JP3498350B2 - 耐熱性触媒 - Google Patents

耐熱性触媒

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JP3498350B2 JP06529694A JP6529694A JP3498350B2 JP 3498350 B2 JP3498350 B2 JP 3498350B2 JP 06529694 A JP06529694 A JP 06529694A JP 6529694 A JP6529694 A JP 6529694A JP 3498350 B2 JP3498350 B2 JP 3498350B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/02Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the alkali- or alkaline earth metals or beryllium
    • B01J23/04Alkali metals

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  • Materials Engineering (AREA)
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  • Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃焼を活性化する耐熱
性触媒に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、耐熱性触媒としては、耐熱性担体
上にパラジウム等の触媒成分が担持されたものが多用さ
れている。ここで、耐熱性担体としては、γ−アルミナ
や活性化アルミナ等が用いられているが、この場合、略
1000℃以上で焼成すると、α−アルミナへの相転移
が起こり、シンタリングによりアルミニウムイオンAl
3+,酸素イオンO2+が拡散してα−アルミナ同士の粒子
成長が活発になり、その結果、耐熱性担体の比表面積が
低下し、耐熱性触媒の耐熱性が低下する恐れがある。
【0003】そこで、従来、耐熱性担体の比表面積の低
下による耐熱性触媒の耐熱性の低下を抑制するために、
様々な研究が成されているが、その代表的なものとし
て、例えば特開昭63−119851号公報や1992
年に発行された「PETROTECH 第15巻 第7
号 第73頁〜第78頁」に開示されている如く、アル
ミナに金属酸化物を添加する耐熱性担体がある。ここに
は、MO・6Al2 3(M=Ba,Sr,Ca)で表
される化合物が開示されており、この中でも、BaO・
6Al2 3 が最も比表面積低下の抑制効果があると記
載されている。これは、Ba2+によりシンタリングによ
るアルミニウムイオンAl3+,酸素イオンO2+の拡散を
阻止して担体の粒子成長を阻止するためであると考えら
れる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、BaO
・6Al2 3 から成る耐熱性担体では、比表面積低下
の抑制効果は未だ不十分であり、耐熱性も未だ不十分で
ある。
【0005】故に、本発明は、比表面積低下の抑制効果
を一層向上させて耐熱性を向上させることを、その技術
的課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
シンタリングによるアルミニウムイオンAl3+,酸素イ
オンO2+の拡散による担体の粒子成長を一層阻止するた
めに、Ba2+(イオン半径1.34Å)よりもイオン半
径の大きいRb+ (イオン半径1.47Å)を用いた化
学的に安定と考えられているRb2 O・11Al2 3
(即ち酸化ルビジウムRb2 Oに対するアルミナAl2
3 のモル比が11である化合物)を採用し、更に研究
を積み重ねた結果、この組成ではRb2 OとAl2 3
とを混合して高温で加熱することで製造した担体内にα
−アルミナ単体が残ってこれにより担体の粒子成長が活
発化し、BaO・6Al2 3 よりも比表面積が低下す
ることに着目し、酸化ルビジウムRb2 Oとアルミナと
のモル比を変えることで製造時における余剰のα−アル
ミナを減少させた。
【0007】即ち、上記技術的課題を解決するために本
発明において講じた技術的手段は、耐熱性担体と、耐熱
性担体上に担持されてなる触媒成分とから成る耐熱性触
媒において、耐熱性担体に、酸化ルビジウムと、酸化ル
ビジウムに対するモル比が2〜10のアルミナとを含有
しRb O・6Al が含まれるようにしたことで
ある。
【0008】ここで、触媒成分としては、白金Pt,パ
ラジウムPd,ニッケルNi,コバルトCo,LaCo
3 等の複合酸化物,CoO−Cr2 3 等の混合酸化
物等を用いることができる。又、アルミナには、γ−ア
ルミナや活性化アルミナを用いると良い。
【0009】酸化ルビジウムRb2 Oに対するアルミナ
のモル比が2未満であると、製造後の担体内に酸化ルビ
ジウムが余剰に残り、シンタリングによりその余剰の酸
化ルビジウムが粒子成長を起こすことから、従来のBa
O・6Al2 3 を用いた場合と比較して、比表面積低
下の抑制効果が小さい。一方、酸化ルビジウムRb2
に対するアルミナのモル比が10よりも大きいと、製造
後の担体内に相転移したα−アルミナが余剰に残り、シ
ンタリングによりその余剰のα−アルミナが粒子成長を
起こすことから、比表面積低下の抑制効果が従来よりも
小さくなる。
【0010】好ましくは、酸化ルビジウムRb2 Oに対
するアルミナのモル比が4〜8であることが望ましい。
ここで、4未満であると、未だ酸化ルビジウム単体が残
るため、比表面積低下の抑制効果は従来技術よりも少し
上回る程度である。一方、10を越えると、担体内に未
だα−アルミナ単体が残るため、比表面積低下の抑制効
果は従来技術よりも少し上回る程度である。
【0011】より好ましくは、酸化ルビジウムRb2
に対するアルミナのモル比が6であることが望ましい。
本発明者は、モル比が6のときに、担体内に余剰のα−
アルミナ単体及び酸化ルビジウム単体が残らないことを
発見し、このときが最も比表面積低下の抑制効果が大き
くなることを実験的に確認した。
【0012】尚、本発明の耐熱性担体は、ヘキサアルミ
ネートと呼ばれるものである。ここで、ヘキサアルミネ
ートとは、酸素イオンO2-の最密充填からなるスピネル
ブロックがラージカチオン(本発明ではルビジウムイオ
ンRb+ )を含む鏡映面によって隔てられたβ−アルミ
ナ又はマグネトプラムバイト(MP)構造を有したもの
で、六角形板状の微粒子である。この結晶構造において
は、ラージカチオン(ルビジウムイオンRb+ )により
アルミナのスピネルブロックを横切る方向への粒子成長
を阻止できる。そのため、アルミナの粒子成長が進んで
も六角形板状の形状は維持され、担体の比表面積の低下
を抑制できる。
【0013】
【作用】上記技術的手段によれば、耐熱性担体が、酸化
ルビジウムを含有しているので、Ba2+(イオン半径
1.34Å)よりもイオン半径の大きいRb+ (イオン
半径1.47Å)により、シンタリングによるアルミニ
ウムイオンや酸素イオンの拡散を一層阻止でき、担体の
粒子成長を一層阻止できる。
【0014】又、酸化ルビジウムに対するアルミナのモ
ル比を2〜10としたので、化学的に安定なRb2 O・
11Al2 3 を採用いた場合と比較して、酸化ルビジ
ウムRb2 Oとアルミナとを混合して高温で焼成する場
合に、余剰のα−アルミナ単体を減少させることがで
き、その結果、その余剰のα−アルミナ単体による粒子
成長を抑制できる。
【0015】以上より、従来技術と比較して、担体の比
表面積の低下をより抑制することができ、触媒の耐熱性
を向上させることができる。
【0016】又、モル比を4〜8にすると、酸化ルビジ
ウムRb2 Oとアルミナとを混合して高温で焼成する場
合において、余剰のα−アルミナ単体を一層減少させる
ことができ、その結果、その余剰のα−アルミナ単体に
よる粒子成長を一層抑制できる。従って、担体の比表面
積の低下をより一層抑制することができ、触媒の耐熱性
を一層向上させることができる。
【0017】更に、モル比を6にすると、酸化ルビジウ
ムRb2 Oとアルミナとを混合して高温で焼成したとき
に、余剰のα−アルミナ単体のみならず酸化ルビジウム
単体が残ることがないことから、それらα−アルミナ単
体及び酸化ルビジウム単体による粒子成長は全くなくな
る。従って、担体の比表面積の低下を最も抑制すること
ができ、最良な耐熱性をもつ触媒を形成できる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。
【0019】〔実施例1〕炭酸ルビジウムRb2 CO3
13.70gとγ−アルミナAl2 3 36.39gと
をボールミルにて24時間混合した。ここで、Rb2
3 とγ−アルミナとのモル比を1:6とした。次に、
ホットプレート上で100℃で略一時間乾燥させた後、
混合物を粉砕した。その後、炉内で1450℃で5時間
焼成することにより、Rb+ を含むヘキサアルミネート
から成る担体を製造した。この担体をX線回析したとこ
ろ、Rb2 Oを含むルビジウム酸化物のみならずα−ア
ルミナは観測されず、単一の化合物と思われる回析線の
みが観測された。これは、Rb2 O・6Al2 3 であ
ろうと推察される。
【0020】この担体上にPt(触媒成分)を担持する
ことにより、目的の耐熱性触媒を得た。
【0021】以上の如く製造された担体の比表面積の測
定をBET法(即ち圧力を変えてガスの吸着量を測定す
る方法)で行った。尚、このBET法にて用いた装置
は、マイクロメリティッスク社の比表面積・細孔分布測
定装置アキューソープ2100−01である。又、吸着
ガスにはアルゴンガスを用いた。この担体の比表面積の
測定結果を図1に示す。
【0022】図1から明らかなように、この担体の比表
面積は12.5m2 /gであり、最も大きい。これは、
担体がBa2+よりもイオン半径の大きいRb+ を含んで
いることから、シンタリングによる粒子成長を一層阻止
したためと考えられる。
【0023】又、製造した担体内に余剰のα−アルミナ
単体のみならずRb2 Oを含むルビジウム酸化物も残留
していないことから、それらによる粒子成長がなくなる
ためと考えられる。
【0024】〔実施例2〕炭酸ルビジウムRb2 CO3
11.03gとγ−アルミナAl2 3 38.97gと
をボールミルにて24時間混合し、Rb2 CO3 とγ−
アルミナとのモル比を1:8とした点以外は実施例と同
一である。
【0025】この実施例2に係る担体をX線回析したと
ころ、余剰のα−アルミナ単体が観測された。
【0026】以上の如く製造された担体の比表面積の測
定を実施例1と同様な方法で行い、その測定結果を図1
に示す。
【0027】図1から明らかなように、この担体の比表
面積は10.0m2 /gであり、従来例の7.4m2
gと比較して大きい。これは、担体がBa2+よりもイオ
ン半径の大きいRb+ を含んでいることから、シンタリ
ングによる粒子成長を一層阻止したためと考えられる。
又、実施例2の担体の比表面積は、Rb+ を含むヘキサ
アルミネートとしては化学的に安定と考えられていたR
2 O・11Al2 3 (即ち酸化ルビジウムとアルミ
ナとのモル比が1:11の化合物)から成る比較例1の
担体の比表面積と比較しても大きい。これは、製造した
担体内に残留する余剰のγ−アルミナ単体が減少したた
めと考えられる。
【0028】〔実施例3〕炭酸ルビジウムRb2 CO3
21.51gとγ−アルミナAl2 3 28.49gと
をボールミルにて24時間混合し、Rb2 CO3 とγ−
アルミナとのモル比を1:3とした点以外は実施例と同
一である。この担体をX線解析したところ、α−アルミ
ナ単体は観測されず、余剰に存在するRb2 CO3 が分
解して生じたと考えられるRb2 Oを含むルビジウム酸
化物が観測された。
【0029】以上の如く製造された担体の比表面積の測
定を実施例1と同様な方法で行い、その測定結果を図1
に示す。
【0030】図1から明らかなように、この担体の比表
面積は8.9m2 /gであり、従来例の7.4m2 /g
と比較して大きい。これは、担体がBa2+よりもイオン
半径の大きいRb+ を含んでいることから、シンタリン
グによる粒子成長を一層阻止したためと考えられる。
又、実施例3の担体の比表面積は、Rb+ を含むヘキサ
アルミネートとしては化学的に安定と考えられるRb2
O・11Al2 3 から成る比較例1の担体の比表面積
と比較しても大きい。これは、製造した担体内に残留す
る余剰のα−アルミナ単体が存在しないためと考えられ
る。更に、実施例2の担体の比表面積は、Rb2 OとA
2 3 とのモル比が1:1の比較例2よりも大きくな
る。これは、製造した担体内に残留するRb2 Oを含む
ルビジウム酸化物が比較例2に比べて少ないためと考え
られる。
【0031】〔比較例1〕炭酸ルビジウムRb2 CO3
8.54gとγ−アルミナAl2 3 41.46gとを
ボールミルにて24時間混合し、Rb2 CO3 とγ−ア
ルミナとのモル比を1:11とした点以外は実施例1と
同一である。この担体をX線回析したところ、多量のα
−アルミナ原料が観測された。
【0032】以上の如く製造された担体の比表面積の測
定を実施例1と同様な方法で行い、その測定結果を図1
に示す。
【0033】図1から明らかなように、比較例1による
担体の比表面積は6.9m2 /gであり、従来例と比較
しても小さい。これは、製造した担体内に多量のα−ア
ルミナ単体が残留するためと考えられる。
【0034】〔比較例2〕炭酸ルビジウムRb2 CO3
34.69gとγ−アルミナAl2 3 15.31gと
をボールミルにて24時間混合し、Rb2 CO3 とγ−
アルミナとのモル比を1:1とした点以外は実施例1と
同一である。この担体をX線解析したところ、α−アル
ミナ単体は観測されず、Rb2 Oを含むルビジウム酸化
物が観測された。
【0035】以上の如く製造された担体の比表面積の測
定を実施例1と同様な方法で行い、その測定結果を図1
に示す。
【0036】図1から明らかなように、比較例2による
担体の比表面積は6.0m2 /gであり、従来例と比較
しても小さい。これは、余剰に残留するRb2 Oを含む
ルビジウム酸化物が粒子成長したためと考えられる。
【0037】〔従来例〕炭酸ルビジウムBaCO3
2.20gとγ−アルミナAl2 3 37.80gとを
ボールミルにて24時間混合し、BaCO3 とγ−アル
ミナとのモル比を1:6とした点以外は実施例1と同一
である。
【0038】以上の如く製造された担体の比表面積の測
定を実施例1と同様な方法で行い、その測定結果を図1
に示す。
【0039】図1から明らかなように、従来例による担
体の比表面積は7.4m2 /gであり、実施例1〜3と
従来例と比較して小さい。
【0040】尚、本実施例に示した担体を用いた耐熱性
触媒は、燃焼を活性化するために用いられ、特にガスタ
ービンやスターリングエンジンの燃焼器に用いられる。
【0041】
【発明の効果】本発明は、以下の如く効果を有する。
【0042】耐熱性担体に、酸化ルビジウムと、酸化ル
ビジウムに対するモル比が2〜10のアルミナとを含有
させたので、担体の比表面積の低下をより抑制すること
ができ、担体の耐熱性を向上させることができ、その分
触媒の耐熱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例、比較例及び従来例に係る担体の比表
面積の測定結果を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 21/00 - 38/74

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 耐熱性担体と、前記耐熱性担体上に担持
    されてなる触媒成分とから成る耐熱性触媒において、 前記耐熱性担体は、酸化ルビジウムと、酸化ルビジウム
    に対するモル比が2〜10のアルミナとを含有しRb
    O・6Al が含まれていることを特徴とする耐熱
    性触媒。
  2. 【請求項2】 酸化ルビジウムに対するアルミナのモル
    比は4〜8であることを特徴とする請求項1記載の耐熱
    性触媒。
  3. 【請求項3】 酸化ルビジウムに対するアルミナのモル
    比は6であることを特徴とする請求項2記載の耐熱性触
    媒。
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