JP2017014077A - 銅担持ゼオライト及び該ゼオライトを含む排ガス浄化処理用触媒 - Google Patents

銅担持ゼオライト及び該ゼオライトを含む排ガス浄化処理用触媒 Download PDF

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Abstract

【課題】シリコアルミノフォスフェートゼオライト（ＳＡＰＯ）が有する高温水蒸気耐久性だけでなく、低温水蒸気耐久性にも優れた銅担持ＳＡＰＯを提供する。
【解決手段】骨格構造に少なくともケイ素原子、リン原子及びアルミニウム原子を含むゼオライトに銅を担持したゼオライトであって、下記（１）〜（３）を満たす銅担持ゼオライト。
（１） 銅担持量（銅原子換算）が１．５重量％以上３．５重量％。
（２） 下記式（Ｉ）から求められるＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ吸収強度比が０．３５未満。
Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ（２２０００ｃｍ−１）／
Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ（１２５００ｃｍ−１）…（Ｉ）
（３） ケイ素原子含有量が下記式（II）を満たす。
０．０７≦ｘ≦０．１１…（II）
（ｘはゼオライト骨格構造中のケイ素原子とアルミニウム原子とリン原子の合計に対するケイ素原子のモル比）
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の排ガス等に含まれるＮＯｘの選択的還元反応（ＳＣＲ）に使用される触媒、ＮＯｘの直接脱硝触媒、石油化学用触媒或いは水蒸気等の吸着材として有用な銅担持シリコアルミノフォスフェートゼオライト及びこれを用いた排ガス浄化処理用触媒に関する。
少なくとも骨格構造にケイ素原子、リン原子及びアルミニウム原子を含むゼオライト（シリコアルミノフォスフェートゼオライト、ＳＡＰＯともいう）に銅を担持させてなる銅担持ゼオライトは、銅による触媒活性の向上効果などの利点を有することから、化学工業や自動車排ガス浄化など、様々な分野において用途が見出されている（例えば、特許文献１）。中でも、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス用のＳＣＲ触媒の需要が高まっており、該用途への検討が行われているが、特に、ディーゼル車においては、アイドリング時など水蒸気を含んだ低温のガスが流れる際に触媒が水を吸着し、温度が上がると脱着するため、このように水の吸着、脱着を繰り返しても劣化しない触媒が望まれている。
しかし、銅担持シリコアルミノフォスフェートゼオライト（以下、銅担持ＳＡＰＯということがある）にあっては、２００℃以下の低温領域での触媒活性や高温水蒸気耐久性に優れるものの、その低温領域での水蒸気繰り返し脱吸着に対する耐久性（以下、低温水蒸気耐久性という）が不十分で、その改善が課題となっている。
Journal of Catalysis 312（2014）87-89，Fig4には、銅を担持したＣＨＡ構造のゼオライトの紫外可視近赤外分光法（ＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ）による吸収強度のチャートが示されている。該チャートにおいて、波数１２，５００ｃｍ−１付近におけるピークは、２価銅イオンのｄ軌道間電荷遷移による吸収ピークを示している。また、Dalton Transactions,2013,42,12741-12761，table8には、銅を担持したＣＨＡ構造のゼオライトのＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲによる吸収強度のチャートの波数２２，０００ｃｍ−１付近におけるピークが、［Ｃｕ２（μ−Ｏ）］２＋Ｍｏｎｏ（μ−ＯＸＯ）ｄｉｃｏｐｐｅｒ（以下、ダイマーと言う）に由来する吸収ピークであることが記載されている。
ＷＯ２０１３／００２０５９Ａ１
Journal of Catalysis 312（2014）87-89 Dalton Transactions，2013,42,12741-12761
特許文献１に開示されているワンポット合成法により製造された銅担持ＳＡＰＯは従来の銅担持ＳＡＰＯと比べて低温水蒸気耐久性が改善されたものの、より高い低温水蒸気耐久性が求められている。
本発明は、触媒や吸着材としての性能に優れており、通常シリコアルミノフォスフェートゼオライト（ＳＡＰＯ）が有する高温水蒸気耐久性だけでなく、低温水蒸気耐久性にも優れた銅担持ＳＡＰＯを提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく次のような検討を行った。
一般に、銅担持ＳＡＰＯのＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲによる吸収強度チャートには、非特許文献１，２と同様に、波数１２，５００ｃｍ−１付近及び波数２２，０００ｃｍ−１付近に、各々２価銅イオンとダイマーに由来する２つのピークが観測される。このような２価銅イオンはゼオライトの酸点に吸着したものであると推定され、触媒の活性に寄与する。また、ダイマーは酸点に吸着されていない銅イオンまたは酸点に吸着されていた銅イオンの一部が酸化されてできたものと推定される。
本発明者らは、このような銅担持ゼオライトの特定の２つの波数におけるＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲによる吸収強度に着目し、鋭意検討した結果、該ゼオライトの該２つの波数におけるＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ吸収強度の比が特定の範囲にあり、かつ銅担持量及びケイ素原子含有量が特定の範囲にある銅担持ゼオライトが、低温水蒸気耐久性に優れることを見出し、本発明を成すに至った。
即ち、本発明の要旨は、下記［１］〜［８］に存する。
［１］骨格構造に少なくともケイ素原子、リン原子及びアルミニウム原子を含むゼオライトに銅を担持したゼオライトであって、
（１） 該銅を担持したゼオライトの銅担持量（銅原子換算）が１．５重量％以上３．５重量％であり、
（２） 該銅を担持したゼオライトの下記式（Ｉ）から求められるＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ吸収強度比が０．３５未満であり、
Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ（２２０００ｃｍ−１）／
Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ（１２５００ｃｍ−１）…（Ｉ）
（３） 該銅を担持したゼオライトのケイ素原子含有量が下記式（II）を満たす
０．０７≦ｘ≦０．１１…（II）
（式中、ｘは銅を担持したゼオライト骨格構造中のケイ素原子とアルミニウム原子とリン原子の合計に対するケイ素原子のモル比を示す）
銅担持ゼオライト。
［２］前記ＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ吸収強度比が０．３０未満である［１］に記載の銅担持ゼオライト。
［３］前記ＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ吸収強度比が０．２０未満である［１］に記載の銅担持ゼオライト。
［４］前記銅担持ゼオライトのＢＥＴ一点法で測定した比表面積５７０ｍ２／ｇ以上である［１］ないし［３］のいずれかに記載の銅担持ゼオライト。
［５］前記銅担持ゼオライトのＢＥＴ一点法で測定した比表面積６００ｍ２／ｇ以上である［１］ないし［３］のいずれかに記載の銅担持ゼオライト。
［６］前記銅担持ゼオライトがＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＩＺＡ）が定めるゼオライト構造においてフレームワーク密度が１０．０Ｔ／１０００Å３以上１６．０Ｔ／１０００Å３以下である［１］ないし［５］のいずれかに記載の銅担持ゼオライト。
［７］前記銅担持ゼオライトがＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＩＺＡ）が定めるゼオライト構造においてＣＨＡである［１］ないし［６］のいずれかに記載の銅担持ゼオライト。
［８］［１］ないし［７］のいずれかに記載の銅担持ゼオライトを含む排ガス浄化処理用触媒。
本発明によれば、低温水蒸気耐久性に優れ、排ガス等に含まれる窒素酸化物等の浄化性能に優れた銅担持ゼオライトが提供される。
実施例３の銅担持ゼオライトの低温水蒸気耐久試験前後の排ガス浄化性能を示すチャートである。 比較例１の銅担持ゼオライトの低温水蒸気耐久試験前後の排ガス浄化性能を示すチャートである。 実施例３と比較例１の銅担持ゼオライトの波数８０００〜２３０００ｃｍ−１における吸収強度を示すチャートである。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下の説明は、本発明の実施態様の一例（代表例）であり、本発明はこれらの内容に限定はされない。
［銅担持ゼオライト］
本発明の銅担持ゼオライト（以下、単に銅担持ゼオライトということがある）は、骨格構造に少なくともケイ素原子、リン原子及びアルミニウム原子を含むゼオライトに銅を担持したゼオライトであって、下記（１）〜（３）の条件を満たす銅担持ゼオライトである。
（１） 該銅を担持したゼオライトの銅担持量（銅原子換算）が１．５重量％以上３．５重量％である。
（２） 該銅を担持したゼオライトの下記式（Ｉ）から求められるＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ吸収強度比が０．３５未満である。
Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ（２２０００ｃｍ−１）／
Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ（１２５００ｃｍ−１）…（Ｉ）
（３） 該銅を担持したゼオライトのケイ素原子含有量が下記式（II）を満たす。
０．０７≦ｘ≦０．１１…（II）
（式中、ｘは銅を担持したゼオライト骨格構造中のケイ素原子とアルミニウム原子とリン原子の合計に対するケイ素原子のモル比を示す）
本発明の銅担持ゼオライトは、低温水蒸気耐久性に優れるため、低温において水の吸着、脱着を繰り返しても触媒性能の低下が極めて小さく、長期間の使用に耐え得るため、特に、ＳＣＲ用触媒として好適である。
銅担持ゼオライトの上記式（Ｉ）から求められる紫外可視近赤外分光法（ＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ）吸収強度比（以下「吸収強度比（Ｉ）」ということがある）が０．３５未満であると低温水蒸気耐久性に優れる。該吸収強度比（Ｉ）が０．３０未満であるとより低温水蒸気耐久性に優れるので好ましく、０．２０未満であると更に低温水蒸気耐久性に優れるのでより好ましい。該吸収強度比（Ｉ）が０．３５よりも大きいとダイマーの割合が大きく、低温水蒸気耐久性が低下する傾向にある。吸収強度比（Ｉ）の下限は０、すなわちダイマー量が０であるのが好ましい。
なお、銅担持ゼオライトのＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ吸収強度は、具体的には後述の実施例の項に記載される方法で測定される。
銅担持ゼオライトの銅担持量が１．５重量％以上であると高いＮＯｘ浄化性能が得られ、３．５重量％以下であるとゼオライト骨格内の酸点にのみ銅が吸着する傾向となり、高い低温水蒸気耐久性が得られる。
本発明における銅担持ゼオライトの銅担持量は、無水状態下での銅担持ゼオライトの重量に対する銅の重量割合であり、また、テンプレートを含有する場合は、テンプレートを含まない銅担持ゼオライトとしての銅の含有量である。
なお、本発明において「銅」という場合、ゼオライト中に担持された存在状態、例えばイオン性ないしはその他の種としての存在状態を含む。
銅担持ゼオライトの銅の担持量（Ｗ１（重量％））は、蛍光Ｘ線分析法（ＸＲＦ）を用い、下記の方法で検量線を作成し、その検量線より求めることができる。
（検量線の作成）
銅を担持している、担持量の異なる３点以上の銅担持ゼオライトを標準試料とし、該標準試料を塩酸等の酸の水溶液で加熱溶解させた後、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）発光分光分析により銅原子の担持量（重量％）を求める。ＸＲＦを用い同じ標準試料の銅の蛍光Ｘ線強度を求め、銅原子の担持量と蛍光Ｘ線強度の検量線を作成する。
ＸＲＦを用い銅担持ゼオライト試料の蛍光Ｘ線強度を測定し、上記の検量線を用い、銅原子の担持量Ｗ１（重量％）を求める。一方、熱重量分析（ＴＧ）により試料中の水分ＷＨ２Ｏ（重量％）を求め、下記式（III）で、無水状態下での銅原子の担持量Ｗ（重量％）を算出する。
Ｗ＝Ｗ１／（１−ＷＨ２Ｏ） …（III）
また、該銅担持ゼオライトのケイ素原子含有量が上記（II）式を満たすと、低温水蒸気耐久性の高い銅担持ゼオライトが得られる。
ｘ＞０．１１の銅担持ゼオライトにおいては、目的とする低温水蒸気耐久性が得られない。ｘ＜０．０７の銅担持ゼオライトにおいては、ゼオライトＣＨＡ構造等、ゼオライトの骨格構造を形成することが困難になる。
ｘの値は、好ましくは０．０８以上、より好ましくは０．０８５以上であり、好ましくは０．１０５以下、より好ましくは０．１０以下である。
更に銅担持ゼオライトの骨格構造に含まれるアルミニウム原子及びリン原子の存在割合は、下記式（IV）及び（Ｖ）を満たすことが好ましい。
０．３≦ｙ≦０．６ …（IV）
（式中、ｙはゼオライト骨格構造中のケイ素原子とアルミニウム原子とリン原子の合計に対するアルミニウム原子のモル比を示す）
０．３≦ｚ≦０．６ …（Ｖ）
（式中、ｚはゼオライト骨格構造中のケイ素原子とアルミニウム原子とリン原子の合計に対するリン原子のモル比を示す）
ｙは通常０．３以上、好ましくは０．３５以上、より好ましくは０．４以上であり、通常０．６以下、好ましくは０．５５以下である。ｙの値が上記下限値より小さい又は上記上限値より大きいと、銅担持ゼオライト中の不純物が多くなる傾向がある。
更に、ｚは通常０．３以上、好ましくは０．３５以上、より好ましくは０．４以上であり、通常０．６以下、好ましくは０．５５以下、より好ましくは０．５０以下である。ｚの値が上記下限値より小さいと、銅担持ゼオライト中の不純物が多くなる傾向があり、ｚの値が上記上限値より大きいと、ゼオライト結晶化しにくい場合がある。
銅担持ゼオライトのゼオライト骨格構造の各原子の含有量は、試料を塩酸等の酸の水溶液で加熱溶解させ、ＩＣＰ発光分光分析により求めることができる。
銅担持ゼオライトのＢＥＴ一点法で測定した比表面積は、５７０ｍ２／ｇ以上であることが低温水蒸気耐久性がより優れるため好ましく、６００ｍ２／ｇ以上であることが特に好ましい。なお、比表面積の上限は特にないが、通常は７００ｍ２／ｇ以下である。
銅担持ゼオライトは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＩＺＡ）が定めるゼオライト構造においてフレームワーク密度が通常１０．０Ｔ／１０００Å３以上、好ましくは１１．０Ｔ／１０００Å３以上、通常１７．０Ｔ／１０００Å３以下、好ましくは１６．０Ｔ／１０００Å３以下である。前記範囲のフレームワーク密度を有する銅担持ゼオライトは、排ガス浄化処理用触媒や水蒸気吸着材として好適に用いることができる。
フレームワーク密度が上記下限値未満では、ゼオライト構造が不安定となる場合があったり、耐久性が低下する傾向があり、一方、上記上限値を超過すると吸着量、触媒活性が小さくなる場合があったり、触媒としての使用に適さない場合がある。フレームワーク密度は１０．０Ｔ／１０００Å３以上１６．０Ｔ／１０００Å３以下であることが好ましい。
なお、フレームワーク密度（Ｔ／１０００Å３）は、ゼオライトの単位体積１０００Å３あたりに存在するＴ原子（ゼオライトの骨格構造を構成する酸素原子以外の原子）の数を意味し、この値はゼオライトの構造により決まるものである。
また、銅担持ゼオライトの構造は、ＸＲＤ（Ｘ線回折法：Ｘ−ray diffraction）により決定されるが、ＩＺＡが定めるコードで示すと、ＡＥＩ、ＡＦＲ、ＡＦＳ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＦＹ、ＡＨＴ、ＣＨＡ、ＤＦＯ、ＥＲＩ、ＦＡＵ、ＧＩＳ、ＬＥＶ、ＬＴＡ、ＶＦＩであり、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＧＩＳ、ＣＨＡ、ＶＦＩ、ＡＦＳ、ＬＴＡ、ＦＡＵ、ＡＦＹが好ましく、ＣＨＡ構造を有するゼオライトが最も好ましく、排ガス浄化処理用触媒や水蒸気吸着材として好適に用いることができる。
銅担持ゼオライトの粒子径については特に限定はないが、通常０．１μｍ以上であり、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上であり、通常３０μｍ以下であり、好ましくは２０μｍ以下であり、より好ましくは１５μｍ以下である。
なお、本発明における銅担持ゼオライトの粒子径とは、電子顕微鏡で銅担持ゼオライトを観察した際の、任意の１０〜３０点のゼオライト粒子の一次粒子径の平均値をいう。
［銅担持ゼオライトの製造方法］
本発明の銅担持ゼオライトは、アルミニウム原子原料、リン原子原料、ケイ素原子原料及び必要によりテンプレートを用い、アルミニウム原子、リン原子、及びケイ素原子を含むシリコアルミノフォスフェートゼオライトを水熱合成した後、イオン交換法や含浸法等の常法により、銅を担持させる方法で製造したものでも良いし、前記ゼオライトを水熱合成する際に銅原子原料を添加して合成する方法で製造したゼオライトでも良いが、後者のものが好ましい。
特に、吸収強度比（Ｉ）が０．３５未満である本発明の銅担持ゼオライトを製造するには、水熱合成により得られた銅担持ゼオライトを所定の条件でスチーム処理することが好ましい。
以下、銅担持ゼオライトの製造方法の一例として、アルミニウム原子原料、リン原子原料、ケイ素原子原料及び必要によりテンプレートを用いて、アルミニウム原子、リン原子、及びケイ素原子を含むゼオライト（シリコアルミノフォスフェートゼオライト）を水熱合成する際に銅原子原料を添加して銅担持ゼオライトを製造し、その後スチーム処理する方法について説明する。
（水性ゲルの調製）
ケイ素原子原料、アルミニウム原子原料、リン原子原料、銅原子原料、必要によりテンプレート、及び水を混合して水性ゲルを調製する。水性ゲルの調製の際の各原料の混合順序は制限がなく、用いる条件により適宜選択すればよいが、通常は、まずリン原子原料に銅原子原料を混合し、これに水、アルミニウム原子原料、ケイ素原子原料及び必要によりテンプレートを混合する。リン酸原子原料と銅原子原料を予め混合すると、銅原子原料を水性ゲル中に均一に分散させることができるため、製造方法として好ましい。また得られる銅担持ゼオライトを触媒や吸着材として使用した場合の性能にも優れるものとなるので好ましい。
＜アルミニウム原子原料＞
本発明におけるゼオライトのアルミニウム原子原料は特に限定されないが、通常、擬ベーマイト、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムトリエトキシド等のアルミニウムアルコキシド、水酸化アルミニウム、アルミナゾル、アルミン酸ナトリウム等が用いられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。取り扱いが容易な点及び反応性が高い点で、アルミニウム原子原料としては擬ベーマイトが好ましい。
＜ケイ素原子原料＞
本発明におけるゼオライトのケイ素原子原料は特に限定されないが、通常、ｆｕｍｅｄ（ヒュームド）シリカ、シリカゾル、コロイダルシリカ、水ガラス、ケイ酸エチル、ケイ酸メチル等が用いられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。高純度で、反応性が高い点で、ケイ素原子原料としてはｆｕｍｅｄシリカが好ましい。
＜リン原子原料＞
本発明におけるゼオライトのリン原子原料は、通常、リン酸であるが、リン酸アルミニウムを用いてもよい。リン原子原料は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
＜銅原子原料＞
本発明において、ゼオライトに担持させる銅原子原料は特に限定されないが、通常、銅のコロイド状の酸化物、微粉末状の酸化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、塩化物及び臭化物等の無機酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩及びクエン酸塩等の有機酸塩並びに、ペンタカルボニル及びフェロセン等の有機金属化合物等が用いられる。これらのうち、水に対する溶解性の観点からは無機酸塩や有機酸塩が好ましい。
本発明において、銅原子原料は好ましくは酸化銅（II）又は酢酸銅（II）であり、より好ましくは酸化銅（II）である。
＜テンプレート＞
本発明の銅担持ゼオライトを製造する際に用いられるテンプレートとしては、ゼオライト製造の際に一般に使用される、アミン、イミン、四級アンモニウム塩等が挙げられる。テンプレートとしては、以下の（１）〜（５）からなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物を用いることが好ましい。これらは入手しやすく安価であり、さらに、製造されたシリコアルミノホスフェートゼオライトの取り扱いが容易で構造破壊も起きにくいという点において好適である。
（１）ヘテロ原子として窒素原子を含む脂環式複素環化合物
（２）アルキル基を有するアミン（アルキルアミン）
（３）シクロアルキル基を有するアミン（シクロアルキルアミン）
（４）テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド
（５）ポリアミン
（１）ヘテロ原子として窒素原子を含む脂環式複素環化合物
ヘテロ原子として窒素原子を含む脂環式複素環化合物の複素環は通常５〜７員環であって、好ましくは６員環である。複素環に含まれるヘテロ原子の個数は通常３個以下、好ましくは２個以下である。窒素原子以外のヘテロ原子は任意であるが、窒素原子に加えて酸素原子を含むものが好ましい。ヘテロ原子の位置は特に限定されないが、ヘテロ原子が隣り合わないものが好ましい。
また、ヘテロ原子として窒素原子を含む脂環式複素環化合物の分子量は、通常２５０以下、好ましくは２００以下、さらに好ましくは１５０以下であり、また通常３０以上、好ましくは４０以上、さらに好ましくは５０以上である。
このようなヘテロ原子として窒素原子を含む脂環式複素環化合物として、モルホリン、Ｎ−メチルモルホリン、ピペリジン、ピペラジン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルピペラジン、１，４−ジアザビシクロ（２，２，２）オクタン、Ｎ−メチルピペリジン、３−メチルピペリジン、キヌクリジン、ピロリジン、Ｎ−メチルピロリドン、ヘキサメチレンイミンなどが挙げられる。これらは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。これらのうち、モルホリン、ヘキサメチレンイミン、ピペリジンが好ましく、モルホリンが特に好ましい。
（２）アルキルアミン
アルキルアミンのアルキル基は、通常、鎖状アルキル基であって、アルキルアミンの１分子中に含まれるアルキル基の数は特に限定されるものではないが、３個が好ましい。また、アルキルアミンのアルキル基は一部水酸基等の置換基を有していてもよい。アルキルアミンのアルキル基の炭素数は４以下が好ましく、１分子中の全アルキル基の炭素数の合計は５以上３０以下がより好ましい。
また、アルキルアミンの分子量は通常２５０以下、好ましくは２００以下、さらに好ましくは１５０以下である。
このようなアルキルアミンとしては、ジ−ｎ−プロピルアミン、トリ−ｎ−プロピルアミン、トリ−イソプロピルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、ジ−ｎ−ブチルアミン、ネオペンチルアミン、ジ−ｎ−ペンチルアミン、イソプロピルアミン、ｔ−ブチルアミン、エチレンジアミン、ジ−イソプロピル−エチルアミン、Ｎ−メチル−ｎ−ブチルアミン等が挙げられる。これらは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。これらのうち、ジ
−ｎ−プロピルアミン、トリ−ｎ−プロピルアミン、トリ−イソプロピルアミン、トリエチルアミン、ジ−ｎ−ブチルアミン、イソプロピルアミン、ｔ−ブチルアミン、エチレンジアミン、ジ−イソプロピル−エチルアミン、Ｎ−メチル−ｎ−ブチルアミンが好ましく、トリエチルアミンが特に好ましい。
（３）シクロアルキルアミン
シクロアルキルアミンとしては、アルキル基の炭素数が４以上１０以下であるものが好ましく、中でもシクロヘキシルアミンが好ましい。シクロアルキルアミンは１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
（４）テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド
テトラアルキルアンモニウムヒドロキシドとしては、４個のアルキル基が炭素数４以下のアルキル基であるテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドが好ましい。テトラアルキルアンモニウムヒドロキシドは１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
（５）ポリアミン
ポリアミンとしては、一般式Ｈ２Ｎ−（ＣｎＨ２ｎＮＨ）ｘ−Ｈ（式中、ｎは２〜６の整数、ｘは２〜１０の整数）で表されるポリアミンが好ましい。
上記式において、ｎは２〜５の整数が好ましく、２〜４の整数がより好ましく、２又は３がさらに好ましく、２が特に好ましい。ｘは２〜６の整数が好ましく、２〜５の整数がより好ましく、３又は４がさらに好ましく、４が特に好ましい。
このようなポリアミンとしては、中でもエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミンが安価であり、好ましく、中でもトリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミンが特に好ましい。これらのポリアミンは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、分岐状のポリアミンを用いてもよい。
テンプレートとして２種以上のものを組み合わせて用いる場合、その組み合わせは任意であるが、（１）〜（４）から少なくとも１種と（５）から少なくとも一種の組み合わせが好ましく、中でも、（５）から少なくとも１種以上に（１）〜（４）から２種以上の組み合わせが好ましく、特に（５）から少なくとも１種以上に（１）、（２）のそれぞれから１種以上の組み合わせが好ましい。具体的には、テトラエチレンペンタミンと、モルホリン、トリエチルアミン及びシクロヘキシルアミンのうちの２種以上を併用すること、中でもモルホリンとトリエチルアミンとテトラエチレンペンタミンを併用することが好ましい。
本発明においては、必ずしも、上記のように、（５）ポリアミンに、（１）〜（４）のいずれかのテンプレートを組み合わせて使用する必要はないが、これらの組合せとする方が、高温水蒸気耐性が優れたシリコアルミノホスフェートゼオライトを製造することができ、好ましい。
即ち、水性ゲル中に銅原子原料と共にポリアミンを含むと、ゼオライトを合成する際に、水性ゲル中の銅がポリアミンと強く相互作用して安定化すると共に、ゼオライト骨格元素と反応しにくくなる。このため、銅がゼオライトの骨格に入りにくく（ゼオライト骨格元素が銅によって置換されにくく）、ゼオライトの骨格外、主としてゼオライトの細孔に銅を分散させて存在させることができる。このようなことから、ポリアミンを用いることにより、高い触媒性能と吸着性能、並びに高い高温水熱耐久性を有する銅担持シリコアルミノホスフェートゼオライトを合成できることが考えられる。
これらのテンプレート各群の混合比率は、条件に応じて選択する。２種のテンプレートを併用するときは、通常、併用する２種のテンプレートのモル比が１：２０から２０：１、好ましくは１：１０から１０：１、さらに好ましくは１：５から５：１である。
また、ポリアミンとその他のテンプレートを併用するときは、その混合比率は１：２０から２０：１、好ましくは１：１０から１０：１、さらに好ましくは１：５から５：１である。その他のテンプレートは２種以上が好ましい。２種の場合はそれらの混合比率は１：２０から２０：１、好ましくは１：１０から１０：１、さらに好ましくは１：５から５：１である。
＜水性ゲルの組成＞
本発明で用いる水性ゲルの組成は、ケイ素原子原料、アルミニウム原子原料、リン原子原料及び銅原子原料を各々酸化物として表したとき（酸化物換算）のモル比で、以下のような組成となることが好ましい。
ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３の値は、通常０より大きく、好ましくは０．２以上であり、好ましくは０．８以下、より好ましくは０．６以下、更に好ましくは０．４以下、特に好ましくは０．３以下である。
また、Ｐ２Ｏ５／Ａｌ２Ｏ３の値は、通常０．６以上、好ましくは０．７以上、さらに好ましくは０．８以上であり、通常１．３以下、好ましくは１．２以下、さらに好ましくは１．１以下である。
ＣｕＯ／Ａｌ２Ｏ３の値は、通常０．０１以上、好ましくは０．０３以上、さらに好ましくは０．０５以上であり、通常１以下、好ましくは０．８以下、より好ましくは０．４以下、さらに好ましくは０．３以下である。
ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３が上記下限よりも小さい場合や上記上限よりも大きい場合、ゼオライトに結晶化しにくかったり、高温水蒸気耐性が不十分であったりする。
Ｐ２Ｏ５／Ａｌ２Ｏ３が上記下限よりも小さい場合や上記上限よりも大きい場合、ゼオライトに結晶化しにくかったり、水熱耐久性が不十分であったりする。
また、ＣｕＯ／Ａｌ２Ｏ３が上記下限よりも小さいとゼオライトへの銅の導入量が不十分であり、上記上限よりも大きいと結晶化しにくかったり、水熱耐久性が不十分である。
水熱合成によって得られる銅担持ゼオライトの組成は、水性ゲルの組成と相関があり、従って、所望の組成の銅担持ゼオライトを得るためには、水性ゲルの組成を上記の範囲において適宜設定すればよい。
また、テンプレートとしてポリアミンを用いる場合、水性ゲル中のポリアミンの量は、その他のテンプレートを併用する場合には、銅原子原料を安定化させるに足りる量にすれば良いが、その他のテンプレートを使用しない場合は、ポリアミンがテンプレートとして機能するための量にする必要がある。
具体的には、以下のような使用量とすることが好ましい。
<その他のテンプレートを使用する場合>
その他のテンプレートを使用する場合は、水性ゲル中のポリアミンとその他のテンプレートの総量は、水性ゲル中のアルミニウム原子原料の酸化物換算のＡｌ２Ｏ３に対するポリアミン及びその他のテンプレートの合計のモル比で、通常０．２以上、好ましくは０．５以上、さらに好ましくは１以上であって、通常４以下、好ましくは３以下、さらに好ましくは２．５以下である。
ポリアミンとその他のテンプレートの総量が上記下限より少ないと結晶化しにくかったり、水熱耐久性が不十分でありあったりし、上記上限より多いとゼオライトの収率が不十分である。
また、ポリアミンは、銅原子原料の酸化物換算のＣｕＯに対するポリアミンのモル比で、通常０．１以上、好ましくは０．５以上、さらに好ましくは０．８以上であって、通常１０以下、好ましくは５以下、さらに好ましくは４以下となる量で用いることが好ましい。
水性ゲル中のポリアミンの量が上記下限よりも少ないとポリアミンを用いることによる上述の効果を十分に得ることができず、上記上限よりも多いと銅担持ゼオライトの収率が不十分である。
<その他のテンプレートを使用しない場合>
ポリアミン以外のその他のテンプレートを使用しない場合は、上記と同様の理由から、水性ゲル中のポリアミンの量は、水性ゲル中のアルミニウム原子原料の酸化物換算のＡｌ２Ｏ３に対するポリアミンのモル比で、通常０．２以上、好ましくは０．５以上、さらに好ましくは１以上、通常４以下、好ましくは３以下、さらに好ましくは２．５以下であって、銅原子原料の酸化物換算のＣｕＯに対するポリアミンのモル比で、通常１以上、好ましくは５以上、さらに好ましくは１０以上で、通常５０以下、好ましくは３０以下、さらに好ましくは２０以下となる量で用いることが好ましい。
前記２つ以上の群から各群につき１種以上選択されたテンプレートを混合する順番は特に限定されず、テンプレート同士を混合した後その他の物質と混合してもよいし、各テンプレートをそれぞれ他の物質と混合してもよい。
また、水性ゲル中の水の割合は、合成のし易さ及び生産性の高さの観点から、アルミニウム原子原料の酸化物換算のＡｌ２Ｏ３に対する水のモル比で、通常３以上、好ましくは５以上、さらに好ましくは１０以上であって、通常２００以下、好ましくは１５０以下、さらに好ましくは１２０以下である。
水性ゲルのｐＨは通常５以上、好ましくは６以上、さらに好ましくは６．５以上であって、通常１１以下、好ましくは１０以下、さらに好ましくは９以下である。
なお、水性ゲル中には、所望により、上記以外の成分を含有していてもよい。このような成分としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物や塩、アルコール等の親水性有機溶媒が挙げられる。水性ゲル中のこれらの他の成分の含有量としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物や塩は、アルミニウム原子原料の酸化物換算のＡｌ２Ｏ３に対するモル比で、通常０．２以下、好ましくは０．１以下であり、アルコール等の親水性有機溶媒は、水性ゲル中の水に対してモル比で通常０．５以下、好ましくは０．３以下である。
（水熱合成）
水熱合成は、上記のようにして調製された水性ゲルを耐圧容器に入れ、自己発生圧力下、又は結晶化を阻害しない程度の気体加圧下で、撹拌又は静置状態で所定温度を保持することにより行われる。
水熱合成の際の上記所定温度（反応温度）は、通常１００℃以上、好ましくは１２０℃以上、さらに好ましくは１５０℃以上であって、通常３００℃以下、好ましくは２５０℃以下、さらに好ましくは２２０℃以下である。反応時間は通常２時間以上、好ましくは３時間以上、さらに好ましくは５時間以上であって、通常３０日以下、好ましくは１０日以下、さらに好ましくは４日以下である。反応温度は反応中一定でもよいし、段階的又は連続的に変化させてもよい。
（テンプレート等を含有した銅担持ゼオライト）
上記の水熱合成後、生成物である、ポリアミン及び必要に応じて用いられたその他のテンプレート（以下、ポリアミン又はポリアミンとその他のテンプレートとを「テンプレート等」と称す場合がある。）を含有した銅担持ゼオライト（以下、「テンプレート等含有ゼオライト」と称す場合がある。）を、水熱合成反応液より分離する。水熱合成反応液からのテンプレート等含有ゼオライトの分離方法は特に限定されないが、通常、濾過、デカンテーション、又は直接乾燥等による方法が挙げられる。乾燥は室温から１５０℃以下の温度で行うことが好ましい。
この水熱合成反応液から分離回収したテンプレート等含有ゼオライトを水洗しても良い。テンプレート等含有ゼオライトを水洗する場合は、水洗後のテンプレート等含有ゼオライトを、当該ゼオライトの重量の６倍の水に浸漬したときの浸漬水の導電率（以下、「浸漬水導電率」と称す場合がある。）が０．１ｍＳ／ｃｍ以上、好ましくは０．５ｍＳ／ｃｍ以上、更に好ましくは１ｍＳ／ｃｍ以上であるような程度に水洗する。テンプレート等含有ゼオライトの水洗の程度が上記導電率の下限未満となるような程度であると、耐水性に優れた銅担持ゼオライトを得ることができない場合がある。
テンプレート等含有ゼオライトを水洗した場合は、洗浄工程を経た懸濁液を、濾過した後乾燥してもよいし、直接乾燥、例えば、スプレードライ（噴霧乾燥）してテンプレート等含有ゼオライト粉体としてもよい。ここでの乾燥も室温から１５０℃以下の温度で行うことが好ましい。
水熱合成反応液から分離回収したテンプレート等含有ゼオライトは、水洗することなく、乾燥後、次のスチーム処理工程又はテンプレート除去後スチーム処理工程に供してもよい。
（テンプレート等の除去）
上記乾燥後のテンプレート等含有ゼオライトは、次いでスチーム処理に供するが、このスチーム処理に先立ち、テンプレート等含有ゼオライト粉体から、テンプレート等を除去してもよい。テンプレート等の除去方法は特に限定されない。通常、空気又は酸素含有の不活性ガス、あるいは不活性ガス雰囲気下に３００℃から１０００℃の温度で焼成したり、エタノール水溶液、ＨＣｌ含有エーテル等の抽出溶剤によって抽出する等の方法により、含有される有機物（テンプレート等）を除去することができる。
製造性の面から、焼成によるテンプレート等の除去が好ましい。この場合、水蒸気を実質的に含まない（即ち、水蒸気含有率０．５体積％以下の）気体流通下で、好ましくは４００℃〜９００℃、より好ましくは４５０℃〜８５０℃、さらに好ましくは５００℃〜８００℃で、好ましくは０．１時間〜７２時間、より好ましくは０．３時間〜６０時間、さらに好ましくは０．５〜４８時間焼成が行われる。
（スチーム処理）
前述の乾燥後のテンプレート等含有ゼオライトから、必要に応じてテンプレート等の除去を行った銅担持ゼオライトを、次いでスチーム処理に供する。
本発明の銅担持ゼオライトの製造においては、このスチーム処理は、水蒸気の存在下に、好ましくは６００℃〜１０００℃、より好ましくは７００℃〜９００℃において、銅担持ゼオライトを撹拌しながら行われる。
なお、本発明において「撹拌」とは、「かき回す」「かき混ぜる」という操作のみならず、「流動させる」「揺り動かす」「まぜ返す」といった広義の撹拌を意味し、スチーム処理中に、銅担持ゼオライトの集合体の表面更新させるような操作をすべて含むものである。
この撹拌方式は、スチーム処理する銅担持ゼオライトが均一に撹拌されるものであればよく、特に限定されない。このスチーム処理は、具体的には、銅担持ゼオライトを投入したスチーム処理槽（スチーム処理容器）内において、銅担持ゼオライトを、有軸撹拌子、無軸撹拌子、槽側に結合された撹拌子、及び流体のいずれか１つ以上を用いて撹拌しつつ、水蒸気含有量が好ましくは１体積％以上、より好ましくは３体積％〜４０体積％、さらに好ましくは５〜３０体積％の雰囲気下で上記の温度で処理することにより行われる。上記スチーム処理の時間は、０．１時間以上７２時間以下が好ましく、より好ましくは０．３時間〜２４時間、さらに好ましくは０．５時間〜１２時間、最も好ましくは１時間〜６時間である。
スチーム処理温度、スチーム処理時間、雰囲気中の水蒸気含有量が上記下限より低いと、スチーム処理による低温水蒸気耐久性の向上効果を十分に得ることができず、スチーム処理温度が上記上限より高いとゼオライト構造を劣化ないしは破壊するおそれがあり、また、スチーム処理時間が上記上限より長くても低温水蒸気耐久性の向上効果に差異はなく、生産性の面で好ましくない。また、水蒸気含有量が上記上限よりも多いとゼオライト構造を劣化ないしは破壊するおそれがある。
なお、スチーム処理におけるスチーム（水蒸気含有気体等）の供給方式は、流通式であってもよく、バッチ式であってもよい。このスチームは、通常、水蒸気含有空気であるが、不活性ガスに水蒸気を同伴させてもよい。
銅担持ゼオライトを投入してスチーム処理するスチーム処理槽（スチーム処理容器）は、上記の撹拌手段により銅担持ゼオライトが十分に撹拌されて、槽内の銅担持ゼオライトが均一にスチーム処理されるように、投入する銅担持ゼオライトに対して、ある程度の容量を有することが好ましい。具体的には、投入する銅担持ゼオライトの体積（銅担持ゼオライトを単に容器に投入しスタンピング等を行うことなく表面をならしたときの見掛け体積）に対して、用いるスチーム処理槽の有効容積が１．２〜２０倍、特に１．５〜１０倍となることが好ましい。この有効容積が上記下限よりも小さいと、スチーム処理槽内で銅担持ゼオライトを十分に撹拌して均一なスチーム処理を行えないおそれがあり、上記上限を超えて大きくてもスチーム処理効果に差異はなく、スチーム処理槽が過大となり、好ましくない。
適当な容積を有するスチーム処理槽に銅担持ゼオライトを投入した場合は、スチームを適当な流速で流通させることにより、銅担持ゼオライトを流動させて撹拌（即ち、流体による撹拌）することができる。また、撹拌棒、撹拌翼を用いることなく、スチーム処理槽自体を撹拌子として回転ないし振動を付与することによっても銅担持ゼオライトを撹拌することができる。
このスチーム処理は、撹拌槽に銅担持ゼオライトを投入してバッチ方式で行うこともできるし、連続式ロータリーキルン等を用いて連続方式で行うこともできる。
粉体の処理の均一性と量産性を考慮すると、連続式またはバッチ式ロータリーキルンを用いることが好ましく、特に連続式ロータリーキルンが好ましい。
連続式ロータリーキルンの加熱方法としては、電熱加熱、ガス燃焼加熱等が用いられるが、温度の均一性が高いことから電熱加熱が好ましい。
ロータリーキルンを回転させることにより、銅担持ゼオライトの撹拌を行い、スチーム処理を均一に行うことが可能となる。ロータリーキルンの回転数としては、０．１〜１０ｒｐｍが好ましい。
また、より撹拌を増大させるために、キルン内にリフター（かき上げ板）を設置したり、回転物を入れてもよい。
スチームは、銅担持ゼオライト粉体の投入側から導入しても、排出側から導入してもよい。ロータリーキルン内では通常温度分布があるため、キルン内に設置した熱電対によりキルン内のゼオライトの温度を数か所測定し、その内の最高温度をスチーム処理温度とすることが好ましい。
［銅担持ゼオライトの用途］
本発明の銅担持ゼオライトの用途としては特に制限はないが、低温水蒸気耐久性が高く、触媒活性にも優れることから、自動車等の排ガス浄化処理用触媒及或いは水蒸気吸着材として特に好適に用いられる。
＜排ガス浄化処理用触媒＞
本発明の銅担持ゼオライトを自動車排気浄化触媒等の排ガス浄化処理用触媒として用いる場合、本発明の銅担持ゼオライトはそのまま粉末状で用いてもよく、また、シリカ、アルミナ、粘土鉱物等のバインダーと混合し、造粒や成形を行って使用することもできる。また、塗布法や、成形法を用いて所定の形状に成形して用いることもでき、好ましくはハニカム状に成形して用いることができる。
本発明の銅担持ゼオライトを含む触媒の成形体を塗布法によって得る場合、通常、銅担持ゼオライトとシリカ、アルミナ等の無機バインダーとを混合し、スラリーを作製し、コージェライト等の無機物で作製された成形体の表面に塗布し、焼成することにより作成され、好ましくはこの際にハニカム形状の成形体に塗布することによりハニカム状の触媒を得ることができる。
本発明の銅担持ゼオライトを含む触媒の成形体を成形する場合、通常、銅担持ゼオライトをシリカ、アルミナ等の無機バインダーやアルミナ繊維、ガラス繊維等の無機繊維と混練し、押出法や圧縮法等の成形を行い、引き続き焼成を行うことにより作成され、好ましくはこの際にハニカム形状に成形することによりハニカム状の触媒を得るとができる。
本発明の銅担持ゼオライトを含む触媒は、窒素酸化物を含む排ガスを接触させて窒素酸化物を浄化する自動車排気浄化触媒等のＮＯｘの選択的還元触媒として有効である。該排ガスには窒素酸化物以外の成分が含まれていてもよく、例えば炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素、酸素、硫黄酸化物、水が含まれていてもよい。また、炭化水素、アンモニア、尿素等の窒素含有化合物等の公知の還元剤を使用しても良い。具体的には、本発明の銅担持ゼオライトを含む排ガス浄化処理用触媒により、ディーゼル自動車、ガソリン自動車、定置発電・船舶・農業機械・建設機械・二輪車・航空機用の各種ディーゼルエンジン、ボイラー、ガスタービン等から排出される多種多様の排ガスに含まれる窒素酸化物を浄化することができる。
本発明の銅担持ゼオライトを含む触媒を使用する際の、触媒と排ガスの接触条件としては特に限定されるものではないが、排ガスの空間速度は通常１００／ｈ以上、好ましくは１０００／ｈ以上であり、通常５０００００／ｈ以下、好ましくは１０００００／ｈ以下であり、温度は通常１００℃以上、好ましくは１５０℃以上、通常７００℃以下、好ましくは５００℃以下で用いられる。
＜水蒸気吸着材＞
本発明の銅担持ゼオライトは、優れた水蒸気の吸・脱着特性を示す。その吸・脱着特性の程度は、条件により異なるが、一般的に、低温から、通常水蒸気の吸着が困難な高温領域まで吸着可能であり、また高湿度状態から、通常水蒸気の吸着が困難な低湿度領域まで吸着可能であり、かつ比較的低温の１００℃以下で脱着が可能である。
このような水蒸気吸着材の用途としては、吸着ヒートポンプ、熱交換器、デシカント空調機等が挙げられる。
本発明の銅担持ゼオライトは、特に水蒸気吸着材として優れた性能を示すが、本発明の銅担持ゼオライトを水蒸気吸着材として用いる場合に、シリカ、アルミナチタニア等の金属酸化物や粘土等のバインダー成分や、熱伝導性の高い成分と共に使用することができる。本発明の銅担持ゼオライトをこれらの他の成分と共に用いる場合、水蒸気吸着材中の本発明の銅担持ゼオライトの含有量が、６０重量％以上であることが好ましく、７０重量％以上であることがより好ましく、８０重量％以上であることがさらに好ましい。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り以下の実施例により何ら限定されるものではない。
以下の実施例及び比較例において得られた銅担持ゼオライトの分析及び性能評価は以下の方法により行った。
［粉末ＸＲＤによるゼオライトの結晶構造解析］
＜試料調製＞
めのう乳鉢を用いて人力で粉砕した銅担持ゼオライト試料約１００ｍｇを同一形状のサンプルホルダーに充填し試料量が一定となるようにした。
＜装置仕様及び測定条件＞
粉末ＸＲＤ測定装置仕様及び測定条件は以下の通りである。
Figure 2017014077
Figure 2017014077
［ＸＲＦによる銅担持量及び各原子の含有量の測定］
調製した銅担持ゼオライト試料について蛍光Ｘ線分析法（ＸＲＦ、下記条件）により、銅の担持量及び銅担持ゼオライト骨格構造の各原子の含有量を測定した。
測定装置：ＥＤＸ−７００ （ＳＨＩＭＡＤＺＵ）
Ｘ線源：Ｒｈターゲット、１５ｋＶ、１００μＡ
［ＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ吸収強度比の測定］
以下の方法で調製した銅担持ゼオライト試料について紫外可視近赤外分光法（ＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ、下記条件）により、波数２２０００ｃｍ−１及び波数１２５００ｃｍ−１における吸収強度を測定し、Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ（２２０００ｃｍ−１）／Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ （１２５００ｃｍ−１）を求めた。
＜試料調製＞
めのう乳鉢を用いて人力で粉砕した試料粉末をガラスシャーレに広げ、飽和硝酸マグネシウム水溶液を用いて相対湿度５０％としたデシケータ内に１２時間保管し吸湿させた。吸湿した試料粉末を同一形状のサンプルホルダーに充填し試料量が一定となるようにした。
＜測定条件＞
測定装置：ＵＶ−３１００ｓ （ＳＨＩＭＡＤＺＵ）
光源：Ｘｅランプ
波数域：８０００〜２５０００ｃｍ−１
スリット幅：２０ｎｍ
測定方法：反射法
［比表面積の測定］
調製した銅担持ゼオライト試料の比表面積は、大倉理研社製、全自動粉体比表面積測定装置（ＡＭＳ１０００）を用いて、ＢＥＴ一点法により測定して求めた。
［触媒活性の評価］
調製した銅担持ゼオライト試料をプレス成形後、破砕して篩を通し、０．６〜１ｍｍに整粒した。整粒した銅担持ゼオライト試料１.０ｍｌを大気中５５０℃で３０分加熱した後に常圧固定床流通式反応管に充填した。銅担持ゼオライト層に下記表３の組成のガスを空間速度ＳＶ＝２０００００／ｈで流通させながら、銅担持ゼオライト層を加熱した。２００℃において、出口ＮＯ濃度が一定となったとき、
ＮＯ浄化率（％）
＝｛（入口ＮＯ濃度）―（出口ＮＯ濃度）｝／（入口ＮＯ濃度）×１００
の値によって、銅担持ゼオライト試料の浄化性能（窒素酸化物除去活性）を評価した。
Figure 2017014077
実施例３と比較例１の銅担持ゼオライトについては、試験温度を１６０℃、１７５℃、２００℃、２５０℃、３００℃、４００℃、５００℃と変え、異なる温度での浄化性能（窒素酸化物除去活性）を評価した（図１、２）。
［低温水蒸気耐久試験後の触媒活性の評価］
＜低温水蒸気耐久試験＞
Renewable Energy 36 （2011） 3043-3049に記載されているシリコアルミノホスフェートゼオライトの低温水蒸気耐久試験方法を参考にして、具体的には以下の方法により低温水蒸気耐久試験を行った。
調製した銅担持ゼオライト試料をプレス成形後、破砕して篩を通し、０．６〜１ｍｍに整粒した。整粒した銅担持ゼオライト試料１．１ｍｌをガラスセルに充填した。銅担持ゼオライト層に下記表４の組成のガスを空間速度ＳＶ＝１０００００／ｈで流通させながら、反応管の入ったチャンバーを７０℃で１３分間、１４０℃で１３分間ずつ温度を切り替えた。７０℃と１４０℃の加熱を１サイクルとし計４０サイクル行った。
Figure 2017014077
＜触媒活性の評価＞
上記低温水蒸気耐久試験後の銅担持ゼオライト試料１．０ｍｌを用い、上記と同様にして２００℃における触媒活性の評価をした。
実施例３と比較例１の銅担持ゼオライトについては、試験温度を１６０℃、１７５℃、２００℃、２５０℃、３００℃、４００℃、５００℃と変え、異なる温度での浄化性能（窒素酸化物除去活性）を評価した。
［実施例１］
濃度７５重量％のリン酸１０８ｇに酸化銅（関東化学社製）３．３ｇを溶解させた後に水２１６．９ｇを加えた。擬ベーマイト（２５重量％水含有、コンデア社製）６１．７ｇをゆっくりと加え、１時間撹拌した。さらに、ｆｕｍｅｄシリカ（アエロジル２００、日本アエロジル社製）６．８ｇ及び水１４９．９ｇを加え、１時間撹拌した。その後、モルホリン３９．６ｇ、トリエチルアミン５５．１ｇをゆっくりと加え、１時間撹拌した。最後にテトラエチレンペンタミン（キシダ化学社製）７．６ｇを添加後に、これを１時間撹拌し、以下の組成を有する水性ゲルを得た。
＜水性ゲル組成（モル比）＞
ＳｉＯ２：０．２５
Ａｌ２Ｏ３：１
Ｐ２Ｏ５：０．９１
ＣｕＯ：０．０８８
テトラエチレンペンタミン：０．０８８
モルホリン：１
トリエチルアミン：１．２
水：５０
こうして得られた水性ゲルをフッ素樹脂内筒の入った１０００ｍｌのステンレス製オートクレーブに仕込み、撹拌しながら１９０℃で２４時間反応させた（水熱合成）。水熱合成後冷却して、デカンテーションにより上澄みを除いて沈殿物を回収した。沈殿物を水で３回洗浄した後濾別し、１００℃で乾燥した。
得られた銅担持ゼオライト粉の粉末ＸＲＤを行ったところ、格子面間隔表示で、下記表５に示した格子面間隔の位置にピーク及び相対強度を有するＸＲＤパターンが観察され、該ゼオライトがＣＨＡ型であることを確認した。
Figure 2017014077
その後５５０℃で空気（水蒸気含有率０．５体積％以下）流通下６時間焼成を行い、テンプレートを除去し、銅担持量３．０重量％の銅担持ゼオライトを得た。
得られた銅担持ゼオライトを、連続式ロータリーキルン（銅担持ゼオライトの見掛け体積に対して、ロータリーキルンの有効容積は３倍）により、水蒸気含有率１０体積％の空気雰囲気中、８００℃（スチーム処理温度）で２時間撹拌下にスチーム処理することによって銅担持ゼオライトＡ−１を得た。スチーム処理条件の詳細は以下の通りである。
＜スチーム処理条件＞
・ＳＵＳ３１６製の直径６ｃｍ×長さ３０ｃｍ連続式ロータリーキルンを使用
・ロータリーキルンの回転数：１ｒｐｍ
・銅担持ゼオライトの供給量：１ｇ／分
・水蒸気含有率１０体積％のスチーム供給流量：６Ｌ／分
・スチーム処理温度：熱電対でロータリーキルン内の銅担持ゼオライトの温度を数か所測定し、その最高温度がスチーム処理温度となるよう設定
この銅担持ゼオライトＡ−１について、前述の各種評価を行い、結果を表６に示した。
［実施例２］
スチーム処理の処理時間を３時間にしたほかは実施例１と同様にして銅担持ゼオライトＡ−２を得た。なお、焼成前の銅担持ゼオライト粉の粉末ＸＲＤの結果から、該ゼオライトがＣＨＡ型であることを確認した。
この銅担持ゼオライトＡ−２について、前述の各種評価を行い、結果を表６に示した。
［実施例３］
スチーム処理の処理温度を８８０℃にしたほかは実施例１と同様にして銅担持ゼオライトＡ−３を得た。なお、焼成前の銅担持ゼオライト粉の粉末ＸＲＤの結果から、該ゼオライトがＣＨＡ型であることを確認した。
この銅担持ゼオライトＡ−３について、前述の各種評価を行い、結果を表６に示した。
また、触媒活性の試験温度とＮＯ浄化率との関係を図１に示した。
この銅担持ゼオライトＡ−３の波数８０００〜２３０００ｃｍ−１における吸収強度を示すチャートを図３に示す。
［実施例４］
濃度７５重量％のリン酸１０８ｇに酸化銅（関東化学社製）３．４ｇを溶解させた後に水２１６．９ｇを加えた。擬ベーマイト（２５重量％水含有、コンデア社製）６１．７ｇをゆっくりと加え、１時間撹拌した。さらに、ｆｕｍｅｄシリカ（アエロジル２００、日本アエロジル社製）６．８ｇ及び水１４９．９ｇを加え、１時間撹拌した。その後、モルホリン３９．６ｇ、トリエチルアミン５５．１ｇをゆっくりと加え、１時間撹拌した。最後にテトラエチレンペンタミン（キシダ化学社製）７．８ｇを添加後に、これを１時間撹拌し、以下の組成を有する水性ゲルを得た。
＜水性ゲル組成（モル比）＞
ＳｉＯ２：０．２５
Ａｌ２Ｏ３：１
Ｐ２Ｏ５：０．９１
ＣｕＯ：０．０９１
テトラエチレンペンタミン：０．０９１
モルホリン：１
トリエチルアミン：１．２
水：５０
こうして得られた水性ゲルを、実施例１と同様にフッ素樹脂内筒の入ったステンレス製オートクレーブに仕込み、同様の条件で水熱合成し、同様に沈殿物の洗浄、乾燥、焼成を行って、銅担持量３．５重量％の銅担持ゼオライトを得た。該銅担持ゼオライト粉の粉末ＸＲＤの結果から、該ゼオライトがＣＨＡ型であることを確認した。
得られた銅担持ゼオライトに対して実施例１と同様に撹拌下にスチーム処理を行い銅担持ゼオライトＡ−４を得た。
この銅担持ゼオライトＡ−４について、前述の各種評価を行い、結果を表６に示した。
［実施例５］
濃度７５重量％のリン酸１０８ｇに酸化銅（関東化学社製）２．７ｇを溶解させた後に水２１６．９ｇを加えた。擬ベーマイト（２５重量％水含有、コンデア社製）６１．７ｇをゆっくりと加え、１時間撹拌した。さらに、ｆｕｍｅｄシリカ（アエロジル２００、日本アエロジル社製）６．８ｇ及び水１４９．９ｇを加え、１時間撹拌した。その後、モルホリン３９．６ｇ、トリエチルアミン５５．１ｇをゆっくりと加え、１時間撹拌した。最後にテトラエチレンペンタミン（キシダ化学社製）７．２ｇを添加後に、これを１時間撹拌し、以下の組成を有する水性ゲルを得た。
＜水性ゲル組成（モル比）＞
ＳｉＯ２：０．２５
Ａｌ２Ｏ３：１
Ｐ２Ｏ５：０．９１
ＣｕＯ：０．０７３
テトラエチレンペンタミン：０．０７３
モルホリン：１
トリエチルアミン：１．２
水：５０
こうして得られた水性ゲルを、実施例１と同様にフッ素樹脂内筒の入ったステンレス製オートクレーブに仕込み、同様の条件で水熱合成し、同様に沈殿物の洗浄、乾燥、焼成を行って、銅担持量２．５重量％の銅担持ゼオライトを得た。該銅担持ゼオライト粉の粉末ＸＲＤの結果から、該ゼオライトがＣＨＡ型であることを確認した。
得られた銅担持ゼオライトに対して実施例１と同様に撹拌下にスチーム処理を行い銅担持ゼオライトＡ−５を得た。
この銅担持ゼオライトＡ−５について、前述の各種評価を行い、結果を表６に示した。
［実施例６］
濃度７５重量％のリン酸１２４ｇに酸化銅（関東化学社製）３．８ｇを溶解させた後に水２４９．０ｇを加えた。擬ベーマイト（２５重量％水含有、コンデア社製）７０．９ｇをゆっくりと加え、１時間撹拌した。さらに、ｆｕｍｅｄシリカ（アエロジル２００、日本アエロジル社製）７．８ｇ及び水７８．２ｇを加え、１時間撹拌した。その後、モルホリン４５．４ｇ、トリエチルアミン６３．３ｇをゆっくりと加え、１時間撹拌した。最後にテトラエチレンペンタミン（キシダ化学社製）８．７ｇを添加後に、これを１時間撹拌し、以下の組成を有する水性ゲルを得た。
＜水性ゲル組成（モル比）＞
ＳｉＯ２：０．２５
Ａｌ２Ｏ３：１
Ｐ２Ｏ５：０．９１
ＣｕＯ：０．０８８
テトラエチレンペンタミン：０．０８８
モルホリン：１
トリエチルアミン：１．２
水：４０
こうして得られた水性ゲルを、実施例１と同様にフッ素樹脂内筒の入ったステンレス製オートクレーブに仕込み、同様の条件で水熱合成し、同様に沈殿物の洗浄、乾燥、焼成を行って、銅含有量３．０重量％の銅担持ゼオライトを得た。該銅担持ゼオライト粉の粉末ＸＲＤの結果から、該ゼオライトがＣＨＡ型であることを確認した。
得られた銅担持ゼオライトを石英ガラス製固定床に充填して、水蒸気含有率１０体積％の空気雰囲気中、８００℃で３時間スチーム処理することによって銅担持ゼオライトＡ−６を得た。
この銅担持ゼオライトＡ−６について、前述の各種評価を行い、結果を表６に示した。
［比較例１］
スチーム処理を行わなかったこと以外は実施例１と同様にして、銅担持ゼオライトＸ−１を得た。この銅担持ゼオライトＸ−１について、前述の各種評価を行い、結果を表６に示した。
また、触媒活性の試験温度とＮＯ浄化率との関係を図２に示した。
この銅担持ゼオライトＸ−１の波数８０００〜２３０００ｃｍ−１における吸収強度を示すチャートを図３に示す。
［比較例２］
濃度７５重量％のリン酸１０８ｇに酸化銅（関東化学社製）４．７ｇを溶解させた後に水２１６．９ｇを加えた。擬ベーマイト（２５重量％水含有、コンデア社製）６１．７ｇをゆっくりと加え、１時間撹拌した。さらに、ｆｕｍｅｄシリカ（アエロジル２００、日本アエロジル社製）６．８ｇ及び水１４９．９ｇを加え、１時間撹拌した。その後、モルホリン３９．６ｇ、トリエチルアミン５５．１ｇをゆっくりと加え、１時間撹拌した。最後にテトラエチレンペンタミン（キシダ化学社製）１０．８ｇを添加後に、これを１時間撹拌し、以下の組成を有する水性ゲルを得た。
＜水性ゲル組成（モル比）＞
ＳｉＯ２：０．２５
Ａｌ２Ｏ３：１
Ｐ２Ｏ５：０．９１
ＣｕＯ：０．１２５
テトラエチレンペンタミン：０．１２５
モルホリン：１
トリエチルアミン：１．１
水：５０
こうして得られた水性ゲルを、実施例１と同様にフッ素樹脂内筒の入ったステンレス製オートクレーブに仕込み、同様の条件で水熱合成し、同様に沈殿物の洗浄、乾燥、焼成を行って、銅担持量４．０重量％の銅担持ゼオライトを得た。該銅担持ゼオライト粉の粉末ＸＲＤの結果から、該ゼオライトがＣＨＡ型であることを確認した。
得られた銅担持ゼオライトに対して実施例１と同様にスチーム処理を行い銅担持ゼオライトＸ−２を得た。
この銅担持ゼオライトＸ−２について、前述の各種評価を行い、結果を表６に示した。
［比較例３］
濃度７５重量％のリン酸９０．９ｇに酸化銅（関東化学社製）３．８ｇを溶解させた後に水２２１．５ｇを加えた。擬ベーマイト（２５重量％水含有、コンデア社製）６３．０ｇをゆっくりと加え、１時間撹拌した。さらに、ｆｕｍｅｄシリカ（アエロジル２００、日本アエロジル社製）１６．７ｇ及び水１５８．０ｇを加え、１時間撹拌した。その後、モルホリン４０．４ｇ、トリエチルアミン４６．９ｇをゆっくりと加え、１時間撹拌した。最後にテトラエチレンペンタミン（キシダ化学社製）８．８ｇを添加後に、これを１時間撹拌し、以下の組成を有する水性ゲルを得た。
＜水性ゲル組成（モル比）＞
ＳｉＯ２：０．６
Ａｌ２Ｏ３：１
Ｐ２Ｏ５：０．７５
ＣｕＯ：０．１
テトラエチレンペンタミン：０．１
モルホリン：１
トリエチルアミン：１
水：５０
こうして得られた水性ゲルを、実施例１と同様にフッ素樹脂内筒の入ったステンレス製オートクレーブに仕込み、同様の条件で水熱合成し、同様に沈殿物の洗浄、乾燥、焼成を行って、銅担持量３．０重量％の銅担持ゼオライトＸ−３を得た。該銅担持ゼオライト粉の粉末ＸＲＤの結果から、該ゼオライトがＣＨＡ型であることを確認した。
この銅担持ゼオライトＸ−３について、前述の各種評価を行い、結果を表６に示した。
表６において、前記式（II）のｘの値を「Ｓｉ含有量（モル比）」として示す。また、銅担持量（銅原子換算）を「Ｃｕ担持量（重量％）」として示す。
Figure 2017014077
表６より、実施例１〜６の本発明の銅担持ゼオライトは、低温水蒸気耐久性が比較例１〜３の銅担持ゼオライトと比べて優れていることが分かる。
また、図１から、実施例３の銅担持ゼオライトＡ−３が、低温水蒸気耐久試験後において、いずれの温度領域においても高いＮＯ浄化性能を有しており、低温水蒸気耐久性に優れていることが解る。
スチーム処理を施していない比較例１の銅担持ゼオライトＸ−１は、ダイマーが多いために低温水蒸気耐久性に劣っている。
銅担持量の多い比較例２の銅担持ゼオライトＸ−２は、スチーム処理を施してもダイマーを２価銅イオンにすることが充分にできず低温水蒸気耐久性に劣っている。
Ｓｉ含有量の多い比較例３の銅担持ゼオライトＸ−３は、Ｓｉ含有量の少ない比較例１と比べて吸収強度比（Ｉ）が低く、ダイマーが若干減少しているものの、水蒸気に弱く、低温水蒸気耐久性に劣っている。

Claims (8)

  1. 骨格構造に少なくともケイ素原子、リン原子及びアルミニウム原子を含むゼオライトに銅を担持したゼオライトであって、
    （１） 該銅を担持したゼオライトの銅担持量（銅原子換算）が１．５重量％以上３．５重量％であり、
    （２） 該銅を担持したゼオライトの下記式（Ｉ）から求められるＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ吸収強度比が０．３５未満であり、
    Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ（２２０００ｃｍ−１）／
    Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ（１２５００ｃｍ−１）…（Ｉ）
    （３） 該銅を担持したゼオライトのケイ素原子含有量が下記式（II）を満たす
    ０．０７≦ｘ≦０．１１…（II）
    （式中、ｘは銅を担持したゼオライト骨格構造中のケイ素原子とアルミニウム原子とリン原子の合計に対するケイ素原子のモル比を示す）
    銅担持ゼオライト。
  2. 前記ＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ吸収強度比が０．３０未満である請求項１に記載の銅担持ゼオライト。
  3. 前記ＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ吸収強度比が０．２０未満である請求項１に記載の銅担持ゼオライト。
  4. 前記銅担持ゼオライトのＢＥＴ一点法で測定した比表面積が５７０ｍ２／ｇ以上である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の銅担持ゼオライト。
  5. 前記銅担持ゼオライトのＢＥＴ一点法で測定した比表面積が６００ｍ２／ｇ以上である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の銅担持ゼオライト。
  6. 前記銅担持ゼオライトがＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＩＺＡ）が定めるゼオライト構造においてフレームワーク密度が１０．０Ｔ／１０００Å３以上１６．０Ｔ／１０００Å３以下である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の銅担持ゼオライト。
  7. 前記銅担持ゼオライトがＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＩＺＡ）が定めるゼオライト構造においてＣＨＡである請求項１ないし６のいずれか１項に記載の銅担持ゼオライト。
  8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の銅担持ゼオライトを含む排ガス浄化処理用触媒。
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