JP4680748B2 - Exhaust gas treatment catalyst and exhaust gas treatment method - Google Patents

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Description

本発明は排ガス処理用触媒および排ガスの処理方法に関し、詳しくは排ガス中に含まれる窒素酸化物、ダイオキシン類などの有害物質を分解除去するに好適な排ガス処理用触媒およびこの触媒を用いた排ガスの処理方法に関する。   The present invention relates to an exhaust gas treatment catalyst and an exhaust gas treatment method, and more particularly to an exhaust gas treatment catalyst suitable for decomposing and removing harmful substances such as nitrogen oxides and dioxins contained in the exhaust gas, and an exhaust gas using the catalyst. It relates to the processing method.

排ガス中に含まれる窒素酸化物やダイオキシン類などの有害物質を分解除去するために、既に多くの触媒や処理方法が提案されている。   Many catalysts and treatment methods have already been proposed in order to decompose and remove harmful substances such as nitrogen oxides and dioxins contained in exhaust gas.

例えば、排ガス中の窒素酸化物をアンモニアとともに接触的に反応させて選択的に還元する触媒として、(a)硫黄とチタンおよびケイ素、またはチタン、ジルコニウムおよびケイ素とを含む硫黄含有複合酸化物、(b)バナジウム酸化物、(c)タングステン、モリブデン、スズおよびセリウムから選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物を含有する窒素酸化物除去用触媒が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   For example, (a) a sulfur-containing composite oxide containing sulfur and titanium and silicon, or titanium, zirconium and silicon, A nitrogen oxide removal catalyst containing an oxide of at least one element selected from b) vanadium oxide, (c) tungsten, molybdenum, tin and cerium has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、触媒の比表面積および固体酸量に着目し、これら物性と触媒組成とを特定した排ガス処理用触媒、具体的にはチタン−ケイ素複合酸化物などの担体にバナジウム、タングステン、モリブデンなどの酸化物を担持し、さらに比表面積が10m/g以上、固体酸量が0.36mmol/g以上の触媒が排ガス中に含まれる窒素酸化物やダイオキシン類などの有害物質の除去に有効であるとして提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, focusing on the specific surface area and solid acid content of the catalyst, the exhaust gas treatment catalyst, which specifically identifies these physical properties and catalyst composition, specifically, the oxidation of vanadium, tungsten, molybdenum, etc. on a carrier such as titanium-silicon composite oxide. In addition, a catalyst having a specific surface area of 10 m 2 / g or more and a solid acid amount of 0.36 mmol / g or more is effective in removing harmful substances such as nitrogen oxides and dioxins contained in exhaust gas. It has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

しかしながら、従来の排ガス処理用触媒は、その性能に関し、なお十分満足できるものではなく、排ガス中に含まれる窒素酸化物やダイオキシン類などの有害物質をより効率よく除去するための触媒、例えば、窒素酸化物の場合でいえば、より高い脱硝効率を有する排ガス処理用触媒の開発が望まれている。
特公昭62−14339号公報 特許第3457917号公報
However, conventional exhaust gas treatment catalysts are still not fully satisfactory in terms of their performance, and catalysts for more efficiently removing harmful substances such as nitrogen oxides and dioxins contained in exhaust gas, such as nitrogen In the case of oxides, development of exhaust gas treatment catalysts having higher denitration efficiency is desired.
Japanese Patent Publication No.62-14339 Japanese Patent No. 3457717

本発明の目的は、排ガス中に含まれる窒素酸化物やダイオキシン類などの有害物質を除去するに好適な排ガス処理用触媒、およびこの触媒を用いて排ガスを効率よく処理する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an exhaust gas treatment catalyst suitable for removing harmful substances such as nitrogen oxides and dioxins contained in exhaust gas, and a method for efficiently treating exhaust gas using this catalyst. is there.

本発明者らは、上記目的を達成すべくに鋭意研究を重ね、次の知見を得るに至った。すなわち、固体触媒表面には一般にプロトンを供与するブレンステッド酸点と電子対を受容するルイス酸点とがあるが、例えば脱硝処理の場合、ブレンステッド酸点およびルイス酸点の両者が脱硝触媒活性に寄与し、特にブレンステッド酸点とルイス酸点との存在量比が特定範囲にあるとき最も高い脱硝効率が得られることがわかった。   The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object, and have obtained the following knowledge. That is, the surface of the solid catalyst generally has a Bronsted acid point that donates protons and a Lewis acid point that accepts electron pairs. For example, in the case of denitration treatment, both Bronsted acid point and Lewis acid point are active in denitration catalyst activity. It was found that the highest denitration efficiency was obtained especially when the abundance ratio between Bronsted acid point and Lewis acid point was in a specific range.

また、チタン系酸化物を含有する排ガス処理触媒において、このチタン系酸化物として、pKa≦+3.3の酸強度を有する固体酸量が0.3mmol/g以上であり、さらに固体酸点をプロトンを供与するブレンステッド酸点と電子対を受容するルイス酸点とに区別して、ブレンステッド酸量(B)とルイス酸量(L)との比率(B/L)が0/1〜1/1であるものを使用することにより、有害物質の分解性能に優れた触媒が得られることを見出した。   Further, in the exhaust gas treatment catalyst containing a titanium-based oxide, the amount of solid acid having an acid strength of pKa ≦ + 3.3 is 0.3 mmol / g or more as the titanium-based oxide, and further the solid acid point is protonated. The ratio (B / L) between the Bronsted acid amount (B) and the Lewis acid amount (L) is 0/1 to 1/1 /. It was found that a catalyst having excellent decomposing performance of harmful substances can be obtained by using those having 1.

本発明は上記知見に基づいて完成されたものであり次のとおりのものである。   The present invention has been completed based on the above findings and is as follows.

(1) チタン系酸化物およびその他の触媒活性成分を含有する排ガス中の有害物質を分解除去するための排ガス処理用触媒であって、ブレンステッド酸(B)とルイス酸(L)との比率(B/L)が0/1〜10/1の範囲にあり、該チタン系酸化物は、チタンと、アルミニウム、ケイ素、クロム、ジルコニウム、モリブデンおよびタングステンよりなる群から選ばれた少なくとも1種の元素との複合酸化物であり、かつ該チタン系酸化物の該比率(B/L)が0/1〜1/1の場合には、pKa≦+3.3である固体酸量が0.3mmol/g以上であることを特徴とする排ガス処理用触媒。 (1) An exhaust gas treatment catalyst for decomposing and removing harmful substances in exhaust gas containing a titanium-based oxide and other catalytically active components, the ratio of Bronsted acid (B) to Lewis acid (L) (B / L) Ri 0/10/1 by weight near, the titanium-containing oxide is at least one selected and titanium, aluminum, silicon, chromium, zirconium, from the group consisting of molybdenum and tungsten When the ratio (B / L) of the titanium-based oxide is 0/1 to 1/1, the amount of solid acid with pKa ≦ + 3.3 is 0. exhaust gas treatment catalyst according to claim der Rukoto than 3 mmol / g.

(2) 該比率が0/1〜9/1である前記(1)に記載の触媒。   (2) The catalyst according to (1), wherein the ratio is 0/1 to 9/1.

) チタン系酸化物は、チタンと、アルミニウム、ケイ素、クロムおよびジルコニウムよりなるから選ばれた少なくとも1種の元素との複合酸化物である前記(1)または(2)に記載の触媒。 ( 3 ) The catalyst according to (1) or (2) , wherein the titanium-based oxide is a composite oxide of titanium and at least one element selected from the group consisting of aluminum, silicon, chromium, and zirconium. .

) チタン系酸化物は、チタンと、アルミニウム、ケイ素およびジルコニウムよりなるから選ばれた少なくとも1種の元素との複合酸化物である前記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の触媒。 ( 4 ) The titanium-based oxide is any one of the above (1) to (3), which is a composite oxide of titanium and at least one element selected from the group consisting of aluminum, silicon, and zirconium. The catalyst described.

) 該他の触媒活性成分が、バナジウム、タングステンおよびモリブデンよりなるから選ばれた少なくとも1種の元素またはその化合物である前記(1)〜(4)のいずれか一つに記載の触媒。 ( 5 ) The catalyst according to any one of (1) to (4), wherein the other catalytically active component is at least one element selected from the group consisting of vanadium, tungsten and molybdenum or a compound thereof. .

) 該チタン系複合酸化物中のチタン含有量は40〜95質量%であり、かつ該他の触媒活性成分が60〜5質量%(ただし、これらの合計は100質量%である)である前記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の触媒。 ( 6 ) The titanium content in the titanium-based composite oxide is 40 to 95% by mass, and the other catalytically active component is 60 to 5% by mass (however, the total of these is 100% by mass). The catalyst according to any one of (1) to (5) .

) 該チタン系酸化物の含有量は、触媒の全量基準で75〜99.9質量%である前記(1)〜(6)のいずれか一つに記載の触媒( 7 ) The catalyst according to any one of (1) to (6), wherein the content of the titanium-based oxide is 75 to 99.9% by mass based on the total amount of the catalyst .

) さらに硫黄を含有してなる前記(1)〜(7)のいずれか一つに記載の触媒( 8 ) The catalyst according to any one of (1) to (7), further containing sulfur.

) pKa≦+3.3である固体酸量が0.3〜0.8mmol/gである前記(1)〜(8)のいずれか一つに記載の触媒。 ( 9 ) The catalyst according to any one of (1) to (8), wherein the solid acid amount satisfying pKa ≦ + 3.3 is 0.3 to 0.8 mmol / g.

10) 該硫黄の含有量が、触媒の全質量に対し、0.01〜3質量%である前記(8)または(9)に記載の触媒( 10 ) The catalyst according to (8) or (9) , wherein the sulfur content is 0.01 to 3 mass% with respect to the total mass of the catalyst .

11) チタン化合物を含む酸性溶液に、アルミニウム、ケイ素、クロム、ジルコニウム、モリブデンおよびタングステンよりなるから選ばれる少なくとも1種の元素を含むアンモニア水溶液を添加して沈殿物を生成させるに当たり、添加を開始してからその全量を添加し終えるまでの時間が40分以上となる工程を経て、得られたチタン系複合酸化物を用いることを特徴とする前記(1)〜(10)のいずれか一つに記載の触媒の製造方法。 ( 11 ) An acid solution containing a titanium compound is added with an aqueous ammonia solution containing at least one element selected from the group consisting of aluminum, silicon, chromium, zirconium, molybdenum and tungsten to produce a precipitate. Any one of the above (1) to (10), wherein the titanium-based composite oxide obtained through a process in which the time from the start to the completion of addition of the total amount is 40 minutes or more is used. The manufacturing method of the catalyst as described in one .

12) アルミニウム、ケイ素、クロム、ジルコニウム、モリブデンおよびタングステンよりなるから選ばれる少なくとも1種の元素を含むアンモニア水溶液に、チタン化合物を含む酸性溶液を添加して沈殿物を生成させるに当たり、添加を開始してからその全量を添加し終えるまでの時間が40分以上となる工程を経て、得られたチタン系複合酸化物を用いることを特徴とする前記(1)〜(10)のいずれか一つに記載の触媒の製造方法。 ( 12 ) When an acidic solution containing a titanium compound is added to an aqueous ammonia solution containing at least one element selected from the group consisting of aluminum, silicon, chromium, zirconium, molybdenum and tungsten, a precipitate is generated. Any one of the above (1) to (10), wherein the titanium-based composite oxide obtained through the process of starting from the start and finishing the addition of the total amount of 40 minutes or more is used. The manufacturing method of the catalyst as described in one .

13) アルミニウム、ケイ素、クロム、ジルコニウム、モリブデンおよびタングステンよりなるから選ばれる少なくとも1種の元素ならびにチタン化合物を含む酸性溶液に、アンモニア水溶液を添加して沈殿物を生成させるに当たり、添加を開始してからその全量を添加し終えるまでの時間が40分以上となる工程を経て、得られたチタン系複合酸化物を用いることを特徴とする前記(1)〜(10)のいずれか一つに記載の触媒の製造方法。 ( 13 ) Addition of an aqueous ammonia solution to an acidic solution containing at least one element selected from the group consisting of aluminum, silicon, chromium, zirconium, molybdenum, and tungsten and a titanium compound, and starting the addition Any one of the above (1) to (10), wherein the titanium-based composite oxide obtained through a step of 40 minutes or more from the completion of the addition of the total amount is used. A process for producing the catalyst as described in 1. above.

14) アンモニア水溶液に、アルミニウム、ケイ素、クロム、ジルコニウム、モリブデンおよびタングステンよりなるから選ばれる少なくとも1種の元素並びにチタン化合物を含む酸性溶液を添加して沈殿物を生成させるに当たり、添加を開始してからその全量を添加し終えるまでの時間が40分以上となる工程を経て、得られたチタン系複合酸化物を用いることを特徴とする前記(1)〜(10)のいずれか一つに記載の触媒の製造方法。 ( 14 ) An addition is started when an acidic solution containing at least one element selected from the group consisting of aluminum, silicon, chromium, zirconium, molybdenum and tungsten and a titanium compound is added to an aqueous ammonia solution to form a precipitate. Any one of the above (1) to (10), wherein the titanium-based composite oxide obtained through a step of 40 minutes or more from the completion of the addition of the total amount is used. A process for producing the catalyst as described in 1. above.

15) 有害物質を含む排ガスを前記(1)〜(10)のいずれか一つに記載の排ガス処理用触媒に接触させて該有害物質を分解除去することを特徴とする排ガスの処理方法。 ( 15 ) An exhaust gas treatment method comprising contacting an exhaust gas containing a harmful substance with the exhaust gas treatment catalyst according to any one of (1) to (10) to decompose and remove the harmful substance.

本発明の触媒を用いることにより、窒素酸化物やダイオキシン類などの有害物質を効率よく分解除去することができる。   By using the catalyst of the present invention, harmful substances such as nitrogen oxides and dioxins can be efficiently decomposed and removed.

本発明における「有害物質」とは、窒素酸化物および塩素化ダイオキシン類、臭素化ダイオキシン類、ポリ塩化ビフェニル類、クロロベンゼン類、クロロフェノール、クロロトルエンなどの有機ハロゲン化合物を意味する。有害物質が窒素酸化物であるときの排ガス処理は、いわゆる脱硝処理であり、アンモニア、尿素などの還元剤を用いて窒素酸化物を還元分解するものである。本発明の排ガス処理用触媒は、窒素酸化物の還元分解(脱硝処理)に特に好適に用いられる。   The “hazardous substance” in the present invention means organic halogen compounds such as nitrogen oxides and chlorinated dioxins, brominated dioxins, polychlorinated biphenyls, chlorobenzenes, chlorophenol and chlorotoluene. The exhaust gas treatment when the harmful substance is nitrogen oxide is a so-called denitration treatment, in which the nitrogen oxide is reductively decomposed using a reducing agent such as ammonia or urea. The exhaust gas treatment catalyst of the present invention is particularly preferably used for reductive decomposition (denitration treatment) of nitrogen oxides.

本発明による排ガス処理用触媒は、チタン系酸化物およびその他の触媒活性成分を含有する排ガス中の有害物質を分解除去するための排ガス処理用触媒であって、ブレンステッド酸(B)とルイス酸(L)との比率(B/L)が0/1〜10/1の範囲にあり、該チタン系酸化物は、チタンと、アルミニウム、ケイ素、クロム、ジルコニウム、モリブデンおよびタングステンよりなる群から選ばれた少なくとも1種の元素との複合酸化物であり、かつ該チタン系酸化物の該比率(B/L)が0/1〜1/1の場合には、pKa≦+3.3である固体酸量が0.3mmol/g以上であることを特徴とする排ガス処理用触媒である。 An exhaust gas treatment catalyst according to the present invention is an exhaust gas treatment catalyst for decomposing and removing harmful substances in exhaust gas containing titanium-based oxides and other catalytically active components, and includes Bronsted acid (B) and Lewis acid. (L) ratio (B / L) in the range near 0 / 1-10 / 1 and is, the titanium-based oxide, and titanium, aluminum, silicon, chromium, zirconium, from the group consisting of molybdenum and tungsten When it is a complex oxide with at least one selected element and the ratio (B / L) of the titanium-based oxide is 0/1 to 1/1, pKa ≦ + 3.3. weight solid acid is the catalyst for exhaust gas treatment, characterized in der Rukoto than 0.3 mmol / g.

該比率B/Lは、0/1〜10/1ではあるが、好ましくは0/1〜9/1、より好ましくは0.1/1〜8/1、最も好ましくは0.1/1〜7/1の範囲にある。上記比率(B/L)が0/1を下回ったり、あるいは10/1を超えると、触媒の処理性能が低下する。   The ratio B / L is 0/1 to 10/1, preferably 0/1 to 9/1, more preferably 0.1 / 1 to 8/1, most preferably 0.1 / 1 to 1. It is in the range of 7/1. When the ratio (B / L) is less than 0/1 or exceeds 10/1, the treatment performance of the catalyst is lowered.

本発明における「チタン系酸化物」とは、チタン酸化物、およびチタンと他の金属元素との複合酸化物を意味する。チタン酸化物としては、アナターゼ型チタン、ルチル型チタンあるいはこれらの混合物が用いられる。複合酸化物の代表例としては、チタン(Ti)と、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)およびタングステン(W)よりなる郡から選ばれる少なくとも1種の元素との複合酸化物を挙げることができる。チタン酸化物とチタン系複合酸化物とを混合して使用してもよい。   The “titanium-based oxide” in the present invention means titanium oxide and composite oxides of titanium and other metal elements. As the titanium oxide, anatase type titanium, rutile type titanium or a mixture thereof is used. A representative example of the composite oxide is selected from the group consisting of titanium (Ti) and aluminum (Al), silicon (Si), chromium (Cr), zirconium (Zr), molybdenum (Mo) and tungsten (W). A composite oxide with at least one element can be given. A mixture of titanium oxide and titanium-based composite oxide may be used.

上記チタン系複合酸化物のなかでも、チタン(Ti)と、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、クロム(Cr)およびジルコニウム(Zr)、特にアルミニウム(Al)、ケイ素(Si)およびジルコニウム(Zr)から選ばれる少なくとも1種の元素との複合酸化物が好適に用いられる。この複合酸化物は、Ti−Si複合酸化物などの二元系複合酸化物でも、Ti−Si−Zr複合酸化物などの三元系複合酸化物であってもよい。なお、「複合酸化物」とは、X線回折パターンにおいて、酸化チタン以外の物質に帰属される明らかな固有のピークを示さず、酸化チタンについてはアナターゼ型酸化チタンに帰属される固有のピークを示さないか、もしくは示してもアナターゼ型酸化チタンの回折ピークよりもブロードな回折ピークを示すものをいう。   Among the titanium-based composite oxides, titanium (Ti), aluminum (Al), silicon (Si), chromium (Cr) and zirconium (Zr), particularly aluminum (Al), silicon (Si) and zirconium (Zr). A composite oxide with at least one element selected from (1) is preferably used. This complex oxide may be a binary complex oxide such as a Ti—Si complex oxide or a ternary complex oxide such as a Ti—Si—Zr complex oxide. Note that “composite oxide” does not show an obvious intrinsic peak attributed to a substance other than titanium oxide in an X-ray diffraction pattern. For titanium oxide, an intrinsic peak attributed to anatase-type titanium oxide is not observed. It means not showing or showing a broader diffraction peak than that of anatase-type titanium oxide.

なお、モリブデンおよびタングステンについては、各々、その全量がチタンとともにチタン系複合酸化物を構成していても、またその全量がチタン系複合酸化物以外の形態で触媒中に存在していても、もしくはその一部がチタン系複合酸化物を構成し、残余がそれ以外の形態で触媒に含まれていてもよい。   In addition, about molybdenum and tungsten, respectively, even if the total amount constitutes a titanium-based composite oxide together with titanium, or the total amount exists in the catalyst in a form other than the titanium-based composite oxide, or A part thereof may constitute a titanium-based composite oxide, and the remainder may be included in the catalyst in other forms.

本発明の排ガス処理用触媒の組成について、その代表例を示すと次のとおりである。   A typical example of the composition of the exhaust gas treatment catalyst of the present invention is as follows.

(1) Ti−Si複合酸化物+(V、Wおよび/またはMo)、
(2) Ti−Al複合酸化物+(V、Wおよび/またはMo)、
(3) Ti−Zr複合酸化物+(V、Wおよび/またはMo)、
(4) Ti−W複合酸化物+(V、Wおよび/またはMo)、
(5) Ti−Si−Zr複合酸化物+(V、Wおよび/またはMo)、
(6) Ti−Si−Mo複合酸化物+(Vおよび/またはW)、
(7) Ti−Si−Mo複合酸化物+(V、Wおよび/またはMo)、
(8) Ti−Si−W複合酸化物+(Vおよび/またはMo)、
(9) Ti−Si−W複合酸化物+(V、Wおよび/またはMo)、
(10) Ti酸化物+(V、Wおよび/またはMo)。
(1) Ti—Si composite oxide + (V, W and / or Mo),
(2) Ti—Al composite oxide + (V, W and / or Mo),
(3) Ti—Zr composite oxide + (V, W and / or Mo),
(4) Ti-W composite oxide + (V, W and / or Mo),
(5) Ti—Si—Zr composite oxide + (V, W and / or Mo),
(6) Ti-Si-Mo composite oxide + (V and / or W),
(7) Ti—Si—Mo composite oxide + (V, W and / or Mo),
(8) Ti-Si-W composite oxide + (V and / or Mo),
(9) Ti—Si—W composite oxide + (V, W and / or Mo),
(10) Ti oxide + (V, W and / or Mo).

ブレンステッド酸量(B)およびルイス酸量(L)は、プローブとしてピリジンを用いた赤外分光法(FT−IR)により的確に測定することができる。ピリジンは1700〜1400cm−1の領域にピリジン環の面内振動に由来する赤外吸収バンドを持ち、ピリジンが水素結合(PyH)しているか、配位結合(PyL)しているか、プロトン和(PyB)しているかによって吸収バンドが著しく異なっている。なかでも、PyL(1450cm−1付近)およびPyB(1540cm−1付近)の吸収バンドはそれぞれルイス酸点およびブレンステッド酸点に吸着したピリジンの19b振動モードによるものであり、PyBのピーク面積をPyLのピーク面積で割ったピーク面積比(B/L)を求めることにより、ルイス酸量に対するブレンステッド酸量の比率を決定することができる。 The Bronsted acid amount (B) and Lewis acid amount (L) can be accurately measured by infrared spectroscopy (FT-IR) using pyridine as a probe. Pyridine has an infrared absorption band derived from in-plane vibration of the pyridine ring in the region of 1700 to 1400 cm −1, and whether pyridine has a hydrogen bond (PyH), a coordinate bond (PyL), or a proton sum ( PyB), the absorption band is remarkably different. Among them, is due Pyl (1450 cm -1 vicinity) and PyB (1540 cm -1 vicinity) 19b vibration modes of the respective absorption band of pyridine adsorbed on Lewis acid sites and Bronsted acid sites, Pyl the peak area of PyB By determining the peak area ratio (B / L) divided by the peak area, the ratio of the Bronsted acid amount to the Lewis acid amount can be determined.

本発明における、「ブレンステッド酸量(B)」および「ルイス酸量(L)」は、それぞれ、プローブとしてピリジンを用いた下記FT−IR分析法により測定した、ブレンステッド酸点に由来するピーク面積およびルイス酸点に由来するピーク面積を意味する。   In the present invention, “Bronsted acid amount (B)” and “Lewis acid amount (L)” are peaks derived from Bronsted acid points measured by the following FT-IR analysis method using pyridine as a probe, respectively. It means the peak area derived from the area and Lewis acid point.

<FT−IR分析法>
FT−IR装置として、ニコレー社製のPROTEGE460を用い、これに拡散反射型in situセルを取り付けて測定する。100メッシュ以下に粉砕した試料0.02gを拡散反射型セルの試料台にKBrなどで希釈せずに粉末のまま載せ、酸素(O2)を5容量%含むヘリウムガスを流速40ml/minで流しながら400℃まで加熱し、400℃で60分間保持する。その後、ヘリウムガスを流しつつ150℃まで冷却し、150℃でピリジン10μL(microliter)を注入して試料にピリジンを吸収させる。その後、150℃でヘリウムガスを120分間流して試料に物理吸着したピリジンを除去した後、室温まで放冷し、分解能4cm−1でFT−IRスペクトルを測定する。ブレンステッド酸量(B)は、得られたFT−IRスペクトルの1515〜1565cm−1の範囲を、またルイス酸量(L)は、1425〜1465cm−1の範囲をそれぞれ積分することにより求められる。
<FT-IR analysis method>
As the FT-IR apparatus, PROTEGE 460 manufactured by Nicorey is used, and a diffuse reflection type in situ cell is attached to the apparatus and measured. 0.02 g of the sample pulverized to 100 mesh or less is placed on the sample stage of the diffuse reflection type cell as powder without being diluted with KBr or the like, and helium gas containing 5% by volume of oxygen (O2) is flowed at a flow rate of 40 ml / min. Heat to 400 ° C. and hold at 400 ° C. for 60 minutes. Thereafter, the sample is cooled to 150 ° C. while flowing helium gas, and 10 μL (microliter) of pyridine is injected at 150 ° C. to allow the sample to absorb pyridine. Thereafter, helium gas is allowed to flow at 150 ° C. for 120 minutes to remove pyridine physically adsorbed on the sample, and then allowed to cool to room temperature, and an FT-IR spectrum is measured with a resolution of 4 cm −1 . The Bronsted acid amount (B) is obtained by integrating the range of 1515 to 1565 cm −1 of the obtained FT-IR spectrum, and the Lewis acid amount (L) is obtained by integrating the range of 1425 to 1465 cm −1. .

そして、ブレンステッド酸量(B)とルイス酸量(L)との比率(B/L)は、上記FT−IR分析法により求めたブレンステッド酸量(B)とルイス酸量(L)とから容易に求められる。   The ratio (B / L) between the Bronsted acid amount (B) and the Lewis acid amount (L) is the Bronsted acid amount (B) and Lewis acid amount (L) determined by the FT-IR analysis method. Can be easily obtained.

本発明の排ガス処理用触媒の組成には特に制限はなく、上記比率(B/L)が0/1〜10/1の範囲にあればいずれでもよい。なかでも、チタン系酸化物とバナジウム(V)、タングステン(W)およびモリブデン(Mo)から選ばれる少なくとも1種の元素を含有するものが好ましい。   There is no restriction | limiting in particular in the composition of the catalyst for exhaust gas treatment of this invention, As long as the said ratio (B / L) exists in the range of 0/1-10/1, any may be sufficient. Of these, those containing a titanium-based oxide and at least one element selected from vanadium (V), tungsten (W), and molybdenum (Mo) are preferable.

前記比率(B/L)が0/1〜1/1である場合には、本発明で用いる「チタン系酸化物」は、pKa≦+3.3である固体酸量が0.3mmol/g以上、好ましくは0.3〜0.8mmol/g、より好ましくは0.35〜0.7mmol/g、更に好ましくは0.4〜0.6mmol/gの範囲にあるものである。pKa≦+3.3である固体酸量が0.3mmol/gより少ないと、触媒表面への有害物質の吸着が低下し、結果として、触媒の有害物質分解性能が低下する。なお、上記固体酸量はチタン系酸化物表面上のブレンステッド酸およびルイス酸の合計酸量と考えられている。   When the ratio (B / L) is 0/1 to 1/1, the “titanium-based oxide” used in the present invention has a solid acid amount of pKa ≦ + 3.3 of 0.3 mmol / g or more. , Preferably 0.3 to 0.8 mmol / g, more preferably 0.35 to 0.7 mmol / g, and still more preferably 0.4 to 0.6 mmol / g. When the amount of solid acid with pKa ≦ + 3.3 is less than 0.3 mmol / g, the adsorption of harmful substances on the catalyst surface is lowered, and as a result, the hazardous substance decomposition performance of the catalyst is lowered. The solid acid amount is considered to be the total acid amount of Bronsted acid and Lewis acid on the surface of the titanium-based oxide.

本発明における「pKa≦+3.3である固体酸量」は、下記方法により測定したものである。   The “solid acid amount satisfying pKa ≦ + 3.3” in the present invention is measured by the following method.

<固体酸量の測定方法>
pKa=+3.3の指示薬としてp−ジメチルアミノアゾベンゼンを用い、n−ブチルアミン滴定法に従って求める。120℃で3時間以上乾燥した粉体試料0.2gを精密天秤で秤量し、試験管に入れ、これに約20mlのベンゼンを加える。そこに、上記指示薬をベンゼンに溶かした溶液を数滴加え、栓をしてよく振り混ぜると、指示薬の酸性色である赤色となる。これに、0.13mmol/mlのn−ブチルアミンのベンゼン溶液をミクロビュレットで加え、試料が指示薬の塩基性色である黄色に変色した点を滴定の終点とし、滴定量と試料の質量とから、次式に従って固体酸量(mmol/g)を算出する。
<Measurement method of solid acid amount>
Using p-dimethylaminoazobenzene as an indicator of pKa = + 3.3, it is determined according to the n-butylamine titration method. 0.2 g of a powder sample dried at 120 ° C. for 3 hours or more is weighed with a precision balance, put into a test tube, and about 20 ml of benzene is added thereto. When a few drops of a solution of the above indicator dissolved in benzene are added thereto, the stopper is capped and shaken well, the indicator becomes red, which is the acidic color of the indicator. To this, 0.13 mmol / ml of benzene solution of n-butylamine was added with microburette, and the point at which the sample turned yellow, which is the basic color of the indicator, was taken as the end point of titration. The solid acid amount (mmol / g) is calculated according to the following formula.

Figure 0004680748
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上記固体酸量の場合、本発明で用いる「チタン系酸化物」は、ブレンステッド酸量(B)とルイス酸量(L)との比率(B/L)が0/1〜1/1、好ましくは0.1/1〜1/1、より好ましくは0.1/1〜 0.8/1の範囲にあるものである。上記比率(B/L)が1/1を超えると、このチタン系酸化物を用いて得られる排ガス処理用触媒は、その有害物質分解性能が低いものとなり、好ましくない。   In the case of the solid acid amount, the “titanium-based oxide” used in the present invention has a ratio (B / L) of the Bronsted acid amount (B) to the Lewis acid amount (L) of 0/1 to 1/1, It is preferably in the range of 0.1 / 1 to 1/1, more preferably 0.1 / 1 to 0.8 / 1. When the ratio (B / L) exceeds 1/1, the exhaust gas treatment catalyst obtained using this titanium-based oxide has a low hazardous substance decomposition performance, which is not preferable.

本発明のpKa≦+3.3である固体酸量が0.3mmol/g以上であり、またブレンステッド酸量とルイス酸量との比率(B/L)が0/1〜1/1の範囲にあるチタン系酸化物は各種方法によって調製することができるが、チタン系酸化物として、チタンとアルミニウム、ケイ素およびジルコニウムから選ばれる少なくとも1種の元素とのチタン系複合酸化物を例に挙げて、その調製方法を以下に説明する。   The solid acid amount of pKa ≦ + 3.3 of the present invention is 0.3 mmol / g or more, and the ratio (B / L) between the Bronsted acid amount and the Lewis acid amount is in the range of 0/1 to 1/1. The titanium-based oxide can be prepared by various methods. As the titanium-based oxide, a titanium-based composite oxide of titanium and at least one element selected from aluminum, silicon, and zirconium is taken as an example. The preparation method will be described below.

出発原料については特に制限はなく、チタンを含む複合酸化物の調製に一般に用いられている化合物を用いることができる。   The starting material is not particularly limited, and a compound generally used for preparing a composite oxide containing titanium can be used.

チタン源としては、例えば、四塩化チタン、硫酸チタンなどの無機チタン化合物、およびシュウ酸チタン、テトライソプロピルチタネートなどの有機チタン化合物から適宜選択して用いることができる。   As the titanium source, for example, inorganic titanium compounds such as titanium tetrachloride and titanium sulfate, and organic titanium compounds such as titanium oxalate and tetraisopropyl titanate can be appropriately selected and used.

アルミニウム源としては、例えば、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウムなどの無機アルミニウム化合物、および酢酸アルミニウムなどの有機アルミニウム化合物から適宜選択して用いることができる。   As an aluminum source, for example, an inorganic aluminum compound such as aluminum nitrate and aluminum sulfate, and an organic aluminum compound such as aluminum acetate can be appropriately selected and used.

ケイ素源としては、例えば、コロイド状シリカ、水ガラス、微粒子ケイ素、四塩化ケイ素、シリカゲルなどの無機ケイ素化合物、およびテトラエチルシリケートなどの有機ケイ素化合物から適宜選択して用いることができる。   As the silicon source, for example, an inorganic silicon compound such as colloidal silica, water glass, fine particle silicon, silicon tetrachloride and silica gel, and an organic silicon compound such as tetraethyl silicate can be appropriately selected and used.

ジルコニウム源としては、例えば、塩化ジルコニウム、硫酸ジルコニウムなどの無機ジルコニウム化合物、およびシュウ酸ジルコニウムなどの有機ジルコニウム化合物から適宜選択して用いることができる。   As the zirconium source, for example, inorganic zirconium compounds such as zirconium chloride and zirconium sulfate, and organic zirconium compounds such as zirconium oxalate can be appropriately selected and used.

本発明のチタン系複合酸化物は、例えば、チタン−ケイ素複合酸化物の場合、コロイド状シリカなどのケイ素化合物をアンモニア水溶液に分散させて溶液(A)を調製し、この溶液(A)に攪拌下で硫酸チタニルなどのチタン化合物の溶液を、滴下を開始してから混合液のpHが8となるまでの時間が40分以上、好ましくは40〜1440分、より好ましくは60〜1080分、さらに好ましくは90〜720分となるように滴下し、得られたスラリーをろ過し、さらに乾燥した後、300〜600℃の温度で焼成することにより得られる。また、チタン−ケイ素−アルミニウム複合酸化物の場合には、上記溶液(A)にチタン化合物のほかに、アルミニウム化合物の溶液を滴下するが、この際、滴下を開始してから混合液のpHが8となるまでの時間が40分以上、好ましくは40〜1440分、より好ましくは60〜1080分、さらに好ましくは90〜720分となるように滴下し、得られたスラリーをろ過し、さらに乾燥した後、300〜600℃の温度で焼成すればよい。   When the titanium-based composite oxide of the present invention is, for example, a titanium-silicon composite oxide, a solution (A) is prepared by dispersing a silicon compound such as colloidal silica in an aqueous ammonia solution, and the solution (A) is stirred. The time from the start of dropping a solution of a titanium compound such as titanyl sulfate until the pH of the mixed solution reaches 8 is 40 minutes or more, preferably 40 to 1440 minutes, more preferably 60 to 1080 minutes, Preferably, it is added dropwise so as to be 90 to 720 minutes, and the obtained slurry is filtered, further dried, and then fired at a temperature of 300 to 600 ° C. In the case of a titanium-silicon-aluminum composite oxide, a solution of an aluminum compound is dropped into the solution (A) in addition to the titanium compound. The time until it becomes 8 is 40 minutes or more, preferably 40 to 1440 minutes, more preferably 60 to 1080 minutes, and still more preferably 90 to 720 minutes, and the resulting slurry is filtered and further dried Then, it may be fired at a temperature of 300 to 600 ° C.

チタン化合物とケイ素化合物などの混合溶液にアンモニア水溶液を滴下したり、あるいはチタン化合物の溶液を滴下する場合であっても、滴下を開始してから混合液のpHが8となるまでの時間が40分未満となるような条件で滴下したのでは、目的とする酸性質を有するチタン系酸化物が得られず、充分な排ガス処理性能が得られない恐れがある。   Even when an aqueous ammonia solution is dropped into a mixed solution of a titanium compound and a silicon compound or a solution of a titanium compound is dropped, the time from the start of dropping until the pH of the mixed solution reaches 8 is 40. If it is dropped under such a condition that it is less than 5 minutes, a titanium-based oxide having the desired acidity cannot be obtained, and sufficient exhaust gas treatment performance may not be obtained.

チタン系複合酸化物(チタン系酸化物)中のチタンの含有量は、チタンと、ケイ素、クロム、モリブデンおよびタングステンから選ばれる少なくとも1種の元素との合計質量に対し、40〜95質量%、好ましくは50〜95質量%、特に好ましくは60〜95質量%である。他の元素(ケイ素、クロム、モリブデンまたはタングステン)の含有量については、二元系複合酸化物か三元系複合酸化物かにより相違し、前者の場合、他の元素の含有量は、チタンと他の元素との合計質量に対し、5〜60質量%、好ましくは5〜50質量%、より好ましくは5〜40質量%であり、後者の場合、他の元素の含有量は、チタンと他の元素との合計質量に対し、1〜60質量%、好ましくは5〜50質量%、より好ましくは5〜40質量%である。(ただし、チタン他の元素(ケイ素、クロム、モリブデンまたはタングステン)の合計は100質量である。)
本発明の排ガス処理用触媒中のチタン系酸化物の含有量は、触媒の全質量基準で、75〜99.9質量%、好ましくは80〜99.5質量%、より好ましくは85〜99質量%である。チタン系酸化物の含有量が99.9質量%を超えると、バナジウム、タングステンおよびモリブデンから選ばれる少なくとも1種の元素の含有量が少なくなりすぎて触媒性能が低下し、また75質量%より少なくすると、バナジウムなどの元素の含有量が大きくなり、それに見合う触媒性能の向上は認められず、かえって触媒コストが上昇して好ましくない。
The content of titanium in the titanium-based composite oxide (titanium-containing oxide) is the total mass of the titanium, silicon, chromium, and at least one element selected from Mo Ribuden and tungsten, 40 to 95 wt% , Preferably 50 to 95% by mass, particularly preferably 60 to 95% by mass. The content of other elements (silicon, chromium, molybdenum or tungsten) differs depending on whether it is a binary complex oxide or a ternary complex oxide. In the former case, the content of other elements is different from that of titanium. 5 to 60% by mass, preferably 5 to 50% by mass, more preferably 5 to 40% by mass with respect to the total mass with other elements. In the latter case, the content of other elements is titanium and other elements. 1 to 60% by mass, preferably 5 to 50% by mass, and more preferably 5 to 40% by mass with respect to the total mass with the above elements. (However, the total of titanium and other elements (silicon, chromium, molybdenum or tungsten) is 100 % by mass.)
The content of the titanium-based oxide in the exhaust gas treatment catalyst of the present invention is 75 to 99.9% by mass, preferably 80 to 99.5% by mass, more preferably 85 to 99% by mass based on the total mass of the catalyst. %. When the content of the titanium-based oxide exceeds 99.9% by mass, the content of at least one element selected from vanadium, tungsten, and molybdenum is excessively decreased, so that the catalyst performance is deteriorated, and less than 75% by mass. As a result, the content of elements such as vanadium is increased, and an improvement in catalyst performance commensurate with the content is not recognized.

チタン系酸化物の形状については特に制限はなく、前記のような調製方法によって得られたチタン系酸化物をそのまま用いても、あるいは板状、波板状、網状、ハニカム状、円柱状、球状、円筒状、ペレット状などの形状に適宜成型して使用してもよい。チタン系酸化物の形状は、完成触媒の形状を考慮して決定するのが一般的である。   The shape of the titanium-based oxide is not particularly limited, and the titanium-based oxide obtained by the preparation method as described above may be used as it is, or may be a plate shape, a corrugated plate shape, a net shape, a honeycomb shape, a cylindrical shape, a spherical shape. Alternatively, it may be used by appropriately forming it into a cylindrical shape, a pellet shape or the like. In general, the shape of the titanium-based oxide is determined in consideration of the shape of the finished catalyst.

本発明のブレンステッド酸量(B)とルイス酸量(L)との比率(B/L)が1/1〜10/1の範囲にある排ガス処理用触媒は、前記のようにして調製したチタン系複合酸化物を用い、これにバナジウム、タングステンおよびモリブデンから選ばれる少なくとも1種の元素を加えることにより得られる。この方法については、例えば、沈澱法(共沈法)、加水分解法、ゾルゲル法、沈着法、混練法などを用いることができる。具体的には、チタン系酸化物の粉末にバナジウム、タングステンおよび/またはモリブデンの出発原料を含む水溶液に、一般にこの種の成形を行う際に用いられる有機または無機の成形助剤とともに加え、混合、混練しつつ加熱して水分を蒸発させ、押出し可能なペースト状とし、これを押出成形機でハニカム状などに成形した後、乾燥し空気中で高温(好ましくは200〜600℃)で焼成する方法などが挙げられる。また、別の方法として、チタン酸化物の粉末を予め球状、円柱状のペレット、格子状のハニカムなどの形に成形し、焼成した後、バナジウム、タングステンおよび/またはモリブデンの出発原料を含む水溶液を含浸させる方法も採用することができる。また、チタン系酸化物の粉末をバナジウム、タングステンおよび/またはモリブデンの酸化物の粉末と直接混練する方法を採用することができる。また、チタン系酸化物を調製する工程でチタンなどを含む溶液またはスラリーにバナジウム、タングステンおよび/またはモリブデンを含む化合物の水溶液を添加する方法や、チタン系酸化物を調製する工程で、ろ過などによりスラリーから水分を除去して得られるケーキに、バナジウム、タングステンおよび/またはモリブデンを含む化合物の水溶液を添加して混合し、乾燥、焼成する方法も採用することができる。   The exhaust gas treatment catalyst having a ratio (B / L) between the Bronsted acid amount (B) and the Lewis acid amount (L) of the present invention in the range of 1/1 to 10/1 was prepared as described above. It is obtained by using a titanium-based composite oxide and adding at least one element selected from vanadium, tungsten and molybdenum to this. For example, a precipitation method (coprecipitation method), a hydrolysis method, a sol-gel method, a deposition method, a kneading method, or the like can be used. Specifically, in addition to an aqueous solution containing a starting material of vanadium, tungsten and / or molybdenum in a titanium-based oxide powder, together with an organic or inorganic forming aid generally used when performing this type of molding, mixing, Method of evaporating moisture by heating while kneading to form an extrudable paste, forming this into a honeycomb or the like with an extruder, drying, and firing in air at a high temperature (preferably 200 to 600 ° C.) Etc. As another method, titanium oxide powder is pre-shaped into a spherical, cylindrical pellet, lattice-shaped honeycomb, and fired, and then an aqueous solution containing vanadium, tungsten and / or molybdenum starting materials is prepared. An impregnation method can also be employed. Further, a method of directly kneading titanium oxide powder with vanadium, tungsten and / or molybdenum oxide powder can be employed. In addition, a method of adding an aqueous solution of a compound containing vanadium, tungsten and / or molybdenum to a solution or slurry containing titanium or the like in the step of preparing a titanium-based oxide, or a step of preparing a titanium-based oxide by filtration or the like A method of adding an aqueous solution of a compound containing vanadium, tungsten and / or molybdenum to a cake obtained by removing moisture from the slurry, mixing, drying, and firing can also be employed.

バナジウム源としては、例えば、バナジウム酸化物のほかに、水酸化物、アンモニウム塩、シュウ酸塩、ハロゲン化物、硫酸塩などのバナジウム化合物を適宜選択して用いることができる。   As the vanadium source, for example, in addition to vanadium oxide, a vanadium compound such as hydroxide, ammonium salt, oxalate, halide, sulfate, and the like can be appropriately selected and used.

タングステン源としては、例えば、酸化タングステン、パラタングステン酸アンモニウム、メタタングステン酸アンモニウム、タングステン酸などから適宜選択して用いることができる。   As the tungsten source, for example, tungsten oxide, ammonium paratungstate, ammonium metatungstate, tungstic acid, and the like can be appropriately selected and used.

モリブデン源としては、焼成によりモリブデン酸化物を生成するものであればいずれでもよく、例えば、モリブデンの酸化物、水酸化物、アンモニウム塩、ハロゲン化物など、具体的にはパラモリブデン酸アンモニウム、モリブデン酸などから適宜選択して用いることができる。   Any molybdenum source may be used as long as it generates molybdenum oxide by firing. For example, molybdenum oxide, hydroxide, ammonium salt, halide, etc., specifically ammonium paramolybdate, molybdic acid, etc. It can select suitably from etc. and can be used.

本発明の排ガス処理用触媒中のバナジウム、タングステンおよび/またはモリブデンの含有量は、触媒の全質量基準で、0.1〜25質量%、好ましくは0.5〜20質量%、より好ましくは1〜15質量%である。   The content of vanadium, tungsten and / or molybdenum in the exhaust gas treatment catalyst of the present invention is 0.1 to 25% by mass, preferably 0.5 to 20% by mass, more preferably 1 based on the total mass of the catalyst. ˜15 mass%.

本発明の排ガス処理用触媒は、硫黄(S)を含有しているのが好ましい。硫黄を添加する方法としては、例えば、硫酸の水溶液や硫酸塩などの水溶液に触媒を浸漬する方法、触媒に二酸化硫黄(SO)などを含むガスを接触させる方法などから適宜選択して用いることができる。 The exhaust gas treatment catalyst of the present invention preferably contains sulfur (S). As a method for adding sulfur, for example, a method of immersing the catalyst in an aqueous solution of sulfuric acid or sulfate, a method of bringing the catalyst into contact with a gas containing sulfur dioxide (SO 2 ), or the like is used as appropriate. Can do.

硫黄源としては、例えば、硫酸、硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウム、二酸化硫黄ガスなどを適宜選択して用いることができる。   As the sulfur source, for example, sulfuric acid, ammonium sulfate, ammonium hydrogen sulfate, sulfur dioxide gas and the like can be appropriately selected and used.

本発明の排ガス処理用触媒が硫黄を含む場合、その含有量は、触媒の全質量に対し、0.01〜3質量%、好ましくは0.1〜3質量%、より好ましくは0.5〜3質量%である。   When the exhaust gas treatment catalyst of the present invention contains sulfur, the content thereof is 0.01 to 3% by mass, preferably 0.1 to 3% by mass, more preferably 0.5 to 0.5%, based on the total mass of the catalyst. 3% by mass.

本発明にかかる排ガス処理用触媒としては、前記チタン系酸化物、およびバナジウム、タングステンおよび/またはモリブデン(以下、これらをまとめて触媒成分ということもある。)のみを触媒の構成材料として用い、この触媒成分を一定の形状で成形してなる成形型触媒が好ましい形態ではあるが、所望の形状を有する任意の不活性担体に触媒成分を担持させてなる担持型触媒であっても、あるいは上記成形型触媒と担持型触媒とを適宜組み合わせて得られた触媒であってもよい。   As the exhaust gas treatment catalyst according to the present invention, only the titanium-based oxide and vanadium, tungsten and / or molybdenum (hereinafter sometimes collectively referred to as catalyst components) are used as constituent materials of the catalyst. Although a mold-type catalyst formed by molding a catalyst component in a certain shape is a preferred form, even a supported-type catalyst in which a catalyst component is supported on an arbitrary inert carrier having a desired shape, or the above-mentioned molding A catalyst obtained by appropriately combining a type catalyst and a supported catalyst may be used.

本発明の排ガス処理用触媒の形状については特に制限はなく、この種の触媒に一般に用いられている形状、例えば、ハニカム状、球状、板状、網状、円柱状、円筒状、波状(コルゲート)状、パイプ状、ドーナッツ状などから適宜選択して決定することができる。   The shape of the exhaust gas treatment catalyst of the present invention is not particularly limited, and is a shape generally used for this type of catalyst, for example, honeycomb shape, spherical shape, plate shape, net shape, columnar shape, cylindrical shape, corrugated shape (corrugated) It can be determined by appropriately selecting from a shape, a pipe shape, a donut shape, and the like.

本発明の排ガス処理用触媒の細孔容積は、通常、0.2〜0.8cm3/gであり、好ましくは0.25〜0.7m3/g、より好ましくは0.25〜0.6cm3/gである。   The pore volume of the exhaust gas treatment catalyst of the present invention is usually 0.2 to 0.8 cm 3 / g, preferably 0.25 to 0.7 m 3 / g, more preferably 0.25 to 0.6 cm 3 / g. g.

また、本発明の排ガス処理用触媒のBET比表面積は、特に制限されないが、30〜250m2/gであることが好ましく、より好ましくは40〜250m2/g、さらに好ましくは45〜250m2/gである。   The BET specific surface area of the exhaust gas treatment catalyst of the present invention is not particularly limited, but is preferably 30 to 250 m2 / g, more preferably 40 to 250 m2 / g, and still more preferably 45 to 250 m2 / g. .

上述のような、本発明の排ガス処理用触媒に窒素酸化物やダイオキシン類などの有害物質を含む排ガスを接触させて、有害物質を分解して、排ガスを処理することができる。接触条件については特に制限はなく、この種の処理に一般に用いられている条件下に実施することができる。排ガスの空間速度は、通常、100〜100,000hr−1(STP)であり、好ましくは200〜50,000hr−1(STP)、より好ましくは200〜29,000hr−1(STP)である。処理温度については、処理すべき排ガスの温度は、通常、100〜500℃であり、好ましくは200〜500℃、より好ましくは250〜500℃である。 The exhaust gas containing the harmful substances such as nitrogen oxides and dioxins can be brought into contact with the exhaust gas treatment catalyst of the present invention as described above to decompose the harmful substances and treat the exhaust gas. The contact conditions are not particularly limited, and the contact conditions can be carried out under conditions generally used for this type of treatment. The space velocity of the exhaust gas is usually 100~100,000hr -1 (STP), preferably 200~50,000hr -1 (STP), more preferably 200~29,000hr -1 (STP). About processing temperature, the temperature of the waste gas which should be processed is 100-500 degreeC normally, Preferably it is 200-500 degreeC, More preferably, it is 250-500 degreeC.

本発明の有利な実施態様を示している以下の実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する。   The invention is further illustrated by the following examples, which illustrate advantageous embodiments of the invention.

実施例1
<Ti−Si複合酸化物(a)>
25質量%アンモニア水137リットルにスノーテックス−20(日産化学株式会社製、約20質量%のSiO含有)10kgを加え、攪拌、混合した後、硫酸チタニルの硫酸溶液(TiOとして70g/リットル、硫酸濃度287g/リットル)257リットルを攪拌しながら120分以上かけて滴下した(pH8)。得られたゲルを20時間放置した後、ろ過、水洗、続いて120℃で20時間乾燥した。これを500℃で5時間焼成し、さらにハンマーミルを用いて粉砕し、分級機で分級して平均粒子径12μmの粉体を得た。
Example 1
<Ti-Si composite oxide (a)>
After adding 10 kg of Snowtex-20 (Nissan Chemical Co., Ltd., containing about 20% by mass of SiO 2 ) to 137 liter of 25% by mass ammonia water, stirring and mixing, sulfuric acid solution of titanyl sulfate (70 g / L as TiO 2) 257 liters of sulfuric acid concentration 287 g / liter) was added dropwise over 120 minutes with stirring (pH 8). The obtained gel was allowed to stand for 20 hours, then filtered, washed with water, and then dried at 120 ° C. for 20 hours. This was fired at 500 ° C. for 5 hours, further pulverized using a hammer mill, and classified by a classifier to obtain a powder having an average particle size of 12 μm.

得られた粉体のX線回折図を図1に示す。SiOの明らかな固有ピークは認められず、2θ=25.3°にブロードな回折ピークが得られていることから、上記粉体はチタンとケイ素との複合酸化物(Ti−Si複合酸化物)(a)であることが確認された。 The X-ray diffraction pattern of the obtained powder is shown in FIG. No obvious intrinsic peak of SiO 2 was observed, and a broad diffraction peak was obtained at 2θ = 25.3 °. Therefore, the powder was a composite oxide of titanium and silicon (Ti-Si composite oxide). ) (A) was confirmed.

<ハニカム触媒>
8リットルの水に、メタバナジン酸アンモニウム1.3kg、パラタングステン酸アンモニウム1.9kg、シュウ酸2.0kgおよびモノエタノールアミン1.2kgを混合し、溶解させ均一溶液を調製した。先に調製したTi−Si複合酸化物(a)粉体18.0kgをニーダーに投入後、有機バインダー(デンプン1.5kg)などの成形助剤とともに上記均一溶液を加え、よく攪拌した。さらに、適量の水を加えつつブレンダーでよく混合した後、連続ニーダーで十分混練りし、外形80mm角、目開き4.0mm、肉厚1.0mm、長さ500mmのハニカム状に押出成形した。得られた成形物を60℃で乾燥した後、450℃で5時間焼成して触媒(1)を得た。この触媒の組成は、Ti:Si:V:W(TiO:SiO:V:WOとして換算比率)=78.3:8.7:5:8であった。
<Honeycomb catalyst>
In 8 liters of water, 1.3 kg of ammonium metavanadate, 1.9 kg of ammonium paratungstate, 2.0 kg of oxalic acid and 1.2 kg of monoethanolamine were mixed and dissolved to prepare a uniform solution. 18.0 kg of the previously prepared Ti-Si composite oxide (a) powder was put into a kneader, and then the above homogeneous solution was added together with a molding aid such as an organic binder (starch 1.5 kg), followed by thorough stirring. Further, after adding a proper amount of water and thoroughly mixing with a blender, the mixture was sufficiently kneaded with a continuous kneader, and extruded into a honeycomb shape having an outer shape of 80 mm square, an opening of 4.0 mm, a wall thickness of 1.0 mm, and a length of 500 mm. The obtained molded product was dried at 60 ° C. and then calcined at 450 ° C. for 5 hours to obtain a catalyst (1). The composition of this catalyst was Ti: Si: V: W (TiO 2 : SiO 2 : V 2 O 5 : converted ratio as WO 3 ) = 78.3: 8.7: 5: 8.

触媒(1)について、FT−IR分析法により求めたチャートを図2に示し、このチャートに基づいて求めた比率(B/L)を表1に示した。   For the catalyst (1), a chart obtained by FT-IR analysis is shown in FIG. 2, and the ratio (B / L) obtained based on this chart is shown in Table 1.

実施例2
実施例1において、パラタングステン酸アンモニウム1.9kgの代わりに、パラモリブデン酸アンモニウム2.0kgを用いた以外は同様にして、触媒(2)を得た。この触媒(2)の組成は、Ti:Si:V:Mo(TiO:SiO:V:MoOとして換算比率)=78.3:8.7:5:8であった。触媒(2)の、FT−IR分析法により求めた比率(B/L)を表1に示す。
Example 2
A catalyst (2) was obtained in the same manner as in Example 1, except that 2.0 kg of ammonium paramolybdate was used instead of 1.9 kg of ammonium paratungstate. The composition of the catalyst (2) was Ti: Si: V: Mo (equivalent ratio as TiO 2 : SiO 2 : V 2 O 5 : MoO 3 ) = 78.3: 8.7: 5: 8. The ratio (B / L) of the catalyst (2) determined by the FT-IR analysis method is shown in Table 1.

実施例3
<Ti−Si−Mo複合酸化物(b)>
シリカゾル(スノーテックス−30、日産化学株式会社製、SiO換算30質量%含有)3.3kgと工業用アンモニア水(25質量%アンモニア含有)103kgと水58リットルとの混合溶液に、モリブデン酸3.4kgを加え、よく攪拌し、モリブデン酸を完全に溶解させ、均一溶液を得た。この溶液に硫酸チタニルの硫酸溶液(TiOとして70g/リットル、硫酸濃度287g/リットル)228リットルを攪拌しながら120分かけて滴下し、沈澱を生成させた(pH8)。この共沈スラリーを約40時間静置した後、ろ過し、水で十分洗浄した後、100℃で1時間乾燥させた。さらに、空気雰囲気下、500℃で5時間焼成した。ハンマーミルを用いて粉砕し、分級機で分級して平均粒子径12μmの粉体を得た。
Example 3
<Ti-Si-Mo composite oxide (b)>
Silica sol (Snowtex-30, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd., containing 30% by mass in terms of SiO 2 ) 3.3 kg, industrial ammonia water (containing 25% by mass ammonia) 103 kg, and 58 liters of water were mixed with molybdic acid 3 .4 kg was added and stirred well to completely dissolve the molybdic acid to obtain a uniform solution. To this solution, 228 liters of a sulfuric acid solution of titanyl sulfate (70 g / liter as TiO 2 , sulfuric acid concentration 287 g / liter) was added dropwise with stirring over 120 minutes to form a precipitate (pH 8). The coprecipitated slurry was allowed to stand for about 40 hours, filtered, thoroughly washed with water, and dried at 100 ° C. for 1 hour. Further, it was fired at 500 ° C. for 5 hours in an air atmosphere. The powder was pulverized using a hammer mill and classified by a classifier to obtain a powder having an average particle size of 12 μm.

得られた粉体のX線回折チャートではSiOおよびMoOの明らかな固有ピークは認められず、2θ=25.3°にブロードな回折ピークが得られ、チタンとケイ素とモリブデンとの複合酸化物(Ti−Si−Mo複合酸化物)(b)であることが確認された。 In the X-ray diffraction chart of the obtained powder, no obvious intrinsic peaks of SiO 2 and MoO 3 were observed, and a broad diffraction peak was obtained at 2θ = 25.3 °, and composite oxidation of titanium, silicon and molybdenum Product (Ti-Si-Mo composite oxide) (b).

<ハニカム触媒>
8リットルの水に、メタバナジン酸アンモニウム1.8kg、シュウ酸1.67kg、さらにモノエタノールアミン0.4kgを混合し、溶解させ、均一溶液を調製した。先に調製したTi−Si−Mo複合酸化物粉体18.6kgをニーダーに投入後、有機バインダー(デンプン1.5kg)などの成形助剤とともに上記バナジウム含有溶液を加え、よく攪拌した。さらに、適量の水を加えつつブレンダーでよく混合した後、連続ニーダーで十分混練りし、外形80mm角、目開き44.0mm、肉厚1.0mm、長さ500mmのハニカム状に押出成形した。得られた成形物を60℃で乾燥した後、450℃で5時間焼成して触媒(3)を得た。この触媒の組成は、Ti:Si:Mo:V(TiO:SiO:MoO:Vとして換算比率)=74.3:4.7:14:7であった。触媒(3)の、FT−IR分析法により求めた比率(B/L)を表1に示す。
<Honeycomb catalyst>
In 8 liters of water, 1.8 kg of ammonium metavanadate, 1.67 kg of oxalic acid, and 0.4 kg of monoethanolamine were mixed and dissolved to prepare a uniform solution. 18.6 kg of the previously prepared Ti-Si-Mo composite oxide powder was put into a kneader, and the above vanadium-containing solution was added together with a molding aid such as an organic binder (starch 1.5 kg), followed by thorough stirring. Further, after mixing well with a blender while adding an appropriate amount of water, the mixture was sufficiently kneaded with a continuous kneader and extruded into a honeycomb shape having an outer shape of 80 mm square, an aperture of 44.0 mm, a wall thickness of 1.0 mm, and a length of 500 mm. The obtained molded product was dried at 60 ° C. and then calcined at 450 ° C. for 5 hours to obtain a catalyst (3). The composition of this catalyst was Ti: Si: Mo: V (converted ratio as TiO 2 : SiO 2 : MoO 3 : V 2 O 5 ) = 74.3: 4.7: 14: 7. Table 1 shows the ratio (B / L) of the catalyst (3) obtained by the FT-IR analysis method.

比較例5
8リットルの水に、メタバナジン酸アンモニウム1.8kg、硫酸アンモニウム1.7kg、シュウ酸1.67kg、さらにモノエタノールアミン0.4kgを混合し、溶解させ、均一溶液を調製した。市販のTiO粉体(DT−51(商品名)、ミレニアム社製)6.2kgをニーダーに投入後、有機バインダー(デンプン1.5kg)などの成形助剤とともに上記バナジウム含有溶液を加え、よく攪拌した。さらに、適量の水を加えつつブレンダーでよく混合した後、連続ニーダーで十分混練りし、外形80mm角、目開き4.0mm、肉厚1.0mm、長さ500mmのハニカム状に押出成形した。得られた成形物を60℃で乾燥した後、450℃で5時間焼成して触媒(4)を得た。この触媒の組成は、Ti:V:S(TiO:V:Sとして換算比率)=92.5:7:0.5であった。触媒(4)の、FT−IR分析法により求めた比率(B/L)を表1に示す。
Comparative Example 5
In 8 liters of water, 1.8 kg of ammonium metavanadate, 1.7 kg of ammonium sulfate, 1.67 kg of oxalic acid, and 0.4 kg of monoethanolamine were mixed and dissolved to prepare a uniform solution. After putting 6.2 kg of commercially available TiO 2 powder (DT-51 (trade name), manufactured by Millennium) into a kneader, the above vanadium-containing solution is added together with a molding aid such as an organic binder (starch 1.5 kg). Stir. Further, after adding a proper amount of water and thoroughly mixing with a blender, the mixture was sufficiently kneaded with a continuous kneader, and extruded into a honeycomb shape having an outer shape of 80 mm square, an opening of 4.0 mm, a wall thickness of 1.0 mm, and a length of 500 mm. The obtained molded product was dried at 60 ° C. and then calcined at 450 ° C. for 5 hours to obtain a catalyst (4). The composition of this catalyst was Ti: V: S (a conversion ratio as TiO 2 : V 2 O 5 : S) = 92.5: 7: 0.5. The ratio (B / L) of the catalyst (4) determined by the FT-IR analysis method is shown in Table 1.

比較例1
<Ti−Si複合酸化物(d)>
硫酸チタニルの硫酸溶液(TiOとして70g/リットル、硫酸濃度287g/リットル)257リットルにスノーテックス−20を10kg加え、攪拌、混合し、この混合水溶液を70℃に加熱した。加熱した混合水溶液に、25質量%アンモニア水137リットルを攪拌しながら30分かけて滴下した後、pH=7となるよう調整した。得られたゲルを70℃にて2時間攪拌した後、ろ過、水洗し、続いて100℃で20時間乾燥した。これを500℃で5時間焼成し、さらにハンマーミルを用いて粉砕し、分級機で分級して平均粒子径12μmの粉体を得た。
Comparative Example 1
<Ti-Si composite oxide (d)>
10 kg of SNOWTEX-20 was added to 257 liters of a sulfuric acid solution of titanyl sulfate (70 g / liter as TiO 2 , sulfuric acid concentration 287 g / liter), stirred and mixed, and this mixed aqueous solution was heated to 70 ° C. To the heated mixed aqueous solution, 137 liters of 25% by mass ammonia water was added dropwise over 30 minutes with stirring, and then adjusted to pH = 7. The obtained gel was stirred at 70 ° C. for 2 hours, filtered, washed with water, and then dried at 100 ° C. for 20 hours. This was fired at 500 ° C. for 5 hours, further pulverized using a hammer mill, and classified by a classifier to obtain a powder having an average particle size of 12 μm.

得られた粉体のX線回折図を図3に示す。これによれば、SiOの明らかな固有ピークは認められず、2θ=25.3°にブロードな回折ピークが得られ、粉体はチタンとケイ素との複合酸化物(Ti−Si複合酸化物)(d)であることが確認された。 An X-ray diffraction pattern of the obtained powder is shown in FIG. According to this, a clear intrinsic peak of SiO 2 was not recognized, and a broad diffraction peak was obtained at 2θ = 25.3 °, and the powder was a composite oxide of titanium and silicon (Ti-Si composite oxide). ) (D) was confirmed.

<ハニカム触媒>
8リットルに水にメタバナジン酸アンモニウム1.3kg、パラタングステン酸アンモニウム1.9kg、シュウ酸2.0kgおよびモノエタノールアミン1.2kgを混合し、溶解させ、均一溶液を調製した。先に調製したTi−Si複合酸化物(d)18kgをニーダーに投入後、有機バインダー(デンプン1.5kg)の成形助剤とともに上記のバナジウムおよびタングステン含有溶液を加え、よく攪拌した。さらに適量の水を加えつつブレンダーでよく混合した後、連続ニーダーで十分混練りし、外形80mm角、目開き4.0mm、肉厚1.0mm、長さ500mmのハニカム状に押出成形した。得られた成形物を60℃で乾燥した後、450℃で5時間焼成して触媒(5)を得た。この触媒(5)の組成は、Ti:Si:V:W(TiO:SiO:V:WOとして換算比率)=78.3:8.7:5:8であった。触媒(5)について、FT−IR分析法により求めたチャートを図4に示し、このチャートに基づいて求めた比率(B/L)を表1に示した。
<Honeycomb catalyst>
In 8 liters, 1.3 kg of ammonium metavanadate, 1.9 kg of ammonium paratungstate, 2.0 kg of oxalic acid and 1.2 kg of monoethanolamine were mixed and dissolved in water to prepare a uniform solution. 18 kg of the Ti-Si composite oxide (d) prepared previously was put into a kneader, and the above vanadium and tungsten-containing solution was added together with a molding aid of an organic binder (starch 1.5 kg), followed by thorough stirring. Further, after mixing well with a blender while adding an appropriate amount of water, the mixture was sufficiently kneaded with a continuous kneader and extruded into a honeycomb shape having an outer shape of 80 mm square, an opening of 4.0 mm, a wall thickness of 1.0 mm, and a length of 500 mm. The obtained molded product was dried at 60 ° C. and then calcined at 450 ° C. for 5 hours to obtain a catalyst (5). The composition of this catalyst (5) was Ti: Si: V: W (a conversion ratio as TiO 2 : SiO 2 : V 2 O 5 : WO 3 ) = 78.3: 8.7: 5: 8. With respect to the catalyst (5), a chart obtained by the FT-IR analysis method is shown in FIG. 4, and a ratio (B / L) obtained based on this chart is shown in Table 1.

比較例2
市販のV粉体1.4kgを、市販のアナターゼ型酸化チタニア粉体(DT−51(商品名)、ミレニアム社製)18.6kgと混合し、ニーダーに投入後、有機バインダー(デンプン1.5kg)などの成形助剤とともに適量の水を加えつつブレンダーでよく混合した後、連続ニーダーで純分混練りし、外形80mm角、目開き4.0mm、肉厚1.0mm、長さ500mmのハニカム状に押出成形した。得られた成形品を60℃で乾燥後、500℃で5時間焼成して触媒(6)を得た。この触媒の組成は、Ti:V=95:5(TiO:Vとした換算比率)であった。
Comparative Example 2
1.4 kg of commercially available V 2 O 5 powder was mixed with 18.6 kg of commercially available anatase-type oxidized titania powder (DT-51 (trade name), manufactured by Millennium), put into a kneader, and then an organic binder (starch 1.5kg), etc., and mixing well with a blender while adding an appropriate amount of water, and then kneaded purely with a continuous kneader. External shape 80mm square, 4.0mm aperture, 1.0mm wall thickness, length Extruded into a 500 mm honeycomb. The obtained molded product was dried at 60 ° C. and then calcined at 500 ° C. for 5 hours to obtain a catalyst (6). The composition of this catalyst was Ti: V = 95: 5 (a conversion ratio of TiO 2 : V 2 O 5 ).

なお、上記アナターゼ型酸化チタニア粉体のX線回折図を図5に示した。触媒(6)のFT−IR分析法により求めた比率(B/L)を表1に示す。   The X-ray diffraction pattern of the anatase-type titania powder is shown in FIG. The ratio (B / L) of the catalyst (6) determined by the FT-IR analysis method is shown in Table 1.

実施例5
実施例1〜および比較例1、2、5で得られた触媒(1)〜(6)を用いて下記の条件で活性評価試験(脱硝反応試験およびクロロトルエン分解試験)を行った。
Example 5
Using the catalysts (1) to (6) obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 , 2 , and 5 , activity evaluation tests (denitration reaction test and chlorotoluene decomposition test) were performed under the following conditions.

(活性評価試験)
触媒(1)〜(6)のそれぞれ36.3mlを長さ1200mm、口径50mmのステンレス鋼製反応管に充填し、下記の反応ガスを下記の反応ガス温度および空間速度で流し、それぞれ反応管出口でのNOx濃度およびクロロトルエン濃度を測定してNOx除去率(脱硝率)およびクロロトルエン分解率を求めた。
(Activity evaluation test)
36.3 ml of each of the catalysts (1) to (6) was filled into a stainless steel reaction tube having a length of 1200 mm and a diameter of 50 mm, and the following reaction gas was allowed to flow at the following reaction gas temperature and space velocity, respectively, NOx concentration and chlorotoluene concentration were measured to obtain NOx removal rate (denitration rate) and chlorotoluene decomposition rate.

(脱硝反応試験条件)
反応ガス=NOx:200ppm、NH:200ppm、SO:50ppm、O:10%、HO:12%、N:バランス
反応ガス温度:200℃、300℃および400℃
空間速度:17,000hr−1(STP)
脱硝率は下記式に従って求めた。
(Denitration test conditions)
Reaction gas = NOx: 200 ppm, NH 3 : 200 ppm, SO 2 : 50 ppm, O 2 : 10%, H 2 O: 12%, N 2 : balance Reaction gas temperature: 200 ° C., 300 ° C. and 400 ° C.
Space velocity: 17,000 hr −1 (STP)
The denitration rate was determined according to the following formula.

Figure 0004680748
Figure 0004680748

(クロロトルエン分解試験条件)
反応ガス=クロロトルエン:20ppm、SO:50ppm、O:10%、HO:12%、N:バランス
反応ガス温度=200℃
空間速度=3800hr−1
クロロトルエン分解率は下記式に従って求めた。
(Chlorotoluene decomposition test conditions)
Reaction gas = chlorotoluene: 20 ppm, SO 2 : 50 ppm, O 2 : 10%, H 2 O: 12%, N 2 : balance Reaction gas temperature = 200 ° C.
Space velocity = 3800 hr −1
The chlorotoluene decomposition rate was determined according to the following formula.

Figure 0004680748
Figure 0004680748

結果を表1に示す。   The results are shown in Table 1.

Figure 0004680748
Figure 0004680748

実施例6
実施例1において、25質量%アンモニア水の量を69リットルに変更し、硫酸チタニルの硫酸溶液257リットルの代わりに四塩化チタン水溶液(TiOとして36質量%含有)88リットルを用いたこと以外は同様にして、Ti−Si複合酸化物(e)を得た。得られたTi−Si複合酸化物(e)について、pKa≦+3.3である固体酸量を表1に、またFT−IR分析法により得られたチャートを図6に示し、このチャートに基づいて求めた比率(B/L)を表2に示した。
Example 6
In Example 1, except that by changing the amount of 25 wt% ammonia water 69 liters with 88 liters of titanium tetrachloride aqueous solution (36% by mass as TiO 2 containing) instead of sulfuric acid solution 257 l of titanyl sulfate Similarly, a Ti—Si composite oxide (e) was obtained. With respect to the obtained Ti—Si composite oxide (e), the solid acid amount satisfying pKa ≦ + 3.3 is shown in Table 1, and the chart obtained by the FT-IR analysis method is shown in FIG. The ratio (B / L) obtained in this manner is shown in Table 2.

<ハニカム触媒>
8リットルの水に、メタバナジン酸アンモニウム1.3kg、パラタングステン酸アンモニウム1.9kg、シュウ酸2.0kgおよびモノエタノールアミン1.2kgを混合し、溶解させ均一溶液を調製した。先に調製したTi−Si複合酸化物(e)粉体18kgをニーダーに投入後、有機バインダー(デンプン1.5kg)などの成形助剤とともに上記均一溶液を加え、よく攪拌した。さらに、適量の水を加えつつブレンダーでよく混合した後、連続ニーダーで十分混練りし、外形80mm角、目開き4.0mm、肉厚1.0mm、長さ500mmのハニカム状に押出成形した。得られた成形物を60℃で乾燥した後、450℃で5時間焼成して触媒(1)を得た。この触媒の組成は、Ti:Si:V:W(TiO:SiO:V:WOとして換算比率)=78.3:8.7:5:8であった。
<Honeycomb catalyst>
In 8 liters of water, 1.3 kg of ammonium metavanadate, 1.9 kg of ammonium paratungstate, 2.0 kg of oxalic acid and 1.2 kg of monoethanolamine were mixed and dissolved to prepare a uniform solution. 18 kg of the previously prepared Ti-Si composite oxide (e) powder was put into a kneader, and then the above homogeneous solution was added together with a molding aid such as an organic binder (starch 1.5 kg), followed by thorough stirring. Further, after adding a proper amount of water and thoroughly mixing with a blender, the mixture was sufficiently kneaded with a continuous kneader, and extruded into a honeycomb shape having an outer shape of 80 mm square, an opening of 4.0 mm, a wall thickness of 1.0 mm, and a length of 500 mm. The obtained molded product was dried at 60 ° C. and then calcined at 450 ° C. for 5 hours to obtain a catalyst (1). The composition of this catalyst was Ti: Si: V: W (TiO 2 : SiO 2 : V 2 O 5 : converted ratio as WO 3 ) = 78.3: 8.7: 5: 8.

実施例7
実施例6において、ハニカム触媒の調製の際に、パラタングステン酸アンモニウム1.9kgの代わりに、パラモリブデン酸アンモニウム2.0kgを用いた以外は同様にして、触媒(8)を得た。この触媒(8)の組成は、Ti:Si:V:Mo(TiO:SiO:V:MoOとして換算比率)=78.3:8.7:5:8であった。
Example 7
In Example 6, a catalyst (8) was obtained in the same manner except that 2.0 kg of ammonium paramolybdate was used instead of 1.9 kg of ammonium paratungstate when preparing the honeycomb catalyst. The composition of the catalyst (8) was Ti: Si: V: Mo (equivalent ratio as TiO 2 : SiO 2 : V 2 O 5 : MoO 3 ) = 78.3: 8.7: 5: 8.

実施例8
実施例3において、アンモニア水の量を52kgに変更し、硫酸チタニルの硫酸溶液228リットルの代わりに四塩化チタン水溶液(TiOとして36質量%含有)78リットルを用いたこと以外は同様にして、Ti−Si−Mo複合酸化物(f)を得た。得られたTi−Si−Mo複合酸化物(f)について、pKa≦+3.3である固体酸量を表2に、またFT−IR分析法により求めた比率(B/L)を表2に示した。
Example 8
In Example 3, the amount of aqueous ammonia was changed to 52 kg, and instead of using 228 liters of a sulfuric acid solution of titanyl sulfate, 78 liters of an aqueous solution of titanium tetrachloride (containing 36% by mass as TiO 2 ) was used. A Ti—Si—Mo composite oxide (f) was obtained. Regarding the obtained Ti—Si—Mo composite oxide (f), the solid acid amount satisfying pKa ≦ + 3.3 is shown in Table 2, and the ratio (B / L) obtained by FT-IR analysis is shown in Table 2. Indicated.

<ハニカム触媒>
8リットルの水に、メタバナジン酸アンモニウム1.29kg、シュウ酸1.67kg、さらにモノエタノールアミン0.4kgを混合し、溶解させ、均一溶液を調製した。先に調製したTi−Si−Mo複合酸化物(f)粉体19kgをニーダーに投入後、有機バインダー(デンプン1.5kg)などの成形助剤とともに上記バナジウム含有溶液を加え、よく攪拌した。さらに、適量の水を加えつつブレンダーでよく混合した後、連続ニーダーで十分混練りし、外形80mm角、目開き4.0mm、肉厚1.0mm、長さ500mmのハニカム状に押出成形した。得られた成形物を60℃で乾燥した後、450℃で5時間焼成して触媒(3)を得た。この触媒の組成は、Ti:Si:Mo:V(TiO:SiO:MoO:Vとして換算比率)=76.4:4.8:14.2:5であった。
<Honeycomb catalyst>
In 8 liters of water, 1.29 kg of ammonium metavanadate, 1.67 kg of oxalic acid, and 0.4 kg of monoethanolamine were mixed and dissolved to prepare a uniform solution. After adding 19 kg of the previously prepared Ti-Si-Mo composite oxide (f) powder to a kneader, the above vanadium-containing solution was added together with a molding aid such as an organic binder (starch 1.5 kg) and stirred well. Further, after adding a proper amount of water and thoroughly mixing with a blender, the mixture was sufficiently kneaded with a continuous kneader, and extruded into a honeycomb shape having an outer shape of 80 mm square, an opening of 4.0 mm, a wall thickness of 1.0 mm, and a length of 500 mm. The obtained molded product was dried at 60 ° C. and then calcined at 450 ° C. for 5 hours to obtain a catalyst (3). The composition of this catalyst was Ti: Si: Mo: V (equivalent ratio as TiO 2 : SiO 2 : MoO 3 : V 2 O 5 ) = 76.4: 4.8: 14.2: 5.

比較例6
<TiO粉体(g)>
25質量%アンモニア水160リットルに硫酸チタニルの硫酸溶液(TiOとして70g/リットル、硫酸濃度287g/リットル)300リットルを攪拌しながら120分かけて滴下した(pH8)。得られたゲルを20時間放置した後、ろ過、水洗、続いて120℃で20時間乾燥した。これを520℃で3時間焼成し、さらにハンマーミルを用いて粉砕し、分級機で分級して平均粒子径12μmのTiO粉体(g)を得た。
Comparative Example 6
<TiO 2 powder (g)>
300 liters of a sulfuric acid solution of titanyl sulfate (70 g / liter as TiO 2 , sulfuric acid concentration 287 g / liter) was dropped into 160 liters of 25 mass% aqueous ammonia over 120 minutes with stirring (pH 8). The obtained gel was allowed to stand for 20 hours, then filtered, washed with water, and then dried at 120 ° C. for 20 hours. This was fired at 520 ° C. for 3 hours, further pulverized using a hammer mill, and classified by a classifier to obtain TiO 2 powder (g) having an average particle diameter of 12 μm.

このTiO粉体(g)について、pKa≦+3.3である固体酸量を表2に、またFT−IR分析法により求めた比率(B/L)を表2に示した。 Regarding this TiO 2 powder (g), the solid acid amount satisfying pKa ≦ + 3.3 is shown in Table 2, and the ratio (B / L) obtained by FT-IR analysis is shown in Table 2.

<ハニカム触媒>
実施例8において、Ti−Si−Mo複合酸化物(f)の代わりに上記粉体TiO(g)を用いた以外は実施例8と同様にして触媒(10)を得た。この触媒(10)の組成は、Ti:V(TiO:Vとして換算比率)=95:5であった。
<Honeycomb catalyst>
In Example 8, a catalyst (10) was obtained in the same manner as in Example 8 except that the above powder TiO 2 (g) was used instead of the Ti—Si—Mo composite oxide (f). The composition of the catalyst (10) was Ti: V (equivalent ratio as TiO 2 : V 2 O 5 ) = 95: 5.

比較例3
比較例1において、アンモニア水の量を69kgに変更し、硫酸チタニルの硫酸溶液257リットルの代わりに四塩化チタン水溶液(TiOとして36質量%含有)88リットルを用いたこと以外は同様にして、Ti−Si複合酸化物(h)を得た。得られたTi−Si複合酸化物(h)について、pKa≦+3.3である固体酸量を表2に、またFT−IR分析法により得られたチャートを図7に示し、このチャートに基づいて求めた比率(B/L)を表2に示した。
Comparative Example 3
In Comparative Example 1, the amount of aqueous ammonia was changed to 69 kg, and the same procedure was performed except that 88 liters of titanium tetrachloride aqueous solution (containing 36% by mass as TiO 2 ) was used instead of 257 liters of sulfuric acid solution of titanyl sulfate. Ti-Si composite oxide (h) was obtained. Regarding the obtained Ti—Si composite oxide (h), the solid acid amount satisfying pKa ≦ + 3.3 is shown in Table 2, and the chart obtained by the FT-IR analysis method is shown in FIG. The ratio (B / L) obtained in this manner is shown in Table 2.

<ハニカム触媒>
8リットルに水にメタバナジン酸アンモニウム1.3kg、パラタングステン酸アンモニウム1.9kg、シュウ酸2.0kgおよびモノエタノールアミン1.2kgを混合し、溶解させ、均一溶液を調製した。先に調製したTi−Si複合酸化物(h)18kgをニーダーに投入後、有機バインダー(デンプン1.5kg)の成形助剤とともに上記のバナジウムおよびタングステン含有溶液を加え、よく攪拌した。さらに適量の水を加えつつブレンダーでよく混合した後、連続ニーダーで十分混練りし、外形80mm角、目開き4.0mm、肉厚1.0mm、長さ500mmのハニカム状に押出成形した。得られた成形物を60℃で乾燥した後、450℃で5時間焼成して触媒(11)を得た。この触媒の組成は、Ti:Si:V:W(TiO:SiO:V:WOとして換算比率)=78.3:8.7:5:8であった。
<Honeycomb catalyst>
In 8 liters, 1.3 kg of ammonium metavanadate, 1.9 kg of ammonium paratungstate, 2.0 kg of oxalic acid and 1.2 kg of monoethanolamine were mixed and dissolved in water to prepare a uniform solution. 18 kg of the previously prepared Ti—Si composite oxide (h) was put into a kneader, and the above vanadium and tungsten-containing solution was added together with a molding aid of an organic binder (starch 1.5 kg), followed by thorough stirring. Further, after mixing well with a blender while adding an appropriate amount of water, the mixture was sufficiently kneaded with a continuous kneader and extruded into a honeycomb shape having an outer shape of 80 mm square, an opening of 4.0 mm, a wall thickness of 1.0 mm, and a length of 500 mm. The obtained molded product was dried at 60 ° C. and then calcined at 450 ° C. for 5 hours to obtain a catalyst (11). The composition of this catalyst was Ti: Si: V: W (TiO 2 : SiO 2 : V 2 O 5 : converted ratio as WO 3 ) = 78.3: 8.7: 5: 8.

比較例4
<TiO粉体(i)>
比較例6において、TiO粉体(g)の調製の際に、ゲルをろ過した後に水洗せず、そのまま120℃で20時間乾燥した。これを520℃で3時間焼成し、さらにハンマーミルを用いて粉砕し、分級機で分級して平均粒子径12μmのTiO粉体(i)を得た。
Comparative Example 4
<TiO 2 powder (i)>
In Comparative Example 6 , when the TiO 2 powder (g) was prepared, the gel was filtered and not washed with water, and dried at 120 ° C. for 20 hours. This was fired at 520 ° C. for 3 hours, further pulverized using a hammer mill, and classified by a classifier to obtain TiO 2 powder (i) having an average particle diameter of 12 μm.

上記粉体TiO(i)について、pKa≦+3.3である固体酸量を表2に、またFT−IR分析法により求めた比率(B/L)を表2に示した。 Regarding the powder TiO 2 (i), solid acid amounts satisfying pKa ≦ + 3.3 are shown in Table 2, and ratios (B / L) obtained by FT-IR analysis are shown in Table 2.

以下、比較例6において、TiO粉体(g)の代わりにTiO粉体(i)を用いた以外は同様にしてハニカム触媒を調製して触媒(12)を得た。この触媒の組成は、Ti:V:S=85:5:10(TiO:V:Sとした換算比率)であった。 Hereinafter, a honeycomb catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Example 6 except that TiO 2 powder (i) was used instead of TiO 2 powder (g) to obtain catalyst (12). The composition of this catalyst was Ti: V: S = 85: 5: 10 (a conversion ratio of TiO 2 : V 2 O 5 : S).

実施例10
実施例6〜および比較例3、4、6で得られた触媒(7)〜(12)を用いて下記の条件で活性評価試験(脱硝反応試験およびクロロトルエン分解試験)を行った。
Example 10
Using the catalysts (7) to (12) obtained in Examples 6 to 8 and Comparative Examples 3 , 4 , and 6, activity evaluation tests (denitration reaction test and chlorotoluene decomposition test) were performed under the following conditions.

(活性評価試験)
触媒(7)〜(12)を用いて、実施例5と同様の方法でそれぞれNOx除去率(脱硝率)およびクロロトルエン分解率を求めた。
(Activity evaluation test)
Using the catalysts (7) to (12), the NOx removal rate (denitration rate) and the chlorotoluene decomposition rate were determined in the same manner as in Example 5.

(脱硝反応条件)
反応ガス=NOx:200ppm、NH:200ppm、SO:50ppm、O:9%、H2O:15%、N2:バランス
反応ガス温度:200℃、300℃および400℃
空間速度:15,000hr−1(STP)
脱硝率は下記式に従って求めた。
(Denitration reaction conditions)
Reaction gas = NOx: 200 ppm, NH 3 : 200 ppm, SO 2 : 50 ppm, O 2 : 9%, H 2 O: 15%, N 2: balance Reaction gas temperature: 200 ° C., 300 ° C. and 400 ° C.
Space velocity: 15,000 hr-1 (STP)
The denitration rate was determined according to the following formula.

Figure 0004680748
Figure 0004680748

(クロロトルエン分解試験条件)
反応ガス=クロロトルエン:40ppm、SO:50ppm、O:9%、HO:15%、N:バランス
反応ガス温度=200℃
空間速度=3100hr−1
クロロトルエン分解率は下記式に従って求めた。
(Chlorotoluene decomposition test conditions)
Reaction gas = chlorotoluene: 40 ppm, SO 2 : 50 ppm, O 2 : 9%, H 2 O: 15%, N 2 : balance Reaction gas temperature = 200 ° C.
Space velocity = 3100hr-1
The chlorotoluene decomposition rate was determined according to the following formula.

Figure 0004680748
Figure 0004680748

結果を表2に示す。   The results are shown in Table 2.

Figure 0004680748
Figure 0004680748

実施例11
実施例1において、硫酸チタニルの硫酸溶液を90分かけて滴下したこと以外は実施例1と同様にして、Ti−Si複合酸化物(j)および触媒(13)を得た。触媒(13)の、FT−IR法により求めた比率(B/L)を表3に、またTi−Si複合酸化物(j)について、pKa≦+3.3である固体酸量を表4に、FT−IR法により求めた比率(B/L)を表4に、それぞれ示した。
Example 11
In Example 1, Ti-Si composite oxide (j) and catalyst (13) were obtained in the same manner as in Example 1 except that a sulfuric acid solution of titanyl sulfate was added dropwise over 90 minutes. The ratio (B / L) of the catalyst (13) determined by the FT-IR method is shown in Table 3, and the solid acid amount of pKa ≦ + 3.3 for the Ti—Si composite oxide (j) is shown in Table 4. The ratios (B / L) determined by the FT-IR method are shown in Table 4, respectively.

実施例12
実施例1において、硫酸チタニルの硫酸溶液を60分かけて滴下したこと以外は実施例1と同様にして、Ti−Si複合酸化物(k)および触媒(14)を得た。触媒(14)の、FT−IR法により求めた比率(B/L)を表3に、またTi−Si複合酸化物(k)について、pKa≦+3.3である固体酸量を表4に、FT−IR法により求めた比率(B/L)を表4に、それぞれ示した。
Example 12
In Example 1, a Ti—Si composite oxide (k) and a catalyst (14) were obtained in the same manner as in Example 1 except that a sulfuric acid solution of titanyl sulfate was dropped over 60 minutes. The ratio (B / L) of the catalyst (14) determined by the FT-IR method is shown in Table 3, and the solid acid amount of pKa ≦ + 3.3 for the Ti—Si composite oxide (k) is shown in Table 4. The ratios (B / L) determined by the FT-IR method are shown in Table 4, respectively.

実施例13
実施例1において、硫酸チタニルの硫酸溶液257リットルに、25質量%アンモニア水137リットルとスノーテックス−20 10kgの混合溶液を、攪拌しながら120分かけて滴下したこと以外は実施例1と同様にして、Ti−Si複合酸化物(l)および触媒(15)を得た。触媒(15)の、FT−IR法により求めた比率(B/L)を表3に、またTi−Si複合酸化物(l)について、pKa≦+3.3である固体酸量を表4に、FT−IR法により求めた比率(B/L)を表4に、それぞれ示した。
Example 13
In Example 1, a mixed solution of 137 liters of 25 % by mass ammonia water and 10 kg of Snowtex-20 was added dropwise to 257 liters of a sulfuric acid solution of titanyl sulfate over 120 minutes with stirring, as in Example 1. Thus, Ti-Si composite oxide (l) and catalyst (15) were obtained. The ratio (B / L) of the catalyst (15) determined by the FT-IR method is shown in Table 3, and the solid acid amount of pKa ≦ + 3.3 for the Ti—Si composite oxide (l) is shown in Table 4. The ratios (B / L) determined by the FT-IR method are shown in Table 4, respectively.

実施例14
実施例1、11、12、13および比較例1で得られた触媒(1)、(13)、(14)、(15)および(5)を用いて、実施例5と同様の条件で活性評価試験をそれぞれ行った。結果を表3に示す。
Example 14
Using the catalysts (1), (13), (14), (15) and (5) obtained in Examples 1, 11, 12, 13 and Comparative Example 1, the activity was carried out under the same conditions as in Example 5. Each evaluation test was conducted. The results are shown in Table 3.

実施例15
実施例6、11、12、13および比較例3で得られた触媒(7)、(13)、(14)、(15)および(11)を用いて、実施例10と同様の条件で活性評価試験をそれぞれ行った。結果を表に示す。
Example 15
Using the catalysts (7), (13), (14), (15) and (11) obtained in Examples 6, 11, 12, 13 and Comparative Example 3, the activity was performed under the same conditions as in Example 10. Each evaluation test was conducted. The results are shown in Table 4 .

Figure 0004680748
Figure 0004680748

Figure 0004680748
Figure 0004680748

実施例1で得られたTi−Si複合酸化物のX線回折図である。2 is an X-ray diffraction pattern of the Ti—Si composite oxide obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた触媒(1)の吸着ピリジンのFT−IRスペクトルである。2 is an FT-IR spectrum of the adsorbed pyridine of the catalyst (1) obtained in Example 1. 比較例1で得られたTi−Si複合酸化物のX線回折図である。2 is an X-ray diffraction diagram of a Ti—Si composite oxide obtained in Comparative Example 1. FIG. 比較例1で得られた触媒(5)の吸着ピリジンのFT−IRスペクトルである。4 is an FT-IR spectrum of an adsorbed pyridine of the catalyst (5) obtained in Comparative Example 1. 比較例2で用いたアナターゼ型酸化チタニア粉体のX線回折図である。4 is an X-ray diffraction pattern of anatase-type titania powder used in Comparative Example 2. FIG. 実施例6で得られたTi−Si複合酸化物(e)の吸着ピリジンのFT−IRスペクトルである。4 is an FT-IR spectrum of an adsorbed pyridine of the Ti—Si composite oxide (e) obtained in Example 6. 比較例3で得られたTi−Si複合酸化物(h)の吸着ピリジンのFT−IRスペクトルである。4 is an FT-IR spectrum of an adsorbed pyridine of a Ti—Si composite oxide (h) obtained in Comparative Example 3.

Claims (13)

チタン系酸化物およびその他の触媒活性成分を含有する排ガス中の有害物質を分解除去するための排ガス処理用触媒であって、該触媒のブレンステッド酸(B)とルイス酸(L)との比率(B/L)が0/1〜10/1の範囲にあり、該チタン系酸化物は、チタンとケイ素との複合酸化物、またはチタンとケイ素とクロム、モリブデンおよびタングステンよりなる群から選ばれた少なくとも1種の元素との複合酸化物であり、該その他の触媒活性成分は、バナジウム、タングステンおよびモリブデンよりなる群から選ばれた少なくとも1種の元素またはその化合物であることを特徴とする排ガス処理用触媒。 A catalyst for treating exhaust gas for decomposing and removing harmful substances in exhaust gas containing a titanium-based oxide and other catalytically active components, the ratio of Bronsted acid (B) and Lewis acid (L) in the catalyst (B / L) is in the range of 0/1 to 10/1, and the titanium-based oxide is selected from the group consisting of a composite oxide of titanium and silicon, or a group consisting of titanium, silicon, chromium, molybdenum, and tungsten. and a composite oxide of at least one element, the other catalytically active components, characterized vanadium, at least one element or a compound der Rukoto selected from the group consisting of tungsten and molybdenum Exhaust gas treatment catalyst. 該チタン系酸化物の該比率(B/L)が0/1〜1/1であり、pKa≦+3.3である固体酸量が0.3mmol/g以上である請求項1に記載の排ガス処理用触媒。2. The exhaust gas according to claim 1, wherein the ratio (B / L) of the titanium-based oxide is 0/1 to 1/1, and the solid acid amount satisfying pKa ≦ + 3.3 is 0.3 mmol / g or more. Treatment catalyst. 該触媒の該比率が0/1〜9/1である請求項1または2に記載の触媒。 The catalyst according to claim 1 or 2 , wherein the ratio of the catalyst is 0/1 to 9/1. チタン系酸化物は、チタンとケイ素との複合酸化物またはチタンとケイ素とクロムとの複合酸化物である請求項1〜3のいずれか一つに記載の触媒。 The catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein the titanium-based oxide is a composite oxide of titanium and silicon or a composite oxide of titanium, silicon, and chromium . チタン系酸化物は、チタンと、ケイ素との複合酸化物である請求項1〜のいずれか一つに記載の触媒。 The catalyst according to any one of claims 1 to 4 , wherein the titanium-based oxide is a composite oxide of titanium and silicon . 該チタン系酸化物中のチタン含有量は、チタンと、ケイ素、クロム、モリブデンおよびタングステンと、の合計質量に対して40〜95質量%である請求項1〜5のいずれか一つに記載の触媒。The titanium content in the titanium-based oxide is 40 to 95 mass% with respect to the total mass of titanium and silicon, chromium, molybdenum, and tungsten, according to any one of claims 1 to 5. catalyst. 該チタン系酸化物の含有量は、触媒の全量基準で75〜99.9質量%である請求項1〜6のいずれか一つに記載の触媒。   The catalyst according to any one of claims 1 to 6, wherein the content of the titanium-based oxide is 75 to 99.9 mass% based on the total amount of the catalyst. 該チタン系酸化物のpKa≦+3.3である固体酸量が0.3〜0.8mmol/gである請求項〜8のいずれか一つに記載の触媒。 The catalyst according to any one of claims 2 to 8, wherein a solid acid amount of pKa ≦ + 3.3 of the titanium-based oxide is 0.3 to 0.8 mmol / g. チタン化合物を含む酸性溶液に、ケイ素、またはケイ素ならびにクロム、モリブデンおよびタングステンよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むアンモニア水溶液を添加して沈殿物を生成させるに当たり、添加を開始してからその全量を添加し終えるまでの時間が40分以上となる工程を経て、得られたチタン系酸化物を用いることを特徴とする請求項1〜のいずれか一つに記載の触媒の製造方法。 In an acidic solution containing a titanium compound, silicon or silicic element and chromium, when to produce by the addition of aqueous ammonia solution containing at least one element selected from the group consisting of Mo Ribuden and tungsten precipitate, start the addition through the steps is time to finish the addition of the entire amount from the the 40 minutes or more, according to any one of claims 1-8, characterized by using the resulting titanium-based oxides catalysts Manufacturing method. ケイ素、またはケイ素ならびにクロム、モリブデンおよびタングステンよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むアンモニア水溶液に、チタン化合物を含む酸性溶液を添加して沈殿物を生成させるに当たり、添加を開始してからその全量を添加し終えるまでの時間が40分以上となる工程を経て、得られたチタン系酸化物を用いることを特徴とする請求項1〜のいずれか一つに記載の触媒の製造方法。 Silicon or silicon and chromium, the aqueous ammonia solution containing at least one element selected from Mo Ribuden the group consisting of tungsten,, when to produce a precipitate by adding an acidic solution containing a titanium compound, to start added from through the steps time to finish the addition of the total amount is more than 40 minutes, the preparation of the catalyst according to any one of claims 1-8, characterized by using the resulting titanium-based oxides Method. ケイ素、またはケイ素ならびにクロム、モリブデンおよびタングステンよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素チタン化合物を含む酸性溶液に、アンモニア水溶液を添加して沈殿物を生成させるに当たり、添加を開始してからその全量を添加し終えるまでの時間が40分以上となる工程を経て、得られたチタン系酸化物を用いることを特徴とする請求項1〜のいずれか一つに記載の触媒の製造方法。 Silicon or silicon and chromium, in an acidic solution containing at least one element and a titanium compound selected from the group consisting of Mo Ribuden and tungsten,, when to produce a precipitate by the addition of aqueous ammonia solution, to start added from through the steps time to finish the addition of the total amount is more than 40 minutes, the preparation of the catalyst according to any one of claims 1-8, characterized by using the resulting titanium-based oxides Method. アンモニア水溶液に、ケイ素、またはケイ素ならびにクロム、モリブデンおよびタングステンよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素チタン化合物を含む酸性溶液を添加して沈殿物を生成させるに当たり、添加を開始してからその全量を添加し終えるまでの時間が40分以上となる工程を経て、得られたチタン系酸化物を用いることを特徴とする請求項1〜のいずれか一つに記載の触媒の製造方法。 Aqueous ammonia solution, silicon or silicic element and chromium, when to produce an acidic solution by adding a precipitate containing at least one element and a titanium compound selected from the group consisting of Mo Ribuden and tungsten, and start added through the steps is time to finish the addition of the entire amount from the the 40 minutes or more, according to any one of claims 1-8, characterized by using the resulting titanium-based oxides catalysts Manufacturing method. 有害物質を含む排ガスを請求項1〜のいずれか一つに記載の排ガス処理用触媒に接触させて該有害物質を分解除去することを特徴とする排ガスの処理方法。 An exhaust gas treatment method comprising contacting an exhaust gas containing a hazardous substance with the exhaust gas treatment catalyst according to any one of claims 1 to 8 to decompose and remove the harmful substance.
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