JP2928852B2 - 窒素酸化物接触分解用触媒及び接触分解方法 - Google Patents

窒素酸化物接触分解用触媒及び接触分解方法

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JP2928852B2 JP63316290A JP31629088A JP2928852B2 JP 2928852 B2 JP2928852 B2 JP 2928852B2 JP 63316290 A JP63316290 A JP 63316290A JP 31629088 A JP31629088 A JP 31629088A JP 2928852 B2 JP2928852 B2 JP 2928852B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、石油化学,石油精製,公害防止分野におけ
る触媒,吸着剤の製造に関するものである。その中でも
特に工業プラント,自動車等から排出される、排ガス中
の窒素酸化物(以下、NOxと省略する)を含有するガス
からNOxを除去する触媒の製造方法及びそれを使用する
方法に関するものであり、さらに詳細には、NOx直接接
触分解触媒の製造方法及び使用方法に関するものであ
る。
[従来の技術] 工業プラント、自動車等から排出される燃焼排ガス中
のNOxは光化学スモッグの発生原因ともなり得る物質で
あり、環境保全の立場からその除去方法の開発は、重大
かつ緊急の社会的課題である。NOxの除去方法として
は、乾式法と湿式法があり、湿式法においては、NOXを
吸収した廃液中の窒素化合物の処理が困難であり、実用
化にいたっていない。乾式法においては、無触媒還元
法,直接接触分解法,選択接触還元法,吸着法が考えら
れている。これらの中で実用化されているのは乾式法の
選択的NH3接触還元法である。しかし、このプロセスは
還元剤としてNH3が必要であり、さらに未反応のNH3の回
収、あるいは分解するための装置が必要であり、プロセ
スが複雑となる。これに対しNOx直接接触分解法とは、
特定の還元剤を用いないで、触媒にNOxを通すだけで窒
素と酸素に分解する方法であり、還元剤を用いない為、
未反応の還元剤の回収、あるいは分解するための装置が
不必要であり、プロセスが単純となる。
そこで今までにも数多くのNOx直接接触分解反応の研
究がなされ、Pt,CuO,Co3O4などにNOx分解活性が認めら
れたが、いずれも分解生成物である酸素の被毒作用によ
り十分な活性が得られず、実用触媒とはなりえなかっ
た。
最近、銅イオンを含有し、かつ特定の結晶構造を有す
るゼオライトが、NOx直接接触分解触媒として、処理ガ
ス中に水分や酸素が共存しても被毒されないNOx分解触
媒(特開昭60−125250号)となる事が見出されている。
しかしながら触媒活性が不十分であった。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は、水分,酸素の共存による被毒を受け
ず、さらに定常安定性のよい、従来にない特性をもつ触
媒の製造方法及び作用方法を提供することにある。
[課題を解決する為の手段及び作用] 本発明者らは上記課題について鋭意検討した結果、本
発明を完成するに至った。
即ち本発明は、ゼオライトが明細書第1表に示した粉
末X線回折により求めた格子面間隔(d値)を持ち、該
ゼオライトを2種以上の遷移元素イオン及びアンモニア
を含む水溶液でイオン交換処理を行うことを特徴とす
る、2種以上の遷移元素イオン、及び、アンモニア及び
/又はアンモニウムイオンを含有するゼオライトの製造
方法にある。また本発明は、そのようにして製造された
ゼオライト、そのゼオライトから成る窒素酸化物除去用
触媒、及びその窒素酸化物除去用触媒と窒素酸化物含有
ガスとを接触させることを特徴とする窒素酸化物の触媒
分解方法にある。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で、触媒の基剤として用いるゼオライトは第1
表に示した格子面間隔(d値)を持つ事が必須である
が、その製造法は限定されるものではない。また、耐熱
性の向上と銅イオン交換容量とのかねあいから好ましく
は、本発明で使用されるゼオライトのSiO2/Al2O3モル比
は20〜200である。触媒の基剤として第1表に示した格
子面間隔(d値)を持つゼオライトをそのままではNOx
の接触分解活性はほとんどない。
本発明の窒素酸化物除去用触媒のイオン交換は、第1
表に示した格子面間隔(d値)を持つゼオライトを2種
以上の遷移元素イオン及びアンモニアを含む水溶液でイ
オン交換を行うことにより製造する事が必須である。水
溶液中の遷移元素イオンの濃度は、目的とするゼオライ
トのイオン交換率によって任意に設定することが出来
る。遷移元素イオンとしては特に限定されないが、Cu,F
e,Co,Ni,Mn,Cr,V,Ti,Zr,Au,Ag,La,Ce,Pr,Sm等の2種以
上のイオンが使用できるが好ましくは、銅イオン及び希
土類元素イオン、さらに好ましくは銅イオン及びセリウ
ムイオンが共存することである。これらのイオンは可溶
性の塩の形で使用でき、可溶性の塩としては、硝酸塩,
酢酸塩,シュウ酸塩、塩酸塩などが好適に使用出来る。
2種以上の遷移元素イオン交換量の和は高い程よいが、
望ましくは遷移元素イオンの酸化物で表して0.03wt%以
上、さらに望ましくは1.0wt%以上である。アンモニア
としては、アンモニア水,アンモニア含水化合物または
アンモニアガスを溶解した水溶液などが使用出来る。ア
ンモニアの添加量は特に限定されないが、ゼオライトを
含むスラリー溶液中のpHが4〜12の範囲になるように添
加することが好ましい。pHが4未満であるとイオン交換
速度が遅くなり、またpHが12を越えると不純物などの析
出が起こり易くなるからである。またゼオライトの一部
は大過剰のNH3分子が存在している為にNH4型にもなって
いる。
又本発明法による窒素酸化物除去用触媒のSiO2/Al2O3
モル比は使用したゼオライト(基剤)のSiO2/Al2O3モル
比と実質的に変らない。窒素酸化物除去用触媒の結晶構
造もイオン交換前後で異なるものではない。
本発明法の窒素酸化物除去用触媒は粘土鉱物等のバイ
ンダーと混合し成型して使用することもできる。またあ
らかじめゼオライトを成型し、その成型体を2種以上の
遷移元素イオンが共存する水溶液及びアンモニアを含む
水溶液でイオン交換することもできる。
成型体の大きさは特に限定されるものではない。本発
明で触媒の基剤として用い得るゼオライトは第1表に示
した格子面間隔(d値)を持つ事が必須であるがその製
造方法は限定されるものではない。ゼオライトを造粒す
るために用いるバインダーとしては、カオリン,アタパ
ルガイド,モンモリロナイト,ベントナイト,アロフェ
ン,セピオライト等の粘土である。これらのバインダー
をゼオライト100部に対し、5〜30部で造粒するか、又
はバインダーを用いずに成型体を直接合成するいわゆる
バインダレス成型体であってもよい。
本発明法による窒素酸化物除去用触媒がNOx触媒分解
反応に極めて高い活性を示す理由については、明らかで
ないが、遷移元素イオンは酸化・還元が非常にスムーズ
に起り、このスムーズな酸化・還元サイクルによりNOx
が分解すると考えられる。しかも2種以上の遷移元素が
存在すると、触媒における複合効果を生みだす。すなわ
ち複合効果とは、 (1)分解効果(活性サイトの分散性をよくする) (2)酸化状態、電子状態の制御効果(金属の還元状態
を安定に保存する)。
(3)新しい活性点の生成効果。
(4)2種以上の活性点の協調効果、あるいは担体であ
るゼオライトとの担体効果により電子状態が変化しNOx
吸着が促進される。
これらの効果により高いNOx分解活性が得られると考
えられる。さらに、同時に取り込まれたアンモニア分子
がNOx接触分解反応の前処理で脱離することにより、遷
移元素イオンが還元される。そして、NOx分解反応時
に、遷移元素イオンの酸化、還元がさらにスムーズに起
こるようになり、高いNOx分解活性が得られると考えら
れる。
1例として、銅イオンとセリウムイオンの場合を示
す。交換された銅イオンは、Cu+,Cu2+,CuOH+,[Cu(N
H32+のいずれかの形態で、セリウムイオンはC
e2+,Ce3+の形態で、ゼオライト中の陽イオン交換してい
ると考えられる。このような形態でイオン交換している
銅イオン,セリウムイオンとともにゼオライトに取り込
まれたアンモニア分子、NOx接触分解反応の前処理段階
で脱離し、部分的還元が起り、このNOx接触分解反応の
活性サイトである Cu+,Ce2+ができ、Cu+とCu2+、Ce2+とCe3+の酸化、還
元サイクルがスムーズに行われると、遷移元素が2種以
上存在する為に複合効果の影響で高活性を持続するもの
と考えられる。
本発明法による窒素酸化物除去用触媒の持つ特異的結
晶構造とその構造安定性及び耐熱性等が複合的に作用し
酸素、水分の共存下でも高い活性を示していると考えら
れる。
さらに本発明の窒素酸化物除去用触媒をNOx分解触媒
として使用する場合、触媒と窒素酸化物含有ガスを接触
させればよく、その使用温度範囲は200〜1000℃の範
囲、好ましくは300〜700℃の範囲である。触媒と処理ガ
スとの接触時間は特に限定されるものではない。
[発明の効果] 本発明法による窒素酸化物除去用触媒は、石油化学,
石油精製,公害防止分野における触媒,吸着剤としてそ
の中でも窒素酸化物を含有するガスからNOxを除去するN
Ox分解触媒として、特に優れたNOx分解活性を示し、本
発明法により窒素酸化物を接触分解することができる。
[実施例] 以下、実施例において本発明をさらに詳細に説明す
る。しかし本発明は、これら実施例のみに限定されるも
のではない。
実施例1(ゼオライトの合成) 撹拌状態にある実容積2のオーバーフロータイプ反
応槽に、珪酸ソーダ水溶液(SiO2;153.4g/l、Na2O;49.9
g/l、Al2O3;0.8g/l)と硫酸を添加した硫酸アルミニウ
ム水溶液(Al2O3;38.4g/l、H2SO4;275.4g/l)をそれぞ
れ3.2/hr、0.8/hrの速度で連続的に供給した。反応
温度は30〜32℃、スラリーのpHは、6.4〜6.6であった。
排出スラリーを遠心分離機で固定分離、十分水洗後、Na
2O;1.72wt%、Al2O3;2.58wt%、SiO2;39.3wt%、H2O;5
6.4wt%の微粒状無定形アルミノ珪酸塩均一化合物を得
た。該均一化合物2840gと1.39wt%のNaOH水溶液5160gと
を10のオートクレーブに仕込み、160℃で72時間撹拌
下で結晶させた。生成物を固液分離後、水洗、乾燥して
窒素酸化物除去用触媒の基剤となるゼオライトTSZ−821
を得た。化学分析の結果、その組成は無水ベースにおけ
る酸化物のモル比で表して次の組成を有していた。
1.05Na2O・Al2O3・23.3SiO2 また、その粉末X線図から求めたd値は基本的に第1
表に示した数値と同じであった。
実施例2(窒素酸化物除去用触媒の調製) 実施例1で得られたTSZ−821を10g採取して、ゼオラ
イト中のAl原子周に対し0.5の銅原子数、0.5のセリウム
原子数になるようにそれぞれ0.1mol/酢酸銅水溶液、
0.1mol/硝酸セリウム水溶液を入れ室温にて撹拌し、
2.5%NH3水を添加し、スラリーpH10.5になるように調整
した。その後、室温にて12時間撹拌した。固液分離後十
分水洗し、100℃で10時間、乾燥した。得られた窒素酸
化物除去用触媒をTSZ−821−Aとする。
化学分析によって求めた窒素酸化物除去用触媒の組成
を第2表に示す。
実施例3(窒素酸化物除去用触媒のNO分解活性試験) 実施例2で調製した窒素酸化物除去用触媒をプレス成
型した後破砕して42〜80meshに整粒し、その1gを常圧固
定床流通式反応管に充填した。反応前に、窒素酸化物除
去用触媒をヘリウムガス流通下で5℃/minの昇温速度で
500℃まで昇温し、昇温後2時間その温度を維持して前
処理を起こなった。NOを5000ppm含有するヘリウム希釈
ガスを15cc/minの流量で窒素酸化物除去用触媒充填槽を
通して反応させ反応開始後50分後の各反応温度における
NO転化率を求めた。その結果を第3表に示す。
実施例4(窒素酸化物除去用触媒のNO分解活性試験) 実施例2で調製した窒素酸化物除去用触媒をプレス成
型した後破砕して42〜80meshに整粒し、その1gを常圧固
定床流通式反応管に充填した。反応前に、窒素酸化物除
去用触媒をヘリウムガス流通下で5℃/minの昇温速度で
500℃まで昇温し、昇温後2時間その温度を維持して前
処理を行った。NOを5000ppm含有するヘリウム希釈ガス
と空気を混合しNOを3300ppm、酸素を5〜6%になるよ
うに調製し、15cc/minの流量で窒素起酸化物除去用触媒
充填層を通して反応させ、反応開始後50分の各温度にお
けるNO転化率を求めた。その結果を第4表に示す。
比較例1(比較ゼオライトの調整) 実施例1で得られたTSZ−821を10g採取して、ゼオラ
イト中のAl原子数に対し等しい銅原子数になるように0.
1mol/酢酸銅水溶液を入れ、室温にて12時間撹拌し
た。得られた比較ゼオライトをTSZ−821−Bとする。化
学分析によって求めた比較触媒の組成を第5表に示す。
比較例2(比較ゼオライトのNO分解活性試験) 比較例1で調整した比較ゼオライトを実施例3の方法
に従ってNO転化率を求めた。その結果合を第6表に示
す。
比較例3(比較ゼオライトのNO分解活性試験) 比較例1で調製した比較ゼオライトを実施例4の方法
に従って、NO転化率を求めた。その結果を第7表に示
す。
比較例4(比較ゼオライトの調製) 実施例1で得られたTSZ−821を10g採取して、ゼオラ
イト中のAl原子数に対し0.5の銅原子数、0.5のセリウム
原子数になるようにそれぞれ0.1mol/酢酸銅水溶液、
0.1mol/硝酸セリウム水溶液を入れ室温にて撹拌し
た。固液分離後、洗浄しこの操作を2回繰返した後、10
0℃で10時間、乾燥した。得られた窒素酸化物除去用触
媒をTSZ−821−Cとする。
化学分析によって求めた窒素酸化物除去用触媒の組成
を第8表に示す。
比較例5(比較ゼオライトのNO分解活性試験) 比較例4で調製した比較ゼオライトを実施例3の方法
に従ってNO転化率を求めた。その結果を第9表に示す。
比較例6(比較ゼオライトのNO分解活性試験) 比較例4で調製した比較ゼオライトを実施例4の方法
に従って、NO転化率を求めた。その結果を第10表に示
す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−134799(JP,A) 特開 昭63−240950(JP,A) 特開 昭61−275129(JP,A) 特開 昭60−125250(JP,A) 特開 昭59−156437(JP,A) 米国特許3140249(US,A) 米国特許3140251(US,A)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】明細書第1表に示した粉末X線回折により
    求めた格子面間隔(d値)を有するゼオライトを、2種
    以上の遷移元素イオン及びアンモニアを含む水溶液でイ
    オン交換処理を行うことにより得られることを特徴とす
    る、窒素酸化物接触分解用触媒。
  2. 【請求項2】遷移元素イオンが、銅イオン及び希土類元
    素イオンである請求項1に記載の触媒。
  3. 【請求項3】遷移元素イオンが、銅イオン及びセリウム
    イオンである請求項1または2に記載の触媒。
  4. 【請求項4】ゼオライトのSiO2/Al2O3モル比が20〜200
    である請求項1〜3いずれかに記載の触媒。
  5. 【請求項5】請求項1〜4いずれかに記載の窒素酸化物
    接触分解用触媒と窒素酸化物含有ガスとを、還元剤の非
    共存下に接触させることを特徴とする、窒素酸化物の接
    触分解方法。
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