JP3074343B2 - NOx吸着剤の製造方法 - Google Patents

NOx吸着剤の製造方法

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JP3074343B2
JP3074343B2 JP06064256A JP6425694A JP3074343B2 JP 3074343 B2 JP3074343 B2 JP 3074343B2 JP 06064256 A JP06064256 A JP 06064256A JP 6425694 A JP6425694 A JP 6425694A JP 3074343 B2 JP3074343 B2 JP 3074343B2
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正義 市来
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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、例えば、各種道路トン
ネル、山岳トンネル、海底トンネル、地下道路、シェル
ター付道路等の各種トンネル(総称して「道路トンネル
等」と呼ぶ)における換気ガス中に含有される低濃度の
窒素酸化物(NOx)を効率よく除去するNOx吸着除
去剤の製造方法に関するものである。
【0002】
【発明の背景】道路トンネル等において、特に長大で自
動車交通量の多いものについては、通行者の健康保護や
明視距離の改善を目的に相当量の換気を行う必要があ
る。また、比較的短距離のトンネルでも都市部あるいは
その近郊では、出入口部に集中する一酸化炭素(C
O)、NOx等による大気汚染を防止する方法として、
トンネル内の空気を吸引排気(換気)する方法がある。
【0003】しかしながら、換気ガスをそのまま周囲に
放散したのでは、地域的な環境改善にはならず、特に自
動車排ガスによる汚染が平面的に拡がっている都市部あ
るいはその近郊では高度の汚染地域を拡大させることに
なりかねない。
【0004】道路トンネル等の換気ガス中のNOxは一
般に10ppm以下の濃度であり、その大半がNOで少
量のNO2 ならびにN2 Oなどが含まれている。さらに
数%の湿分と0.1%以下のCO2 、1ppm以下のS
2 、ならびに数ppmの炭化水素類が共存している。
【0005】このようなガスからNOxを吸着除去する
ための吸着剤には、以下の要件が要求される。
【0006】 NOx吸着性能が阻害されない。
【0007】 吸着剤がCO2 、炭化水素類、SO2
等による被毒を受けない。
【0008】さらに、吸着は室温付近で行われるが、吸
着と熱再生(脱着)を繰り返しても長期間安定した性能
を保持するには、吸着剤に高い耐熱性が要求される。
【0009】
【従来の技術】本発明者らは先に上記要求事項を満たす
吸着剤として、チタニア(TiO2 )あるいはアルミナ
(Al2 3 )にRu、Ce等を担持させた吸着剤を提
案した(特開平5−200281および特願平5−20
9673)。
【0010】この吸着剤は湿分の存在にも拘らずほぼ選
択的にNOxを吸着し、CO2 、炭化水素類、SO2
による被毒も極力抑えられている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】担体としてチタニア
(TiO2 )あるいはアルミナ(Al2 3 )を用いた
場合には担持したRuの300℃以上での熱安定性が問
題となる。すなわち、Ruを担持・焼成した後Ceを担
持する場合、およびRuとCeを同時に担持する場合に
は、Ceは比較的高温(400℃前後)で焼成すること
が望まれるにも拘らず、焼成温度は300℃前後が限界
である。また、Ceを先に担持・焼成しその後Ruを担
持する場合には高温焼成が可能であるが、この手法で得
られるNOx吸着剤は、Ruの担持後Ceを担持する方
法およびRuとCeの同時担持の製法による吸着剤と比
べ、耐熱性、耐SOx性の点で見劣りする。
【0012】この発明の課題は、上記の点に鑑み、耐熱
性、耐SOx性に優れたNOx吸着剤を提供することに
ある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、チタニア
等と比べ強い固体酸性点を多量に持つシリカアルミナを
担体として採用し、酸性点にほぼ飽和に達するまでRu
を担持させ、比較的低温で焼成の後Ceを担持させ、高
温で焼成をするNOx吸着剤の製造方法を開発した。
【0014】すなわち、本発明によるNOx吸着剤の製
造方法は、固体酸性点を有する多孔性シリカアルミナ担
体を、Ruイオンを含む酸性溶液に浸漬して、酸性点に
所定量のRuイオンを吸着させ、乾燥・焼成の後、同担
体を希土類イオンを含む酸性溶液に浸漬して、希土類イ
オンを残留する酸性点に吸着させ、さらに過剰の希土類
イオンを酸性点以外の担体細孔内表面に吸着させて乾燥
・焼成をすることを特徴とするものである。
【0015】担体として、市販のシリカアルミナコロイ
ドゾル(固形分約20重量%)を耐熱性繊維からなるプ
レフォーム体に含浸させたものを用いることもできる。
プレフォーム体としてはガラス、セラミックス、金属、
耐熱性高分子等の耐熱性繊維で構成されたクロス、ペー
パー、マット等が例示される。プレフォーム体は板状あ
るいはハニカム状、または折曲げ加工を施したものでも
よい。
【0016】コロイドゾルを乾燥・焼成する場合、焼成
温度が高いとアルカリ金属の溶出に長時間を要し、ま
た、焼成温度が低すぎると本処理中に担体が崩れ易い。
プレフォーム体に含浸したコロイドゾルは200℃以
下、望ましくは150℃以下で乾燥する。
【0017】プレフォーム体の繊維間空隙に保持された
シリカアルミナ粒子は乾燥・焼成により繊維どうしを結
合する強いバインダーとしての機能も有し、バインダー
を別途添加すること無く強固な板状あるいはハニカム状
のシリカアルミナ担体を得ることができる。
【0018】道路トンネル換気ガス浄化等大量のガスを
取り扱うシステムに、本発明で得られた吸着剤を適用す
る場合、ダストによる閉塞トラブルの解消、ガス流通抵
抗の低減等を目的に、吸着剤を板状ならびにハニカム化
することが好ましい。
【0019】市販のシリカアルミナ担体あるいはコロイ
ドゾルには一般にNa等アルカリ金属が含まれている。
これは、酸性点に吸着されRuの吸着機能を妨げ、ある
いはRuイオン溶液に溶出して溶液のpHを引き上げ、
これに起因して溶液中のRuが水酸化物として沈澱する
現象を引き起こす。これを防止するために、焼成後の担
体を、担体中のアルカリ金属の2倍以上の当量の塩化ア
ンモニウムを溶解した温水に数時間以上浸漬し、アルカ
リ金属とアンモニアを置換させた後、水洗・乾燥・焼成
を行い、最終的にはアルカリ分を酸性点上に残さない処
理を施すことが好ましい。
【0020】アンモニウム塩としては塩化アンモニウ
ム、硝酸アンモニウム等容易に分解・揮発するものが好
ましい。
【0021】アンモニウム塩水溶液による処理は50℃
以上、望ましくは70〜90℃で1時間以上、望ましく
は2〜5時間行い、焼成を空気流通下250℃以上望ま
しくは350〜500℃で0.5時間以上望ましくは1
〜3時間行う。
【0022】Ruイオンを含む酸性溶液の代表例は、ル
テニウム(Ru)の酸化物、水酸化物またはハロゲン化
物を含む水溶液である。
【0023】担体の酸性点になるべく多量のRuを吸着
させ、かつ細孔内に過剰のRuを存在させないために、
以下の操作を行うことが好ましい。
【0024】 板状担体に染み込む液量(保液量)中
のRuイオンがシリカアルミナのRu飽和吸着量に匹敵
するよう、シリカアルミナ保持量、保液量等に合わせて
Ru溶液濃度を調整する。
【0025】 Ru溶液のpHは1.5以下であり、
担体からアルミナ分等が溶出してRu溶液が汚染される
ので、浸漬時間は液が染み込むのに必要な最小時間に制
限すべきである。
【0026】 染み込み液によってもたらされたRu
が担体酸性点に到達し、吸着が確実に行われるよう、担
体を、Ruイオンを含む酸性溶液に浸漬して引き上げた
後、湿潤状態で1時間以上、望ましくは3〜5時間放置
し、熟成を行う。
【0027】Ru吸着担持後、乾燥・焼成を行うが、こ
れは後工程の稀土類担持において、Ruの再溶出を低減
するために行うもので、稀土類未担持の時点では充分な
耐熱性が発現しないので、焼成は再溶出を防止できる最
低の温度で行うことが好ましい。Ru担持後の焼成を1
80〜300℃、望ましくは200〜250℃で0.5
〜3時間、望ましくは1〜2時間行う。
【0028】希土類イオンを含む酸性溶液の代表例は、
ランタン(La)、セリウム(Ce)等希土類の酸化
物、水酸化物またはハロゲン化物を少なくとも1種を含
む水溶液である。希土類イオンを含む酸性溶液にカルシ
ウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属イオンを添加
することも好ましい。これにより、希土類イオンを吸着
しにくい酸性点に容易に吸着担持させることができる。
【0029】稀土類は、稀土類添加の目的から考えれば
吸着剤細孔内のNOx拡散を阻害しない範囲で極力多量
に担持することが望ましい。経済性の観点も加味して、
最終製品中に稀土類が25〜35重量%担持されていれ
ば充分と考えられる。
【0030】稀土類担持後の焼成は吸着剤がすでに高い
耐熱性を具備しているので短時間で完全な酸化物とする
ために比較的高温で行うのが望ましい。
【0031】希土類と望ましくはアルカリ土類担持の後
の焼成を350℃〜500℃、望ましくは400〜45
0℃で2時間以上、望ましくは3〜4時間行う。
【0032】
【作用】本発明の製造方法によれば、Ruの耐熱性は固
体酸性点と稀土類の作用により飛躍的に向上し、400
℃前後の加熱では性能が全く低下しない。その結果、塩
化セリウム等稀土類化合物を完全に分解し、かつ適度の
アルカリ性を発現させるために望まれる380℃以上の
温度での焼成が可能である。
【0033】適度のアルカリ性を示す稀土類は、NO2
の吸着能を示し、Ru表面上で酸化・生成したNO2
吸着座を与えることにより吸着剤の吸着容量を増加させ
る。同時に稀土類は、Ruの特性を劣化させるSOxに
対するトラッピング作用を有し、吸着性能の安定化に寄
与する。
【0034】担体表面にRuまたは稀土類を吸着してい
ない酸性点が存在していると、吸着剤使用の時に湿分が
これに吸着され、加熱再生エネルギーの増大や可逆的で
はあるがNOx吸着容量の低下を引き起こす。そこで、
酸性点に吸着され易いアルカリ土類イオンを添加し、空
き酸性点を減少させることにより、NOxに共存する湿
分の影響が低減され、より好ましい特性の吸着剤が得ら
れる。
【0035】
【実施例】以下に、この発明の実施例について説明す
る。
【0036】実施例1 (1) 板状担体の製法 市販のセラミックスペーパー(紙厚:0.25mm)を
市販のシリカアルミナコロイドゾル(固形分約20重量
%)に浸漬し、同ゾルをセラミックスペーパーに充分に
染み込ませた後、ペーパーを引き上げ、液タレを切った
後同ペーパーをステンレス板上にのせて乾燥し、500
℃で1時間焼成した。こうして板状シリカアルミナ担体
を得た。
【0037】得られた板状担体のシリカアルミナ保持量
は110g/m2 (坪量)であり、引っ張り強度は1.
6kgf/mm2 であった。
【0038】(2) 塩安処理 上記板状担体10gを1モル/リットルの塩化アンモニ
ウム水溶液に温度90℃で120分間浸漬して塩安処理
を行った。
【0039】(3) RuおよびCeの担持 この塩安処理担体を、Ruが15.2g/リットルとな
るように調整した塩化ルテニウム(RuCl3 )の水溶
液に3分間浸漬し、タレ切り後湿潤状態に保ちながら室
温で1時間熟成した。その後、これを250℃で2時間
焼成した。
【0040】ついで、Ruを担持した担体を、Ceが2
45g/リットルとなるように調整した塩化セリウム
(CeCl3 )の水溶液に0.5時間浸漬し、引上げ後
400℃で4時間焼成した。こうして最終の吸着剤製品
を得た。
【0041】(4) 性能試験 上記熟成時間と最終製品の初期NOx吸着性能を調べ
た。その結果を図1に示す。
【0042】NOx吸着性能は、 飽和吸着量(cm3 /g)=室温不可逆NO吸着量(c
3 )/吸着剤中のシリカアルミナ重量(g) で表した。
【0043】また、上記最終製品を450℃で24時間
強制熱劣化処理し、この熱劣化処理品についてもNOx
吸着性能を調べた。その結果も表1に示す。
【0044】図1から明らかなように、この吸着剤は耐
熱性に優れていることが判る。
【0045】実施例2 実施例1と同様の手法で熟成4時間後、Ce担持量(C
e重量(g)/シリカアルミナ重量(g)×100)を
変化させて、吸着剤を調製した。これらの最終製品につ
いて上記Ce担持量と初期NOx吸着性能を調べた。そ
の結果を図2に示す。
【0046】NOx吸着性能は、実施例1と同様に飽和
吸着量(cm3 /g)で表した。
【0047】また、上記最終製品を450℃で24時間
強制熱劣化処理し、さらに50ppmSO2 含有ガスで
250℃で12時間SO2 強制劣化処理した(SO2
して1.5リットル/m2 吸着)。このSO2 強制劣化
処理品についてもNOx吸着性能を調べた。その結果も
図2に示す。
【0048】図2から明らかなように、この吸着剤は耐
SO2 性に優れていることが判る。
【0049】参考例1 市販のシリカアルミナコロイドゾルを60℃で蒸発乾固
して得たシリカアルミナ粉末10gを0.2モル/リッ
トルの塩化アンモニウム水溶液に浸漬して温度80〜9
0℃で3時間塩安処理を行った。塩安処理した粉末を5
00℃で1時間、空気流通下で焼成した。
【0050】上記塩安処理した粉末を異なる焼成温度で
焼成した。
【0051】こうして得られた各サンプルの塩安処理前
後のNaを分析して溶出率を求めた。この結果を図3に
示す。
【0052】図3から明らかなように、焼成温度80℃
以下ではサンプルの機械的強度は非常に弱い。したがっ
て、実用的には焼成温度は100℃以上必要と考えられ
る。
【0053】
【発明の効果】本発明の製造方法により、耐熱性、耐S
Ox性に優れたNOx吸着剤を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 熟成時間と飽和吸着量の関係を示すグラフで
ある。
【図2】 Ce担持量と飽和吸着量の関係を示すグラフ
である。
【図3】 焼成温度とNa溶出率の関係を示すグラフで
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福寿 厚 大阪市此花区西九条5丁目3番28号 日 立造船株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−88363(JP,A) 特開 平5−200281(JP,A) 特開 平5−123569(JP,A) 特開 平7−204468(JP,A) 特開 平5−123568(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 20/10 B01J 20/30

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体酸性点を有する多孔性シリカアルミ
    ナ担体を、Ruイオンを含む酸性溶液に浸漬して、酸性
    点に所定量のRuイオンを吸着させ、乾燥・焼成の後、
    同担体を希土類イオンを含む酸性溶液に浸漬して、希土
    類イオンを残留する酸性点に吸着させ、さらに過剰の希
    土類イオンを酸性点以外の担体細孔内表面に吸着させて
    乾燥・焼成をすることを特徴とするNOx吸着剤の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 請求項(1) 記載の方法において、希土類
    イオンを含む酸性溶液にアルカリ土類金属イオンを添加
    することを特徴とするNOx吸着剤の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項(1) または(2) 記載の方法におい
    て、担体として、シリカアルミナのコロイドゾルを耐熱
    性繊維からなるプレフォーム体に含浸させたものを用い
    ることを特徴とするNOx吸着剤の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項(3) 記載の方法において、プレフ
    ォーム体に含浸したコロイドゾルを200℃以下の温度
    で乾燥することを特徴とするNOx吸着剤の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項(1) または(2) 記載の方法におい
    て、担体が、予めアンモニウム塩水溶液で処理し、焼成
    したものであることを特徴とするNOx吸着剤の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 請求項(4) 記載の方法において、アンモ
    ニウム塩水溶液による処理を50℃以上で1時間以上行
    い、焼成を空気流通下250℃以上で0.5時間以上行
    うことを特徴とするNOx吸着剤の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項(1) 記載の方法において、Ru吸
    着後の焼成を180〜300℃で0.5〜3時間行うこ
    とを特徴とするNOx吸着剤の製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項(1) 記載の方法において、希土類
    吸着後の焼成を350℃〜500℃で2時間以上行うこ
    とを特徴とするNOx吸着剤の製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項(1) 記載の方法において、担体
    を、Ruイオンを含む酸性溶液に浸漬して、引き上げた
    後、湿潤状態で1時間以上放置することを特徴とするN
    Ox吸着剤の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1045001C (zh) * 1996-06-07 1999-09-08 南开大学新技术集团公司丹阳分厂 异丙醚生产工艺

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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