JP2021525170A - Noxの選択的還元のためのafx構造ゼオライト、bea構造ゼオライトの混合物及び少なくとも1つの遷移金属を含む触媒 - Google Patents

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Abstract

本発明は、AFX構造およびBEA構造のゼオライトと少なくとも1つの追加の遷移金属との混合物を含む触媒、その製造方法、およびNH3またはH2のような還元剤の存在下でのNOxの選択的な触媒還元のためのその使用に関するものである。【選択図】なし

Description

本発明の主題は、AFX構造ゼオライトとBEA構造ゼオライトとの密接な混合物(an intimate mixture)と、少なくとも1つの遷移金属とに基づいて触媒を製造する方法、その方法によって製造されるかまたは製造されることができる触媒、および還元剤の存在下でのNOxの選択的触媒還元、特に内部燃焼エンジニアのためのそれらの使用である。
化石燃料の燃焼により発生する窒素酸化物(NO)の排出は、社会にとって重大な関心事である。燃焼排出物の環境および健康への影響を制限するために、政府当局によってますます厳しい基準が設定されている。ヨ−ロッパにおいて、軽自動車は、Euro 6c基準の下、NOxおよび粒子の排出量は、すべての運転条件において非常に低いレベルを超えてはならない。新しいWLTCテストサイクル(Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle)と、コンプライアンスファクタと組み合わせた実走行エミッション(RDE)の規制は、これらの目標を満足するために、非常に効果的な排出抑制システムの開発を必要とする。選択的触媒還元(SCR)は、希薄混合気モ−ドにおけるディ−ゼルエンジンおよび正点火エンジンに典型的な酸素リッチ排気ガスから、窒素酸化物を除去するための有効な技術として出現している。選択的触媒還元は、還元剤、一般にアンモニアを用いて行われ、したがってNH−SCRと呼ぶことができる。SCR過程に関与するアンモニア(NH)は、通常、水性ウレア溶液(AdBlueまたはDEF)の分解を介して生成され、NOxと反応したときに、NとHOを生成する。
遷移金属と交換されたゼオライトは、特に、運搬におけるNH−SCR用途のための触媒として使用される。小孔ゼオライト、特に銅交換チャバザイトが特に好適である。それらは、シリコ−アルミノホスフェ−トCu−SAPO−34およびアルミノシリケ−トCu−SSZ−13(またはCu−SSZ−62)の形態で商業的に存在する。それらの耐水熱性とNOx転換効率が現行の基準となっている。しかしながら、規制がますます制限されるようになるにつれて、触媒の性能をさらに改善する必要がある。
NH−SCR用途のためのAFX構造ゼオライトの使用は知られているが、このゼオライトを使用する触媒の有効性を評価する研究はほとんどない。
Fickelら(Fickel,D. W.,&Lobo,R.F.(2009),The Journal of Physical Chemistry C,114(3),1633−1640)は、NOx除去のための銅交換SSZ−16(AFX構造を有する)の使用を研究している。このゼオライトは、特許US5194235に従って合成され、80℃で1時間、硫酸銅(II)を用いた交換によって銅が導入される。最近の結果(Fickel,D.W.,D’Addio,E.,Lauterbach,J.A.,&Lobo,R.F.(2011),102(3),441−448)は、3.78質量%の銅の装填に対して優れた転換率と良好な耐水熱性を示した。
AFX構造ゼオライトの合成に関する研究は、合成最適化研究(Hrabanek,P.,Zikanova,A.,Supinkova,T.,Drahokoupil,J.,Fila,V.,Lhotka,M.,Bernauer,B.(2016),Microporous and Mesoporous Materials,228,107−115)と同様に、様々な構造化剤(Lobo,R.F.,Zones,S.I.,& Medrud,R.C.(1996),Chemistry of Materials,8(10),2409−2411)について行われている。
Wangら(Wang,D.et al.,CrystEngComm.,(2016),18(6),1000−1008)は、SAPO−56の形成のために、TMHD構造化剤をTEA−TMA混合物で置換することを研究し、望ましくないSAPO−34およびSAPO−20相を得た。遷移金属の取り込みは議論されていない。
特許US2016/0137518は、準純粋なAFXゼオライト、1,3−ビス(1−アダマンチル)イミダゾリウムヒドロキシド形態の構造化剤の存在下でのシリカおよびアルミナ源からのその合成、遷移金属で交換されたAFXゼオライトに基づく触媒の調製、ならびにNH−SCR用途のためのその使用を記載している。AFXゼオライトの特別な形態については言及されていない。
より最近、特許US2018/0093259は、1,3−ビス(1−アダマンチル)イミダゾリウムヒドロキシドなどの構造化剤およびアルカリ土類金属源の存在下で、FAU型ゼオライトからのAFX構造ゼオライトなどの小孔ゼオライトの合成を記載している。それはまた、得られたAFX構造ゼオライトの適用、特に、NOx還元触媒としてのこのゼオライトの使用、それに続く、鉄のような金属との交換を記載している。並行して、特許US2016/0096169A1は、金属で交換された15〜50のSi/Al比を有するAFX構造ゼオライトに基づく触媒のNOx転換における使用を記載し、該AFXゼオライトは、1,3−ビス(1−アダマンチル)イミダゾリウムヒドロキシド構造化剤から出発して得られる。NOx転換で得られた結果は、特に、特許US2018/0093259および特許US2016/0096169に従って調製された触媒の、20ppmを超えない亜酸化窒素への選択性を示す。
JP2014−148441には、NOx還元に用いることができるAFXゼオライト、特に銅含有SAPO−56に関する固体の合成が記載されている。該固体を合成し、次いで、アルコ−ルおよび銅塩を含む混合物に添加し、混合物全体を焼成する。このように、AFX構造ゼオライトに関するSAPO固体の形成後に銅が添加される。この交換された固体は、水の存在に対して増加した耐性を有するようである。
Oguraら(Bull.Chem.Soc.Jpn.,2018,91,355−361)は、水熱エ−ジング後でさえ、他のゼオライト構造と比較して、銅交換SSZ−16ゼオライトの非常に良好な活性を実証している。
WO2017/080722は、銅含有ゼオライトの直接合成を開示している。この合成は、種々の型、主にCHA型のゼオライトを得るために、FAU構造ゼオライトから出発し、TEPA錯化剤およびM(OH)分子を使用することを必要とする。ANA、ABW、PHIおよびGME型のゼオライトも製造される。
出願人は、特定の合成法に従って調製されたAFX構造ゼオライトおよびBEA構造ゼオライトの密接な混合物および少なくとも一つの遷移金属、特に銅に基づく触媒が、NOx転換およびNOへの選択性に関して興味深い結果を示すことを見出した。とりわけ、特に低温(T<250℃)におけるNOx転換の結果は、銅交換AFX構造ゼオライトに基づく触媒のような従来技術の触媒によって得られるものよりも良好であり、同時に亜酸化窒素NOへの良好な選択性は維持される。
発明の概要
本発明は、少なくとも以下の工程を含む、AFX構造およびBEA構造ゼオライトの混合物、ならびに少なくとも一つに遷移金属を含む触媒の製造方法に関する:
i)水性媒体中で、30〜100のSiO/Alモル比を有するFAUゼオライトと、2〜30(上限値を除く)のSiO/Alモル比を有する少なくとも1つのFAU構造ゼオライトと(ここで、FAUゼオライトの混合物中の無水形態の30〜100のSiO/Alモル比を有するFAUゼオライトの質量割合(%で表される)に、30〜100のSiO/Alモル比を有する前記同じFAUゼオライトのSiO/Alモル比を乗じたものに相当する数学的パラメ−タPzeは、3250<Pze<7200である)、1,5−ビス(メチルピペリジニウム)ペンタンジヒドロキシド、1,6−ビス(メチルピペリジニウム)ヘキサンジヒドロキシド、1,7−ビス(メチルピペリジニウム)ヘプタンジヒドロキシドおよびそれらの混合物から選択される少なくとも1つの窒素有機化合物Rと、原子価n(nは1以上の整数である)の少なくとも1つのアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属Mの少なくとも1つの供給源と、を前駆体ゲルが得られるまで混合し、反応混合物は、以下のモル組成を有する:
(SiO2(FAU))/(Al3(FAU))が30〜80、
O/(SiO2(FAU))が1〜100、
R/(SiO2(FAU))が0.01〜0.6、
2/nO/(SiO2(FAU))が0.005〜0.45、
ここで、SiO2(FAU)は、混合物中に導入される全てのFAU構造ゼオライトによって提供されるSiOのモル量であり、Al3(FAU)は、混合物中に導入される全てのFAU構造ゼオライトによって導入されるAlのモル量であり、HOは、反応混合物中に存在する水のモル量であり、Rは、前記窒素有機化合物のモル量であり、M2/nOは、全てのFAUゼオライトによって、ならびにアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属の供給源によって提供されるM2/nOのモル量である;
ii)前記工程i)の終了時に得られた前駆体ゲルを120〜220℃の温度で12時間〜15日の期間水熱処理し、「固体」と呼ばれる固体結晶相を得る;
iii)前記工程の終了時に得られた固体を、反応性形態の溶液中で遷移金属を放出することができる少なくとも1つの種を含む少なくとも一つの溶液に、周囲温度で1時間から2日の間の期間撹拌しながら接触させることを含む、少なくとも1つのイオン交換;
iv)前記工程の最後に得られた固体を20〜150℃の温度で2〜24時間の期間乾燥させ、次いで450〜700℃の温度で2〜20時間の期間に空気流下で焼成することにより熱処理する。
本発明は、AFX構造およびBEA構造ゼオライトの混合物、ならびに少なくとも一つの遷移金属を含む触媒であって、
ゼオライト構造は、
無水形態における前記触媒の全質量に対して、30〜90質量%、好ましくは40〜90質量%のAFX構造ゼオライト、
無水形態における前記触媒の全質量に対して、10〜70質量%、好ましくは10〜60質量%のBEA構造ゼオライト、を含み、
前記遷移金属は、Ti、V、Mn、Mo、Fe、Co、Cu、Cr、Zn、Nb、Ce、Zr、Rh、Pd、Pt、Au、W、Ag、好ましくはCu、Fe、Nb、Ce、Mn、より好ましくは鉄、銅またはそれらの混合物で構成される群から選択され、遷移金属の全含有量は、無水形態における最終触媒の全質量に対して、0.5〜6質量%、好ましくは0.5〜5質量%、さらに好ましくは1〜4質量%である、
触媒に関する。
本発明はまた、NHまたはHなどのNOの選択的接触還元のための還元剤によるNOxの選択的還元のための、上記触媒または上記の方法によって調製されたものの使用に関する。
本発明の利点は、AFX構造ゼオライトとBEA構造ゼオライトとの密接な混合物、および遷移金属、特に銅を含む複合材料に基づく、特定の触媒にある。
本発明に係る触媒は、実際に、先行技術の触媒と比較して改良された特性を示す。特に、本発明に係る、または本発明に係る方法により製造された触媒の使用は、全操作温度範囲(150℃−600℃)にわたって、NO転化反応のためのより低い開始温度およびより良いNO転換を得ることを可能にし、同時に、NOに対する良好な選択性を維持する。
発明の詳細な説明
本発明によれば、パラメ−タPzeは、FAUゼオライトの出発混合物中に存在する30〜100のSiO/Alモル比を有するFAUゼオライトにおいて、FAUゼオライトの出発混合物中の非水形態での30〜100のSiO/Alモル比を有するFAUゼオライトの質量割合(%で表される)と、そのSiO/Alモル比との間の数学的生成物として定義され、FAUゼオライトの出発混合物中の非水形態でのそれぞれのFAUゼオライトの質量割合の合計は100に等しい。例えば、2つのFAUゼオライトの混合物から出発する場合、30〜100のSiO/Alモル比を有するゼオライトにおける前記パラメ−タPzeは、FAUゼオライトの出発混合物中の無水形態での30〜100のSiO/Alモル比を有する前記FAUゼオライトの割合(%で表される)に、30〜100のSiO/Alモル比を有する前記FAUゼオライトのSiO/Alモル比を乗じたものに相当する。
本発明によれば、「ゲル」および「前駆体ゲル」という用語は同義語であり、本発明に係る方法の工程i)の終わりに得られる均質な反応混合物に相当する。
本発明によれば、「…〜…」とは、区間の限界における値が、記載された値の範囲に含まれることを意味する。これが当てはまらず、限界における値が記載された範囲に含まれない場合、そのような明確化は、本発明によって与えられる。
本発明は、特に、AFX構造およびBEA構造ゼオライトの混合物、および少なくとも一つの遷移金属を含む触媒の製造方法に関し、少なくとも、以下の工程を含む:
i)水性媒体中で、30〜100のSiO/Alモル比を有するFAUゼオライトと、2〜30(上限値を除く)のSiO/Alモル比を有する少なくとも1つのFAU構造ゼオライトと(ここで、FAUゼオライトの混合物中の無水形態の30〜100のSiO/Alモル比を有するFAUゼオライトの質量割合(%で表される)に、30〜100のSiO/Alモル比を有する前記同じFAUゼオライトのSiO/Alモル比を乗じたものに相当する数学的パラメ−タPzeは、3250<Pze<7200、好ましくは3350<Pze<7100である)、1,5−ビス(メチルピペリジニウム)ペンタンジヒドロキシド、1,6−ビス(メチルピペリジニウム)ヘキサンジヒドロキシド、1,7−ビス(メチルピペリジニウム)ヘプタンジヒドロキシドおよびそれらの混合物から選択される少なくとも1つの窒素化合物Rと、原子価n(nは1以上の整数である)の少なくとも1つのアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属Mの少なくとも1つの供給源と、前駆体ゲルが得られるまで混合し、反応混合物は、以下のモル組成を有する:
(SiO2(FAU))/(Al3(FAU))が30〜80、好ましくは32〜70、
O/(SiO2(FAU))が1〜100、好ましくは5〜60、
R/(SiO2(FAU))が0.01〜0.6、好ましくは0.05〜0.5、
2/nO/(SiO2(FAU))が0.005〜0.45、好ましくは0.01〜0.25。
ここで、SiO2(FAU)は、混合物中に導入される全てのFAU構造ゼオライトによって提供されるSiOのモル量であり、Al3(FAU)は、混合物中に導入される全てのFAU構造ゼオライトによって導入されるAlのモル量であり、HOは、反応混合物中に存在する水のモル量であり、Rは、前記有機窒素化合物のモル量であり、M2/nOは、全てのFAUゼオライトによって、ならびにアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属の供給源によって提供されるM2/nOのモル量であり;
ii)前記工程i)の終了時に得られた前駆体ゲルを120〜220℃の温度で12時間〜15日の期間水熱処理し、「固体」と呼ばれる固体結晶相を得る;
iii)前記工程の終了時に得られた固体を、反応性形態の溶液中で遷移金属を放出することができる少なくとも1つの種を含む少なくとも一つの溶液に、周囲温度で1時間から2日の間の期間撹拌しながら接触させることを含む、少なくとも1つのイオン交換;
iv)前記工程の最後に得られた固体を20〜150℃の温度で2〜24時間の期間乾燥させ、次いで450〜700℃の温度で2〜20時間の期間に空気流下で焼成することにより熱処理する:
有利には、前記工程iii)およびiv)を逆にする、そして必要に応じ任意に繰り返すことも可能である。
本発明はまた、AFX構造およびBEA構造ゼオライトの混合物と少なくとも1つの遷移金属を含む触媒に関するものであり、有利には上記の方法によって得られるか、または直接得られる。
最後に、本発明は、還元剤の存在下でのNOxの選択的接触還元のための、本発明に係る触媒の使用に関する。
触媒
本発明に係る触媒は、AFX型のゼオライトとBEA型のゼオライト、および少なくとも1つの追加の遷移金属、好ましくは銅の混合物を少なくとも含む。
本発明に係る触媒は、
無水形態における前記触媒の全質量に対して、30〜90質量%、好ましくは40〜90質量%のAFX構造ゼオライト、
無水形態における前記触媒の全質量に対して、10〜70質量%、好ましくは10〜60質量%のBEA構造ゼオライト、を含む、ゼオライト構造を有する。
好ましくは、本発明に係る触媒において、BEAゼオライトに対するAFXゼオライトの質量比(AFX/BEA)は、0.4〜9、好ましくは0.5〜7.5、さらに好ましくは1〜4である。
有利には、本発明に係る触媒のBEA構造ゼオライトは、好ましくは多形Aを35質量%以上45質量%以下、好ましくは40質量%以下、および多形Bを55質量%以上65質量%以下、好ましくは60質量%以下含む混合物を含むβゼオライトである。
本発明に係る触媒は、有利には、2〜100、好ましくは4〜90、より好ましくは6〜80のSiO/Alモル比を有する。
本発明によれば、「複合材料」、「ゼオライト複合材料」および「複合アルミノシリケ−ト材料」という用語は同義語であり、AFX構造ゼオライトおよびBEA構造ゼオライトの密接な混合物を含む固体材料を表すために互換的に使用される。
本発明に係る触媒の複合材料は、有利には、本発明に係る製造方法のステップii)の終了時に、直接合成、すなわち単一の反応ステップで得られる。AFXおよびBEAゼオライトの密接な混合物を含む複合アルミノシリケ−ト材料は、少なくとも1つのAFX構造ゼオライトおよび少なくとも1つのBEA構造ゼオライトの単純な機械的混合から得られるものではない。
本発明によれば、触媒に含まれる遷移金属は、ランタノイドを含む元素周期表の第3族〜第12族までの元素で形成される群から選択される。
特に、触媒に含まれる遷移金属は、以下の元素からなる群から選択される:
Ti、V、Mn、Mo、Fe、Co、Cu、Cr、Zn、Nb、Ce、Zr、Rh、Pd、Pt、Au、W、Ag。
好ましくは、本発明に係る触媒は、銅、単独で、または上記の元素からなる群から選択される少なくとも1つの他の遷移金属;特に、Fe、Nb、Ce、Mnからなる群から選択される少なくとも1つの遷移金属との組み合わせを含む。
好ましくは、遷移金属は、鉄、銅またはそれらの混合物である。
本発明によれば、遷移金属の総含有量は、その無水状態での最終触媒の総質量に対して、0.5〜6質量%、好ましくは0.5〜5質量%、さらに好ましくは1〜4質量%である。
有利には、上記で定義された触媒は、以下に説明する本発明に係る製造方法によって得られるか、または直接得られる。
本発明の一実施形態によれば、触媒は遷移金属として銅のみを含み、質量当たりの銅の含有量は、無水状態の最終触媒の全質量に対して0.5〜6%、好ましくは0.5〜5%、好ましくは1〜4%、さらに好ましくは1.5〜3.5%である。
本発明の別の実施形態によれば、触媒は、銅と別の遷移金属、好ましくはFe、Nb、Ce、Mnを含む。この実施形態では、触媒の銅の含有量は、0.05〜2質量%、好ましくは0.5〜2質量%であり、他の遷移金属の含有量は、好ましくは1〜4質量%であり、遷移金属の含有量は、無水形態の最終触媒の全質量に対する質量%で与えられる。
本発明の第3の実施形態によれば、触媒は遷移金属として鉄のみを含み、質量当たりの鉄の含有量は、無水形態での最終触媒の全質量に対して0.5〜5%、好ましくは1〜4%、より好ましくは1.5〜3.5%である。
本発明の別の特定の実施形態によれば、触媒は、鉄と別の遷移金属、好ましくはCu、Nb、Ce、Mnを含む。この実施形態では、触媒の鉄の含有量は、0.05〜2質量%、好ましくは0.5〜2質量%であり、他の遷移金属の含有量は、好ましくは1〜4質量%であり、遷移金属の含有量は、無水形態の最終触媒の全質量に対する質量%で与えられる。
本発明に係る触媒はまた、前記触媒を製造する方法の工程i)の反応媒体の化合物、特に合成に由来する、例えばアルカリおよび/またはアルカリ土類金属、例えばナトリウムなどの他の元素を含んでいてもよい。
触媒の製造方法
混合工程i)
本発明に係る製造方法は、
i)水性媒体中で、30〜100のSiO/Alモル比を有するFAUゼオライトと、2〜30(上限値を除く)のSiO/Alモル比を有する少なくとも1つのFAU構造ゼオライトと(ここで、3250<Pze<7200、好ましくは3350<Pze<7100である)、1,5−ビス(メチルピペリジニウム)ペンタンジヒドロキシド、1,6−ビス(メチルピペリジニウム)ヘキサンジヒドロキシド、1,7−ビス(メチルピペリジニウム)ヘプタンジヒドロキシドおよびそれらの混合物から選択される少なくとも1つの窒素化合物Rと、原子価n(nは1以上の整数である)の少なくとも1つのアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属Mの少なくとも1つの供給源と、前駆体ゲルが得られるまで混合し、反応混合物は、以下のモル組成を有する:
(SiO2(FAU))/(Al3(FAU))が30〜80、好ましくは32〜70、
O/(SiO2(FAU))が1〜100、好ましくは5〜60、
R/(SiO2(FAU))が0.01〜0.6、好ましくは0.05〜0.5、
2/nO/(SiO2(FAU))が0.005〜0.45、好ましくは0.01〜0.25。
ここで、SiO2(FAU)は、混合物中に導入される全てのFAU構造ゼオライトによって提供されるSiOのモル量であり、Al3(FAU)は、混合物中に導入される全てのFAU構造ゼオライトによって導入されるAlのモル量であり、HOは、反応混合物中に存在する水のモル量であり、Rは、前記有機窒素化合物のモル量であり、M2/nOは、全てのFAUゼオライトによって、ならびにアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属の供給源によって提供されるM2/nOのモル量である、
混合工程i)を含む。
工程i)は、均質な前駆体ゲルを得ることを可能にする。
本発明によれば、30(下限値を含む)〜100(上限値を含む)のSiO/Alモル比を有するFAUゼオライトと、2(下限値を含む)〜30(上限値を除く)のSiO/Alモル比を有するFAU構造ゼオライトとが、ケイ素およびアルミニウム元素の供給源として、工程(i)の実施のために反応混合物に組み込まれる。本発明に係る方法の工程i)において反応混合物に組み込まれるFAUゼオライトのSiO/Alモル比は、有利には互いに異なっている。有利には、すべての出発FAUゼオライトによって提供される、酸化物形態Alで表されるアルミニウム元素に対する、すべての出発FAUゼオライトによって提供される、酸化物形態SiOで表されるケイ素元素の総モル比は30〜80、好ましくは32〜70である。
本発明によれば、本発明に係る方法の工程i)において反応混合物中で使用されるFAU構造ゼオライトは、異なるSiO/Alモル比を有し、3250<Pze<7200、好ましくは3350<Pze<7100である。
したがって、異なるSiO/Alモル比を有する出発FAUゼオライト、およびそれらの相対的な量に応じて、目的とするAFX−BEA複合材料の前駆体ゲルのSiO/Alモル比を調整することができる。
そのSiO/Alモル比が30〜100である、および、そのまたはそれらのSiO/Alモル比が2〜30(上限値を除く)である出発FAU構造ゼオライトは、当業者に公知の任意の方法によって、例えば、6未満のSiO/Alモル比を有するFAUゼオライトの場合には直接合成によって、6以上のSiO/Alモル比を有するFAUゼオライトの場合には、6未満のSiO/Alモル比を有するFAU構造ゼオライト上での水蒸気処理(蒸気処理)および/または酸洗浄によって得ることができる。前記出発FAU構造ゼオライトは、それらのナトリウム形態または任意の他の形態で使用することができる。それらは、例えば、本発明に係る方法において使用される前に、それらのナトリウムカチオンの一部または全部をアンモニウムカチオンと交換し、場合により、続いて焼成工程に供されてもよい。30〜100のSiO/Alモル比を有するFAUゼオライトの供給源、および2〜30(上限値を除く)のSiO/Alモル比を有するFAUゼオライトの供給源の中で、ゼオリストおよび東ソ−によって製造されたY型の市販のゼオライト、例えば市販のゼオライトCBV100、CBV600、CBV712、CBV720、CBV760およびCBV780、ならびに市販のゼオライトHSZ−320HOA、HSZ−350HUA、HSZ−360HUAおよびHSZ−385HUAを挙げることができる。
本発明によれば、混合工程i)は、水性媒体中、すなわち水中、好ましくは脱イオン水中で、HO/(SiO2(FAU))モル比が有利には1〜100、好ましくは5〜60であるように行われ、ここで、SiO2(FAU)は、出発FAUゼオライトによって供給されるSiOのモル量であり、HOは、反応混合物中に存在する水のモル量である。
本発明によれば、反応混合物は、有機構造化剤として工程(i)の実施のために反応混合物に組み込まれる、1,5−ビス(メチルピペリジニウム)ペンタンジヒドロキシド、1,6−ビス(メチルピペリジニウム)ヘキサンジヒドロキシド、1,7−ビス(メチルピペリジニウム)ヘプタンジヒドロキシドおよびそれらの混合物から選択される少なくとも1つの、好ましくは1つの窒素有機化合物Rを含む。好ましくは、反応混合物に組み込まれる構造化剤Rは、1,6−ビス(メチルピペリジニウム)ヘキサンジヒドロキシドである。本発明に係るAFX−BEAゼオライト複合材料の合成のための有機構造化種中に存在する第4級アンモニウムカチオンに関連するアニオンは、水酸化物アニオンである。
有利には、構造化剤Rは、前記窒素有機化合物Rのモル量と、全ての出発ゼオライトによって提供されるSiOのモル量との間の(R/(SiO2(FAU)))モル比が0.01〜0.6、好ましくは0.05〜0.5であるように、反応混合物に組み込まれる。
本発明によれば、原子価n(nは1以上の整数である)の少なくとも1つのアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属Mの少なくとも1つの供給源が、工程i)の反応混合物中で使用される。アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属Mは、好ましくはリチウム、カリウム、ナトリウム、マグネシウムおよびカルシウム、ならびにこれらの金属の少なくとも2つの混合物から選択される。非常に好ましくは、Mはナトリウムである。
少なくとも1つのアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属Mの供給源は、好ましくは水酸化ナトリウムである。
有利には、反応混合物に組み込まれる原子価nのアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属Mの量は、M2/nO/(SiO2(FAU))モル比が0.005〜0.45、好ましくは0.01〜0.25であり、M2/nOは、すべてのFAUゼオライトによって、ならびにアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属の供給源によって提供されるM2/nOのモル量であり、SiO2(FAU)は、反応混合物に組み込まれるすべてのFAUゼオライトによって提供されるSiOのモル量である。
本発明に係る方法の混合工程i)は、ゲルまたは前駆体ゲルと呼ばれる均質な反応混合物が得られるまで、好ましくは10分間以上、有利には2時間未満、特に1.5時間未満、好ましくは周囲温度で、好ましくは撹拌しながら、低剪断速度または高剪断速度で行われ、撹拌システムは、当業者に公知の任意のシステム、例えばブレ−ド付き機械撹拌機またはタ−ビンである。
この混合工程i)の間に、導入された水性溶媒は、任意に部分的に蒸発してもよい。
本発明に係る方法の工程(i)は、少なくとも2つのFAU構造ゼオライト、少なくとも1つの窒素有機化合物R(Rは、1,5−ビス(メチルピペリジン)ペンタンジヒドロキシド、1,6−ビス(メチルピペリジン)ヘキサンジヒドロキシドおよび/または1,7−ビス(メチルピペリジン)ヘプタンジヒドロキシドである)を含有する水性反応混合物を、1つ以上のアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属の少なくとも1つの供給源の存在下で調製して、AFX−BEA複合材料の前駆体ゲルを得ることからなる。前記試薬の量は、上記のとおり、AFX−BEA複合材料が結晶化されることを可能にする組成物をこのゲルに与えるように調製される。
ゼオライト複合材料の結晶の形成に必要な時間および/または全結晶化時間を短縮するために、本発明に係る方法の前記工程i)の間に、AFX構造ゼオライト、BEA構造ゼオライトおよび/またはAFX−BEA複合材料の種を反応混合物に添加することが有利であり得る。前記種結晶は、不純物を損なう前記AFX−BEA複合材料の形成を促進する。種結晶は一般に、反応混合物中で使用される無水形態で考慮される前記4価および3価元素の供給源の全質量の0.01%〜10%の割合で添加され、前記種結晶は、4価および3価元素の供給源の全質量において考慮されない。前記種結晶は、上記で定義した反応混合物および/またはゲルの組成を決定するために、すなわち、反応混合物の組成における種々のモル比の決定において考慮されない。
AFX−BEAゼオライト複合材料の結晶のサイズを制御するために、水熱結晶化の前に、本発明の方法の前記工程i)の間に、反応混合物の熟成を行うことが有利であり得る。前記熟成はまた、不純物を損なう前記AFX−BEAゼオライト複合材料の形成を促進する。本発明の方法の前記工程i)の間の反応混合物の熟成は、撹拌しながら、または撹拌せずに、周囲温または20〜100℃の温度で、有利には30分間〜48時間の期間行うことができる。
水熱処理工程ii)
本発明に係る製造方法は、工程i)の終了時に得られた前駆体ゲルの水熱処理の工程ii)を含む。工程ii)は、任意には、120℃〜220℃、好ましくは150℃〜195℃の温度で、12時間〜15日間、好ましくは12時間〜12日間、より好ましくは12時間〜8日間の間に熟成させたものである。
有利には、水熱処理は、自生圧力下で、任意に、気体、例えば窒素を加えて行う。
水熱処理は一般には、撹拌しながら、あるいは攪拌しないで、好ましくは撹拌しながら行われる。当業者に公知のいかなる撹拌システム、例えば、対向翼を有する傾斜ブレ−ド、撹拌タ−ボミキサ−、アルキメデススクリュ−を用いることができる。
これらの操作条件は、対象の複合材料の結晶化、好ましくは完全な結晶化を得ることを可能にする。
結晶化は、合成中に抽出された反応媒体のサンプルのXRD分析により、非晶質生成物またはFAUゼオライトの存在がもはや検出されなくなった時点で、完全な結晶化とみなされる。本発明によれば、この水熱処理工程ii)は、結晶化工程、反応工程、その他の合成工程とも呼ぶことができる。得られた結晶固相は「固体」と言われる。
反応の終わりに、形成された固相は、有利には濾過され、洗浄され、好ましくは水、好ましくは脱イオン水で洗浄され、次いで好ましくは乾燥される。乾燥は一般に、20〜150℃、好ましくは60〜100℃の間で、5〜24時間の間に行われる。
乾燥後に得られた前記固体の強熱原料(LOI)(後者が工程ii))の最後に行われるとき)は、一般的に4〜15重量%である。
本発明によれば、頭文字LOIで呼ばれる試料の強熱減量は、1000℃、2時間の熱処理の前後で試験した試料の質量の差に相当する。質量の損失率に対応する%で表される。強熱減量は、一般的には固体に含まれる溶剤(水など)の減量に相当するが、無機固体成分に含まれる有機化合物の除去にも相当する。
交換工程iii)
有利には、本発明に係る触媒の製造方法は、前工程の終了時に得られた固体、すなわち工程ii)の終了時に得られる複合アルミノシリケ−ト材料、または工程iii)とiv)が逆の場合には工程iv)の終了時に得られる複合アルミノシリケ−ト材料を乾燥して焼成した複合アルミノシリケ−ト材料を、好ましくは周囲温度で1時間〜2日間、0.5日〜1.5日間撹拌しながら、反応性形態の溶液中で遷移金属、好ましくは銅を放出することができる少なくとも1つの種を含む少なくとも1つの溶液と接触させることを含む少なくとも1つのイオン交換工程を含み、前記溶液中で遷移金属を放出することができる前記種の濃度は、前記結晶性固体または前記乾燥して焼成された結晶性固体に組み込まれる遷移金属の量に依存する。好ましくは、本発明に係る製造方法のイオン交換工程iii)は、水熱処理工程ii)の最後に行われる。
工程ii)の後に、複合アルミノシリケ−トのプロトン化形態を得ることも有利である。前記水素形態は、遷移金属とのイオン交換の前に、酸、特に塩酸、硫酸もしくは硝酸などの強鉱酸、または塩化アンモニウム、硫酸塩もしくは硝酸塩などの化合物とのイオン交換を行うことによって得ることができる。
交換溶液中に放出される遷移金属は、以下の元素からなる群より選択される:
Ti,V、Mn、Mo、Fe、Co、Cu、Cr、Zn、Nb、Ce、Zr、Rh、Pd、Pt、Au、W、Ag。好ましくは、遷移金属は、Fe、Cu、Nb、CeまたはMnであり、好ましくはFeまたはCuであり、さらに好ましくはCuである。
本発明によれば、「遷移金属を放出することができる種」とは、水性媒体中で解離することができる種、例えば、硫酸塩、硝酸塩、塩化物、シュウ酸塩、遷移金属の有機金属錯体、またはそれらの混合物を意味すると理解される。好ましくは、遷移金属を放出することができる種は、前記遷移金属の硫酸塩または硝酸塩である。
本発明によれば、結晶性固体または乾燥および焼成された結晶性固体を接触させる溶液は、遷移金属を放出することができる少なくとも1つの種、好ましくは遷移金属を放出することができる種、好ましくは銅を放出することができる種を含む。
有利なことに、本発明に係る触媒の製造方法は、
結晶性固体(すなわち、工程ii)の終了時に得られた固体)または乾燥して焼成した結晶性固体(すなわち、工程iii)とiv)が逆の場合には、工程iv)の終了時に得られた固体)と、遷移金属を放出することができる少なくとも一つの種、好ましくは単一の種を含む溶液との接触、または
それぞれが遷移金属を放出することができる少なくとも一つの種、好ましくは一つの種を含む複数の溶液、好ましくは複数の溶液は遷移金属を放出することができる異なる種を含む、との連続的な接触、
をもたらすことによるイオン交換の工程iii)を含む。
本発明によれば、結晶性固体を接触させる溶液は、遷移金属を放出することができる少なくとも1つの種、好ましくは遷移金属を放出することができるちょうど1つの種、好ましくは鉄または銅、好ましくは銅を含む。
交換の最後に、得られた固体は、有利には、濾過され、例えば脱イオン水で洗浄され、そして好ましくは、次いで乾燥されて、粉末が得られる。工程iii)が、連続的に固体を異なる溶液と接触させることからなる場合、各接触後に得られる固体は、有利には、濾過され、例えば脱イオン水で洗浄され、次いで、好ましくは、乾燥される。 乾燥は、一般に、20℃〜150℃、好ましくは60℃〜100℃の温度で、5時間〜24時間の期間で行われる。
前記最終触媒に含まれる遷移金属、好ましくは銅の総量は、無水状態の触媒の総質量に対して0.5〜6質量%、好ましくは0.5〜5質量%、さらに好ましくは1〜4質量%である。
触媒が遷移金属として銅のみを含む本発明の一実施形態によれば、触媒に組み込まれた銅の含有量は、無水形態の最終触媒の全質量に対して、0.5〜6%、好ましくは0.5〜5%、より好ましくは1〜4%、さらに好ましくは1.5〜3.5%である。
触媒が銅と他の遷移金属、好ましくはFe、Nb、Ce、Mnを含む、本発明の別の実施形態によれば、得られる触媒の銅の含有量は0.05〜2質量%、好ましくは0.5〜2質量%であり、他の遷移金属の含有量は好ましくは1〜4質量%であり、遷移金属の含有量は、無水状態の最終触媒の全質量に対する質量%で与えられる。この実施形態では、交換工程iii)は、好ましくは、2つの溶液を連続的に接触させることによって行われ、一方の溶液は、溶液中で銅を放出することができる種を含み、他方の溶液は、銅以外の遷移金属、好ましくはFe、Nb、Ce、Mnを放出することができる種を含む。
触媒が遷移金属として鉄のみを含む本発明の第3の実施形態によれば、触媒の質量に対する鉄の含有量は、その無水形態の最終触媒の全質量に対して0.5〜5%、好ましくは1〜4%、より好ましくは1.5〜3.5%である。
触媒が鉄と他の遷移金属、好ましくはCu、Nb、Ce、Mnを含む、本発明の別の特定の実施形態によれば、得られる触媒の鉄の含有量は0.05〜2質量%、好ましくは0.5〜2質量%であり、他の遷移金属の含有量は好ましくは1〜4質量%であり、遷移金属の含有量は、その無水形態の最終触媒の全質量に対する質量%で与えられる。この実施形態では、交換工程iii)は、有利には、2つの溶液を連続的に接触させることによって行われ、一方の溶液は、溶液中の鉄を放出することができる種を含み、他方の溶液は、銅以外の遷移金属、好ましくはCu、Nb、Ce、Mnを放出することができる種を含む。
熱処理工程iv)
本発明に係る製造方法は、前の工程終了時、すなわち水熱処理工程ii)の終了時、または交換工程iii)の終了時、好ましくはイオン交換工程iii)の終了時に実行される熱処理の工程iv)を含む。本発明によれば、2つの工程iii)およびiv)は、有利には逆にすることができ、また、任意に繰り返して行うこともできる。2つの工程iii)およびiv)の各々はまた、任意に個別に繰り返され得る。
前記熱処理工程iv)は、前記固体を20〜150℃、好ましくは60〜100℃の温度で、2〜24時間の期間、乾燥させ、次いで、空気中、任意には乾燥しており、450〜700℃、好ましくは500〜600℃の温度で、2〜20時間、より好ましくは5〜10時間、より好ましくは6〜9時間の期間、任意には乾燥した空気の流量は、好ましくは処理される固体の0.5〜1.5 l/h/gの間、より好ましくは処理される固体の0.7〜1.2 l/h/gの間の流量での、燃焼による処理に対応する、焼成することを含む。
焼成に先立って、徐々に温度を上昇させてもよい。
特に、上記のような少なくともステップi)、ii)、iii)およびiv)を含む工程を経て得られる触媒は、NOx変換特性が向上している。
本発明により製造した触媒の特性
本発明に係る触媒は、少なくとも1つの遷移金属と交換された、国際ゼオライト協会(IZA)の分類によるAFX構造およびBEA構造ゼオライトの混合物からなるゼオライト構造を含む。この構造はX線回折(XRD)によって特徴づけられる。
X線回折技術はまた、前記触媒中のAFXとBEAゼオライトの混合物の質量比率、および各ゼオライト、AFXとBEAの相対比率を決定することを可能にする。有利には、得られた触媒中のAFXおよびBEAゼオライトの全体の質量比は、無水状態での前記触媒の全質量に対して、90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは99%以上、さらに好ましくは99%以上、より一層好ましくは99.8%以上である。
言い換えれば、得られる触媒は、10質量%未満、好ましくは5質量%未満、より好ましくは1質量%未満、さらに好ましくは0.2質量%未満の不純物および/またはAFXおよびBEA以外の結晶性または非晶質相を含む(境界値(limits)は含まれない)。
非常に有利には、本発明の方法は、他の結晶性または非晶質相および/または不純物を含まない、AFXおよびBEAの混合物からなるゼオライト構造を含む触媒の形成をもたらす。
X線回折(XRD)パタ−ンは、銅のK?放射(λ=1.5406Å)による従来の粉末法を用いた回折装置による放射線結晶解析によって得られる。
角度2θで表される回折ピ−クの位置に基づいて、試料の格子定数距離dhkl特性をブラッグ関係を用いて計算する。
hklの測定誤差Δ(dhkl)は、2θの測定に割り当てられた絶対誤差Δ(2θ)の関数として、ブラッグ関係によって計算される。±0.02°に等しい絶対誤差Δ(2θ)が一般的に認められている。
hklの各値に割り当てられた相対強度Irelは、対応する回折ピ−クの高さに従って測定される。
DIFFRACT.SUITEなどのソフトウェアを用いて回折パタ−ンをICDD(国際回折デ−タセンタ−)デ−タベ−スシ−トと比較することで、得られた原料中に存在する結晶相を同定することも可能になる。
本発明に係る方法のステップii)の最後(end)で得られたAFX−BEA複合材料、または本発明に係る触媒、有利には、本発明の方法のステップiv)の最後で得られた触媒のX線回折パタ−ンは、少なくとも表1に示すdhklの値での線(lines)を含む。dhkl値の欄(column)には、格子間距離の平均値がオングストロ−ム(Å)で与えられている。これらの値のそれぞれには、は±0.6Å〜±0.01Åの測定誤差Δ(dhkl)を割り当てる(assigned)必要がある。
Figure 2021525170
本発明によれば、触媒の質量組成、特に前記触媒に存在するAFX構造およびBEA構造ゼオライトの相対質量画分は、本発明に係る複合材料および好ましくは高純度の、有利には、99.8%以上の純度を有する、AFX構造参照ゼオライトについて得られたX線図の角度(2θ)(2θ)20.38±0.1(hkl:211);23.67±0.1(hkl:105);26.1±0.1(hkl:303)及び28.02±0.1(hkl:106)におけるピ−クの面積の比較により、標準ASTM D3906 03に類似した方法を用いて有利に決定される。
したがって、本発明に係る複合材料中の2つのゼオライトAFXおよびBEAの質量比は、本発明により調製された複合材料について得られた角度(2θ)におけるピ−クの面積の合計と、AFXゼオライト参照試料について得られた面積との比較、および以下の計算式を用いることによって評価される:
AFX/BEA=SAFXc/(SAFXr−SAFXc)
ここで、SAFXcは、本発明により調製された、銅を含むAFX−BEA複合材料の回折図の角度(2θ)20.38±0.1(hkl:211);23.67±0.1(hkl:105);26.1±0.1(hkl:303)及び28.02±0.1(hkl:106)に存在するピ−クの面積の和であり、SAFXrは、参照として用いられた、純粋なAFX構造ゼオライトの回折図の角度(2θ):20.38(hkl:211);23.67(hkl:105);26.1(hkl:303)及び28.02(hkl:106)に存在するピ−クの面積の和である。
得られた原料中に存在する化学種の定性的、定量的解析はX線蛍光(XRF)分析法により行う。これは物質の物理的性質、X線蛍光を用いた化学分析の技術である。
物質が放出するX線のスペクトルは試料の組成の特徴であり、このスペクトルを分析することにより、そこから元素組成、すなわち元素の質量濃度を推定することが可能である。
本発明に係る方法の乾燥工程後(および焼成前)または工程iv)の焼成工程後に得られる触媒の強熱減量(LOI)は、一般に2〜15重量%の間であり、好ましくは4〜15重量%の間である。LOIという頭字語でいう触媒試料の強熱減量は、1000℃、2時間の熱処理前後の試料の質量の差に相当する。質量損失率に対応する%で表される。強熱減量は、一般的には固体に含まれる溶媒(水など)の減量に相当するが、無機固体成分に含まれる有機化合物の除去にも相当する。
本発明に係る触媒の使用
本発明はまた、NHまたはHなどの還元剤によるNOxの選択的還元のために、有利には、モノリス(monolith)(または構造体)、好ましくは主に移動式用途のためのハニカム構造体、または定置用途のために特に見出されるようなプレ−ト構造体上にコ−ティング(または「ウォッシュコ−ト」)の形態で堆積することによって形成される、有利には、上記の方法によって直接製造されるか、または製造することが可能な本発明に係る触媒の使用が挙げられる。
ハニカム構造体は、両端部に開口した平行な溝(「フロ−スル−溝(flow−through channels)」)で形成されるか、または多孔質ろ過壁を備え、この場合、隣接する平行な溝は、溝の両端部で交互に遮断(blocked)されて、ガス流を強制的に壁を通過させる(「壁フロ−モノリス(wall−flow monolith)」)。このようにコ−トされた前記ハニカム構造体は触媒ブロック(catalytic block)を構成する。
前記構造は、コ−ディエライト(cordierite)、炭化ケイ素(SiC)、チタン酸アルミニウム(AlTi)、α−アルミナ、ムライト(mullite)、又はその多孔度が30〜70%の他の物質から構成されていてもよい。この構造は、クロムおよびアルミニウムを含むステンレス鋼(FeCrAl鋼)の金属シ−トで形成されてもよい。
前記ハニカム構造上に沈着する本発明に係る触媒量は、ろ過構造(filtering structures)については50〜180g/lの間であり、開口した溝(open channels)を有する構造については80〜200g/lの間である。
本発明に係る触媒は、コ−ティングの形態で沈着により形成されるために、セリン(cerine)、酸化ジルコニウム、アルミナ、非ゼオライト系シリカ−アルミナ、酸化チタン、セリン−ジルコニア混合酸化物(cerine−zirconia mixed oxide)、酸化タングステンまたはスピネルなどの結合剤と有利に結合する。
前記コ−ティングは、本発明に係る粉末状の触媒の懸濁液(またはスラリ−)中に、溶剤、好ましくは水、および任意に結合剤、金属酸化物、安定剤または他の促進剤(promoters)に、モノリスを浸すことを含むウォッシュコ−ティング(washcoating)として知られている堆積方法により、有利にはモノリス構造、またはモノリス、非常に好ましくはハニカム構造に適用される。
この浸漬工程は、所望の量のコ−ティングが得られるまで繰り返されてもよい。特定の場合には、スラリ−はまた、モノリスの内部に噴霧されてもよい。コ−ティングが堆積されると、モノリスは、300〜600℃の温度で1〜10時間焼成される。前記モノリス構造は、1つ以上のコ−ティングでコ−ティングしてもよい。
本発明に係る触媒を含むコ−ティングは、有利には、汚染物質を吸着する能力、特にNOxを減少させる能力、特にNOxを減少させる能力、または汚染物質、特にアンモニアの酸化を促進する能力を有する別のコ−ティングと組み合わせてもよく、すなわち、別のコ−ティングを被覆するか、別のコ−ティングにより被覆される。別の可能性としては、触媒が押出物の形態であることが挙げられる。この場合、得られた構造は本発明に係る触媒を最大100%含むことができる。
本発明に係る触媒でコ−ティングされた、または本発明に係る触媒の押し出しによって得られた前記構造は、主に希薄混合モ−ド(lean−mixture mode)で、すなわち、例えばディ−ゼルエンジンの場合のように、燃焼反応の化学量論に対して過剰な空気で作動する内燃機関の排気ラインに有利に統合される。
これらのエンジン運転条件下では、排気ガスには特に次の汚染物質が含まれている。
すす、未燃炭化水素(HCs)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)。
本発明に係る触媒でコ−ティングされた前記構造の上流には、HCs及びCOを酸化する機能を有する酸化触媒、並びにNOxを除去する機能を有する、排気ガスからのすすを除去するフィルタ−を配置することができ、それらの作動範囲は100℃と900℃の間であり、好ましくは200℃と500℃の間である。
図1は、本発明に係る合成方法において使用される構造化剤として選択され得る含窒素有機化合物の化学式を表す。 図2は、実施例2で得られたCu−AFX−BEA触媒のX線回折パタ−ンを示す。
本発明は、以下の実施例によって例示され、これらは本質的に何ら限定するものではない。
実施例1 1,6−ビス(メチルピペリジニウム)ヘキサンジヒドロキシド(構造化剤R)の製造
50gの1,6−ジブロモヘキサン(0.20mol、99%、Alfa Aesar)を、50gのN−メチルピペリジン(0.51mol、99%、Alfa Aesar)と200mlのエタノ−ルを含む1リットルの丸底フラスコに入れる。
反応媒体を還流下に5時間撹拌する。その後、混合物を常温に冷却した後、ろ過する。混合物を300mlの冷ジエチルエ−テル中に注ぎ、生じた沈殿をろ過して100mlのジエチルエ−テルで洗う。得られた固体をエタノ−ル/エ−テル混合物中で再結晶する。得られた固体を減圧下で12時間乾燥する。71gの白色固体を得る(すなわち80%の収率)。
生成物は期待されるH NMRスペクトルを有する。
H NMR(D2O,ppm/TMS):1.27(4H,m),1.48(4H,m),1.61(4H,m),1.70(8H,m),2.85(6H,s),3.16(12H,m)。
このH NMRスペクトルは1,6−ビス(メチルピペリジニウム)ヘキサンジブロミドのスペクトルに相当する。
30gの1,6−ビス(メチルピペリジニウム)ヘキサンジブロミド(0.07mol)及び100mlの脱イオン水を含む250mlのテフロンビ−カ−に18.9gのAgO(0.08mol、99%、Aldrich)を入れる。反応媒体は、光のない状態で12時間撹拌する。次に混合物をろ過する。得られたろ液は1,6−ビス(メチルピペリジニウム)ヘキサンジヒドロキシドの水溶液からなる。この種(species)の分析(Assaying)はギ酸を標準としたプロトンNMRにより行った。
実施例2 2%のCuを含む本発明に係る触媒の製造
0.239gのFAU構造ゼオライト(CBV712ゼオリスト、SiO/Al=11.42、LOI=12.81)を4.952gの脱イオン水と混合した。前の混合物に0.573gのFAU構造ゼオライト(CBV780ゼオリスト、SiO/Al=98.22、LOI=8.52、Pze=7170)を加え、得られた調製物を10分間撹拌したままとする。実施例1に従って製造した2.905gの1,6−ビス(メチルピペリジニウム)ヘキサンジヒドロキシド(20.91重量%)の水溶液を上記混合物に加える。次に、混合物を10分間撹拌し続ける。0.330gの20重量%水酸化ナトリウム水溶液(98重量%水酸化ナトリウム、Aldrichから調製した溶液)を混合物に添加し、10分間撹拌し続ける。
前駆体ゲルのモル組成は次のとおりである。
60 SiO:1.8 Al:10 R(OH):4.3 NaO:2204 HO,すなわち、SiO/Al比33.3である。
次に、前駆体ゲルをホモジナイズした後、オ−トクレ−ブに移す。オ−トクレ−ブを閉じ、次に回転スピットシステム(rotary spit system)を用いて35rpmで攪拌しながら180℃で6日間加熱する。
・加熱処理工程(焼成)
洗浄した固体を100℃で一晩乾燥する。1000℃、2時間で評価した乾燥固体の強熱減量(LOI)は10.1%である。次に、乾燥した固体をマッフル炉に導入し、空気流下で焼成ステップを実施する。焼成サイクルは、200°Cまで1.5°C/分の温度上昇、200°Cでの固定相(stationary phase)の2時間の維持、550°Cまで1°C/分の温度上昇、続いて550°Cでの固定相の8時間維持、その後周囲温度への復帰(return)を含む。
焼成固体生成物をX線回折で分析し、AFX構造ゼオライトの約50質量%,BEA構造ゼオライトの50質量%の混合物で構成されていると同定された。AFX−BEA混合物は、得られた生成物の約100質量%に相当する。
・焼成AFXゼオライトのNH4+イオン交換と熱処理
焼成したAFX−BEA複合材料を、3モルのNHNO溶液と80℃で撹拌しながら1時間接触させる。NHNO溶液の容積と固体の質量の比は10である。得られた固体をろ過して洗浄し、同じ条件下でさらに2回交換工程を繰り返す。最終固体を分離し、脱イオン水で洗浄し、100℃で4時間乾燥する。アンモニア形態のAFX−BEA複合材料を、550℃で8時間、温度勾配1℃/分で空気流下で処理する。得られた固体の1000℃、2時間で評価した強熱減量(LOI)は4重量%である。得られた生成物はプロトン化された形態のAFX−BEA複合材料である。
・Cuイオン交換と熱処理
焼成したAFX−BEA複合材料は、[Cu(NH](NOの溶液と周囲温度で攪拌しながら1日間、接触させる。最終固体を分離し、脱イオン水で洗浄し、100℃で4時間乾燥する。[Cu(NH](NOの溶液に接触した後に得られた交換乾燥固体を、550℃の空気流下で8時間焼成する。焼成固体生成物をX線回折により分析し(図2参照)、AFX構造ゼオライトの約50質量%、BEA構造ゼオライトの50質量%の混合物で構成されていると同定された。AFX−BEA混合物は得られた生成物の98質量%に相当する。X線蛍光法による測定では、銅含量は2%の質量比である。得られた触媒をCu−AFX−BEAと表す。
実施例3 標準−SCR条件でのNO転化
標準−SCR条件下、酸素(O)存在下でのアンモニア(NH)による窒素酸化物(NO)還元の触媒試験を、実施例2(Cu−AFX−BEA)に従って合成した触媒に対して異なる操作温度で実施する。200mgの粉末状の触媒を石英反応器に入れる。
ディ−ゼルエンジンからの排気ガスの混合物の代表的な負荷145l/hを反応器に供給する。この負荷は次のモル組成を有する。
400ppmのNO、400ppmのNH、8.5%のO、9%のCO、10%のHO、残りのN
FTIR解析装置を用いて、反応器出口におけるNO、NO、NH、NO、CO、CO、HO、O種の濃度を測定する。
NO転化は以下のように計算される:
転化=(NO入口−NO出口)/NO入口
この結果、特に触媒開始温度を標準−SCR条件について以下に示す。
Figure 2021525170
T50はガス混合物中のNOの50%が触媒により変換される温度に相当する。
T80はガス混合物中のNOの80%が触媒により変換される温度に相当する。
T90はガス混合物中のNOの90%が触媒により変換される温度に相当する。
T100はガス混合物中のNOの100%が触媒により変換される温度に相当する。
本発明に従って合成したCu−AFX−BEA触媒は、試験した温度範囲の全体にわたって効率的にNOを変換することを可能にするようである。400℃で100%の最大変換に達する。
本発明に係るCu−AFX−BEA触媒で得られた開始温度は満足できるものであり:実際、それらは低く、特に変換度が50%、80%および90%である。

Claims (26)

  1. 少なくとも以下の工程を含む、AFX構造およびBEA構造ゼオライトの混合物、ならびに少なくとも一つに遷移金属を含む触媒の製造方法:
    i)水性媒体中で、30〜100のSiO/Alモル比を有するFAUゼオライトと、2〜30(上限値を除く)のSiO/Alモル比を有する少なくとも1つのFAU構造ゼオライトと(ここで、FAUゼオライトの混合物中の無水形態の30〜100のSiO/Alモル比を有するFAUゼオライトの質量割合(%で表される)に、30〜100のSiO/Alモル比を有する前記同じFAUゼオライトのSiO/Alモル比を乗じたものに相当する数学的パラメ−タPzeは、3250<Pze<7200である)、1,5−ビス(メチルピペリジニウム)ペンタンジヒドロキシド、1,6−ビス(メチルピペリジニウム)ヘキサンジヒドロキシド、1,7−ビス(メチルピペリジニウム)ヘプタンジヒドロキシドおよびそれらの混合物から選択される少なくとも1つの窒素有機化合物Rと、原子価n(nは1以上の整数である)の少なくとも1つのアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属Mの少なくとも1つの供給源と、を前駆体ゲルが得られるまで混合し、反応混合物は、以下のモル組成を有する:
    (SiO2(FAU))/(Al3(FAU))が30〜80、
    O/(SiO2(FAU))が1〜100、
    R/(SiO2(FAU))が0.01〜0.6、
    2/nO/(SiO2(FAU))が0.005〜0.45、
    ここで、SiO2(FAU)は、混合物中に導入される全てのFAU構造ゼオライトによって提供されるSiOのモル量であり、Al3(FAU)は、混合物中に導入される全てのFAU構造ゼオライトによって導入されるAlのモル量であり、HOは、反応混合物中に存在する水のモル量であり、Rは、前記窒素有機化合物のモル量であり、M2/nOは、全てのFAUゼオライトによって、ならびにアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属の供給源によって提供されるM2/nOのモル量である;
    ii)前記工程i)の終了時に得られた前駆体ゲルを120〜220℃の温度で12時間〜15日の期間水熱処理し、「固体」と呼ばれる固体結晶相を得る;
    iii)前記工程の終了時に得られた固体を、反応性形態の溶液中で遷移金属を放出することができる少なくとも1つの種を含む少なくとも一つの溶液に、周囲温度で1時間から2日の間の期間撹拌しながら接触させることを含む、少なくとも1つのイオン交換;
    iv)前記工程の最後に得られた固体を20〜150℃の温度で2〜24時間の期間乾燥させ、次いで450〜700℃の温度で2〜20時間の期間に空気流下で焼成することにより熱処理する。
  2. 前記工程iii)およびiv)を逆にする、そして任意に繰り返す、請求項1に記載の方法。
  3. 前記工程iii)が、前記固体を、遷移金属を放出することができる少なくとも1つ、好ましくは単一種を含む溶液と接触させることにより、または前記固体を、遷移金属を放出することができる少なくとも1つの、好ましくは単一種をそれぞれ含む異なる溶液に連続的に接触させることにより実施され、好ましくは前記異なる溶液は、遷移金属を放出することができる異なる種を含む、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記工程ii)の溶液中に放出された遷移金属が、以下の元素:
    Ti、V、Mn、Mo、Fe、Co、Cu、Cr、Zn、Nb、Ce、Zr、Rh、Pd、Pt、Au、W、Agからなる群より選択され、好ましい遷移金属はFe、Cu、Nb、CeまたはMn、優先的にはFeまたはCuおよびさらに好ましくはCuである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記遷移金属の含有量が、無水形態の最終触媒(the final catalyst)の全質量に対して、0.5〜6質量%、好ましくは0.5〜5質量%、さらに好ましくは1〜4質量%であり、前記触媒の複合材料中の銅の量が考慮されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 前記触媒が、遷移金属として銅のみを、無水形態の最終触媒の全質量に対して0.5〜6質量%、好ましくは0.5〜5質量%、好ましくは1〜4質量%、さらに好ましくは1.5〜3.5質量%含有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記触媒が銅および他の遷移金属、好ましくはFe、Nb、Ce、Mnを含み、得られた触媒の銅含有量は0.05〜2質量%、好ましくは0.5〜2質量%であり、他の遷移金属の含有量は好ましくは1〜4質量%であり、遷移金属含有量は無水形態の最終触媒の全質量に対する質量%として与えられる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
  8. 前記触媒が、遷移金属として鉄のみを、無水形態の最終触媒の全質量に対して0.5〜5質量%、好ましくは1〜4質量%、さらに好ましくは1.5〜3.5質量%含有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記触媒が鉄と他の遷移金属、好ましくはCu、Nb、Ce、Mnを含み、得られた触媒の鉄含量は0.05〜2質量%、好ましくは0.5〜2質量%であり、他の遷移金属の含有量は好ましくは1〜4質量%であり、遷移金属含有量は無水形態の最終触媒の全質量に対する質量%として与えられる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
  10. 窒素有機化合物Rが1,6−ビス(メチルピペリジニウム)ヘキサンジヒドロキシドである、先行する請求項の1つに記載の方法。
  11. 前記工程ii)の水熱処理が、120℃〜220℃、好ましくは150℃〜195℃の温度で、12時間〜15日、好ましくは12時間〜12日、より好ましくは12時間〜8日の期間、および好ましくは自生圧下で行われる、先行する請求項の1つに記載の方法。
  12. 前記熱処理工程iv)が、前記固体を20〜150℃、好ましくは60〜100℃の温度で、2〜24時間の期間乾燥させ、次いで、空気中、任意には乾燥しており、450〜700℃、優先的には500〜600℃の温度で、5〜10時間、優先的には6〜9時間の期間、任意には乾燥した空気の流量は、好ましくは処理される固体の0.5〜1.5 l/h/gの間、優先的には0.7〜1.2 l/h/gの間の流量での、燃焼による処理に対応する、焼成することを含む、先行する請求項の1つに記載の方法。
  13. AFX構造およびBEA構造ゼオライトの混合物、ならびに少なくとも一つの遷移金属を含む触媒であって、
    ゼオライト構造は、
    無水形態における前記触媒の全質量に対して、30〜90質量%、好ましくは40〜90質量%のAFX構造ゼオライト、
    無水形態における前記触媒の全質量に対して、10〜70質量%、好ましくは10〜60質量%のBEA構造ゼオライト、を含み、
    前記遷移金属は、Ti、V、Mn、Mo、Fe、Co、Cu、Cr、Zn、Nb、Ce、Zr、Rh、Pd、Pt、Au、W、Ag、好ましくはCu、Fe、Nb、Ce、Mn、より好ましくは鉄、銅またはそれらの混合物で構成される群から選択され、遷移金属の全含有量は、無水形態における最終触媒の全質量に対して、0.5〜6質量%、好ましくは0.5〜5質量%、さらに好ましくは1〜4質量%である、
    触媒。
  14. 遷移金属として銅のみを含み、質量当たりの総銅含有量が、無水形態の最終触媒の全質量に対して0.5〜6%、好ましくは0.5〜5%、好ましくは1〜4%、さらに好ましくは1.5〜3.5%である、請求項13に記載の触媒。
  15. 銅及び他の遷移金属、好ましくはFe、Nb、Ce、Mnを含み、銅含有量が0.05〜2質量%、好ましくは0.5〜2質量%であり、他の遷移金属の含有量が好ましくは1〜4質量%であり、遷移金属含有量は、無水形態の最終触媒の全質量に対する質量%として与えられる、請求項13記載の触媒。
  16. 遷移金属として鉄のみを含み、質量当たりの総鉄含有量が、無水形態の最終触媒の全質量に対して0.5〜5%、好ましくは1〜4%、好ましくは1.5〜3.5%である、請求項13に記載の触媒。
  17. 鉄と他の遷移金属、好ましくはCu、Nb、Ce、Mnを含み、鉄の含有量が0.05〜2質量%、好ましくは0.5〜2質量%であり、一方他の遷移金属の含有量が好ましくは1〜4質量%であり、遷移金属含量はその無水形態の最終触媒の全質量に対する質量パ−センテ−ジとして与えられる、請求項13に記載の触媒。
  18. 請求項1から12のいずれか1項に記載の方法によって得ることが可能であるか、または直接得られる、請求項13〜18のいずれか1項に記載の触媒。
  19. NHまたはHなどの還元剤によるNOの選択的還元のための、請求項13〜18のいずれか1項に記載の触媒の使用、または請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法で調製された触媒の使用。
  20. 前記触媒は、モノリス、好ましくはハニカム構造体またはプレ−ト構造体上にコ−ティングの形態で堆積させることによって形成される、先行する請求項に記載の使用。
  21. 前記ハニカム構造体が、両端が開口された平行溝によって形成されるか、または多孔質濾過壁を含み、その場合において、隣接する平行溝は、前記溝の両端で交互に遮断される、請求項20に記載の使用。
  22. 前記構造体上に堆積される触媒の量が、濾過構造体については50〜180g/Lであり、開口溝を有する構造体については80〜200g/Lである、請求項21に記載の使用。
  23. 前記触媒がコ−ティングの形態での堆積によって形成されるために、セリン(ceria)、酸化ジルコニウム、アルミナ、非ゼオライトシリカ−アルミナ、酸化チタン、セリン−ジルコニア混合酸化物、酸化タングステンおよび/またはスピネルなどのバインダ−と組み合わされる、請求項19〜22のいずれか1項に記載の使用。
  24. 前記コ−ティングが、汚染物質、特にNOxを吸着し、汚染物質、特にNOxを低減し、または汚染物質の酸化を促進する能力を有する他のコ−ティングと組み合わされる、請求項19〜23のいずれか1項に記載の使用。
  25. 前記触媒が、100%までの前記触媒を含有する押出物の形態である、請求項19に記載の使用。
  26. 前記触媒によってコ−ティングされた、または前記触媒の押出によって得られた構造体が、内燃機関の排気ラインに組み込まれている、請求項19〜25のいずれか1項に記載の使用。
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