JP3210748B2 - リン酸系組成物及びその製法、ならびにそれを用いたNOx還元分解用触媒 - Google Patents

リン酸系組成物及びその製法、ならびにそれを用いたNOx還元分解用触媒

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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B25/00Phosphorus; Compounds thereof
    • C01B25/16Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
    • C01B25/26Phosphates
    • C01B25/45Phosphates containing plural metal, or metal and ammonium

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規なリン酸系組成物
であり、特にNOx還元分解用触媒に適した組成物およ
びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来技術】近年、環境汚染が重要な問題となり、その
中でも自動車の排気ガス中のNOx、COx等の有害物
質を分解、除去する方法の開発が急務となっている。そ
こで、従来より用いられている自動車の排気ガス浄化用
触媒としては、一酸化炭素(COx)および炭化水素
(CxHy)の酸化と、窒素酸化物(NOx)の還元を
同時に行う三元触媒が汎用されている。このような触媒
としては、Pd,Pt,Rh等の貴金属のγ−Al2
3 との混合物が用いられ、この触媒をコージェライト等
の耐火性担体に担持したものが用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、この
ような触媒は、およそ1%程度の酸素濃度においてのみ
排気ガスの浄化を効率よく行うことができ、排気ガスの
酸素濃度が上記最適値よりも高くなると有効に働かなく
なると言う問題がある。そこで、通常は排気ガス中の酸
素濃度を測定して常に最適な空燃比となるように制御す
ることが行われており、これより高い酸素濃度の排気ガ
ス浄化はほとんどできていないのが現状である。
【0004】一方、ガソリンエンジンにおいては、低燃
費化を図るために希薄燃焼方式の研究開発が行われてい
るが、この場合、排気ガス中の酸素濃度が数%となり、
貴金属の被毒により排気ガスの浄化ができなくなるとい
う欠点がある。またディーゼルエンジンにおいても、現
状の燃焼方式では排気ガス中の酸素濃度が高いために、
排気ガスの浄化が全くなされていないのが現状である。
【0005】また、工場等の固定式の燃焼装置において
は、排気ガス中にアンモニア等の還元剤を混入すること
により酸素濃度の高い排気ガス中のNOxの還元を行っ
ているが、この方法を自動車等の移動式燃焼装置に取り
付けることは安全性の面で問題があった。
【0006】よって、本発明は上記のような酸素濃度の
高い排気ガス中で、有効に排気ガスの浄化が可能で、且
つアンモニア等の毒性の還元剤を必要としない触媒とし
て有用な組成物を提供するものである。
【0007】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、上記の
問題点に対して研究を進めた結果、少なくともCu、Z
r、リン(P)および酸素(O)を含み、Zr/Cuで
表されるモル比が3.9乃至4.1、P/Cuで表され
るモル比が5.9乃至6.1の組成からなり、粉末X線
回折測定において下記の格子面間隔 4.45±0.1 Å 3.98±0.08Å 3.78±0.08Å 3.35±0.07Å 3.14±0.07Å 3.05±0.05Å 2.88±0.05Å 2.80±0.05Å 2.75±0.05Å 2.56±0.05Å を有する組成物が、酸素濃度の高い排気ガス中において
も優れたNOxを還元する触媒作用を有することを見出
したものである。
【0008】特に、かかる組成物は、水溶性のCu含有
化合物とZr含有化合物との混合溶液に水溶性のリン含
有化合物溶液を混合後、溶液のpHを6.0±0.5に
調製した後、濾過し、その残さを650乃至1050℃
で10時間以上熱処理することにより容易に得ることが
できるものである。
【0009】以下、本発明を詳述する。本発明における
リン酸系組成物は、構成元素としてCu、Zr、リン
(P)および酸素(O)を含むリン酸化合物であり、各
元素の組成は、モル比でZr/Cu比が3.9乃至4.
1、P/Cu比が5.9乃至6.1の割合からなる。
【0010】さらに、本発明の組成物は、X線回折測定
において以下の格子面間隔(d値)を有する結晶を主結
晶とするものであり、各格子面間隔におけるピークの相
対強度は下記の通りである。
【0011】 格子面間隔 相対強度 4.45±0.1 Å VS 3.98±0.08Å W 3.78±0.08Å M 3.35±0.07Å W 3.14±0.07Å M 3.05±0.05Å W 2.88±0.05Å W 2.80±0.05Å W 2.75±0.05Å W 2.56±0.05Å M 本発明の組成物において、各元素の組成を前述の範囲に
限定したのは、組成が前記範囲を逸脱すると、いずれも
前記結晶相以外の結晶相が多量に析出し、触媒作用が低
下するためである。ただし、微量のリン酸ジルコニウム
またはジルコニウムやアモルファス相を含んでいても触
媒特性には影響はない。
【0012】次に、本発明において、前記リン酸系組成
物を製造する方法としては、ゾルゲル法に基づき製造す
る。即ち、まず原料として、Cuを含有する水溶性化合
物と、Zrを含有する水溶性化合物をそれぞれ準備し、
これらを所定の割合、即ち、CuとZrのモル比が3.
9乃至4.1となる量で混合した水溶液を調製する。一
方、水溶性のリン含有化合物溶液を調製し、これを先の
CuおよびZrを含有する水溶液に滴下混合する。この
時のP量は、P/Cuモル比が5.9乃至6.1の範囲
となるように混合される。
【0013】次に、上述のようにして得られた混合溶液
を6.0±0.5の範囲にpH調整する。調整にあたっ
ては、アンモニア水や尿素などを使用する。このように
pHを調整することにより、混合溶液はゾル化する。こ
れを濾過した後、その残さ分を650乃至1050℃、
特に700乃至1000℃の温度で10時間以上熱処理
することにより得ることができる。
【0014】上記の製法において、pH値が上記範囲か
ら逸脱するとZr/Cuモル比およびP/Cuモル比を
正確に制御することが困難となるためである。また熱処
理温度が650℃よりも低いと結晶化が十分に行われな
いために前記X線回折ピークを有する結晶相が析出せ
ず、1050℃を越えると他の結晶相が析出し、触媒特
性が低下するためである。
【0015】本発明により得られた組成物を用いてNO
x還元分解用触媒を作製する場合には、上記のようにし
て得られた合成粉を適度に粉砕した後、触媒として用い
るが、1200〜1600℃で再度焼成し、粉砕を行っ
た粉末を用いても良い。なお、触媒としての粉末の比表
面積はBET値で10m2 /g以上となるように制御す
ることが望ましい。
【0016】
【作用】本発明によれば、Cu、Zr、P(リン)およ
びO(酸素)からなるリン酸系化合物において、前記の
特定の結晶相を析出させることにより、NOxを還元分
解する作用が発揮される。この還元分解のメカニズムは
定かではないが、おそらく含有される金属元素の価数が
代わることにより金属元素およびその周囲の電子状態が
代わり、そのためにNOxの吸着、還元、分解が促進さ
れるためと考えられる。
【0017】
【実施例】
実施例 出発原料として、Cu(NO3 2 、ZrO(NO3
2 ・8H2 O、NH42 PO4 を用いて、表1に示し
たモル比になるように、それぞれ秤量した、まず、Cu
(NO3 2 とZrO(NO3 2 ・8H2 Oを純水に
溶解させ十分に攪拌する。その5 、攪拌しながら、この
溶液にNH4 2 PO4 水溶液を徐々に滴下し、その後
アンモニア水でゆっくりpHを所定の値に調整する。そ
の後、吸引濾過、水洗、乾燥後、表1に示す温度と時間
で熱処理した後、X線回折により結晶相を調べた。表1
中、結晶相としてAと記載されているのは、図1の本発
明により特定されるX線回折チャートからなるもので、
Bと記載されているのは、図2に示すような本発明以外
の結晶相のX線回折チャートからなるものである。
【0018】得られた試料は、プレス成形後、40メッ
シュパス、80メッシュオンの粉末に整粒した。つい
で、この試料を用いて、NO=1000ppm、O2
2%、C2 4 =1000ppm、He=残部、SV
(空間速度)=4800/hの条件で200℃から50
0℃の範囲でNOの還元分解活性をガスクロマトグラフ
を用いて測定した。結果を表1に示した。
【0019】
【表1】
【0020】表1において、試料No.1乃至5の結果、
合成時のpHが6.0±0.5を越えると、熱処理前の
Zr/Cuモル比または/およびP/Cuモル比がそれ
ぞれ4.0±0.1、6.0±0.1を逸脱してしまう
ことがわかる。また、Zr/Cuモル比または/および
P/Cuモル比がそれぞれ4.0±0.1、6.0±
0.1を越えると、熱処理後にリン酸ジルコニウムの量
が多くなり、その結果N2 転換率が30%以下となって
しまい、試料No.2乃至4の結果に比べ低いことがわか
る。
【0021】次に、試料No.6乃至9の結果より、熱処
理温度が650℃より低いと結晶化しないことが、10
50℃を越えると前記X線粉末特性とは異なる異質の結
晶相が現れることがわかる。その結果、N2 転換率が3
0%以下となってしまい、試料No.7,8に比べて低い
ことがわかる。
【0022】最後に、試料No.9の結果から、Zr/C
uモル比、P/Cuモル比がそれぞれ4.0±0.1、
6.0±0.1の範囲にあっても結晶相がX線回折測定
において前記特定のピークを示さない場合には、N2
換率が30%以下となってしまい、試料No.3に比べて
低いことがわかる。また試料No.10、11の結果より
結晶相は同じでもZr/Cuモル比、P/Cuモル比が
異なるとN2 転換率が30%以下となってしまい、試料
No.3に比べて低いことがわかる。
【0023】
【発明の効果】以上、詳述した通り、本発明のリン酸系
組成物は、高酸素濃度の雰囲気中でもNOx還元分解作
用を有するもので、今後のディーゼルエンジンなどの排
気ガスの浄化に有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリン酸系組成物のX線回折測定チャー
トである。
【図2】比較品のリン酸系組成物のX線回折測定チャー
トである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 25/45 CA(STN)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくともCu、Zr、リン(P)および
    酸素(O)を含み、Zr/Cuで表されるモル比が3.
    9乃至4.1、P/Cuで表されるモル比が5.9乃至
    6.1の組成からなり、粉末X線回折測定において下記
    の格子面間隔 格子面間隔 4.45±0.1 Å 3.98±0.08Å 3.78±0.08Å 3.35±0.07Å 3.14±0.07Å 3.05±0.05Å 2.88±0.05Å 2.80±0.05Å 2.75±0.05Å 2.56 0.05Å を有することを特徴とするリン酸系組成物。
  2. 【請求項2】水溶性のCu含有化合物とZr含有化合物
    との混合溶液に水溶性のリン含有化合物溶液を混合後、
    溶液のpHを6.0±0.5に調製した後、濾過し、そ
    の残さを650乃至1050℃で10時間以上熱処理す
    ることを特徴とするリン酸系組成物の製法。
  3. 【請求項3】少なくともCu、Zr、リン(P)および
    酸素(O)を含み、Zr/Cuで表されるモル比が3.
    9乃至4.1、P/Cuで表されるモル比が5.9乃至
    6.1の組成からなり、粉末X線回折測定において下記
    の格子面間隔 格子面間隔 4.45±0.1 Å 3.98±0.08Å 3.78±0.08Å 3.35±0.07Å 3.14±0.07Å 3.05±0.05Å 2.88±0.05Å 2.80±0.05Å 2.75±0.05Å 2.56±0.05Å を有することを特徴とするNOx還元分解用触媒。
  4. 【請求項4】BET比表面積が10m2 /g以上である
    請求項3記載のNOx還元分解用触媒。
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