JP2023060772A - 触媒、触媒組成物、触媒の製造方法および揮発性有機化合物の除去方法 - Google Patents
触媒、触媒組成物、触媒の製造方法および揮発性有機化合物の除去方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023060772A JP2023060772A JP2021170560A JP2021170560A JP2023060772A JP 2023060772 A JP2023060772 A JP 2023060772A JP 2021170560 A JP2021170560 A JP 2021170560A JP 2021170560 A JP2021170560 A JP 2021170560A JP 2023060772 A JP2023060772 A JP 2023060772A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- volatile organic
- oxide
- particles
- composition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 166
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 18
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 13
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 12
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 11
- UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+);cobalt(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Co+2].[Co+3].[Co+3] UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 10
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 4
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims description 3
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- FYDKNKUEBJQCCN-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);trinitrate Chemical compound [La+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FYDKNKUEBJQCCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 abstract description 5
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 abstract description 5
- 229910052586 apatite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;fluoride;triphosphate Chemical compound [F-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D 0.000 abstract description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 101
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 33
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 24
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000003426 co-catalyst Substances 0.000 description 7
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 6
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N acetic acid Substances CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QGUAJWGNOXCYJF-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QGUAJWGNOXCYJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 3
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 3
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 3
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- GJKFIJKSBFYMQK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);trinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[La+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O GJKFIJKSBFYMQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 3
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- PHIQPXBZDGYJOG-UHFFFAOYSA-N sodium silicate nonahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O PHIQPXBZDGYJOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020599 Co 3 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003944 tolyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Landscapes
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
【課題】より単純な構成で、高い揮発性有機化合物の分解能力を有する触媒を提供すること。【解決手段】La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる触媒であって、前記触媒は、複数の一次粒子が集合してなる二次粒子を含み、前記二次粒子の少なくとも表面において、隣接する前記一次粒子間に間隙が形成されている、揮発性有機化合物を分解するための触媒である。【選択図】図1
Description
本発明は、触媒、触媒組成物、触媒の製造方法および揮発性有機化合物の除去方法に関する。
工場等から排出される排気ガスに含まれる揮発性有機化合物を分解するために、触媒が用いられる(例えば特許文献1)。特許文献1では、酸化ジルコニウム、酸化チタンおよび酸化ケイ素からなる群から選択される1種以上の金属酸化物と、白金、パラジウムおよびイリジウムからなる群から選択される1種以上の貴金属とを含む燃焼触媒が開示されている。また、特許文献2は、揮発性有機化合物を分解する触媒として、少なくとも2種類の粒子を含む混合物である触媒を開示している。特許文献2は、主触媒としてペロブスカイト型の結晶構造を有し、LaCoO3あるいはLa1-xBaxCoO3-x/2の組成式で表される化合物を含有するとともに、助触媒としてアパタイト型の結晶構造を有するLa10Si5CoO27-δ(0.5≦δ≦1)の組成式で表される酸化物を含有する触媒組成物を開示している。
揮発性有機化合物を分解するための触媒は、より単純な構成で、高い揮発性有機化合物の分解能力を有することが好ましい。そこで、より単純な構成で、高い揮発性有機化合物の分解能力を有する触媒を提供することを目的の1つとする。
本開示にかかる触媒は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる触媒であって、前記触媒は、複数の一次粒子が集合してなる二次粒子を含み、前記二次粒子の少なくとも表面において、隣接する前記一次粒子間に間隙が形成されている、揮発性有機化合物を分解するための触媒である。
上記触媒によれば、助触媒を要することなく、揮発性有機化合物を容易に分解することができる。
[実施形態の概要]
本開示にかかる触媒は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる触媒である。前記触媒は、複数の一次粒子が集合してなる二次粒子を含み、前記二次粒子の少なくとも表面において、隣接する前記一次粒子間に間隙が形成されている。前記触媒は、揮発性有機化合物を分解するための触媒である。
本開示にかかる触媒は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる触媒である。前記触媒は、複数の一次粒子が集合してなる二次粒子を含み、前記二次粒子の少なくとも表面において、隣接する前記一次粒子間に間隙が形成されている。前記触媒は、揮発性有機化合物を分解するための触媒である。
本開示にかかる触媒を揮発性有機化合物(以下、VOCsということがある。)に接触させつつ加熱すると、触媒を構成する粒子の表面上で触媒自身が持つ格子内酸素(O2-)により、VOCsの酸化反応が生じると考えられている。なお、反応により格子内酸素は失われるが、空気中の酸素分子(O2)を分解し、酸化物イオン(O2-)として取り込むことにより補填されると考えられる。本開示に係る触媒は複数の一次粒子が集合してなる二次粒子を含み、二次粒子の少なくとも表面において、隣接する前記一次粒子間に間隙が形成されている。特定の理論に拘束されるものではないが、本開示の触媒では、一次粒子間に形成された間隙がVOCsおよび酸素の拡散経路となって、優れたVOCsを分解するための触媒活性を発揮すると考えられている。
従来、VOCsの分解において、La10Si5CoO27-δ(0.5≦δ≦1)の組成式で表される酸化物は、主触媒であるコバルト酸ランタン(LaCoO3)やコバルト酸ランタンバリウム(La1-xBaxCoO3-x/2)と併用する助触媒として知られていた(例えば特許文献2)。前記酸化物は、主触媒に対して酸化物イオンを供給する役割を果たすものの、主触媒として単独で使用するには充分な活性を有さないと考えられていた。特許文献2には、La10Si5CoO27-δ(0.5≦δ≦1)を単独で使用した場合のトルエン完全転化温度は360℃であり、コバルト酸ランタン等と併用する場合のトルエン完全転化温度(310~340℃)に及ばないことが記載されている。これに対して、本開示にかかる触媒は、同様の組成式で表される酸化物であって特定の三次元構造を有するものは、優れたVOCsの分解触媒活性を有し、単独で触媒として用いられ得るものであることを見出した。本開示にかかる触媒によれば、助触媒を用いることなく、より低温(例えば320℃以下)でVOCsを容易に分解することができる。
また本開示は、前記触媒を含む触媒組成物にかかる。本開示にかかる触媒組成物は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物以外のLaを含む酸化物の含有率が、前記触媒組成物に対して1質量%以下である、VOCsを分解するための触媒組成物である。前述のとおり、本開示の触媒は単独で、あるいは主触媒として十分な活性を発揮する。このため、他種のLa酸化物を含まない単純な構成によって、優れたVOCs分解性能を得ることができる。
また本開示は、
ケイ酸塩を添加したアルカリ性の溶液中に、硝酸ランタンおよび硝酸コバルトを含む水溶液を滴下した混合液を得る工程と、
前記混合液を攪拌して析出物を得る工程と、
前記析出物を回収および乾燥する回収工程と、
前記析出物を焼成する焼成工程と、を含む、
La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる、揮発性有機化合物を分解するための触媒の製造方法に関する。
かかる製造方法によれば、La10Si5CoO27-δ(0.5≦δ≦1)の組成式で表されるアパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる触媒であって、複数の一次粒子が集合してなる二次粒子を含み、二次粒子の少なくとも表面において、隣接する前記一次粒子間に間隙が形成されているものが好適に得られる。この製造方法はいわゆる共沈法による触媒の製造方法であり、汎用的なプロセスによって高い活性を有する触媒を得ることができる。
ケイ酸塩を添加したアルカリ性の溶液中に、硝酸ランタンおよび硝酸コバルトを含む水溶液を滴下した混合液を得る工程と、
前記混合液を攪拌して析出物を得る工程と、
前記析出物を回収および乾燥する回収工程と、
前記析出物を焼成する焼成工程と、を含む、
La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる、揮発性有機化合物を分解するための触媒の製造方法に関する。
かかる製造方法によれば、La10Si5CoO27-δ(0.5≦δ≦1)の組成式で表されるアパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる触媒であって、複数の一次粒子が集合してなる二次粒子を含み、二次粒子の少なくとも表面において、隣接する前記一次粒子間に間隙が形成されているものが好適に得られる。この製造方法はいわゆる共沈法による触媒の製造方法であり、汎用的なプロセスによって高い活性を有する触媒を得ることができる。
また本開示は、
粉末状の二酸化ケイ素と、粉末状の酸化ランタンと、粉末状の四酸化三コバルトとを混合した原料粉末を得る工程と、
前記原料粉末を固めてペレットを得る工程と、
前記ペレットを焼成する焼成工程と、を含む、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる、揮発性有機化合物を分解するための触媒の製造方法に関する。
かかる製造方法によれば、La10Si5CoO27-δ(0.5≦δ≦1)の組成式で表されるアパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる触媒であって、複数の一次粒子が集合してなる二次粒子を含み、二次粒子の少なくとも表面において、隣接する前記一次粒子間に間隙が形成されているものが好適に得られる。この製造方法はいわゆる固相法による触媒の製造方法であり、工業的に利用可能で汎用的なプロセスによって、高い活性を有する触媒を得ることができる。
粉末状の二酸化ケイ素と、粉末状の酸化ランタンと、粉末状の四酸化三コバルトとを混合した原料粉末を得る工程と、
前記原料粉末を固めてペレットを得る工程と、
前記ペレットを焼成する焼成工程と、を含む、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる、揮発性有機化合物を分解するための触媒の製造方法に関する。
かかる製造方法によれば、La10Si5CoO27-δ(0.5≦δ≦1)の組成式で表されるアパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる触媒であって、複数の一次粒子が集合してなる二次粒子を含み、二次粒子の少なくとも表面において、隣接する前記一次粒子間に間隙が形成されているものが好適に得られる。この製造方法はいわゆる固相法による触媒の製造方法であり、工業的に利用可能で汎用的なプロセスによって、高い活性を有する触媒を得ることができる。
また本開示は、前記触媒または前記触媒組成物を準備する工程と、前記触媒または前記触媒組成物に揮発性有機化合物を含む気体を接触させつつ、200℃以上340℃以下の温度に加熱することにより前記揮発性有機化合物を分解する工程と、を備える、揮発性有機化合物の除去方法に関する。このようにすることで、触媒を構成する粒子の表面上で触媒自身が持つ格子内酸素(O2-)により、VOCsの酸化反応が生じると考えられている。また、反応により格子内酸素は失われるが、空気中の酸素分子(O2)を分解し、酸化物イオン(O2-)として取り込むことによって格子内酸素は補填されると考えられる。したがって、本願の揮発性有機化合物の除去方法によれば、揮発性有機化合物を容易に分解することができる。
[実施形態の具体例]
(触媒)
本開示にかかる触媒は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる。この酸化物は高温耐久性を有し、1000℃程度の熱処理に対しても失活せず安定な材料である。この酸化物からなる触媒粒子の表面上で空気中の酸素が分解し、VOCsの酸化反応が生じる。
(触媒)
本開示にかかる触媒は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる。この酸化物は高温耐久性を有し、1000℃程度の熱処理に対しても失活せず安定な材料である。この酸化物からなる触媒粒子の表面上で空気中の酸素が分解し、VOCsの酸化反応が生じる。
本開示にかかる触媒は、複数の一次粒子が集合してなる二次粒子を含む。一次粒子の大きさは、例えば50nm~10μm程度である。ここで、「一次粒子の大きさ」とは、触媒粒子の表面のSEM画像に表れる、粒子の部分を測定した値である。例えば10個から1000個程度の一次粒子について大きさを測定し、それらの平均値を「一次粒子の大きさ」とできる。50nm~10μm程度の一次粒子に加えて、50nm未満の小さな粒子や、10μmを超える大きな粒子が混在していてもよい。一次粒子の形態は球形であってもよく、球形に限定されない。例えば、楕円球形やコイン状、不定形の塊状であってもよい。触媒粒子に含まれる一次粒子の形態は一様であってもよく、多様な形態の一次粒子が集合していてもよい。なお、一次粒子とは、触媒を構成する三次元構造物を電子顕微鏡(SEM)等で観察する時に、最小の構成単位として観察される三次元構造物を意味している。
前記の一次粒子が集合し、二次粒子を構成している。二次粒子の大きさは特に制限されず、例えば10μm~100μm程度である。ここで、「二次粒子の大きさ」とは、触媒粒子の表面のSEM画像に表れる、粒子の部分を測定した値である。例えば10個から1000個程度の二次粒子について大きさを測定し、それらの平均値を「二次粒子の大きさ」とできる。10μm~100μm程度の二次粒子に加えて、10μm未満の小さな粒子や、100μmを超える大きな粒子が混在していてもよい。二次粒子の形態は特に制限されず、不定形の塊状であってもよいし、球状、紡錘状等であってもよい。触媒に含まれる二次粒子は一定の大きさおよび形態であってもよいし、多様な大きさおよび形態を有する二次粒子が混在してもよい。なお、二次粒子とは、触媒を構成する三次元構造物を電子顕微鏡(SEM)等で観察する時に、最小の構成単位として観察される一次粒子が集合して形成された三次元構造体を意味している。
二次粒子の少なくとも表面において、隣接する一次粒子の間に間隙が形成されている。一次粒子の間の間隙は、例えばSEM画像において空隙として観察される。空隙の形態は特に制限されないが、例えば、二次粒子の表面において開口するとともに、二次粒子の表面から深さ方向にも一定程度の空間が形成された形態である。例えば、二次粒子の表面における開口部よりも二次粒子の深さ方向に大きく広がる空隙が形成されていてもよい。本開示にかかる触媒は、表面に凹凸を有していても実質的な空隙を含まない塊状の粒子から構成される触媒を含まない。
(触媒組成物)
本開示にかかる触媒組成物は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物を主触媒として含有する。本開示にかかる触媒組成物は、助触媒として機能する化合物が存在しない場合であっても優れたVOCs分解活性を発揮する。具体的には、本開示にかかる組成物において、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物以外のLaを含む酸化物の含有率は、前記触媒組成物に対して1質量%以下であってよく、好ましくは0.1質量%以下でよく、より好ましくは0質量%であってよい。本開示にかかる組成物は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物以外に、Laを含む酸化物を含まない(0質量%である)組成物であってよい。
本開示にかかる触媒組成物は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物を主触媒として含有する。本開示にかかる触媒組成物は、助触媒として機能する化合物が存在しない場合であっても優れたVOCs分解活性を発揮する。具体的には、本開示にかかる組成物において、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物以外のLaを含む酸化物の含有率は、前記触媒組成物に対して1質量%以下であってよく、好ましくは0.1質量%以下でよく、より好ましくは0質量%であってよい。本開示にかかる組成物は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物以外に、Laを含む酸化物を含まない(0質量%である)組成物であってよい。
本開示にかかる触媒組成物は、主触媒として機能する前述の酸化物に加えて、他種の主触媒として機能する酸化物を含んでよい。例えば、Laを含む酸化物としては例えば、LaCoO3の組成式で表されるペロブスカイト型結晶の有する酸化物およびLa1-xBaxCoO3-x/2の組成式で表され、0.05≦x≦0.15を満たすペロブスカイト型結晶を有す酸化物が挙げられる。また、本開示にかかる触媒組成物は、助触媒を併用しない場合でも高い触媒活性を発揮するが、助触媒として機能する化合物を含有してもよい。助触媒としては例えば、酸化セリウム(CeO2)等が挙げられる。助触媒を含有する場合、触媒組成物全体に対する助触媒の割合は特に制限されず、用いる助触媒の種類や性質に応じて適宜選択できる。触媒組成物全体に対する助触媒の割合は、例えば0~80質量%とでき、60~80質量%程度とすることも好ましい。
触媒組成物においては、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たしアパタイト型の結晶構造を有する酸化物以外に、例えば分散媒を含んでよい。このような分散媒としては例えば、セラミックスの粒子を用いうる。セラミックス粒子としては例えば、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)、コージェライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)およびムライト(3Al2O3・2SiO2)等が挙げられる。セラミックス粒子として例えば、立方晶であるγ‐アルミナを好適に用いることができる。分散媒を含むことで、触媒として機能する粒子が凝集することを抑制し、触媒の表面積の低下を抑制することができる。したがって、VOCsの酸化反応が促進される。
触媒組成物に分散媒を含む場合、分散媒の平均粒子径は、例えば、5nm以上であり、好ましくは10nm以上であってよい。分散媒の平均粒子径の上限は、特に限定されないが、例えば1μm未満である。また、触媒組成物における分散媒の含有率は、触媒粒子の含有率との関係で適宜決定でき、特に制限されないが、例えば、0~30質量%とできる。
(触媒の機能)
本開示にかかる触媒ないし触媒組成物は、VOCsを分解するための触媒として用いられ得る。VOCsは、揮発性を有し、大気中で気体状となる有機化合物の総称である。VOCsには、トルエン、キシレン、酢酸エチル等が含まれ、これらに制限されない。典型的には、トルエンが分解対象物である。触媒の活性は、一定量かつ一定温度の触媒に対して一定量のトルエンを接触させた時に、トルエンを完全に分解できる温度を指標として示される。トルエンが完全に分解される温度(トルエン完全分解温度)は、トルエン完全転化温度ともいう。より低温でトルエンを分解できることが好ましい。トルエン完全分解温度は、200℃以上、340℃以下であることが好ましく、330℃以下であればより好ましく、320℃以下であればさらに好ましい。
本開示にかかる触媒ないし触媒組成物は、VOCsを分解するための触媒として用いられ得る。VOCsは、揮発性を有し、大気中で気体状となる有機化合物の総称である。VOCsには、トルエン、キシレン、酢酸エチル等が含まれ、これらに制限されない。典型的には、トルエンが分解対象物である。触媒の活性は、一定量かつ一定温度の触媒に対して一定量のトルエンを接触させた時に、トルエンを完全に分解できる温度を指標として示される。トルエンが完全に分解される温度(トルエン完全分解温度)は、トルエン完全転化温度ともいう。より低温でトルエンを分解できることが好ましい。トルエン完全分解温度は、200℃以上、340℃以下であることが好ましく、330℃以下であればより好ましく、320℃以下であればさらに好ましい。
(触媒の製造方法)
本開示にかかる触媒は、いわゆる共沈法によって好適に得ることができる。具体的には、例えば、アンモニア水溶液にケイ酸ナトリウムを添加したアルカリ性の溶液中に、硝酸ランタンおよび硝酸コバルトを含む水溶液を滴下した混合液を得る工程と、かかる混合液を攪拌して析出物を得る工程と、析出物を回収および乾燥する回収工程と、得られた析出物を焼成する工程と、を含む製造方法である。このような製造方法によって、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物の粒子であって、一次粒子の間に間隙が形成された粒子が得られる。
本開示にかかる触媒は、いわゆる共沈法によって好適に得ることができる。具体的には、例えば、アンモニア水溶液にケイ酸ナトリウムを添加したアルカリ性の溶液中に、硝酸ランタンおよび硝酸コバルトを含む水溶液を滴下した混合液を得る工程と、かかる混合液を攪拌して析出物を得る工程と、析出物を回収および乾燥する回収工程と、得られた析出物を焼成する工程と、を含む製造方法である。このような製造方法によって、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物の粒子であって、一次粒子の間に間隙が形成された粒子が得られる。
共沈法による製造方法の各工程は、公知の条件ないし方法を適宜選択して実施できる。具体的には例えば、混合液を得る工程では、14~30%のアンモニア水溶液中に、ケイ酸ナトリウム九水和物(Na2SiO3・9H2O)と、硝酸ランタン六水和物(La(NO3)2・6H2O)と、硝酸コバルト六水和物(Co(NO3)2・6H2O)とを、4.5~5.5:9.5~10.5:0.5~1.5のモル比で混合する混合液を調製すればよい。具体的には例えば、La:Co:Siの割合が10:1:5(モル比)となるように仕込み量を決めることができる。攪拌工程は、例えば、30~80℃において、1~24時間攪拌を行うことができる。回収は例えば吸引濾過等によって実施でき、80~100℃で乾燥を行うことができる。焼成工程では例えば、大気中において、600℃~1600℃で1~24時間、焼成を実施できる。これらの焼成温度および時間によれば、VOCs分解の優れた活性を有する触媒が得られる。
また、本開示にかかる触媒は、いわゆる固相法によって好適に得ることができる。具体的には、例えば、粉末状の二酸化ケイ素と、粉末状の酸化ランタンと、粉末状の四酸化三コバルトとを混合した原料粉末を得る工程と、原料粉末を固めてペレットを得る工程と、ペレットを焼成する工程と、を含む製造方法である。このような製造方法によって、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物の粒子であって、一次粒子の間に間隙が形成された粒子が得られる。
固相法による製造方法の各工程は、公知の条件ないし方法を適宜選択して実施できる。具体的には例えば、原料粉末を得る工程では、粉末状の二酸化ケイ素(SiO2)と、粉末状の酸化ランタン(La2O3)と、粉末状の四酸化三コバルト(Co3O4)とを、4.5~5.5:9.5~10.5:0.5~1.5のモル比で混合する。具体的には例えば、La:Co:Siの割合が10:1:5(モル比)となるように仕込み量を決めることができる。混合物の均一性を向上させるため、あるいはその他の目的で、混合に続いてボールミル等を用いて粉砕を行ってもよい。ペレットの成型は、加圧成型によることができる。焼成工程では例えば、大気中において、600℃~1600℃で1~24時間、焼成を実施できる。これらの焼成温度および時間によれば、VOCs分解の優れた活性を有する触媒が得られる。
得られた触媒は単独で使用してもよいし、他の材料と混合して、触媒組成物として用いてもよい。焼成工程の前に、本開示にかかる触媒の材料と他の材料とが混合され、一体に焼成されてもよい。
(VOCsの除去方法)
前述の触媒ないし触媒組成物を用いて、VOCsを除去する方法を説明する。図1は、本開示にかかる触媒を用いてVOCsを除去する方法を示すフローチャートである。VOCsとして例えばトルエンを除去する場合について説明する。
前述の触媒ないし触媒組成物を用いて、VOCsを除去する方法を説明する。図1は、本開示にかかる触媒を用いてVOCsを除去する方法を示すフローチャートである。VOCsとして例えばトルエンを除去する場合について説明する。
図1を参照して、本実施の形態の触媒または触媒組成物を用いてトルエンを除去する方法では、まず工程(S10)として、触媒または触媒組成物を準備する工程が実施される。例えば、粉末状(粉体)の触媒が、コージェライト等のセラミックス製の基体の表面に付着される。例えば、スラリー状の触媒を基体の表面に塗布することで、触媒を基体の表面に付着させることができる。このようにすることで、触媒を取扱い易くすることができる。
図2は、セラミックス製の基体の内部に本開示にかかる触媒を配置した第1構造体を示す斜視図である。図3は、図2中の線分A-Aで切断した場合の断面の一部を示す断面図である。図2において、Y軸方向は本体部の中心軸に沿った方向である。X-Z平面は、Y軸方向に垂直な平面である。図2および図3を参照して、第1構造体1は、セラミックス製の基体10と、触媒20と、を含む。基体10を構成する材料は、例えばコージェライトである。基体10は、本体部101と、第1内壁部111~119と、第2内壁部120~128と、を含む。
本体部101は、中空円筒状の形状を有する。第1内壁部111~119は、X軸方向に互いに平行に間隔をあけて配置された平板状の形状を有する。第2内壁部120~128は、Z軸方向に互いに平行に間隔をあけて配置された平板状の形状を有する。第1内壁部111~119と、第2内壁部120~128とは、直交するように配置される。第1内壁部111~119と、第2内壁部120~128とが交差することで、本体部101の一方の開口部から他方の開口部に至る複数の貫通孔Sが形成される。Y軸方向から平面的に見て、貫通孔Sの外形は正方形状を有する。図3を参照して、第2内壁部123,124,125の表面を覆うように触媒20が付着している。第2内壁部123,124,125だけでなく、本体部101の内壁面、第1内壁部111~119および第2内壁部120~128の表面を覆うように触媒20が付着している。すなわち、基体10における貫通孔Sを規定する壁面を覆うように触媒20が付着している。
次に、工程(S20)として、トルエンを分解する工程が実施される。工程(S20)においては、工程(S10)にて準備された第1構造体1にトルエンを接触させる。具体的には、基体10に保持された触媒20にトルエンを含む気体を接触させつつ、触媒20を200℃以上340℃以下の温度に加熱する。トルエンを含む気体は、貫通孔S内を通過することにより触媒20に接触する。これにより、トルエンを分解することができる。
次に、工程(S30)として、触媒20を再生する工程が実施される。工程(S30)においては、第1構造体1における基体10に保持された触媒20が再生される。具体的には、トルエンを分解する工程の後に、触媒20を600℃以上1000℃以下の温度に加熱し、30分間以上保持する。触媒20を再生する工程における加熱温度は、好ましくは700℃以上1000℃以下であり、さらに好ましくは800℃以上1000℃以下である。また、触媒20を再生する工程における保持時間は、好ましくは1時間以上である。これにより、触媒20を再生することができる。
次に、工程(S40)として、再度、トルエンを分解する工程が実施される。具体的には、触媒20にトルエンを含む気体を接触させつつ、触媒20を200℃以上340℃以下の温度に加熱する。これにより、トルエンを分解することができる。
工場の排気ガス等に含まれる揮発性有機化合物は、珪素(Si)を含む場合がある。このような場合、触媒20に珪素が付着すると、触媒の活性が低下してしまう。本開示にかかる触媒を構成するLa10Si5CoO27-δは、構造中に珪素を含む。そのため、熱処理を行うことで上記のような珪素を構造中に取り込むことができる。La10Si5CoO27-δは、構造中の珪素が多少増加しても安定である。このため、触媒粒子に珪素が付着することが抑制される。したがって、本開示にかかる触媒ないし触媒組成物によれば、珪素が付着することによる触媒活性の低下が抑制される。
上記実施の形態の触媒20は、例えば、排気ガス処理装置に取り付けられて用いられる。図4は、排気ガス処理装置の構造を示す概略図である。図4を参照して、排気ガス処理装置2は、収容部30と、配管31,32と、を含む。収容部30は、側壁部301と、蓋部302,303と、を含む。側壁部301は、中空円筒状の形状を有する。側壁部301の一方の開口を閉塞するように蓋部302が配置される。側壁部301の他方の開口を閉塞するように蓋部303が配置される。側壁部301および蓋部302,303に取り囲まれる内部空間Tには、触媒20を含む第1構造体1が配置される。配管31の一方の端部は、蓋部303に接続されている。配管31の他方の端部は、排気ガスを外部へと排出する設備、例えば塗料や接着剤などの化学製品製造設備に接続されている。配管31は、排気ガスの流入路である。配管32の一方の端部は、蓋部302に接続されている。配管32の他方の端部は、排気ガスが排出される外部空間に位置するように配置される。配管32は、排気ガスを排出する排出路である。なお、配管32は、さらなる排気ガス処理装置に接続されてもよい。トルエンを含む排気ガスは、配管31を通じて収容部30に流入する。収容部30に流入した排気ガスに含まれるトルエンは、第1構造体1に含まれる触媒20によって分解が促進される。そして、排気ガスは、配管32を通じて外部空間に排出される。
本開示にかかる触媒のサンプルを作製し、触媒の構造およびトルエンを分解する効果を確認する実験を行った。実験の手順は以下の通りである。
(実施例1)
28%のアンモニア水溶液10mlおよび水10mlの混合液に、ケイ酸ナトリウム九水和物0.426gを加え、溶解させた。その後、硝酸ランタン六水和物1.299gおよび硝酸コバルト六水和物0.0873gを水10mlに溶解させた水溶液を滴下して、原料混合液を得た。この原料混合液を60℃で1時間撹拌し、析出物を含む混合液を得た。析出物を含む混合液から、沈殿物を吸引濾過にて回収した。次いで、回収した沈殿物を80℃で乾燥させた後、大気中、1000℃で2時間焼成し、アパタイト型酸化物を作製した。アパタイト型酸化物は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たす。
28%のアンモニア水溶液10mlおよび水10mlの混合液に、ケイ酸ナトリウム九水和物0.426gを加え、溶解させた。その後、硝酸ランタン六水和物1.299gおよび硝酸コバルト六水和物0.0873gを水10mlに溶解させた水溶液を滴下して、原料混合液を得た。この原料混合液を60℃で1時間撹拌し、析出物を含む混合液を得た。析出物を含む混合液から、沈殿物を吸引濾過にて回収した。次いで、回収した沈殿物を80℃で乾燥させた後、大気中、1000℃で2時間焼成し、アパタイト型酸化物を作製した。アパタイト型酸化物は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たす。
(実施例2)
酸化ランタン0.652g、四酸化三コバルト0.032g、二酸化ケイ素0.120gを混合した後にペレット成型を行った。得られたペレットをPt板に乗せ、大気中1400℃で2時間焼成し、アパタイト型酸化物を作製した。アパタイト型酸化物は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たす。
酸化ランタン0.652g、四酸化三コバルト0.032g、二酸化ケイ素0.120gを混合した後にペレット成型を行った。得られたペレットをPt板に乗せ、大気中1400℃で2時間焼成し、アパタイト型酸化物を作製した。アパタイト型酸化物は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たす。
(実施例3~5)
実施例3として、実施例2と同様の手順を繰り返し、サンプルを作製した。
実施例4として、原料を混合した後にボールミル(PULVERISETTE 7 premium line、フリッチュ社製)を用いて原料の混合物を粉砕した後にペレット成型を行った以外は、実施例2と同様の手順で、サンプルを作製した。
実施例5として、原料を混合した後にボールミル(PULVERISETTE 7 premium line、フリッチュ社製)を用いて原料の混合物を粉砕した後にペレット成型を行い、また、ペレットをPt板に乗せずに焼成を行った以外は実施例2と同様の手順で、サンプルを作製した。
実施例3として、実施例2と同様の手順を繰り返し、サンプルを作製した。
実施例4として、原料を混合した後にボールミル(PULVERISETTE 7 premium line、フリッチュ社製)を用いて原料の混合物を粉砕した後にペレット成型を行った以外は、実施例2と同様の手順で、サンプルを作製した。
実施例5として、原料を混合した後にボールミル(PULVERISETTE 7 premium line、フリッチュ社製)を用いて原料の混合物を粉砕した後にペレット成型を行い、また、ペレットをPt板に乗せずに焼成を行った以外は実施例2と同様の手順で、サンプルを作製した。
(比較例1)
酢酸3mlおよびエタノール75mlの混合液に、硝酸ランタン六水和物2.72g、および硝酸コバルト六水和物0.182gを加え溶解させた後、テトラエトキシシラン0.71mlを添加して、1時間撹拌した。その後、分散剤としてポリビニルピロリドン22.3g加えて、80℃で6時間撹拌した。その後、ホットスターラーを用いて180℃に加熱することで溶媒の留去を実施し、定温乾燥機により80℃で12時間加熱し、ゲルを作製した。得られたゲルをマントルヒーターにより350℃で仮焼を実施した後、合成空気を流通させて1000℃で2時間焼成し、アパタイト型酸化物を作製した。アパタイト型酸化物は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たす。
酢酸3mlおよびエタノール75mlの混合液に、硝酸ランタン六水和物2.72g、および硝酸コバルト六水和物0.182gを加え溶解させた後、テトラエトキシシラン0.71mlを添加して、1時間撹拌した。その後、分散剤としてポリビニルピロリドン22.3g加えて、80℃で6時間撹拌した。その後、ホットスターラーを用いて180℃に加熱することで溶媒の留去を実施し、定温乾燥機により80℃で12時間加熱し、ゲルを作製した。得られたゲルをマントルヒーターにより350℃で仮焼を実施した後、合成空気を流通させて1000℃で2時間焼成し、アパタイト型酸化物を作製した。アパタイト型酸化物は、La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たす。
(評価1:触媒粒子の形態の確認)
実施例1~5および比較例1で得られた触媒粒子の形態を、SEM(SSX-550、島津製作所製)を用いて観察した。観察結果を表1および図5~図7に示す。
実施例1~5および比較例1で得られた触媒粒子の形態を、SEM(SSX-550、島津製作所製)を用いて観察した。観察結果を表1および図5~図7に示す。
(評価2:粉末X線回折(XRD)測定)
実施例1~5および比較例1のサンプルについて、粉末X線回折によって結晶相を確認した。XRDの測定は、粉末X線回折装置(SmartLab、リガク製)を用いて、Cu-Kα管球(40kV、30mA)、10~70°の範囲、10°/minのスキャンスピード、0.04°の間隔の条件で実施した。測定結果を表1および図8、図9に示す。
実施例1~5および比較例1のサンプルについて、粉末X線回折によって結晶相を確認した。XRDの測定は、粉末X線回折装置(SmartLab、リガク製)を用いて、Cu-Kα管球(40kV、30mA)、10~70°の範囲、10°/minのスキャンスピード、0.04°の間隔の条件で実施した。測定結果を表1および図8、図9に示す。
(評価3:触媒活性の測定)
実施例1~5および比較例1のサンプルについて触媒活性測定を行った。触媒活性測定は、固定床流通式装置により評価した。前処理としてサンプル0.1gにアルゴンガスを流通させて、200℃で2時間加熱した。その後、サンプルに空気およびトルエンを含んだ混合ガス(トルエン濃度:900ppm)を20ml/minの流量で流通させて、各温度におけるトルエン転化率を測定した。ここで、トルエン転化率とは、反応したトルエンの割合である。トルエン転化率は、サンプルを通過した後の混合ガスをガスクロマトグラフで分析することで算出した。ガスクロマトグラフのカラムとしては、信和化工株式会社製「SunPak-A」を用いた。測定結果を図10、図11に示す。
実施例1~5および比較例1のサンプルについて触媒活性測定を行った。触媒活性測定は、固定床流通式装置により評価した。前処理としてサンプル0.1gにアルゴンガスを流通させて、200℃で2時間加熱した。その後、サンプルに空気およびトルエンを含んだ混合ガス(トルエン濃度:900ppm)を20ml/minの流量で流通させて、各温度におけるトルエン転化率を測定した。ここで、トルエン転化率とは、反応したトルエンの割合である。トルエン転化率は、サンプルを通過した後の混合ガスをガスクロマトグラフで分析することで算出した。ガスクロマトグラフのカラムとしては、信和化工株式会社製「SunPak-A」を用いた。測定結果を図10、図11に示す。
表1に示されるとおり、実施例1~5で得られた酸化物は、助触媒等の他の化合物等を併用しない場合であっても、トルエン完全分解温度が270℃~330℃であり、良好なVOCs分解触媒活性を示した。また、実施例1~5で得られた酸化物の粒子はいずれも、一次粒子の間に多数の間隙が形成された二次粒子を形成していた(図5,図6)。一方、比較例1で得られた酸化物は、トルエン完全分解温度が390℃であり、実施例1~5と比較してVOCs分解活性が不足していた。また、比較例1の粒子は、表面に凹凸のある緻密な粒子を形成しており、一次粒子が集合して二次粒子を形成する形態ではなかった(図7)。このように、本開示にかかる触媒によれば、助触媒を用いない単純な構成であっても十分な活性を有し、トルエンを容易に分解することができることが確認された。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本願の触媒は、揮発性有機化合物を分解するための触媒として特に有利に適用される。
1 第1構造体、2 排気ガス処理装置、10 基体、20 触媒、30 収容部、31,32 配管、101 本体部、111,112,113,114,115,116,117,118,119 第1内壁部、120,121,122,123,124,125,126,127,128 第2内壁部、301 側壁部、302,303 蓋部。
Claims (5)
- La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる触媒であって、
前記触媒は、複数の一次粒子が集合してなる二次粒子を含み、
前記二次粒子の少なくとも表面において、隣接する前記一次粒子間に間隙が形成されている、
揮発性有機化合物を分解するための触媒。 - 請求項1に記載の触媒を含む触媒組成物であって、
La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物以外の、Laを含む酸化物の含有率は、前記触媒組成物に対して1質量%以下である、揮発性有機化合物を分解するための触媒組成物。 - ケイ酸塩を添加したアルカリ性の溶液中に、硝酸ランタンおよび硝酸コバルトを含む水溶液を滴下した混合液を得る工程と、
前記混合液を攪拌して析出物を得る工程と、
前記析出物を回収および乾燥する回収工程と、
前記析出物を焼成する焼成工程と、を含む、
La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる、揮発性有機化合物を分解するための触媒の製造方法。 - 粉末状の二酸化ケイ素と、粉末状の酸化ランタンと、粉末状の四酸化三コバルトとを混合した原料粉末を得る工程と、
前記原料粉末を固めてペレットを得る工程と、
前記ペレットを焼成する焼成工程と、を含む、
La10Si5CoO27-δの組成式で表され、0.5≦δ≦1を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる、揮発性有機化合物を分解するための触媒の製造方法。 - 請求項1に記載の触媒または請求項2に記載の触媒組成物を準備する工程と、
前記触媒または前記触媒組成物に揮発性有機化合物を含む気体を接触させつつ、200℃以上340℃以下の温度に加熱することにより前記揮発性有機化合物を分解する工程と、を備える、揮発性有機化合物の除去方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021170560A JP2023060772A (ja) | 2021-10-18 | 2021-10-18 | 触媒、触媒組成物、触媒の製造方法および揮発性有機化合物の除去方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021170560A JP2023060772A (ja) | 2021-10-18 | 2021-10-18 | 触媒、触媒組成物、触媒の製造方法および揮発性有機化合物の除去方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023060772A true JP2023060772A (ja) | 2023-04-28 |
Family
ID=86098357
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021170560A Pending JP2023060772A (ja) | 2021-10-18 | 2021-10-18 | 触媒、触媒組成物、触媒の製造方法および揮発性有機化合物の除去方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023060772A (ja) |
-
2021
- 2021-10-18 JP JP2021170560A patent/JP2023060772A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Schwickardi et al. | High-surface-area oxides obtained by an activated carbon route | |
US8080495B2 (en) | Diesel oxidation catalysts | |
KR101431919B1 (ko) | 비다공도를 갖는, 산화세륨 및 산화지르코늄을 포함하는 조성물, 그의 제조 방법 및 촉매작용에서의 그의 용도 | |
KR101990156B1 (ko) | 세륨 산화물 및 니오븀 산화물을 포함하는 조성물을 촉매로 사용하는, 질소 산화물(NOx)-함유 가스를 처리하는 방법 | |
KR101046092B1 (ko) | 탄소계 물질 연소 촉매 및 그의 제조 방법, 촉매 담지체 및그의 제조 방법 | |
JP2018511458A (ja) | 自動車排ガス処理用ロジウム含有触媒 | |
CN102600878B (zh) | 一种TiC-TiO2核壳型纳米材料的制备方法 | |
WO2010119904A1 (ja) | 排ガス浄化用触媒及びその製造方法 | |
WO2001026809A1 (en) | Catalyst compositions employing sol particles and methods of using the same | |
WO2008004385A1 (fr) | Catalyseur de purification de gaz d'échappement | |
CN103153465B (zh) | 排气净化过滤器及其制造方法 | |
Chen et al. | Hollow multishelled spherical PrMnO3 perovskite catalyst for efficient catalytic oxidation of CO and toluene | |
JP5660006B2 (ja) | 排ガス浄化用Co3O4/CeO2複合触媒の製造方法およびそれによって得られた触媒 | |
CN100372770C (zh) | 一种高比表面氧化镁的制备方法 | |
JP5116276B2 (ja) | 酸化物微結晶粒子からなる粉体、それを用いた触媒、及びその製造方法 | |
JP2023060772A (ja) | 触媒、触媒組成物、触媒の製造方法および揮発性有機化合物の除去方法 | |
JP2023060773A (ja) | 触媒および揮発性有機化合物の除去方法 | |
JP5196656B2 (ja) | 排ガス浄化用触媒及びその製造方法 | |
KR102059404B1 (ko) | 섬유 형태의 세륨 및 프라세오디뮴 복합산화물을 포함하는 탄소 미립자 연소용 촉매 및 이를 이용하여 탄소 미립자를 연소하는 방법 | |
CN114177902B (zh) | 一种具有微米级大孔的铈锆固溶体及其制备方法和应用 | |
JP4700648B2 (ja) | 有機酸含有排ガス処理用触媒および該排ガス処理方法 | |
WO2022186319A1 (ja) | 還元剤、ガスの製造方法および変換効率増加方法 | |
JP2007136420A (ja) | 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法 | |
JP6861974B2 (ja) | 触媒および揮発性有機化合物の除去方法 | |
JP2009078202A (ja) | 触媒金属担持酸素吸蔵材、同材の製造方法、及び同材を用いた触媒 |