JP2838336B2 - 窒素酸化物接触還元用触媒 - Google Patents
窒素酸化物接触還元用触媒Info
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Landscapes
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
媒に関し、詳しくは、工場、自動車等から排出される排
ガスの中に含まれる有害な窒素酸化物を還元除去する際
に用いて好適な炭化水素及び/又は含酸素化合物を還元
剤として使用する窒素酸化接触還元用触媒に関する。
は、窒素酸化物を酸化した後、アルカリに吸収させる方
法や、アンモニア、水素、一酸化炭素、炭化水素等の還
元剤を用いて、窒素に変換する方法等によつて除去され
ている。しかしながら、前者の方法によれば、生成する
アルカリ廃液を処理して、公害の発生を防止する方策が
必要である。他方、後者の方法によれば、還元剤として
アンモニアを用いるときは、これが排ガス中のイオウ酸
化物と反応して塩類を生成し、その結果、触媒の還元活
性が低下する問題がある。また、水素、一酸化炭素、炭
化水素等を還元剤として用いる場合でも、これらが低濃
度に存在する窒素酸化物よりも高濃度に存在する酸素と
反応するため、窒素酸化物を低減するためには多量の還
元剤を必要とするという問題がある。
窒素酸化物を触媒にて直接分解する方法も提案されてい
るが、しかし、従来知られているそのような触媒は、窒
素酸化物分解活性が低いために実用に供し得ないという
問題がある。
して用いる新たな窒素酸化物接触還元用触媒として、H
型ゼオライトやCuイオン交換ZSM−5等が提案され
ている。特に、H型ZSM−5(SiO2 /Al2 O3
モル比=30〜40)が最適であるとされている。しか
しながら、このようなH型ZSM−5でも、未だ十分な
還元活性を有するものとはいい難く、より高い還元活性
を有する窒素酸化物接触還元用触媒が望まれている。
うな事情に鑑みてなされたものであつて、その目的とす
るところは、炭化水素や含酸素化合物を還元剤として用
いる場合に、酸素の共存下において窒素酸化物が炭化水
素や含酸素化合物と選択的に反応するため、多量の還元
剤を用いることなく、排ガス中の窒素酸化物を効率よく
還元することができる窒素酸化物接触還元用触媒を提供
するにある。
示し、0≦X≦1、0≦Y≦1である。但し、AがLa
であるとき、X=1、Y=1を除く。)で表わされるペ
ロブスカイト型複合酸化物がゼオライト系固体酸担体に
担持されてなることを特徴とする炭化水素及び/又は含
酸素化合物を還元剤として用いる窒素酸化物接触還元用
触媒が提供される。
群から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、BはBa
及びPbよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素
を示し、CはMn及びCoよりなる群から選ばれる少な
くとも1種の元素を示し、0≦X≦1である。)で表わ
されるペロブスカイト型複合酸化物がゼオライト系固体
酸担体に担持されてなることを特徴とする炭化水素及び
/又は含酸素化合物を還元剤として用いる窒素酸化物接
触還元用触媒が提供される。
ら選ばれる少なくとも1種の元素とYを示し、CはCo
及びCrよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素
を示す。)で表わされるペロブスカイト型複合酸化物が
ゼオライト系固体酸担体に担持されてなることを特徴と
する炭化水素及び/又は含酸素化合物を還元剤として用
いる窒素酸化物接触還元用触媒が提供される。
使用される温度領域において固体酸性を示す担体をい
う。固体酸性の確認は、アンモニアを用いた昇温脱離法
や、アンモニア又はピリジンを用いる in situ FTI
R(フーリエ変換赤外線吸収スペクトル)法によりなさ
れる。本発明によれば、担体として、ゼオライト系固体
酸担体が用いられる。
ナイト、Na−ZSM−5、Na−USY(USY:ウ
ルトラステイブル又は超安定Y型ゼオライト)、ゼオラ
イト中のアルミニウムの一部又は全部を他の金属元素、
特に、鉄、ガリウム、亜鉛、ランタン、銅、モリブデ
ン、クロム、ゲルマニウム、チタン、ホウ素等にて置換
されたメタロシリケート等、耐熱性にすぐれるゼオライ
トを硫酸アンモニウム等のアンモニウム塩の水溶液又は
硫酸等の酸で処理して、ゼオライト中のアルカリ金属の
一部又は全部をアンモニウムイオン又は水素イオンにて
イオン交換することによつて得ることができる。アンモ
ニウムイオンでイオン交換する方法による場合は、最後
に焼成処理を必要とする。
えば、次式
酸処理して得られる酸型モルデナイトであつて、SiO
2 /Al2 O3 モル比が13〜20であり、且つ、Si
O2 /H2 Oモル比が25〜200である酸型モルデナ
イトを挙げることができる。但し、上式中、Mはアルカ
リ金属イオンを示し、rはゼオライトの合成条件により
変動する値である。
として、例えば、次式
部又は全部をチタンイオン(Ti4+)、ジルコニウムイ
オン(Zr4+)又はスズイオン(Sn4+)にて交換して
得られるゼオライトを挙げることができる。但し、上式
中、M’はアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオ
ン又は水素イオンを示し、nA=p(nはイオンMの価
数である。)、q/p≧5である。
(1)又は(2)の方法によつて調製することができ
る。 (1)ゼオライト系固体酸担体を分散させたスリラー中
に、目的とするペロブスカイト化合物の前駆体を担持さ
せ、次いで、濾過、水洗、リパルプを繰り返し行なつた
後、乾燥し、焼成する。
したペロブスカイト化合物とを遊星ミル等によつて十分
に湿式粉砕混合する。
物の生成温度は低い方が好ましい。その理由は、その生
成温度が低い程、大きな比表面積を有するペロブスカイ
ト化合物が得られ、ゼオライト系固体酸担体とペロブス
カイト化合物を構成する元素との反応によりゼオライト
系固体酸担体の固体酸性が変質したり、ペロブスカイト
化合物の生成量の低下により触媒の活性が低下したりす
ることを回避することができるからである。
ト化合物の好適な担持量は、このペロブスカイト化合物
とゼオライト系固体酸担体との総重量において、0.1〜
60重量%であり、より好適な担持量は、5〜50重量
%である。ペロブスカイト化合物の担持量が60重量%
を越えても、そのような増量に応じた添加効果が得られ
ないばかりでなく、酸素が共存する反応系においては、
酸素による炭化水素や含酸素化合物の消耗が多くなる。
一方、担持量が0.1重量%よりも少ないときは、触媒の
還元活性を十分に向上させることができない。
成形方法によつて、ハニカム状、球状等の種々の形状に
成形することができる。この成形の際に、成形助剤、成
形体補強体、無機繊維、有機バインダー等を適宜配合し
てもよい。また、予め成形された基材上にウオツシユコ
ート法等によつて被覆担持させることもできる。更に、
従来、知られているその他の触媒の調製法によることも
できる。
する炭化水素の具体例としては、気体状のものとして、
メタン、エタン、ブチレン等の炭化水素ガスが、液体状
のものとして、ペンタン、ヘキサン、オクタン、ヘプタ
ン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の単一成分系の炭
化水素や、ガソリン、灯油、軽油、重油等の鉱油系炭化
水素等が挙げられる。特に好適な炭化水素としては、ア
セチレン、メチルアセチレン、1−ブチン等の低級アル
キン、エチレン、プロピレン、イソブチレン、1−ブテ
ン、2−ブテン等の低級アルケン、ブタジエン、イソプ
レン等の低級ジエン、プロパン、ブタン等の低級アルカ
ン等が挙げられる。
つて異なるが、窒素酸化物に対するモル比にて0.1〜2
程度である。0.1未満であるときは、十分な還元活性を
得ることができず、他方、モル比が2を越えるときは、
未反応の炭化水素の排出量が多くなるために、これを回
収するための後処理が必要となる。
使用する含酸素化合物とは、酸素元素を分子内に有する
有機化合物のことである。その具体例としては、メチル
アルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、
オクチルアルコール等のアルコール類、ジメチルエーテ
ル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル等のエーテ
ル類、酢酸メチル、酢酸エチル、油脂類等のエステル
類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類等が挙
げられる。好適な含酸素化合物としては、メチルアルコ
ール、エチルアルコール等の低級アルコールが挙げられ
る。
れ一種を単独で用いてもよく、必要に応じて二種以上併
用してもよい。また、炭化水素と含酸素化合物とを一種
又は二種以上併用するようにしてもよい。
乃至不完全燃焼生成物、即ち、炭化水素類やパテイキユ
レート類等も還元剤として有効であり、これらも本発明
における炭化水素に含まれる。このことから、見方を変
えれば、本発明による触媒は、排ガス中の炭化水素類や
パテイキユレート類等の減少或いは除去触媒としても有
用であるということができる。
元反応を示す温度は、含酸素化合物<アルキン<アルケ
ン<芳香族系炭化水素<アルカンの順に高くなる。ま
た、同系の炭化水素においては、炭素数が大きくなるに
従つて、その温度は低くなる。本発明による触媒が窒素
酸化物に対して還元活性を示す最適な温度は、使用する
還元剤や触媒種により異なるが、通常、100〜800
℃である。この温度領域においては、空間速度(SV)
500〜100000程度で排ガスを流通させることが
好ましい。本発明において特に好適な温度領域は200
〜600℃である。
本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではな
い。 (1)触媒の調製
70.65g、硝酸バリウム(Ba(NO3)2 )10.63
g及び硝酸コバルト6水和物59.19gを水500mlに
溶解させて、水溶液を調製した。 十分に攪拌しながら、
上記水溶液に濃度121g/1の水酸化ナトリウム水溶
液を加えてpHを10とした。沈殿反応終了後、18時間
攪拌を続けて、熟成を行なつた。その後、濾過、水洗、
リパルプを濾液の導電率がリパルプ用水とほぼ同じにな
るまで繰り返した。得られた濾過ケーキを120℃で1
8時間乾燥し、次いで、800℃で3時間焼成して、ペ
ロブスカイト化合物(Ce0.8 Ba0.2 CoO3 )を得
た。このペロブスカイト化合物のBET法による比表面
積(以下の比表面積の測定も同法による。)は23.0m2
/gであつた。
30gと日本化学社製H型モルデナイト(HM−23)
との混合物に水100gを加えてスラリーを得た。この
スラリーを1.25mmピツチのコージユライト社製のハニ
カム(以下、このハニカムを単にハニカムと称する。)
に塗布し、触媒を担持させて、試作サンプル(A−1)
を得た。このときの触媒の担持量は、ハニカム1cc当た
り0.130gであつた。
10.76g及び酢酸コバルト4水和物50.66gを50
0mlの水に溶解させて水溶液を調製した。この水溶液に
十分に攪拌しながら、濃度121g/1の水酸化ナトリ
ウム水溶液を滴下して、液のpHを10とした。沈殿反応
終了後、18時間攪拌を続け、熟成を行なつた。その
後、濾過、水洗、リパルプを濾液の導電率がリパルプ用
水とほぼ同じになるまで繰り返した後、得られた濾過ケ
ーキを120℃で18時間乾燥させた。
アンモニウムのアンモニア性水溶液(MoO2 として2
5g/l濃度の水溶液)260.22mlを加え、十分に混
練した後、蒸発乾固させ、120℃で18時間乾燥さ
せ、次いで、850℃で3時間焼成して、ペロブスカイ
ト化合物(La0.8 Sr0.2 Co0.8 Mo0.2 O3 )を
得た。このペロブスカイト化合物の比表面積は、11.4
m2/gであつた。
00gを硝酸ジルコニル水溶液(ZrO2 として100
g/1濃度の水溶液)に浸漬し、攪拌しながら70℃に
1時間保持し、NaをZrとイオン交換させた。濾過、
水洗して得たゼオライトケーキを乾燥させた後、650
℃で4時間焼成した。このゼオライト(Zr−モルデナ
イト)のZr含有量は3.3重量%であり、また、比表面
積は391m2/gであつた。
30gと上記Zr−モルデナイト100gとの混合物に
水を100gを加え、遊星ミルにて30分間粉砕混合
し、更に、水で粘度調整して、ウオツシユコート用スラ
リーを得た。このスラリーをハニカムに塗布し、触媒を
担持させて、試作サンプル(A−2)を得た。このとき
の触媒の担持量は、ハニカム1cc当たり0.135gであ
つた。
O)173.49gと硝酸コバルト6水和物145.52g
を水500mlに溶解させて、水溶液を調製した。この水
溶液に十分に攪拌しながら、濃度121g/1の水酸化
ナトリウム水溶液を加えてpHを10とした。沈殿反応終
了後、18時間攪拌を続けて、熟成を行なつた。その
後、濾過、水洗、リパルプを濾液の導電率がリパルプ用
水とほぼ同じになるまで繰り返した。得られた濾過ケー
キを120℃で18時間乾燥し、次いで、700℃で3
時間焼成した。
スカイト結晶相が生成していることが確認された。ま
た、この焼成物の比表面積は18.5m2/gであつた(Y
CoO3 )。このようにして得たペロブスカイト化合物
30gと日本化学社製のH型モルデナイト(HM−2
3)100gとの混合物に水を100g加え、遊星ミル
にて30分間粉砕混合し、更に、水で粘度調整してウオ
ツシユコート用スラリーを得た。このスラリーをハニカ
ムに塗布し、触媒を担持させて、試作サンプル(A−
3)を得た。このときの触媒の担持量は、ハニカム1cc
当たり0.102gであつた。
水和物28.69g、硝酸セリウム6水和物(Ce(NO
3 )3 ・6H2 O)35.90g及び硝酸クロム49.22
gを混合し、次いで、800℃で3時間焼成した以外
は、実施例3と同様の方法にて、ペロブスカイト化合物
(La0.2 Y0.4 Ce0.4 CrO3 )を得た。このペロ
ブスカイト化合物の比表面積は、21.6m2/gであつ
た。
30gと日本化学社製H型モルデナイト(HM−23)
100gとの混合物に水を100g加えてスラリーを
得、これをハニカムに塗布し、触媒を担持させて、試作
サンプル(A−4)を得た。このときの触媒の担持量
は、ハニカム1cc当たり0.098gであつた。
H2 Oで表わされるナトリウム型モルデナイトの市販品
(日本モービル社製ZSM−5、Y/X=35)100
gを0.025モル/1のTiOSO4 水溶液1リットル
中に浸漬し、十分に攪拌した。
ら、100℃/時の昇温速度で昇温し、125℃に1時
間保持し、TiOSO4 を加水分解させて、NaをTi
でイオン交換した後、濾別、水洗して、ゼオライトのケ
ーキを得た。次いで、このケーキを乾燥した後、650
℃で4時間焼成して、ゼオライトを得た。このゼオライ
ト中のTi含有量は、TiO2 として2.4重量%であつ
た。
型モルデナイトに代えて用いた以外は、実施例3と同様
にして、試作サンプル(A−5)を得た。このときの触
媒の担持量は、ハニカム1cc当たり0.116gであつ
た。
24.02g、硝酸鉛132.48g及び酢酸マンガン4水
和物245.09gを水500mlに溶解させて、水溶液を
調製した。この水溶液に十分に攪拌しながら、濃度12
1g/1の水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを10と
した。沈殿反応終了後、18時間攪拌を続けて、熟成を
行なつた。その後、濾過、水洗、リパルプを濾液の導電
率がリパルプ用水とほぼ同じになるまで繰り返した。得
られた濾過ケーキを120℃で18時間乾燥し、次い
で、700℃で3時間焼成した。
スカイト結晶相が生成していることが確認された。ま
た、この焼成物のBET法による比表面積は25.9m2/
gであつた(Pr0.6 Pb0.4 MnO3 )。
40gと日本化学社製H型モルデナイト(HM−23)
60gとの混合物に水を100g加え、遊星ミルにて3
0分間粉砕混合し、更に、水で粘度調整してウオツシユ
コート用スラリーを得た。このスラリーをハニカムに塗
布し、触媒を担持させて、試作サンプル(A−6)を得
た。このときの触媒の担持量は、ハニカム1cc当たり0.
118gであつた。
263.01g、硝酸鉛132.48g及び酢酸マンガン4
水和物245.09gを用いて、実施例6と同様にして、
ペロブスカイト化合物(Nd0.6 Pb0.4 MnO3 )を
得た。このペロブスカイト化合物の比表面積は30.7m2
/gであつた。
40gと日本化学社製H型モルデナイト(HM−23)
60gとの混合物に水を100g加えてスラリーを得、
これをハニカムに塗布し、触媒を担持させて、試作サン
プル(A−7)を得た。このときの触媒の担持量は、ハ
ニカム1cc当たり0.133gであつた。
O)270.82g、硝酸鉛132.48g及び酢酸マンガ
ン4水和物245.09gを混合し、次いで、700℃で
3時間焼成した以外は、実施例6と同様にして、ペロブ
スカイト化合物(Gd0.6 Pb0.4 MnO3 )を得た。
このペロブスカイト化合物の比表面積は24.2m2/gで
あつた。
40gと日本化学社製H型モルデナイト(HM−23)
60gとの混合物に水を100g加えてスラリーを得、
これをハニカムに塗布し、触媒を担持させて、試作サン
プル(A−8)を得た。このときの触媒の担持量は、ハ
ニカム1cc当たり0.127gであつた。
O)230.97g、硝酸コバルト6水和物291.03g
とを混合し、次いで、800℃で3時間焼成した以外
は、実施例6と同様にして、ペロブスカイト化合物(S
mCoO3 )を得た。このペロブスカイト化合物の比表
面積は16.4m2/gであつた。
40gと日本化学社製H型モルデナイト(HM−23)
60gとの混合物に水を100g加えてスラリーを得、
これをハニカムに塗布し、触媒を担持させて、試作サン
プル(A−9)を得た。このときの触媒の担持量は、ハ
ニカム1cc当たり0.112gであつた。
O)354.68g、硝酸バリウム52.27g及び硝酸コ
バルト6水和物291.03gを用い、実施例9と同様に
して、ペロブスカイト化合物(Eu0.8 Ba0.2 CoO
3 )を得た。このペロブスカイト化合物の比表面積は1
8.5m2/gであつた。
30gと日本化学社製H型モルデナイト(HM−23)
100gとの混合物に水を100g加えてスラリーを
得、これをハニカムに塗布し、触媒を担持させて、試作
サンプル(A−10)を得た。このときの触媒の担持量
は、ハニカム1cc当たり0.119gであつた。
2 /Al2 O3 のモル比=34)30gと住友化学社製
のγ−アルミナ(A−11)100gとの混合物に水を
100g加えてスラリーを得、これをハニカムに塗布
し、触媒を担持させて、比較サンプル(B−1)を得た
(H型ZSM−5)。このときの触媒の担持量は、ハニ
カム1cc当たり0.128gであつた。
プル(B−1)について、下記の試験条件により窒素酸
化物含有ガスの窒素酸化物接触還元を行い、窒素酸化物
のN2 への転化率をガスクロマトグラフ法によりN2 を
定量して算出した。
明による触媒((A−1)〜(A−10))は、いずれ
も窒素酸化物の窒素への転化率が高いのに対して、比較
例による触媒(B−1)は、窒素酸化物の窒素への転化
率が著しく低い。
よる炭化水素や含酸素化合物を還元剤として使用する窒
素酸化物接触還元用触媒は、酸素の共存下において、排
ガス中の窒素酸化物を効率よく接触還元することができ
る。
Claims (3)
- 【請求項1】一般式 AX B1-X CoY Mo1-Y O3 (式中、AはLa又はCeを示し、BはBa又はSrを
示し、0≦X≦1、0≦Y≦1である。但し、AがLa
であるとき、X=1、Y=1を除く。)で表わされるペ
ロブスカイト型複合酸化物がゼオライト系固体酸担体に
担持されてなることを特徴とする炭化水素及び/又は含
酸素化合物を還元剤として用いる窒素酸化物接触還元用
触媒。 - 【請求項2】一般式 AX B1-X CO3 (式中、AはPr、Nd、Sm、Eu及びGdよりなる
群から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、BはBa
及びPbよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素
を示し、CはMn及びCoよりなる群から選ばれる少な
くとも1種の元素を示し、0≦X≦1である。)で表わ
されるペロブスカイト型複合酸化物がゼオライト系固体
酸担体に担持されてなることを特徴とする炭化水素及び
/又は含酸素化合物を還元剤として用いる窒素酸化物接
触還元用触媒。 - 【請求項3】一般式 ACO3 (式中、Aは(a) Y又は(b) La及びCeよりなる群か
ら選ばれる少なくとも1種の元素とYを示し、CはCo
及びCrよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素
を示す。)で表わされるペロブスカイト型複合酸化物が
ゼオライト系固体酸担体に担持されてなることを特徴と
する炭化水素及び/又は含酸素化合物を還元剤として用
いる窒素酸化物接触還元用触媒。
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