ、選択還元して無害化する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, in order to purify (remove) nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine, the nitrogen oxides are converted to Ce-Zr-R-A-O catalyst in the presence of ammonia ( A technique is known in which R and A are both brought into contact with a transition metal) and selectively reduced to render them harmless (see, for example, Patent Document 1).

また、酸化セリウム担体に酸化タングステンが担持された触媒により、排ガス中の窒素酸化物をアンモニアの存在下で無害化する技術が知られている(例えば、特許文献2参照)。   In addition, a technique is known in which nitrogen oxides in exhaust gas are rendered harmless in the presence of ammonia using a catalyst in which tungsten oxide is supported on a cerium oxide support (see, for example, Patent Document 2).

特表2010−506724号公報Special table 2010-506724 gazette 特開2009−291764号公報JP 2009-291664 A

しかしながら、上記特許文献1に記載された触媒の場合、窒素酸化物の無害化には活性を示すものの、排ガス中に含まれる煤をはじめとする固体炭素成分の酸化除去には必ずしも十分な活性を示さず、煤を酸化除去するための酸化触媒を追加で用いる必要があった。   However, in the case of the catalyst described in the above-mentioned Patent Document 1, although it exhibits activity for detoxifying nitrogen oxides, it does not necessarily have sufficient activity for oxidizing and removing solid carbon components including soot contained in exhaust gas. Not shown, it was necessary to additionally use an oxidation catalyst to oxidize the soot.

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、窒素酸化物の選択還元及び煤をはじめとする固体炭素成分の酸化除去の双方に対して高い活性を発現する排ガス浄化用触媒、並びに、当該排ガス浄化用触媒を用いた窒素酸化物の選択還元方法及び固体炭素成分の酸化除去方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and is for exhaust gas purification that exhibits high activity for both selective reduction of nitrogen oxides and oxidation removal of solid carbon components including soot. It is an object of the present invention to provide a catalyst, a selective reduction method of nitrogen oxides using the exhaust gas purification catalyst, and a method of oxidizing and removing a solid carbon component.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、セリウムを含む複合酸化物に、固体酸性を示す酸化物とマンガン酸化物とが担持された構造を有し、上記複合酸化物中の上記セリウムの含有量が、上記複合酸化物全量を基準としてCeO換算で5〜45モル%であり、上記固体酸性を示す酸化物の担持量が、上記複合酸化物100質量部に対して酸化物換算で5〜23質量部であり、上記マンガン酸化物の担持量が、上記複合酸化物及び上記固体酸性を示す酸化物の合計100質量部に対してマンガン換算で0.1〜9質量部である、排ガス浄化用触媒を提供する。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have completed the present invention. That is, the present invention has a structure in which an oxide showing solid acidity and a manganese oxide are supported on a composite oxide containing cerium, and the content of the cerium in the composite oxide is determined by the composite oxide. a 5 to 45 mol% in terms of CeO 2 things based on the total amount of supported oxides having the solid acidity, be 5 to 23 parts by mass in terms of oxide with respect to the composite oxide 100 parts by weight An exhaust gas-purifying catalyst is provided, in which the supported amount of the manganese oxide is 0.1 to 9 parts by mass in terms of manganese with respect to 100 parts by mass in total of the composite oxide and the oxide exhibiting solid acidity. .

上記排ガス浄化用触媒によれば、上記構成を有することにより、窒素酸化物の選択還元及び煤をはじめとする固体炭素成分の酸化除去の双方に対して高い活性を発現することができ、窒素酸化物を効率的に選択還元することが可能で、且つ、固体炭素成分を効率的に酸化除去することが可能である。特に、上記排ガス浄化用触媒では、固体酸性を示す酸化物及びマンガン酸化物がセリウムを含む複合酸化物に担持された構造とし、且つ、複合酸化物中のセリウムの含有量を上記範囲とすることで、燃焼により固体炭素成分を酸化除去する際に、複合酸化物に含まれるセリウムの価数の変化による格子酸素の放出量を十分に得ることができ、固体炭素成分を効率的に酸化除去することが可能となる。更に、上記排ガス浄化用触媒では、固体酸性を示す酸化物及びマンガン酸化物の担持量を上記範囲とすることで、窒素酸化物の選択還元及び固体炭素成分の酸化除去の双方に対する高い活性を得ることができる。   According to the exhaust gas purifying catalyst, having the above-described configuration can exhibit high activity for both selective reduction of nitrogen oxides and oxidation removal of solid carbon components including soot, and nitrogen oxidation. It is possible to efficiently selectively reduce substances and to efficiently oxidize and remove the solid carbon component. In particular, the exhaust gas-purifying catalyst has a structure in which a solid acid oxide and manganese oxide are supported on a composite oxide containing cerium, and the content of cerium in the composite oxide is within the above range. Thus, when the solid carbon component is oxidized and removed by combustion, a sufficient amount of lattice oxygen can be obtained due to the change in the valence of cerium contained in the composite oxide, and the solid carbon component is efficiently oxidized and removed. It becomes possible. Furthermore, in the exhaust gas purifying catalyst, high activity for both selective reduction of nitrogen oxides and oxidative removal of solid carbon components is obtained by setting the supported amounts of oxides and manganese oxides exhibiting solid acidity within the above range. be able to.

上記排ガス浄化用触媒において、上記複合酸化物が更にジルコニウムを含み、上記複合酸化物中の上記ジルコニウムの含有量が、上記複合酸化物全量を基準としてZrO換算で55〜95モル%であることが好ましい。これにより、排ガス浄化用触媒は、より優れた耐熱性を有すると共に、優れた固体炭素成分の酸化除去性能を得ることができる。 In the exhaust gas purifying catalyst, the composite oxide further contains zirconium, and the zirconium content in the composite oxide is 55 to 95 mol% in terms of ZrO 2 based on the total amount of the composite oxide. Is preferred. As a result, the exhaust gas purifying catalyst has more excellent heat resistance and can obtain excellent oxidative removal performance of the solid carbon component.

上記排ガス浄化用触媒において、上記固体酸性を示す酸化物がニオブを含むことが好ましい。これにより、排ガス浄化用触媒は、窒素酸化物の選択還元及び固体炭素成分の酸化除去に対してより高い活性を示すことができる。   In the exhaust gas-purifying catalyst, the oxide exhibiting solid acidity preferably contains niobium. Thereby, the exhaust gas purifying catalyst can exhibit higher activity for selective reduction of nitrogen oxides and oxidation removal of solid carbon components.

本発明はまた、還元剤存在下で、上記本発明の排ガス浄化用触媒と、窒素酸化物を含有する排ガスと、を接触させる工程を含む、排ガス中の窒素酸化物の選択還元方法を提供する。かかる窒素酸化物の選択還元方法によれば、上記本発明の排ガス浄化用触媒を用いているため、排ガス中の窒素酸化物を効率的に選択還元して無害化することができる。   The present invention also provides a method for selective reduction of nitrogen oxides in exhaust gas, which comprises the step of bringing the exhaust gas purifying catalyst of the present invention into contact with exhaust gas containing nitrogen oxides in the presence of a reducing agent. . According to such a selective reduction method of nitrogen oxides, since the exhaust gas purifying catalyst of the present invention is used, nitrogen oxides in the exhaust gas can be efficiently selectively reduced and rendered harmless.

本発明は更に、上記本発明の排ガス浄化用触媒と、固体炭素成分を含有する排ガスと、を接触させる工程を含む、排ガス中の固体炭素成分の酸化除去方法を提供する。かかる固体炭素成分の酸化除去方法によれば、上記本発明の排ガス浄化用触媒を用いているため、排ガス中の固体炭素成分を効率的に酸化除去することができる。   The present invention further provides a method for oxidizing and removing the solid carbon component in the exhaust gas, which comprises the step of bringing the exhaust gas purifying catalyst of the present invention into contact with the exhaust gas containing the solid carbon component. According to such a solid carbon component oxidation removal method, since the exhaust gas purifying catalyst of the present invention is used, the solid carbon component in the exhaust gas can be efficiently oxidized and removed.

本発明によれば、窒素酸化物の選択還元及び煤をはじめとする固体炭素成分の酸化除去の双方に対して高い活性を発現する排ガス浄化用触媒、並びに、当該排ガス浄化用触媒を用いた窒素酸化物の選択還元方法及び固体炭素成分の酸化除去方法を提供することができる。   According to the present invention, an exhaust gas purifying catalyst exhibiting high activity for both selective reduction of nitrogen oxides and oxidation removal of solid carbon components such as soot, and nitrogen using the exhaust gas purifying catalyst A method for selective reduction of an oxide and a method for oxidizing and removing a solid carbon component can be provided.

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof.

[排ガス浄化用触媒]
本実施形態の排ガス浄化用触媒は、セリウムを含む複合酸化物を担体とし、該担体に固体酸性を示す酸化物とマンガン酸化物とが担持された構造を有するものである。以下、排ガス浄化用触媒の構成成分について説明する。
[Exhaust gas purification catalyst]
The exhaust gas purifying catalyst of the present embodiment has a structure in which a composite oxide containing cerium is used as a carrier, and an oxide showing solid acidity and manganese oxide are supported on the carrier. Hereinafter, the components of the exhaust gas purifying catalyst will be described.

(セリウムを含む複合酸化物)
排ガス浄化用触媒は、固体酸性を示す酸化物とマンガン酸化物とを担持する担体として、セリウムを含む複合酸化物(以下、単に「複合酸化物」ともいう)を含有する。上記複合酸化物としては、例えば、セリウムと第二成分とからなる固溶体を含む複合酸化物を用いることができる。
(Composite oxide containing cerium)
The exhaust gas-purifying catalyst contains a composite oxide containing cerium (hereinafter, also simply referred to as “composite oxide”) as a carrier for supporting solid oxide and manganese oxide. As the composite oxide, for example, a composite oxide containing a solid solution composed of cerium and a second component can be used.

上記複合酸化物におけるセリウムの含有量は、複合酸化物全量を基準として、CeO換算で5〜45モル%である。セリウムの含有量がCeO換算で5モル%未満であると、燃焼により煤をはじめとする固体炭素成分を酸化除去する際に、セリウムの価数の変化による格子酸素の放出量が少なくなり、固体炭素成分の燃焼活性が低下する。一方、セリウムの含有量がCeO換算で45モル%を超えると、高温下で複合酸化物のシンタリングが進み、固体炭素成分の燃焼活性が低下すると共に、複合酸化物上に担持された活性種の機能を阻害することに繋がり、NOxの浄化効率も低下する。また、良好な耐熱性を維持しながら固体炭素成分の酸化除去性能をより向上する観点から、セリウムの含有量(CeO換算)は、10〜40モル%であることがより好ましく、15〜30モル%であることが更に好ましい。 The content of cerium in the composite oxide is 5 to 45 mol% in terms of CeO 2 based on the total amount of the composite oxide. When the content of cerium is less than 5 mol% in terms of CeO 2 , the amount of released lattice oxygen due to the change in the valence of cerium is reduced when oxidizing and removing solid carbon components such as soot by combustion, The combustion activity of the solid carbon component is reduced. On the other hand, when the content of cerium exceeds 45 mol% in terms of CeO 2 , the sintering of the composite oxide proceeds at a high temperature, the combustion activity of the solid carbon component decreases, and the activity supported on the composite oxide This leads to inhibition of the functions of the seeds, and the NOx purification efficiency also decreases. Further, from the viewpoint of further improving the oxidation removal performance of the solid carbon component while maintaining good heat resistance, the cerium content (in terms of CeO 2 ) is more preferably 10 to 40 mol%, and 15 to 30 More preferably, it is mol%.

上記複合酸化物は、第二成分として、珪素、アルミニウム、イットリウム、ランタン、プラセオジウム、ネオジウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリウム、チタニウム、ジルコニウム、及びタングステンのうちの1種又は2種以上を含むことができる。これらの中でも、複合酸化物は、複合酸化物の耐熱性及び格子酸素の放出性の双方を高水準で達成できることから、ジルコニウムを含むことが好ましい。同様の観点から、複合酸化物は、CeO−ZrOであることが特に好ましい。 The composite oxide may contain one or more of silicon, aluminum, yttrium, lanthanum, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, titanium, zirconium, and tungsten as the second component. Among these, the composite oxide preferably contains zirconium because both the heat resistance of the composite oxide and the release of lattice oxygen can be achieved at a high level. From the same viewpoint, the composite oxide is particularly preferably CeO 2 —ZrO 2 .

上記複合酸化物における上記第二成分の含有量は、複合酸化物全量を基準として、酸化物換算(例えばジルコニウムの場合はZrO換算)で55〜95モル%であることが好ましい。上記第二成分の含有量が酸化物換算で55モル%未満の場合、高温下で複合酸化物のシンタリングが進み、固体炭素成分の燃焼活性が低下すると共に、複合酸化物上に担持された活性種の機能を阻害することに繋がり、NOxの浄化効率も低下する。一方、上記第二成分の含有量が酸化物換算で95モル%を超える場合、セリウムの含有量がCeO換算で5モル%未満となるため、燃焼により固体炭素成分を酸化除去する際に、セリウムの価数の変化による格子酸素の放出量が少なくなり、固体炭素成分の燃焼活性が低下する。また、固体炭素成分の酸化除去性能をより向上する観点から、第二成分の含有量(酸化物換算)は、60〜90モル%であることがより好ましく、70〜85モル%であることが更に好ましい。 The content of the second component in the composite oxide is preferably 55 to 95 mol% in terms of oxide (for example, in terms of ZrO 2 in the case of zirconium) based on the total amount of the composite oxide. When the content of the second component is less than 55 mol% in terms of oxide, the sintering of the composite oxide proceeds at a high temperature, and the combustion activity of the solid carbon component decreases, and is supported on the composite oxide. This leads to inhibition of the function of the active species, and the purification efficiency of NOx also decreases. On the other hand, if the content of the second component exceeds 95 mol% in terms of oxide, since the content of cerium is less than 5 mol% in terms of CeO 2, when oxidizing and removing the solid carbon component by burning, The amount of lattice oxygen released by the change in the valence of cerium decreases, and the combustion activity of the solid carbon component decreases. Moreover, from the viewpoint of further improving the oxidation removal performance of the solid carbon component, the content of the second component (as oxide) is more preferably 60 to 90 mol%, and 70 to 85 mol%. Further preferred.

上記複合酸化物の形状は特に制限されず、例えば、粉末状、ペレット状、モノリス状、ガーゼ状、グリッド状等が挙げられる。これらの中でも、複合酸化物の形状は、比表面積を高める観点から、粉末状、モノリス状であることが好ましい。複合酸化物が粉末状である場合、その平均粒径は、固体炭素成分の酸化除去に対する活性向上の観点から、1〜100nmであることが好ましく、5〜50nmであることがより好ましい。また、複合酸化物の比表面積は、窒素酸化物の選択還元及び固体炭素成分の酸化除去に対する活性向上の観点から、3m/g以上であることが好ましく、10m/g以上であることがより好ましい。 The shape of the composite oxide is not particularly limited, and examples thereof include powder, pellet, monolith, gauze, grid, and the like. Among these, the shape of the composite oxide is preferably powder or monolith from the viewpoint of increasing the specific surface area. When the composite oxide is in the form of powder, the average particle size is preferably 1 to 100 nm, more preferably 5 to 50 nm, from the viewpoint of improving the activity with respect to oxidative removal of the solid carbon component. In addition, the specific surface area of the composite oxide is preferably 3 m 2 / g or more, preferably 10 m 2 / g or more, from the viewpoint of selective activity reduction of nitrogen oxides and improvement in activity against oxidative removal of the solid carbon component. More preferred.

なお、上記複合酸化物は、結晶型を有していてもよく、非晶質であってもよい。また、上記複合酸化物は、一部に水酸化物を含んでいてもよい。   Note that the composite oxide may have a crystal form or may be amorphous. The composite oxide may partially contain a hydroxide.

上記複合酸化物の製造方法は特に制限されず、例えば、粉末原料を混合後に焼成する方法、各種前躯体の溶液をアルカリで沈殿させた後に焼成する方法等により製造することができる。また、上記複合酸化物としては、市販品を用いてもよい。   The method for producing the composite oxide is not particularly limited, and can be produced by, for example, a method in which powder raw materials are mixed and then fired, a method in which various precursor solutions are precipitated with an alkali and then fired. Moreover, as said complex oxide, you may use a commercial item.

(固体酸性を示す酸化物)
固体酸性を示す酸化物としては、例えば、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化スズ、ホウ素酸化物、燐酸化物、アルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカアルミナ、チタニアシリカ、チタニアジルコニア、ジルコニアシリカ、マグネシアシリカ、燐酸アルミニウム、燐酸ジルコニウム、燐酸鉄、ハイドロタルサイト、粘度鉱物などが挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、これらの中でも、窒素酸化物の選択還元及び固体炭素成分の酸化除去に対する活性が高いことから、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化タングステンが好ましく、酸化ニオブがより好ましい。例えば酸化タングステンは、アンモニアにより部分的に溶解するおそれがあるが、酸化ニオブはそのようなおそれがなく、安定性に優れているため好ましい。なお、酸化ニオブとして具体的には酸化ニオブ(V)(Nb)が挙げられ、酸化モリブデンとして具体的には酸化モリブデン(VI)(MoO)が挙げられ、酸化タングステンとして具体的には酸化タングステン(VI)(WO)が挙げられる。
(Oxide showing solid acidity)
Examples of oxides that exhibit solid acidity include niobium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, vanadium oxide, chromium oxide, iron oxide, zinc oxide, tin oxide, boron oxide, phosphorous oxide, alumina, titania, zirconia, and silica alumina. , Titania silica, titania zirconia, zirconia silica, magnesia silica, aluminum phosphate, zirconium phosphate, iron phosphate, hydrotalcite, viscosity mineral and the like. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, niobium oxide, molybdenum oxide, and tungsten oxide are preferable, and niobium oxide is more preferable because of its high activity for selective reduction of nitrogen oxides and oxidation removal of solid carbon components. For example, tungsten oxide may be partially dissolved by ammonia, but niobium oxide is preferable because it does not have such a fear and has excellent stability. In addition, niobium oxide (V) (Nb 2 O 5 ) is specifically exemplified as niobium oxide, molybdenum oxide (VI) (MoO 3 ) is specifically exemplified as molybdenum oxide, and tungsten oxide is specifically exemplified. Includes tungsten oxide (VI) (WO 3 ).

排ガス浄化用触媒において、固体酸性を示す酸化物の担持量は、上記複合酸化物を100質量部とした時に、酸化物換算で5〜23質量部であり、7〜20質量部であることが好ましく、9〜18質量部であることがより好ましく、10〜15質量部であることが更に好ましい。この担持量が5質量部未満の場合、窒素酸化物の浄化反応に対して活性が低くなり、担持量が23質量部を超える場合、担持量に見合う活性が得られないため、コストが高くなる。   In the exhaust gas purifying catalyst, the supported amount of the oxide exhibiting solid acidity is 5 to 23 parts by mass in terms of oxide and 7 to 20 parts by mass when the composite oxide is 100 parts by mass. Preferably, it is 9-18 mass parts, More preferably, it is 10-15 mass parts. When the loading amount is less than 5 parts by mass, the activity is low with respect to the nitrogen oxide purification reaction, and when the loading amount exceeds 23 parts by mass, the activity corresponding to the loading amount cannot be obtained, resulting in an increase in cost. .

なお、固体酸性を示す酸化物は、結晶型を有していてもよく、非晶質であってもよい。また、上記固体酸性を示す酸化物は、一部に水酸化物を含んでいてもよい。   Note that the oxide exhibiting solid acidity may have a crystal form or may be amorphous. Moreover, the oxide which shows the said solid acidity may contain the hydroxide in part.

また、排ガス浄化用触媒において、上記固体酸性を示す酸化物は、上記複合酸化物に直接担持されていてもよく、上記複合酸化物に担持された上記マンガン酸化物に担持(すなわち、マンガン酸化物を介して複合酸化物に間接的に担持)されていてもよい。   In the exhaust gas purifying catalyst, the oxide showing solid acidity may be directly supported on the composite oxide, or supported on the manganese oxide supported on the composite oxide (that is, manganese oxide). May be indirectly supported on the composite oxide via

(マンガン酸化物)
マンガン酸化物としては、MnO、MnO、M、Mn、MnO、Mn等が挙げられ、これらのうちの複数が共存していてもよい。これらの中でも、MnO(酸化マンガン(IV))が好ましく、MnO(酸化マンガン(IV))と他のマンガン酸化物が共存していてもよい。
(Manganese oxide)
Examples of the manganese oxide include MnO 2 , MnO, M 2 O 3 , Mn 3 O 4 , MnO 3 , Mn 2 O 7 and the like, and a plurality of these may coexist. Among these, MnO 2 (manganese (IV) oxide) is preferable, and MnO 2 (manganese (IV) oxide) and other manganese oxides may coexist.

排ガス浄化用触媒において、マンガン酸化物の担持量は、上記複合酸化物及びそれに担持された上記固体酸性を示す酸化物の合計量を100質量部とした時に、マンガン(Mn)換算で0.1〜9質量部であることが好ましく、0.1〜6質量部であることがより好ましく、0.1〜4質量部であることが更に好ましい。上記担持量が0.1質量部未満の場合、窒素酸化物の浄化反応に対して活性が低くなり、一方、上記担持量が9質量部を超える場合は、窒素酸化物の浄化反応で用いる還元剤(例えば、アンモニア)をマンガン酸化物が酸化してNOxを生成することがあり、窒素酸化物の浄化率が低下する。   In the exhaust gas purifying catalyst, the amount of manganese oxide supported is 0.1 in terms of manganese (Mn) when the total amount of the composite oxide and the oxide exhibiting solid acidity supported thereon is 100 parts by mass. It is preferable that it is -9 mass parts, It is more preferable that it is 0.1-6 mass parts, It is still more preferable that it is 0.1-4 mass parts. When the loading amount is less than 0.1 parts by mass, the activity is low with respect to the nitrogen oxide purification reaction. On the other hand, when the loading amount exceeds 9 parts by mass, the reduction used in the nitrogen oxide purification reaction is reduced. The manganese oxide may oxidize the agent (for example, ammonia) to generate NOx, and the purification rate of nitrogen oxides decreases.

なお、上記マンガン酸化物は、結晶型を有していてもよく、非晶質であってもよい。また、上記マンガン酸化物は、一部に水酸化物を含んでいてもよい。   The manganese oxide may have a crystal form or may be amorphous. The manganese oxide may partially contain a hydroxide.

また、排ガス浄化用触媒において、上記マンガン酸化物は、上記複合酸化物に直接担持されていてもよく、上記複合酸化物に担持された上記固体酸性を示す酸化物に担持(すなわち、固体酸性を示す酸化物を介して複合酸化物に間接的に担持)されていてもよい。   In the exhaust gas purifying catalyst, the manganese oxide may be directly supported on the composite oxide, and may be supported on the oxide exhibiting the solid acidity supported on the composite oxide (that is, the solid acidity is increased). It may be supported indirectly on the composite oxide via the oxide shown.

(その他の成分)
本実施形態の排ガス浄化用触媒は、上述した複合酸化物、固体酸性を示す酸化物及びマンガン酸化物以外の他の成分を更に含んでいてもよい。他の成分としては、排ガス浄化用触媒に用いられる公知の成分を特に制限なく用いることができ、例えば、Cuイオン交換ゼオライト、Feイオン交換ゼオライト、貴金属等が挙げられる。
(Other ingredients)
The exhaust gas purifying catalyst of the present embodiment may further contain other components other than the above-described composite oxide, oxide showing solid acidity, and manganese oxide. As other components, known components used for exhaust gas purification catalysts can be used without particular limitation, and examples thereof include Cu ion exchange zeolite, Fe ion exchange zeolite, and noble metals.

(排ガス浄化用触媒の製造方法)
上述した排ガス浄化用触媒の製造方法は特に制限されず、公知の方法で製造することができる。製造方法の一例としては、例えば、上記複合酸化物を、固体酸性を示す酸化物の原料、マンガン酸化物の原料、及びそれらを溶解又は分散可能な溶媒を含む溶液中で混合し、乾燥及び焼成を行う方法が挙げられる。ここで、固体酸性を示す酸化物の原料としては、例えば固体酸性を示す酸化物が酸化ニオブである場合、塩化ニオブ、オキシ塩化二オブ、金属二オブ、各種二オブアルコキシド、各種二オブ酸塩などが挙げられる。固体酸性を示す酸化物が酸化ニオブ以外である場合も同様に、固体酸性を示す酸化物を構成する元素の塩化物、オキシ塩化物、金属、各種アルコキシド、各種塩等を原料として用いることができる。一方、マンガン酸化物の原料としては、酢酸マンガン・無水物、酢酸マンガン・水和物(酢酸マンガン・4水和物など)、金属マンガン、各種マンガン酸塩、塩化マンガン・無水物、塩化マンガン・水和物、硝酸マンガン・無水物、硝酸マンガン・水和物、リン酸マンガン・無水物、リン酸マンガン・水和物、炭酸マンガン・無水物、炭酸マンガン・水和物等が挙げられる。溶媒としては、水、各種アルコール、クエン酸等の金属キレート剤を含有した溶液等が挙げられる。なお、複合酸化物としては、市販品として予め固体酸性を示す酸化物が担持されたものを用いてもよい。
(Manufacturing method of exhaust gas purification catalyst)
The method for producing the exhaust gas purifying catalyst described above is not particularly limited, and can be produced by a known method. As an example of the production method, for example, the composite oxide is mixed in a solution containing a raw material of an oxide exhibiting solid acidity, a raw material of a manganese oxide, and a solvent capable of dissolving or dispersing them, and then dried and fired. The method of performing is mentioned. Here, as the raw material of the oxide showing solid acidity, for example, when the oxide showing solid acidity is niobium oxide, niobium chloride, niobium oxychloride, metal niobium, various niobium alkoxides, various niobate salts Etc. Similarly, when the oxide showing solid acidity is other than niobium oxide, chlorides, oxychlorides, metals, various alkoxides, various salts, etc. of the elements constituting the oxide showing solid acidity can be used as raw materials. . On the other hand, as raw materials for manganese oxide, manganese acetate / anhydride, manganese acetate / hydrate (manganese acetate / tetrahydrate, etc.), manganese metal, various manganates, manganese chloride / anhydride, manganese chloride / Examples thereof include hydrates, manganese nitrates / anhydrides, manganese nitrates / hydrates, manganese phosphates / anhydrides, manganese phosphates / hydrates, manganese carbonates / anhydrides, manganese carbonates / hydrates, and the like. Examples of the solvent include solutions containing metal chelating agents such as water, various alcohols, and citric acid. In addition, as a complex oxide, you may use what carried the oxide which shows solid acidity beforehand as a commercial item.

乾燥方法は特に制限されず、エバポレーターを用いて溶媒を除去してもよいし、加熱により溶媒を除去してもよい。また、焼成は、例えば、空気中、300〜800℃で5〜180分間加熱することで行うことができる。   The drying method is not particularly limited, and the solvent may be removed using an evaporator, or the solvent may be removed by heating. Moreover, baking can be performed by heating at 300-800 degreeC in the air for 5-180 minutes, for example.

[排ガス浄化用触媒の固定化]
本実施形態の排ガス浄化用触媒は、排ガスを浄化するためのフィルター、例えば、ディーゼルパーティキュレートフィルター(Diesel Particulate Filter)に固定化して用いることができる。フィルターが多孔質セラミックス製の場合、上記排ガス浄化用触媒は上記多孔質セラミックスの表面又は細孔内に固定化することができる。セラミックスとしては、コージェライト、アルミナ、シリカ、ムライト、窒化珪素、チタン酸アルミニウム等を用いることができる。
[Immobilization of exhaust gas purification catalyst]
The exhaust gas purifying catalyst of the present embodiment can be used by being immobilized on a filter for purifying exhaust gas, for example, a diesel particulate filter (Diesel Particulate Filter). When the filter is made of porous ceramics, the exhaust gas-purifying catalyst can be immobilized on the surface or pores of the porous ceramics. As the ceramic, cordierite, alumina, silica, mullite, silicon nitride, aluminum titanate, or the like can be used.

上記排ガス浄化用触媒の固定化は、例えば、排ガス浄化用触媒を水などの分散媒に分散してスラリー状とし、このスラリーをフィルターの隔壁表面や隔壁内部に塗工した後、焼成することで行うことができる。焼成は、例えば、空気中、300〜800℃で5〜180分間加熱することで行うことができる。なお、排ガス浄化用触媒のフィルターへの固着性を高める目的で、必要に応じてバインダー成分を上記スラリーに添加することができる。バインダーとしては、アルミナゾル、シリカゾル、ジルコニアゾル、セリアゾル等を用いることができる。   Immobilization of the exhaust gas purifying catalyst is, for example, by dispersing the exhaust gas purifying catalyst in a dispersion medium such as water to form a slurry, coating the slurry on the partition wall surface of the filter or inside the partition wall, and then firing the slurry. It can be carried out. Firing can be performed, for example, by heating in air at 300 to 800 ° C. for 5 to 180 minutes. In addition, a binder component can be added to the slurry as necessary for the purpose of enhancing the adhesion of the exhaust gas purifying catalyst to the filter. As the binder, alumina sol, silica sol, zirconia sol, ceria sol, or the like can be used.

[窒素酸化物の選択還元方法及び固体炭素成分の酸化除去方法]
本実施形態の排ガス浄化用触媒を用いた窒素酸化物の選択還元方法、及び、固体炭素成分の酸化除去方法は、本実施形態の排ガス浄化用触媒を固定化したフィルター等を用い、排ガス浄化用触媒と、窒素酸化物及び/又は固体炭素成分を含む排ガスと、を接触させる工程を含む方法により行うことができる。
[Selective reduction method of nitrogen oxide and oxidation removal method of solid carbon component]
The selective reduction method of nitrogen oxides using the exhaust gas purification catalyst of the present embodiment and the oxidation removal method of the solid carbon component use a filter or the like on which the exhaust gas purification catalyst of the present embodiment is fixed, for exhaust gas purification. It can be performed by a method including a step of bringing a catalyst into contact with an exhaust gas containing nitrogen oxides and / or a solid carbon component.

本実施形態に係る窒素酸化物の浄化方法では、窒素酸化物を浄化するために還元剤の添加が必要となるが、添加する還元剤の添加量としては、窒素酸化物を還元分解するのに必要な量であれば特に制限されるものではない。還元剤としては、アンモニアやアンモニア水などのアンモニア源を用いてもよいし、アンモニアを生成することができるアンモニア前駆体を用いてもよい。アンモニア前駆体としては、例えば、熱分解によりアンモニアを生成することができる尿素や尿素水などが挙げられる。なお、取扱い時の安全性の点で、尿素や尿素水を用いるのが好ましい。   In the method for purifying nitrogen oxides according to the present embodiment, it is necessary to add a reducing agent in order to purify nitrogen oxides. However, the amount of the reducing agent to be added is to reduce and decompose nitrogen oxides. There is no particular limitation as long as it is a necessary amount. As the reducing agent, an ammonia source such as ammonia or aqueous ammonia may be used, or an ammonia precursor capable of generating ammonia may be used. Examples of the ammonia precursor include urea and urea water that can generate ammonia by thermal decomposition. From the viewpoint of safety during handling, it is preferable to use urea or urea water.

還元剤の注入量としては、窒素酸化物を還元分解するのに必要な量であれば特に制限されるものではなく、窒素酸化物の量、及び触媒の浄化性能等、特性に応じた量を注入することが好ましい。このように還元剤の量を調節して添加することにより、窒素酸化物を高い効率で浄化することができるようになる。   The amount of the reducing agent to be injected is not particularly limited as long as it is an amount necessary for reductive decomposition of nitrogen oxides, and the amount according to the characteristics such as the amount of nitrogen oxides and the purification performance of the catalyst. It is preferable to inject. Thus, nitrogen oxide can be purified with high efficiency by adjusting and adding the amount of the reducing agent.

また、本実施形態に係る窒素酸化物の選択還元方法、及び、固体炭素成分の酸化除去方法において、反応温度は、100℃〜500℃の範囲内であることが好ましく、これらの反応の効率を更に高くする点で、150℃〜500℃の範囲内であることがより好ましい。   In the method for selective reduction of nitrogen oxides and the method for oxidizing and removing solid carbon components according to the present embodiment, the reaction temperature is preferably in the range of 100 ° C. to 500 ° C., and the efficiency of these reactions is improved. It is more preferable that the temperature is in the range of 150 ° C. to 500 ° C. in terms of further increase.

本実施形態において、窒素酸化物の選択還元及び固体炭素成分の酸化除去は、例えば一つのフィルターを用いて、同時に行うことが可能である。すなわち、本実施形態の排ガス浄化用触媒を用いることにより、還元剤を添加しながら上記反応温度で反応を行うことにより、窒素酸化物の選択還元及び固体炭素成分の酸化除去を同時に進行させることができる。そのため、排ガス浄化装置を構築する際に、本実施形態の排ガス浄化用触媒を固定化したフィルター等を用いることで、窒素酸化物を選択還元するための装置と固体炭素成分を酸化除去するための装置とを別個に設ける必要がなく、排ガス浄化装置の簡素化及び設置スペースの低減を実現することができる。   In the present embodiment, the selective reduction of nitrogen oxides and the oxidative removal of the solid carbon component can be performed simultaneously using, for example, one filter. That is, by using the exhaust gas purifying catalyst of the present embodiment, the selective reduction of nitrogen oxides and the oxidative removal of solid carbon components can proceed simultaneously by carrying out the reaction at the reaction temperature while adding a reducing agent. it can. Therefore, when constructing an exhaust gas purification apparatus, by using a filter or the like on which the exhaust gas purification catalyst of this embodiment is fixed, an apparatus for selectively reducing nitrogen oxides and a solid carbon component for oxidizing and removing are used. It is not necessary to provide a separate device, and the exhaust gas purification device can be simplified and the installation space can be reduced.

本実施形態の排ガス浄化用触媒は、窒素酸化物の選択還元及び固体炭素成分の酸化除去に対して高い活性を発現することから、例えば、ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排ガス、及び、石炭などの化石燃料を燃焼させた際に発生する排ガスに含まれる窒素酸化物や煤をはじめとする固体炭素成分を浄化するのに有用である。   The exhaust gas purifying catalyst of the present embodiment exhibits high activity for selective reduction of nitrogen oxides and oxidation removal of solid carbon components, for example, exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine, and It is useful for purifying solid carbon components such as nitrogen oxides and soot contained in exhaust gas generated when burning fossil fuels such as coal.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、各実施例及び比較例における性能評価方法は、以下の通りである。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example. In addition, the performance evaluation method in each Example and a comparative example is as follows.

<窒素酸化物の浄化性能(選択還元性能)評価方法>
各実施例及び比較例で得られた触媒0.5gを水2gに分散し、触媒スラリーを調製した。この触媒スラリーにコージェライト製ハニカム基材(直径12mm、高さ5mm)を浸漬することにより、ハニカム基材を触媒スラリーでコートし、空気中、500℃で50分間焼成した。触媒の担持量は、ハニカム基材の体積1L当たり50gとした。得られた触媒担持ハニカムの窒素酸化物浄化性能を、触媒分析装置(商品名:BELCAT、日本ベル社製)で評価した。反応ガスとしては、NOとアンモニアが共に940体積ppm、水蒸気が10体積%、残りは窒素からなるガスを用い、反応温度250℃、空間速度(SV)23000h−1の条件で、窒素酸化物の浄化率の測定を行った。窒素酸化物の浄化率は、触媒分析装置の入口と出口の窒素酸化物の濃度から次の式で算出した。窒素酸化物浄化率が高い程、触媒の浄化性能(選択還元性能)が高いと評価される。
窒素酸化物浄化率(%)=(入口の窒素酸化物濃度−出口の窒素酸化物濃度)×100/入口の窒素酸化物の濃度
<Nitrogen oxide purification performance (selective reduction performance) evaluation method>
0.5 g of the catalyst obtained in each example and comparative example was dispersed in 2 g of water to prepare a catalyst slurry. A honeycomb substrate made of cordierite (diameter 12 mm, height 5 mm) was immersed in this catalyst slurry, so that the honeycomb substrate was coated with the catalyst slurry and fired in air at 500 ° C. for 50 minutes. The catalyst loading was 50 g per liter of honeycomb substrate volume. The obtained catalyst-supporting honeycomb was evaluated for nitrogen oxide purification performance with a catalyst analyzer (trade name: BELCAT, manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.). The reaction gas, NO and ammonia are both 940 volume ppm, water vapor 10 volume%, the remainder using a gas comprising nitrogen, reaction temperature 250 ° C., under the conditions of a space velocity (SV) 23000h -1, nitrogen oxides The purification rate was measured. The purification rate of nitrogen oxides was calculated by the following equation from the concentration of nitrogen oxides at the inlet and outlet of the catalyst analyzer. The higher the nitrogen oxide purification rate, the higher the catalyst purification performance (selective reduction performance).
Nitrogen oxide purification rate (%) = (nitrogen oxide concentration at the inlet−nitrogen oxide concentration at the outlet) × 100 / nitrogen oxide concentration at the inlet

<固体炭素成分の酸化除去性能評価方法>
各実施例及び比較例で得られた触媒と炭素粉末(ケッチェンブラック、商品名:EC600J、ライオン株式会社製)とを、質量比で100:1になるようにメノウ鉢で混合した。得られた混合粉末10mgを用いて、発熱ピーク温度を示差熱熱重量(TG−DTA)分析装置で測定し、それを燃焼温度とした。測定は、空気の気流下(流速200mL/分)で行った。なお、触媒を用いずに炭素粉末のみ(0.3mg)で燃焼温度を測定したところ、燃焼温度は600℃であった。この温度(600℃)に対して、混合粉末の燃焼温度が低いほど、触媒の活性が高く、固体炭素成分の酸化除去性能が優れていると評価される。
<Oxidation removal performance evaluation method for solid carbon component>
The catalyst obtained in each Example and Comparative Example and carbon powder (Ketjen Black, trade name: EC600J, manufactured by Lion Corporation) were mixed in an agate bowl so that the mass ratio was 100: 1. Using 10 mg of the obtained mixed powder, the exothermic peak temperature was measured with a differential thermothermal weight (TG-DTA) analyzer, which was defined as the combustion temperature. The measurement was performed under an air stream (flow rate 200 mL / min). When the combustion temperature was measured using only carbon powder (0.3 mg) without using a catalyst, the combustion temperature was 600 ° C. It is evaluated that the lower the combustion temperature of the mixed powder with respect to this temperature (600 ° C.), the higher the activity of the catalyst and the better the oxidation removal performance of the solid carbon component.

(実施例1)
酢酸マンガン・4水和物0.235gと、水25mLと、酸化ニオブを担持したセリウム−ジルコニウム複合酸化物(酸化ニオブ:酸化セリウム:酸化ジルコニウム=10.2:22.3:67.5(質量比))1gとを混合した。得られた混合物からエバポレーターで50℃に加温しながら水分を除去した後、空気中、500℃で50分間焼成して、セリウム−ジルコニウム複合酸化物に酸化ニオブ及びマンガン酸化物が担持された触媒粉末を得た。
Example 1
Manganese acetate tetrahydrate 0.235 g, water 25 mL, and cerium-zirconium composite oxide supporting niobium oxide (niobium oxide: cerium oxide: zirconium oxide = 10.2: 22.3: 67.5 (mass) Ratio)) 1 g. After removing moisture from the obtained mixture while heating to 50 ° C. with an evaporator, the catalyst was calcined in air at 500 ° C. for 50 minutes, and niobium oxide and manganese oxide were supported on the cerium-zirconium composite oxide. A powder was obtained.

得られた触媒において、マンガン酸化物の担持量は、酸化ニオブを担持したセリウム−ジルコニウム複合酸化物を100質量部とした時に、マンガン換算で5.3質量部であった。また、得られた触媒において、酸化ニオブの担持量は、セリウム−ジルコニウム複合酸化物100質量部に対して11.4質量部であり、セリウム−ジルコニウム複合酸化物中のセリウムの含有量は、CeO換算で19.1モル%であった。得られた触媒を用いて上述した性能評価を行ったところ、窒素酸化物の浄化率は46%であり、固体炭素成分の燃焼温度は393℃であった。 In the obtained catalyst, the amount of manganese oxide supported was 5.3 parts by mass in terms of manganese when the cerium-zirconium composite oxide supporting niobium oxide was 100 parts by mass. In the obtained catalyst, the supported amount of niobium oxide is 11.4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cerium-zirconium composite oxide, and the cerium content in the cerium-zirconium composite oxide is CeO. It was 19.1 mol% in terms of 2 . When the above-described performance evaluation was performed using the obtained catalyst, the purification rate of nitrogen oxides was 46%, and the combustion temperature of the solid carbon component was 393 ° C.

(実施例2)
酢酸マンガン・4水和物の配合量を減らし、マンガン酸化物の担持量を、酸化ニオブを担持したセリウム−ジルコニウム複合酸化物を100質量部とした時に、マンガン換算で0.5質量部とした以外は、実施例1と同様の方法で触媒を調製した。得られた触媒を用いて上述した性能評価を行ったところ、窒素酸化物の浄化率は50%であり、固体炭素成分の燃焼温度は381℃であった。
(Example 2)
The amount of manganese acetate tetrahydrate was reduced, and the amount of manganese oxide supported was 0.5 parts by mass in terms of manganese when the cerium-zirconium composite oxide supporting niobium oxide was 100 parts by mass. Except for the above, a catalyst was prepared in the same manner as in Example 1. When the above-described performance evaluation was performed using the obtained catalyst, the purification rate of nitrogen oxides was 50%, and the combustion temperature of the solid carbon component was 381 ° C.

(実施例3)
酢酸マンガン・4水和物の配合量を減らし、マンガン酸化物の担持量を、酸化ニオブを担持したセリウム−ジルコニウム複合酸化物を100質量部とした時に、マンガン換算で1.0質量部とした以外は、実施例1と同様の方法で触媒を調製した。得られた触媒を用いて上述した性能評価を行ったところ、窒素酸化物の浄化率は63%であり、固体炭素成分の燃焼温度は381℃であった。
(Example 3)
The amount of manganese acetate tetrahydrate was reduced, and the amount of manganese oxide supported was 1.0 parts by mass in terms of manganese when the cerium-zirconium composite oxide supporting niobium oxide was 100 parts by mass. Except for the above, a catalyst was prepared in the same manner as in Example 1. When the above-described performance evaluation was performed using the obtained catalyst, the purification rate of nitrogen oxides was 63%, and the combustion temperature of the solid carbon component was 381 ° C.

(実施例4)
酢酸マンガン・4水和物の配合量を減らし、マンガン酸化物の担持量を、酸化ニオブを担持したセリウム−ジルコニウム複合酸化物を100質量部とした時に、マンガン換算で2.6質量部とした以外は、実施例1と同様の方法で触媒を調製した。得られた触媒を用いて上述した性能評価を行ったところ、窒素酸化物の浄化率は65%であり、固体炭素成分の燃焼温度は379℃であった。
Example 4
The amount of manganese acetate tetrahydrate was reduced, and the amount of manganese oxide supported was 2.6 parts by mass in terms of manganese when the cerium-zirconium composite oxide supporting niobium oxide was 100 parts by mass. Except for the above, a catalyst was prepared in the same manner as in Example 1. When the above-described performance evaluation was performed using the obtained catalyst, the purification rate of nitrogen oxides was 65%, and the combustion temperature of the solid carbon component was 379 ° C.

(比較例1)
酢酸マンガン・4水和物の配合量を増やし、マンガン酸化物の担持量を、酸化ニオブを担持したセリウム−ジルコニウム複合酸化物を100質量部とした時に、マンガン換算で11.1質量部とした以外は、実施例1と同様の方法で触媒を調製した。得られた触媒を用いて上述した性能評価を行ったところ、窒素酸化物の浄化率は33%であり、固体炭素成分の燃焼温度は370℃であった。
(Comparative Example 1)
The compounding amount of manganese acetate tetrahydrate was increased, and the amount of manganese oxide supported was 11.1 parts by mass in terms of manganese when the cerium-zirconium composite oxide supporting niobium oxide was 100 parts by mass. Except for the above, a catalyst was prepared in the same manner as in Example 1. When the above-mentioned performance evaluation was performed using the obtained catalyst, the purification rate of nitrogen oxides was 33%, and the combustion temperature of the solid carbon component was 370 ° C.

(比較例2)
マンガン酸化物を担持せずに、酸化ニオブを担持したセリウム−ジルコニウム複合酸化物(酸化ニオブ:酸化セリウム:酸化ジルコニウム=10.2:22.3:67.5(質量比))をそのまま比較例2の触媒とした。この触媒を用いて上述した性能評価を行ったところ、窒素酸化物の浄化率は38%であり、固体炭素成分の燃焼温度は368℃であった。
(Comparative Example 2)
Comparative example of cerium-zirconium composite oxide supporting niobium oxide without supporting manganese oxide (niobium oxide: cerium oxide: zirconium oxide = 10.2: 22.3: 67.5 (mass ratio)) No. 2 catalyst. When the performance evaluation described above was performed using this catalyst, the purification rate of nitrogen oxides was 38%, and the combustion temperature of the solid carbon component was 368 ° C.

(比較例3)
酢酸マンガン・4水和物0.235gと、水25mLと、セリウム−ジルコニウム複合酸化物(酸化セリウム:酸化ジルコニウム=26.2:73.8(質量比))1gを混合した。得られた混合物からエバポレーターで水分を除去した後、空気中、500℃で50分間焼成して、セリウム−ジルコニウム複合酸化物にマンガン酸化物が担持された触媒粉末を得た。
(Comparative Example 3)
0.235 g of manganese acetate tetrahydrate, 25 mL of water, and 1 g of cerium-zirconium composite oxide (cerium oxide: zirconium oxide = 26.2: 73.8 (mass ratio)) were mixed. After removing water from the obtained mixture with an evaporator, the mixture was calcined in air at 500 ° C. for 50 minutes to obtain a catalyst powder in which manganese oxide was supported on a cerium-zirconium composite oxide.

得られた触媒において、マンガン酸化物の担持量は、セリウム−ジルコニウム複合酸化物を100質量部とした時に、マンガン換算で5.3質量部であった。また、得られた触媒において、セリウム−ジルコニウム複合酸化物中のセリウムの含有量は、CeO換算で20.3モル%であった。得られた触媒を用いて上述した性能評価を行ったところ、窒素酸化物の浄化率は17%であり、固体炭素成分の燃焼温度は380℃であった。 In the obtained catalyst, the amount of manganese oxide supported was 5.3 parts by mass in terms of manganese when the cerium-zirconium composite oxide was 100 parts by mass. Further, in the obtained catalyst, the cerium - content of cerium-zirconium composite oxide has a 20.3 mol% in terms of CeO 2. When the above-described performance evaluation was performed using the obtained catalyst, the purification rate of nitrogen oxides was 17%, and the combustion temperature of the solid carbon component was 380 ° C.

(比較例4)
酢酸マンガン・4水和物の配合量を増やし、マンガン酸化物の担持量を、セリウム−ジルコニウム複合酸化物を100質量部とした時に、マンガン換算で11.1質量部とした以外は、比較例3と同様の方法で触媒を調製した。得られた触媒を用いて上述した性能評価を行ったところ、窒素酸化物の浄化率は18%であり、固体炭素成分の燃焼温度は370℃であった。
(Comparative Example 4)
Comparative Example, except that the amount of manganese acetate tetrahydrate was increased and the amount of manganese oxide supported was 11.1 parts by mass in terms of manganese when the cerium-zirconium composite oxide was 100 parts by mass A catalyst was prepared in the same manner as in 3. When the above-described performance evaluation was performed using the obtained catalyst, the purification rate of nitrogen oxides was 18%, and the combustion temperature of the solid carbon component was 370 ° C.

(比較例5)
マンガン酸化物を担持せずに、セリウム−ジルコニウム複合酸化物(酸化セリウム:酸化ジルコニウム=26.2:73.8(質量比))をそのまま比較例5の触媒とした。この触媒を用いて上述した性能評価を行ったところ、窒素酸化物の浄化率は0%であり、固体炭素成分の燃焼温度は443℃であった。
(Comparative Example 5)
Without supporting manganese oxide, a cerium-zirconium composite oxide (cerium oxide: zirconium oxide = 26.2: 73.8 (mass ratio)) was used as the catalyst of Comparative Example 5 as it was. When the above-described performance evaluation was performed using this catalyst, the purification rate of nitrogen oxides was 0%, and the combustion temperature of the solid carbon component was 443 ° C.

実施例1〜4及び比較例1〜5で作製した触媒の組成及び性能評価結果をまとめて表1に示す。   Table 1 summarizes the compositions and performance evaluation results of the catalysts prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5.

Figure 2015208712
Figure 2015208712

表1に示した通り、実施例1〜4及び比較例1〜5を比較すると、酸化セリウム−酸化ジルコニウム固溶体(複合酸化物)に酸化ニオブを担持する方が窒素酸化物の浄化に対して高い活性を示し、また、マンガンを最適量担持することにより、窒素酸化物の浄化に対して更に高い活性を示すことが確認された。また、固体炭素成分の酸化除去性能については、触媒を用いないときの燃焼温度(600℃)と比較して、実施例1〜4及び比較例1〜4の触媒で燃焼温度を低減でき、ほぼ同程度の高い活性を示すことが確認された。なお、比較例5の触媒は、他の触媒と比較して燃焼温度が高く、活性がやや劣っていた。
As shown in Table 1, when Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 are compared, it is higher for nitrogen oxide purification to support niobium oxide in a cerium oxide-zirconium oxide solid solution (composite oxide). It was confirmed that the compound exhibited an activity, and by supporting an optimum amount of manganese, it exhibited a higher activity for the purification of nitrogen oxides. Moreover, about the oxidation removal performance of a solid carbon component, compared with the combustion temperature (600 degreeC) when not using a catalyst, a combustion temperature can be reduced with the catalyst of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-4, and almost, It was confirmed that the activity was comparable. In addition, the catalyst of the comparative example 5 had high combustion temperature compared with another catalyst, and activity was a little inferior.

Claims (5)

セリウムを含む複合酸化物に、固体酸性を示す酸化物とマンガン酸化物とが担持された構造を有し、
前記複合酸化物中の前記セリウムの含有量が、前記複合酸化物全量を基準としてCeO換算で5〜45モル%であり、
前記固体酸性を示す酸化物の担持量が、前記複合酸化物100質量部に対して酸化物換算で5〜23質量部であり、
前記マンガン酸化物の担持量が、前記複合酸化物及び前記固体酸性を示す酸化物の合計100質量部に対してマンガン換算で0.1〜9質量部である、排ガス浄化用触媒。
A complex oxide containing cerium has a structure in which an oxide showing solid acidity and manganese oxide are supported,
The content of the cerium in the composite oxide is 5 to 45 mol% in terms of CeO 2 based on the total amount of the composite oxide,
The amount of the oxide exhibiting solid acidity is 5 to 23 parts by mass in terms of oxide with respect to 100 parts by mass of the composite oxide,
The exhaust gas-purifying catalyst, wherein the supported amount of the manganese oxide is 0.1 to 9 parts by mass in terms of manganese with respect to 100 parts by mass in total of the composite oxide and the oxide exhibiting solid acidity.
前記複合酸化物が更にジルコニウムを含み、
前記複合酸化物中の前記ジルコニウムの含有量が、前記複合酸化物全量を基準としてZrO換算で55〜95モル%である、請求項1記載の排ガス浄化用触媒。
The composite oxide further comprises zirconium;
The exhaust gas-purifying catalyst according to claim 1, wherein a content of the zirconium in the composite oxide is 55 to 95 mol% in terms of ZrO 2 based on the total amount of the composite oxide.
前記固体酸性を示す酸化物がニオブを含む、請求項1又は2記載の排ガス浄化用触媒。   The exhaust gas-purifying catalyst according to claim 1 or 2, wherein the oxide exhibiting solid acidity contains niobium. 還元剤存在下で、請求項1〜3のいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒と、窒素酸化物を含有する排ガスと、を接触させる工程を含む、排ガス中の窒素酸化物の選択還元方法。   Selective reduction of nitrogen oxides in exhaust gas, comprising a step of bringing the exhaust gas purifying catalyst according to any one of claims 1 to 3 into contact with exhaust gas containing nitrogen oxides in the presence of a reducing agent. Method. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒と、固体炭素成分を含有する排ガスと、を接触させる工程を含む、排ガス中の固体炭素成分の酸化除去方法。
The oxidation removal method of the solid carbon component in waste gas including the process which the catalyst for exhaust gas purification as described in any one of Claims 1-3 and the waste gas containing a solid carbon component are made to contact.
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