JP2806106B2 - 酸化触媒体 - Google Patents

酸化触媒体

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JP2806106B2 JP3295526A JP29552691A JP2806106B2 JP 2806106 B2 JP2806106 B2 JP 2806106B2 JP 3295526 A JP3295526 A JP 3295526A JP 29552691 A JP29552691 A JP 29552691A JP 2806106 B2 JP2806106 B2 JP 2806106B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアンモニア、各種アミン
類等の悪臭成分を酸化分解する酸化触媒体、特に常温下
での酸化反応に優れた触媒体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】悪臭を浄化するための脱臭触剤としては
活性炭に代表される物理吸着を主体とする吸着剤が主流
であり、再生使用可能な脱臭剤はほとんどない実情にあ
る。
【0003】一方、工業用の脱臭手段としては悪臭成分
を接触酸化させる多種多様の触媒が実用化されている。
酸化触媒は酸化反応により悪臭成分を分解して無臭化す
るため再生使用が可能であるが、触媒活性を得るために
は最低200℃以上の温度を必要とし、加熱手段が必要
であるため常温領域で使用できる低温活性触媒が望まれ
ている。
【0004】このような要望にこたえる低温活性触媒と
しては、酸化マンガンと酸化銅を主成分とするホプカリ
ット触媒が唯一実用化されているが、前記ホプカリット
触媒は湿分により急激に低温活性が低下する致命的な欠
点を有しており、またアンモニア、アミン類などの悪臭
の分解には適したものではない。
【0005】これに対して近年、酸化鉄と金からなる高
分散金担持触媒が提案されており、−30℃の低温域に
おいても良好な一酸化炭素の燃焼率が得られている(特
開昭60−238148号公報)。またこの種金担持触
媒の製造方法として、アルミナ、シリカ、ゼオライト、
チタニヤなどの担体に酸化鉄などの金属酸化物を20重
量%以上担持したものをpH7.5以上のアルカリ溶液に
入れ、pHを7.5〜9.5に保ちながら塩化金酸などの金
化合物溶液を加えることにより金化合物を沈着させて触
媒前駆体を得、その後焼成する方法が提案されている。
これによりこの種、金化合物を担体に担持した場合に於
いても担体を用いない金−金属酸化物触媒と同等の高活
性な触媒が得られるものである(特開平1−94945
号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような金−金属酸
化物触媒をゼオライトに担持した場合、ゼオライトの種
類によっては、その性質から双極子モーメントの大きい
水を優先的に吸着し、湿分により触媒活性点が被覆さ
れ、急激に活性が低下する課題があり、低湿度雰囲気で
の使用に限定される。
【0007】またゼオライトなどの無機材料からなる担
体に担持する場合、担持方法によっては密着性が低下
し、活性成分が脱離し易くなるため前記特開平1−94
945号公報に開示された方法のように比較的複雑な工
程及び設備を必要とするため触媒が高価となる。
【0008】また特にゼオライトをハニカム状に成型
し、担体としたものは脆くなるとともに高価となる。さ
らにシリカ、アルミナなどのセラミックハニカムを担体
とした場合、触媒成分はセラミックハニカムの表面部に
しか存在せず、触媒として機能する表面積が小さくなる
という課題があった。
【0009】本発明は上記課題を解決するものであり、
金と酸化鉄及びゼオライトを触媒成分とする酸化触媒に
おいて、耐湿度特性が良好であるとともに触媒成分の密
着性が高く、かつ比表面積が大きい脱臭に好適な酸化触
媒体を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の酸化触媒体は、セラミック繊維と、前記セ
ラミック繊維の表面及びセラミック繊維の間隙に担持さ
れたゼオライトと、金及び鉄の金属酸化物からなり、前
記ゼオライトをSiO2 /Al2 3 モル比が30以上
のハイシリカゼオライトとしたものである。
【0011】
【作用】本発明の酸化触媒体は、アンモニア、各種アミ
ンなどの悪臭成分を含む常温雰囲気の気流中に配設さ
れ、一般的に送風ファンなどを用いた空気循環系で使用
される。悪臭成分を含んだ空気がハニカム状に形成され
た触媒体を通過する際に悪臭成分が選択的に吸着表面積
の大きいゼオライト表面に吸着され、臭気が緩和されて
放出される。吸着された悪臭成分は金及び鉄からなる金
属イオンの相互作用及びゼオライトの持つ固体酸の作用
によって活性化され、常温雰囲気において酸化分解反応
が起こり、悪臭成分が分解されて触媒体の表面から脱離
する。これにより吸着サイトが再生され、新たな悪臭分
子の吸着が可能となる。この際の反応速度は比較的遅い
ものであり、一旦悪臭成分を吸着し、その後徐々に反応
する形態をとる。したがって比較的低濃度の脱臭に好適
であり、また連続的な脱臭よりも間欠的な脱臭に適して
いる。すなわち所定時間脱臭した後は酸化分解のため
に、所定時間酸素存在下で放置する必要がある。
【0012】ここで本発明ではゼオライトとしてSiO
2 /Al2 3 モル比が30以上のハイシリカゼオライ
トで構成されている。ハイシリカゼオライトは耐熱、耐
酸性に優れるとともにゼオライトのもつ親水性が失われ
て疎水性が強まるとともに固体酸触媒活性が高まる特徴
を有し、特にSiO2 /Al2 3 モル比が30以上と
なると水の吸着量は急激に低下する。このためこの種、
金−金属酸化物触媒をゼオライトに担持した触媒におい
て耐湿度特性の向上が図れる。
【0013】また本発明はセラミック繊維が触媒体の骨
格を構成しているため、多孔質構造となっており、ゼオ
ライト微粉末及び金、鉄の金属酸化物が触媒体表面だけ
でなく、セラミック繊維間の数10μmの空隙にも存在
することとなる。この結果、比表面積を大きくすること
が可能となり、触媒活性表面積が拡大される。このこと
はこの種の脱臭用の触媒、すなわち悪臭成分を一旦吸着
したのちに酸化分解する形態の触媒に好適である。
【0014】また触媒成分である金及び鉄の金属酸化物
とゼオライト微粉末がセラミック繊維の網目構造の間隙
に配置されるため密着性が向上し、活性成分が脱離しに
くくなる。
【0015】以上述べたように本発明は、触媒成分であ
るゼオライト微粉末と、金及び鉄の金属酸化物と、セラ
ミック繊維から触媒体を構成し、かつゼオライトをSi
2 /Al2 3 モル比が30以上のハイシリカゼオラ
イトとしたものであり、アンモニア、アミン類などの悪
臭成分を常温下でかつ高湿度雰囲気においても脱臭/酸
化分解できる酸化触媒体を提供するものであり、触媒加
熱手段が不要の脱臭、あるいは空気清浄用フィルターと
して実用的価値の高いものである。
【0016】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづ
いてさらに詳細に説明する。
【0017】図1は本発明による酸化触媒体の外観斜視
図を示したものであり、1は触媒体であり、2はシリカ
及びアルミナなどのセラミック繊維と、このセラミック
繊維の表面及びセラミック繊維の間隙に担持されたSi
2 /Al2 3 モル比が30以上のハイシリカゼオラ
イトと、金及び鉄の金属酸化物から構成される触媒シー
トである。なお必要に応じてセラミック繊維と、ゼオラ
イト及び金、鉄からなる金属酸化物の結合を良好にする
ために無機質のバインダーを添加してもよい。触媒シー
ト2は後述する方法により積層、あるいは成巻してハニ
カム状に成型されており、悪臭が通過する際の圧力損失
を低減するために複数の通気孔3が形成されている。
【0018】上記構成において次に具体的な実施例につ
いて説明する。シリカ、アルミナからなるセラミック繊
維と、SiO2 /Al2 3 モル比が約40のNa置換
型のゼオライトZSM−5の微粉末に有機質バインダー
を混合し、さらに溶媒を加えて適当な粘度に調整した混
合スラリーを作製し、抄紙法によりセラミックシートを
作製した。このセラミックシートを所定の温度で予備乾
燥したものをコルゲーターにより波状加工を施し、前記
波状加工したセラミックシートと、しないものを無機質
バインダーを用いて接着し、これを一対として複数を積
層してハニカム状に成型した後約400℃で焼成するこ
とによりセラミック繊維とゼオライトの複合担体を得
た。その後塩化金酸と硝酸鉄に溶媒を加えた水溶液を作
製し、含浸法によって前記複合担体に担持した。この時
複合担体は、塩化金酸、硝酸鉄からなる酸性水溶液を含
浸し、セラミック繊維の網目構造の内部空隙中にも金及
び鉄の金属酸化物が効率的に分散性よく担持できる。担
持操作後100℃前後の温度で乾燥し、400℃で30
分間大気焼成して実施例1の触媒を得た。この触媒の金
の含有量は0.2重量%(1g/1l触媒)であり、鉄の
含有量は1.6重量%であった。なおゼオライトは比表面
積が大きいため本実施例では比表面積の大きい触媒体が
得られる。比表面積を大きくすることはこの種脱臭触媒
に重要な要素であり、比表面積を大きくするためにはゼ
オライトのみを用いて、つまりセラミック繊維を用いる
ことなくハニカム状に成型することで実現可能である
が、高コストとなるとともに耐脆強度が低下する。
【0019】次に比較例について説明する。ゼオライト
としてSiO2 /Al2 3 モル比が約2.5のNaX型
を用い、上記実施例と同様の調製法によって金の含有量
が0.2重量%(1g/1l触媒)また鉄の含有量が1.6
重量%となるように調製し、比較例1の触媒体を得た。
【0020】評価例1 上記実施例1及び比較例1の触媒体について湿度の異な
るテストガスを用いて以下の試験条件により脱臭浄化試
験を実施した。なお湿度の設定は下記の源ガスに大気中
の空気を水にバブリングさせた含湿空気を混合して行っ
た。
【0021】試験条件1(脱臭浄化試験) 源ガス ;トリメチルアミン(CH3 3 N(窒素バラ
ンス) 濃度100PPM。
【0022】空間速度;9500/h 測定機 ;ガスクロマトグラフィー 測定装置;固定流通式反応装置 温度 ;室温 脱臭浄化試験結果を図2及び図3に示し、図2はガス湿
度50%RH、図3は80%RHでの結果を示す。ここ
で脱臭浄化率Rcは入口ガス濃度をCi、出口濃度をC
oとすると(数1)によって算出した。
【0023】
【数1】
【0024】同図から湿度50%RHでは実施例1及び
比較例1の触媒体ともに90%以上の浄化率Rcを維持
しているのに対して、湿度80%RHでは比較例1、す
なわちNaX型ゼオライトを用いて構成したものは、急
激に浄化率Rcが低下するのに対しハイシリカゼオライ
トZSM−5で構成した実施例1では浄化率Rcの低下
が少ないのがわかる。このことは、NaX型ゼオライト
は双極子モーメントの大きい水を優先的に吸着し、触媒
体表面が水分で被覆されるのに対してハイシリカゼオラ
イトでは疎水性が高いため水分を吸着することなくTM
Aを吸着できることによるものと思われる。
【0025】評価例2 実施例1、評価例1の触媒体について以下の試験条件2
により吸着試験を実施するとともに前記吸着試験実施
後、試験条件3によって臭気成分の脱離試験を実施し
た。
【0026】試験条件2(吸着試験) 使用ガス;トリメチルアミン(CH3 3 N(窒素バラ
ンス) 濃度100PPMに大気中の空気を混合し、濃度50P
PMに希釈して使用。
【0027】空間速度;12000/h 測定機 ;ガスクロマトグラフィー 測定装置;固定流通式反応装置 温度 ;室温 試験条件3(臭気成分脱離試験) 試験条件2での吸着試験終了後、触媒体を非吸着質の容
器に挿入し、10lの空気を封入して室温で放置し、所
定時間毎にトリメチルアミンの雰囲気濃度を測定する。
【0028】測定機 ;ガスクロマトグラフィー 温度 ;室温 上記試験条件による実施例1と比較例1についてのTM
Aの吸着率Ra及び脱離率Rrの測定結果を(表1)に
示す。ここで吸着率Raは脱臭浄化試験において試験ガ
スを2時間流通させた時、TMAの入口側供給質量をm
i、出口側で検出されたTMAの質量をmoとすると、
(数2)によって算出した。
【0029】
【数2】
【0030】また脱離率Rrは上記脱臭浄化試験におい
て触媒体に吸着されたTMAの質量、すなわちmiから
moを減じた量をmcとし、触媒体から非吸着質の容器
内に脱離したTMAの質量をmrとすると(数3)によ
って算出した。
【0031】
【数3】
【0032】すなわち吸着率Raが高い程、脱臭浄化性
能が優れていることを示し、また脱離率Rrは吸着され
たTMAがそのまま脱離される比率を示し、この比率が
低い程酸化分解によって他の成分に転化している率が高
いことの目安となるものである。
【0033】
【表1】
【0034】TMAの吸着率Raはともに95%以上を
有しているのに対し、脱離率Rrは実施例1の触媒体が
26%低い結果を示した。このことは前記のように実施
例1の触媒体の方が酸化分解によって他の成分に転化し
ている率が高い、すなわち酸化活性が高いことを意味す
るものである。なおこの点に関してのメカニズムは十分
解明されていないが、ZSM−5は固体酸強度が高く、
このことがTMAに対する酸化活性が高いことに影響し
ているものと考えられる。
【0035】以上述べたように本実施例によれば、耐湿
度特性に優れるとともにTMAに対する酸化活性の高い
触媒体が得られるものである。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、SiO2
/Al23 モル比が30以上のハイシリカゼオライト
微粉末と、金及び鉄の金属酸化物を、セラミック繊維の
表面及びセラミック繊維の間隙に担持した、脱臭に好適
な酸化触媒体を提供するものであり、以下の効果が得ら
れる。 (1)ゼオライトとしてSiO2 /Al2 3 モル比が
30以上のハイシリカゼオライトを用いて構成したため
疎水性が高められ、耐湿度特性が向上する。これにより
高湿度雰囲気での脱臭が可能となる。また固体酸強度が
高まるため酸化活性が向上し、アミン類などの悪臭成分
を常温下で効果的に脱臭/酸化分解できるとともに長寿
命の脱臭触媒体を提供するものであり、触媒加熱手段が
不要の脱臭装置、あるいは空気清浄用フィルターを実現
できる。 (2)セラミック繊維が触媒体の骨格を構成しているた
め、多孔質構造となっており、ゼオライト微粉末及び
金、鉄の金属酸化物が触媒体表面だけでなく、セラミッ
ク繊維間の数10μmの空隙にも存在し、比表面積を大
きくすることが可能となり、触媒活性表面積及び吸着表
面積が増加できる。 (3)触媒成分である金及び鉄の金属酸化物とゼオライ
ト微粉末がセラミック繊維の網目構造の間隙に配置され
るため密着性が向上し、活性成分が脱離しにくくなる。
これにより複雑な担持操作を行うことなく密着性の高い
触媒担持が可能となるとともにセラミック繊維を骨格と
するため、耐脆強度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における脱臭触媒体の外観斜
視図
【図2】脱臭触媒体湿度50%RHにおける脱臭浄化特
性図
【図3】脱臭触媒体湿度80%RHにおける脱臭浄化特
性図
【符号の説明】
1 触媒体 2 触媒シート 3 通気孔

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック繊維と、前記セラミック繊維
    の表面及びセラミック繊維の間隙に担持されたゼオライ
    トと、金及び鉄の金属酸化物からなり、前記ゼオライト
    をSiO2 /Al2 3 モル比が30以上のハイシリカ
    ゼオライトとした酸化触媒体。
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