JP6495811B2 - Selective reduction exhaust gas purification catalyst - Google Patents

Selective reduction exhaust gas purification catalyst Download PDF

Info

Publication number
JP6495811B2
JP6495811B2 JP2015234109A JP2015234109A JP6495811B2 JP 6495811 B2 JP6495811 B2 JP 6495811B2 JP 2015234109 A JP2015234109 A JP 2015234109A JP 2015234109 A JP2015234109 A JP 2015234109A JP 6495811 B2 JP6495811 B2 JP 6495811B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
iron
catalyst
comparative example
scr
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015234109A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017100068A (en
Inventor
井部 将也
将也 井部
賢 小倉
賢 小倉
正興 岩崎
正興 岩崎
美穂 畑中
美穂 畑中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Tokyo NUC
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
University of Tokyo NUC
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Tokyo NUC, Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical University of Tokyo NUC
Priority to JP2015234109A priority Critical patent/JP6495811B2/en
Publication of JP2017100068A publication Critical patent/JP2017100068A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6495811B2 publication Critical patent/JP6495811B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、選択還元型排ガス浄化用触媒に関する。   The present invention relates to a selective reduction exhaust gas purification catalyst.

自動車用エンジン等のエンジンからの排ガスには、一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物(NOx)等の浄化すべき成分が含有されており、特に酸素過剰雰囲気下で燃焼を行う場合には、NOxを生成しやすくなる。このような酸素過剰雰囲気下で排出されるNOxを、アンモニア等の還元剤を用いて還元する触媒として、選択還元型(SCR:Selective Catalytic Reduction)触媒が知られている。   The exhaust gas from an engine such as an automobile engine contains components to be purified such as carbon monoxide, hydrocarbons, nitrogen oxides (NOx), and particularly when combustion is performed in an oxygen-excess atmosphere. It becomes easy to generate NOx. A selective catalytic reduction (SCR) catalyst is known as a catalyst for reducing NOx discharged under such an oxygen-excess atmosphere using a reducing agent such as ammonia.

SCR触媒としては、チャバサイト型ゼオライトに銅(Cu)を担持した排ガス浄化用触媒、及びβ型ゼオライトに鉄(Fe)を担持した排ガス浄化用触媒(Fe担持β型ゼオライト)が知られている。   As the SCR catalyst, an exhaust gas purification catalyst in which copper (Cu) is supported on chabazite-type zeolite, and an exhaust gas purification catalyst (Fe-supported β-type zeolite) in which iron (Fe) is supported on β-type zeolite are known. .

なお、特許文献1では、硫酸第一鉄水溶液と結晶性シリコアルミノリン酸塩粒子とを混合して得た分散液を、噴霧、乾燥、焼成して、鉄成分を担持した結晶性シリコアルミノリン酸塩粒子の製造方法が記載されている(実施例11等)。   In Patent Document 1, a dispersion obtained by mixing ferrous sulfate aqueous solution and crystalline silicoaluminophosphate particles is sprayed, dried, and calcined, so that crystalline silicoaluminoline carrying an iron component is supported. A method for producing acid salt particles is described (Example 11).

また、特許文献2では、骨格構造に少なくともケイ素、アルミニウム、リンを含むゼオライトに鉄、コバルト、パラジウム、銅等を担持した窒素酸化物浄化用触媒が記載されている(請求項1、段落[0079]等)。   Patent Document 2 describes a nitrogen oxide purifying catalyst in which iron, cobalt, palladium, copper or the like is supported on a zeolite containing at least silicon, aluminum, and phosphorus in a skeleton structure (claim 1, paragraph [0079). ]etc).

また更に、特許文献3では、ゼオライトに常磁性の鉄(III)イオンを担持した窒素酸化物吸着材が記載されている(請求項1等)。   Furthermore, Patent Document 3 describes a nitrogen oxide adsorbent in which paramagnetic iron (III) ions are supported on zeolite (claim 1 and the like).

特開2012−140316号公報JP 2012-140316 A 特開2012−148272号公報JP 2012-148272 A 特開2007−245050号公報JP 2007-24450 A

SCR触媒として知られているCu担持SAPOは、NOxをNHによって還元する反応に対する活性が高いものの、例えば、500℃以上の高温域においては、NHを酸化してNOを生成する反応によってNHを消費してしまうため、NOx浄化率が低下するという問題がある。そのため、排気温度が高くなる使用環境では、Cu担持SAPOを有効に使用できなかった。 Although Cu-supported SAPO known as an SCR catalyst has a high activity for the reaction of reducing NOx with NH 3 , for example, in a high temperature range of 500 ° C. or higher, NH 3 is oxidized to generate NO by a reaction of generating NO 3 3 is consumed, and there is a problem that the NOx purification rate decreases. For this reason, Cu-supported SAPO cannot be used effectively in an environment where the exhaust temperature is high.

一方、SCR触媒としてまた知られているFe担持β型ゼオライトは、高温域でのNHの酸化による消費は少ないものの、β型ゼオライトの結晶構造が不安定であるため、水熱耐久性が低く、排ガス浄化用触媒で要求されている耐熱性を満たしていなかった(特許文献3)。 On the other hand, Fe-supported β-type zeolite, which is also known as an SCR catalyst, consumes less due to the oxidation of NH 3 at high temperatures, but its β-zeolite has an unstable crystal structure, so its hydrothermal durability is low. The heat resistance required for the exhaust gas purifying catalyst was not satisfied (Patent Document 3).

したがって、高温域においても高いNOx浄化活性を示し、かつ高い耐熱性を有する選択還元型排ガス浄化用触媒が望まれていた。   Therefore, a selective reduction type exhaust gas purifying catalyst that exhibits high NOx purification activity even in a high temperature range and has high heat resistance has been desired.

本発明者らは、鋭意努力した結果、下記の本発明に至ったものである。   As a result of diligent efforts, the present inventors have reached the following present invention.

(1)チャバサイト型ゼオライト担体の細孔中に二価の鉄イオンが担持されており、かつ
上記担体と前記二価の鉄イオンとの合計を基準として、金属換算で、上記二価の鉄イオンの担持濃度が5.0wt%〜10.0wt%である、
選択還元型排ガス浄化用触媒。
(1) Divalent iron ions are supported in the pores of the chabazite-type zeolite carrier, and the divalent iron is converted into metal on the basis of the total of the carrier and the divalent iron ion. The ion loading concentration is 5.0 wt% to 10.0 wt%.
Selective reduction type exhaust gas purification catalyst.

本発明の選択還元型排ガス浄化用触媒によれば、チャバサイト型ゼオライト担体を用い、かつNHの酸化力がCuよりも低いFeを活性点とし、2価のFeを担持することによって、高温域におけるNOx浄化活性を高められ、NOのないStd.SCR反応条件下でも高い活性を得ることができる。また、本発明の選択還元型排ガス浄化用触媒によれば、担体としてチャバサイト型ゼオライト担体を用いることによって、高い耐熱性を提供することができる。 According to the selective reduction type exhaust gas purifying catalyst of the present invention, a chabazite-type zeolite carrier is used and Fe having a lower oxidizing power of NH 3 than Cu is used as an active site to carry divalent Fe. an elevated NOx purification activity in the range, no nO 2 Std. High activity can be obtained even under SCR reaction conditions. Further, according to the selective reduction type exhaust gas purifying catalyst of the present invention, high heat resistance can be provided by using a chabazite type zeolite carrier as a carrier.

図1は、比較例1、比較例3(a)、比較例3(b)、実施例1(a)(参考例)、及び実施例1(b)の試料について、500℃でStandard SCR、Fast SCRを用いて、定常SCR−NOx浄化率をプロットしたグラフである。FIG. 1 shows a standard SCR at 500 ° C. for the samples of Comparative Example 1, Comparative Example 3 (a), Comparative Example 3 (b), Example 1 (a) (Reference Example), and Example 1 (b). It is the graph which plotted steady-state SCR-NOx purification rate using Fast SCR. 図2は、比較例1、及び実施例1(b)の試料について、400℃と500℃でのNHの酸化率の測定結果をプロットしたグラフである。FIG. 2 is a graph plotting measurement results of the oxidation rate of NH 3 at 400 ° C. and 500 ° C. for the samples of Comparative Example 1 and Example 1 (b). 図3は、実施例1(b)、比較例1、及び比較例2の試料について、初期と耐久後のStandard SCR、Fast SCRを用いて500℃での定常SCR−NOx浄化率を測定し、劣化度を示したグラフである。FIG. 3 shows the steady SCR-NOx purification rate at 500 ° C. for the samples of Example 1 (b), Comparative Example 1 and Comparative Example 2 using Standard SCR and Fast SCR after the endurance and durability. It is the graph which showed the deterioration degree. 図4は、各種ゼオライトの細孔の大きさと、分子サイズとの比較を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a comparison between the pore size of various zeolites and the molecular size. 図5は、参考例1、実施例2、比較例6、比較例7、及び比較例8の試料について、500℃でStd SCRによるNOx浄化率(%)の測定結果をプロットしたグラフである。FIG. 5 is a graph plotting the measurement results of the NOx purification rate (%) by Std SCR at 500 ° C. for the samples of Reference Example 1, Example 2, Comparative Example 6, Comparative Example 7, and Comparative Example 8. 図6は、参考例1、実施例2、比較例4、比較例5、及び比較例8の試料について、500℃でFast SCRによるNOx浄化率(%)の測定結果をプロットしたグラフである。FIG. 6 is a graph plotting the measurement results of the NOx purification rate (%) by Fast SCR at 500 ° C. for the samples of Reference Example 1, Example 2, Comparative Example 4, Comparative Example 5, and Comparative Example 8. 図7は、(a)実施例2、(b)比較例6、(c)比較例5、(d)比較例7の試料について、それぞれのFeの酸化状態をXAFSによりFeK端の吸収エネルギーを測定し、規格化し、さらにスペクトル高さ0.2のところでのX線吸収エネルギーの値(=Feの酸化状態の結果)を示すグラフである。FIG. 7 shows the absorption energy at the FeK edge of the sample of (a) Example 2, (b) Comparative Example 6, (c) Comparative Example 5, and (d) Comparative Example 7 by XAFS. It is a graph which shows the value (= result of the oxidation state of Fe) of the X-ray absorption energy in the place where it is measured, normalized, and further has a spectral height of 0.2. 図8は、参考例1、実施例2、比較例6、及び比較例5の試料について、XAFSによるFeの平均酸化数の測定結果をプロットしたグラフである。FIG. 8 is a graph plotting the measurement results of the average oxidation number of Fe by XAFS for the samples of Reference Example 1, Example 2, Comparative Example 6, and Comparative Example 5. 図9は、比較例8、参考例2、参考例3、実施例3、及び実施例4の試料ついて、400℃及び500℃でStandard SCRを用いて、定常SCR−NOx浄化率を測定した結果をプロットしたグラフである。FIG. 9 shows the results of measuring the steady-state SCR-NOx purification rate using the Standard SCR at 400 ° C. and 500 ° C. for the samples of Comparative Example 8, Reference Example 2, Reference Example 3, Example 3 and Example 4. Is a graph in which is plotted. 図10は、参考例2、参考例3、実施例3、実施例4の試料について、NH/NOx[−]を測定した結果を示したグラフである。FIG. 10 is a graph showing the results of measuring NH 3 / NOx [−] for the samples of Reference Example 2, Reference Example 3, Example 3, and Example 4. 図11は、実施例3、実施例4の試料について、XAFSによるFeの平均酸化数の算出結果をプロットしたグラフである。FIG. 11 is a graph plotting calculation results of the average oxidation number of Fe by XAFS for the samples of Example 3 and Example 4. 図12は、実施例3の試料について、試料温度(℃)に対するTCD電圧値(μV)の測定結果をプロットしたグラフである。FIG. 12 is a graph plotting the measurement results of the TCD voltage value (μV) against the sample temperature (° C.) for the sample of Example 3. 図13は、比較例9の試料について、試料温度(℃)に対するTCD電圧値の測定結果を相対値でプロットしたグラフである。FIG. 13 is a graph in which the measurement result of the TCD voltage value with respect to the sample temperature (° C.) is plotted as a relative value for the sample of Comparative Example 9. 図14は、参考例2、参考例3、実施例3、実施例4の試料について、NO−TPD高温ピーク面積/低温ピーク面積の比を測定した結果をプロットしたグラフである。FIG. 14 is a graph plotting the results of measuring the ratio of NO 2 -TPD high temperature peak area / low temperature peak area for the samples of Reference Example 2, Reference Example 3, Example 3, and Example 4.

《選択還元型排ガス浄化用触媒》
本発明の選択還元型排ガス浄化用触媒では、チャバサイト型ゼオライト担体の細孔中に二価の鉄イオンが担持されており、かつ担体と二価の鉄イオンとの合計を基準として、金属換算で、二価の鉄イオンの担持濃度が5.0wt%〜10.0wt%である。
《Selective reduction type exhaust gas purification catalyst》
In the selective reduction type exhaust gas purifying catalyst of the present invention, divalent iron ions are supported in the pores of the chabazite-type zeolite support, and the metal conversion is based on the sum of the support and the divalent iron ions. Thus, the supported concentration of divalent iron ions is 5.0 wt% to 10.0 wt%.

本明細書中において、鉄イオンを担体に担持するとは、鉄イオンを担体に担持すること、および/または鉄イオンを担体の細孔中にイオン交換することを意味する。   In the present specification, “supporting iron ions on a carrier” means supporting iron ions on the carrier and / or ion exchange of iron ions into the pores of the carrier.

〈担体〉
本発明の選択還元型排ガス浄化用触媒では、担体として、チャバサイト型ゼオライト担体が用いられる。具体的なゼオライトとしては、例えば、SAPO−34等のシリコアルミノリン酸塩、SSZ−13等のアルミノケイ酸塩、又はこれらの混合物等を使用できる。その中でも、耐熱性の点から、SAPO−34が好ましい。
<Carrier>
In the selective reduction type exhaust gas purifying catalyst of the present invention, a chabazite-type zeolite carrier is used as a carrier. Specific examples of the zeolite include silicoaluminophosphates such as SAPO-34, aluminosilicates such as SSZ-13, and mixtures thereof. Among these, SAPO-34 is preferable from the viewpoint of heat resistance.

チャバサイト(CHA)型ゼオライトは、細孔径が約3.8Åであり、分子の大きさがそれ以下であるNHを効率よく濃縮することができる。したがって、本発明によれば、チャバサイト型ゼオライトを担体に使用することで、NHによるNOx還元をより促進させることが可能である。 Chabasite (CHA) type zeolite has a pore diameter of about 3.8 mm and can efficiently concentrate NH 3 having a molecular size of less than that. Therefore, according to the present invention, NOx reduction by NH 3 can be further promoted by using chabazite-type zeolite as a carrier.

〈二価の鉄イオン〉
本発明の選択還元型排ガス浄化用触媒では、チャバサイト型ゼオライト担体の細孔中に二価の鉄イオンが担持されている。
<Divalent iron ion>
In the selective reduction exhaust gas purifying catalyst of the present invention, divalent iron ions are supported in the pores of the chabazite-type zeolite carrier.

NHの酸化力がCuよりも低いFeを活性点とすることによって、特に高温域におけるNHの酸化による消費を抑制できるので、当該高温域におけるNOx浄化活性を顕著に改善することができる。 By using Fe having an oxidizing power of NH 3 lower than that of Cu as an active point, consumption due to the oxidation of NH 3 particularly in a high temperature region can be suppressed, so that the NOx purification activity in the high temperature region can be remarkably improved.

本発明の選択還元型排ガス浄化用触媒では、二価の鉄イオンの担持濃度は、担体と二価の鉄イオンの合計を基準として、金属換算で、5.0wt%〜10.0wt%である。
本明細書中において、金属換算とは金属のみに基づく量をいい、例えばFeCl・4HOの場合、Cl・4HOを含まないFeのみの量をいう。
(なお、本明細書中において、「鉄の担持濃度」を「Fe担持濃度」という場合がある。)
In the selective reduction type exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the supported concentration of divalent iron ions is 5.0 wt% to 10.0 wt% in terms of metal based on the total of the support and divalent iron ions. .
In this specification, the metal conversion means an amount based only on a metal. For example, in the case of FeCl 2 .4H 2 O, it means an amount of only Fe not containing Cl 2 .4H 2 O.
(In this specification, “iron loading concentration” may be referred to as “Fe loading concentration”.)

二価の鉄イオンの担持濃度が5.0wt%未満であると、活性点数が少なくなり、最終的に得られる選択還元型排ガス浄化用触媒において十分なNOx浄化活性を達成できない場合がある。一方で、この担持濃度を10.0wt%超に増やしても、担体の細孔内に導入しきれない鉄イオンが単に増加するだけでSCR活性な細孔内の二価の鉄イオンの活性点数を増加させることができない場合がある。   If the supported concentration of divalent iron ions is less than 5.0 wt%, the number of active sites decreases, and there may be a case where sufficient NOx purification activity cannot be achieved in the finally obtained selective reduction exhaust gas purification catalyst. On the other hand, even if the supported concentration is increased to more than 10.0 wt%, the number of active points of divalent iron ions in the SCR active pores is increased simply by increasing the number of iron ions that cannot be introduced into the pores of the carrier. May not be increased.

この担持濃度は例えば、5.5wt%以上、6.0wt%以上、6.5wt%以上であってよい。また、この二価の鉄イオンの担持濃度は、例えば、9.5wt%以下、9.0wt%以下、8.5wt%以下であってよい。   The supported concentration may be, for example, 5.5 wt% or more, 6.0 wt% or more, or 6.5 wt% or more. Moreover, the carrying | support density | concentration of this bivalent iron ion may be 9.5 wt% or less, 9.0 wt% or less, and 8.5 wt% or less, for example.

そしてこの二価の鉄イオンの担持濃度は、7.0wt%以上、10.0wt%以下であると、より良好なNOx浄化率が得られ、NOx浄化率に対する低いNH酸化比率となり、好ましい。 When the concentration of the divalent iron ions is 7.0 wt% or more and 10.0 wt% or less, a better NOx purification rate can be obtained, and a low NH 3 oxidation ratio with respect to the NOx purification rate is preferable.

なお、本発明に関して、鉄の酸化状態は、エックス線吸収微細構造分析(X−ray Absorption Fine Structure:XAFS)によって試料上の任意の部分を測定し、その透過光に基づいてFeK端のX線吸収の強度を規格化したエックス線吸収端近傍構造(X−ray Absorption Near Edge Structure:XANES)のスペクトルの高さ(intensity)が0.2になる場合のX線吸収エネルギーの値を得て、さらにこの値をFe箔、FeO、Fe、Fe等における測定値に基づいて換算した数値をいう(この数値を本明細書中において「平均酸化数」という。)。 In the present invention, the oxidation state of iron is determined by measuring an arbitrary part on a sample by X-ray absorption fine structure analysis (X-ray absorption fine structure: XAFS), and X-ray absorption at the FeK edge based on the transmitted light. The X-ray absorption near-edge structure (XANES) with a normalized intensity of X-rays has an X-ray absorption energy value of 0.2 when the spectrum intensity (intensity) is 0.2. A value obtained by converting the value based on a measured value in Fe foil, FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 or the like (this value is referred to as “average oxidation number” in the present specification).

本明細書中において、この平均酸化数が1.5以上、2.3未満の鉄イオンを「二価の鉄イオン」という。
またこの二価の鉄イオンは、イオンに加えて、酸化物、水和物を含んでもよい。
In the present specification, iron ions having an average oxidation number of 1.5 or more and less than 2.3 are referred to as “divalent iron ions”.
In addition to the ions, the divalent iron ions may include oxides and hydrates.

下記で詳しく説明するように、本発明の選択還元型排ガス浄化用触媒では、二価の鉄イオンと所定の内径を有するチャバサイト型ゼオライトとの組み合わせを用い、固相で担持を行うことにより、二価の鉄イオン原料のイオン径とチャバサイト型ゼオライトの内径とが適合して、二価の鉄イオンをチャバサイト型ゼオライト細孔内の安定サイトに配置できること、チャバサイト型ゼオライトの細孔径よりNHの分子の大きさが小さいことから、細孔内にNHを効率よく濃縮できること、そしてこれらの安定した二価の鉄イオンと濃縮されたNHとの組合せにより、銅より酸化力の弱い鉄を用いることでNHの酸化を抑えつつかつ高温域での高いNOx浄化率の両方を達成できることという、チャバサイト型ゼオライトの細孔内に入ることの困難な三価の鉄イオン原料では、達成できない非常に優れた効果を奏する。 As described in detail below, in the selective reduction exhaust gas purification catalyst of the present invention, by using a combination of divalent iron ions and chabazite-type zeolite having a predetermined inner diameter, by carrying in a solid phase, The ion diameter of the divalent iron ion raw material and the inner diameter of the chabasite-type zeolite are matched so that the divalent iron ion can be arranged at the stable site in the chabasite-type zeolite pores. Due to the small size of the NH 3 molecule, it is possible to concentrate NH 3 efficiently in the pores, and the combination of these stable divalent iron ions and concentrated NH 3 makes it more oxidizing than copper. By using weak iron, it is possible to achieve both high NOx purification rate in the high temperature range while suppressing oxidation of NH 3 and enter into the pores of the chabazite-type zeolite. A trivalent iron ion raw material that is difficult to achieve has an excellent effect that cannot be achieved.

それに加えて、本発明の選択還元型排ガス浄化用触媒では、二価の鉄イオンの担持濃度が、5.0wt%以上、10.0wt%以下であることにより、NH酸化を抑制し、NOxをNHによって還元する反応に対する選択性が高く、かつ高い耐熱性を有することができるものである。 In addition, in the selective reduction exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the supported concentration of divalent iron ions is 5.0 wt% or more and 10.0 wt% or less, so that NH 3 oxidation is suppressed, and NOx Is highly selective with respect to a reaction for reducing NH 3 with NH 3 and can have high heat resistance.

《選択還元型排ガス浄化用触媒の製造方法》
本発明の選択還元型排ガス浄化用触媒は任意の方法で製造することができ、例えば下記に示す方法で製造することができる。
<< Method for producing selective reduction type exhaust gas purification catalyst >>
The selective reduction exhaust gas purifying catalyst of the present invention can be produced by any method, for example, by the method shown below.

具体的には、例えば本発明の選択還元型排ガス浄化用触媒は、下記の工程を下記の順で含む方法で製造することができる:
塩化鉄(II)とチャバサイト型ゼオライトとを混合する混合工程、
混合した前記塩化鉄(II)及びチャバサイト型ゼオライトを、酸素非含有雰囲気下で熱処理する熱処理工程、
熱処理した前記塩化鉄(II)及びチャバサイト型ゼオライトに水素還元を行う水素還元工程、及び
任意選択で、水素還元した前記塩化鉄(II)及びチャバサイト型ゼオライトに空気中で酸化処理を行う酸化処理工程。
Specifically, for example, the selective reduction type exhaust gas purifying catalyst of the present invention can be produced by a method including the following steps in the following order:
A mixing step of mixing iron (II) chloride and chabasite-type zeolite;
A heat treatment step of heat-treating the mixed iron (II) chloride and chabasite-type zeolite in an oxygen-free atmosphere;
A hydrogen reduction step in which the heat-treated iron (II) chloride and chabasite-type zeolite are subjected to hydrogen reduction, and, optionally, an oxidation in which the hydrogen-reduced iron chloride (II) and chabasite-type zeolite are oxidized in air Processing step.

〈混合工程〉
混合工程では、生成する触媒中に所望の量の鉄を担持するような量比で、塩化鉄(II)とチャバサイト型ゼオライトとを、目視で一様になるまで混合することができる。
<Mixing process>
In the mixing step, iron (II) chloride and the chabazite-type zeolite can be mixed with each other at a quantitative ratio so that a desired amount of iron is supported in the catalyst to be produced until it becomes uniform visually.

混合の様式は、特に制限なく、単なる物理混合であることができる。   The mode of mixing is not particularly limited, and can be simple physical mixing.

本発明に係るチャバサイト型ゼオライトとしては、特に制限なく、市販品を使用でき、塩化鉄(II)としても、特に制限なく、市販品を使用できる。   As the chabazite-type zeolite according to the present invention, a commercially available product can be used without particular limitation, and as the iron (II) chloride, a commercially available product can be used without particular limitation.

ただし、後の工程でチャバサイト型ゼオライトの細孔内に鉄を導入することから、塩化鉄中において水和物が少なく塩化鉄の割合が高ければ高いほど好ましい。なお、この例では二価の鉄イオンを供給源として塩化鉄(II)を使用した場合について具体的に説明したが、他の供給源を使用することも可能であり、例えば硝酸鉄(II)、硫酸鉄(II)等を使用することができる。   However, since iron is introduced into the pores of the chabasite-type zeolite in a later step, it is preferable that the amount of iron chloride is small and the proportion of iron chloride is high in iron chloride. In this example, the case where iron (II) chloride is used as a source of divalent iron ions has been specifically described. However, other sources can be used, for example, iron (II) nitrate. Iron (II) sulfate can be used.

〈熱処理工程〉
次に混合工程の後で、酸素非含有雰囲気下において熱処理工程を行う。
<Heat treatment process>
Next, after the mixing step, a heat treatment step is performed in an oxygen-free atmosphere.

なんらかの理論に拘束されることを望まないが、この熱処理工程により、鉄の酸化状態を酸素非含有雰囲気中で塩化鉄(III)に酸化させることなく塩化鉄(II)の状態で、チャバサイト型ゼオライトの細孔中に、塩化鉄(II)を取り込み、そして塩化鉄(II)から塩化物イオン(Cl)を除去して細孔内に二価の鉄イオンを形成させていると考えられる。 Although not wishing to be bound by any theory, this heat treatment step allows the oxidation state of iron to be iron (II) chloride in an oxygen-free atmosphere without being oxidized to iron (II) chloride, chabazite type. It is considered that iron (II) chloride is taken into the pores of the zeolite and chloride ions (Cl ) are removed from the iron (II) chloride to form divalent iron ions in the pores. .

酸素非含有雰囲気とは酸素を含まない雰囲気のことをいう。よって本発明の酸素非含有雰囲気のガスとしては、酸素を含まなければ、特に制限なく、窒素、アルゴン等の気流下で行うことができる。また、積極的に水素等の還元成分との混合ガスで行ってもよい。   An oxygen-free atmosphere refers to an atmosphere that does not contain oxygen. Therefore, the oxygen-free atmosphere gas of the present invention is not particularly limited as long as it does not contain oxygen, and can be performed under a stream of nitrogen, argon, or the like. Moreover, you may positively carry out by the mixed gas with reducing components, such as hydrogen.

また塩化鉄(II)の水和物がチャバサイト型ゼオライトの細孔径より大きいことからすると、本発明では、塩化鉄(II)が細孔内に取り込まれる際に、水和物としてではなく、水和物を有さない塩化鉄(II)として取り込ませることができていると考えられる。   Also, since the hydrate of iron (II) is larger than the pore size of the chabasite-type zeolite, in the present invention, when iron (II) is taken into the pores, not as a hydrate, It is thought that it can be taken in as iron (II) chloride which does not have a hydrate.

熱処理工程は、(低温の)前段階熱処理と(高温の)後段階熱処理からなる。   The heat treatment process consists of a (low temperature) pre-stage heat treatment and a (high temperature) post-stage heat treatment.

前段階熱処理の温度は、約100℃以上、約120℃以上、約140℃以上、約150℃以上であることができる。また、この温度は、約200℃以下、約180℃以下、約160℃以下であることができる。   The temperature of the pre-stage heat treatment can be about 100 ° C. or higher, about 120 ° C. or higher, about 140 ° C. or higher, or about 150 ° C. or higher. The temperature may be about 200 ° C. or less, about 180 ° C. or less, or about 160 ° C. or less.

そして前段階熱処理の時間は、約2時間以上、約4時間以上、約6時間以上、約8時間以上、約10時間以上、約12時間以上であることができる。また、この時間は、約26時間以下、約24時間以下、約22時間以下、約18時間以下、約16時間以下、約14時間以下であることができる。   The pre-stage heat treatment time can be about 2 hours or more, about 4 hours or more, about 6 hours or more, about 8 hours or more, about 10 hours or more, about 12 hours or more. Also, this time can be about 26 hours or less, about 24 hours or less, about 22 hours or less, about 18 hours or less, about 16 hours or less, about 14 hours or less.

後段階熱処理の温度は、約300℃以上、約350℃以上、約400℃以上、約450℃以上、約500℃以上、約520℃以上であることができる。また、この温度は、約650℃以下、約600℃以下、約570℃以下であることができる。   The temperature of the post-stage heat treatment can be about 300 ° C. or more, about 350 ° C. or more, about 400 ° C. or more, about 450 ° C. or more, about 500 ° C. or more, about 520 ° C. or more. The temperature may be about 650 ° C. or less, about 600 ° C. or less, or about 570 ° C. or less.

後段階熱処理の時間は、約2時間以上、約4時間以上、約6時間以上、約8時間以上、約10時間以上、約12時間以上であることができる。また、この時間は、約26時間以下、約24時間以下、約22時間以下、約18時間以下、約16時間以下、約14時間以下であることができる。   The time for the post-stage heat treatment can be about 2 hours or more, about 4 hours or more, about 6 hours or more, about 8 hours or more, about 10 hours or more, about 12 hours or more. Also, this time can be about 26 hours or less, about 24 hours or less, about 22 hours or less, about 18 hours or less, about 16 hours or less, about 14 hours or less.

〈水素還元工程〉
そして熱処理工程の後で、水素還元工程を行う。水素還元とは、水素気流中又は水素を含む還元性気流中で一定時間所定の温度に保つことをいう。なんらかの理論に拘束されることを望まないが、この工程によって、ゼオライト細孔外や細孔内でも充分イオン交換されなかった鉄のイオン交換が進み、細孔内の負に帯電した安定サイトに二価の鉄イオンを配置でき、それにより高温使用時でもNOx浄化性の高い触媒を製造できると考えられる。
<Hydrogen reduction process>
Then, after the heat treatment step, a hydrogen reduction step is performed. Hydrogen reduction refers to maintaining a predetermined temperature for a certain time in a hydrogen stream or a reducing stream containing hydrogen. Although not wishing to be bound by any theory, this process promotes the ion exchange of iron that has not been sufficiently ion exchanged outside or inside the zeolite pores, resulting in a negatively charged stable site within the pores. It is considered that a valent iron ion can be arranged, whereby a catalyst having a high NOx purification property can be produced even when used at a high temperature.

水素還元工程の温度は、約300℃以上、約350℃以上、約400℃以上、約450℃以上、約500℃以上、約550℃以上、約580℃以上であることができる。またこの温度は、約900℃以下、約850℃以下、約800℃以下、約750℃以下、約700℃以下、約650℃以下、約630℃以下であることができる。   The temperature of the hydrogen reduction process can be about 300 ° C. or more, about 350 ° C. or more, about 400 ° C. or more, about 450 ° C. or more, about 500 ° C. or more, about 550 ° C. or more, about 580 ° C. or more. The temperature may be about 900 ° C. or lower, about 850 ° C. or lower, about 800 ° C. or lower, about 750 ° C. or lower, about 700 ° C. or lower, about 650 ° C. or lower, or about 630 ° C. or lower.

水素還元工程の時間は、約1時間以上、約1.5時間以上、約2時間以上であることができる。またこの時間は、約4時間以下、約3.5時間以下、約3時間以下、約2.5時間以下であることができる。   The duration of the hydrogen reduction step can be about 1 hour or more, about 1.5 hours or more, about 2 hours or more. Also, this time can be about 4 hours or less, about 3.5 hours or less, about 3 hours or less, or about 2.5 hours or less.

製造された鉄ゼオライト触媒では、上記のような、水素還元工程後に、SCR活性な細孔内鉄イオンの状態で配置されると考えられる。   In the manufactured iron zeolite catalyst, it is thought that it is arrange | positioned in the state of SCR active iron ion in a pore after a hydrogen reduction process as mentioned above.

(酸化処理工程)
さらに水素還元工程の後で、任意選択的に酸化処理工程を行うことができる。酸化処理工程とは、空気中で一定時間所定の温度に保つことをいう。なんらかの理論に拘束されることを望まないが、この工程によって、鉄イオンの安定サイトへの固定がより確実になり、さらに二価又はそれに近い状態に調節できると考えられる。
(Oxidation process)
Furthermore, an oxidation treatment step can optionally be performed after the hydrogen reduction step. The oxidation treatment step refers to maintaining a predetermined temperature in air for a predetermined time. Although not wishing to be bound by any theory, it is believed that this process makes it possible to more reliably fix iron ions to the stable site and to adjust to a divalent state or a state close thereto.

酸化処理工程の温度は、特に制限なく、約300℃以上、約350℃以上、約400℃以上、約450℃以上、約480℃以上であることができる。また、この温度は、約900℃以下、約850℃以下、約800℃以下、約750℃以下、約700℃以下、約650℃以下、約600℃以下、約550℃以下、約530℃以下であることができる。   The temperature of the oxidation treatment step is not particularly limited, and can be about 300 ° C. or higher, about 350 ° C. or higher, about 400 ° C. or higher, about 450 ° C. or higher, or about 480 ° C. or higher. Also, this temperature is about 900 ° C or less, about 850 ° C or less, about 800 ° C or less, about 750 ° C or less, about 700 ° C or less, about 650 ° C or less, about 600 ° C or less, about 550 ° C or less, about 530 ° C or less. Can be.

酸化処理工程の時間は、約2分間以上、約4分間以上、約6分間以上、約8分間以上、約10分間以上であることができる。また、この温度は、約20分間以下、約18分間以下、約16分間以下、約14分間以下、約12分間以下であることができる。   The time of the oxidation treatment process can be about 2 minutes or more, about 4 minutes or more, about 6 minutes or more, about 8 minutes or more, about 10 minutes or more. Also, the temperature can be about 20 minutes or less, about 18 minutes or less, about 16 minutes or less, about 14 minutes or less, about 12 minutes or less.

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例において、SAPOは、すべてSAPO−34を意味する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
In the examples, SAPO means SAPO-34.

[実施例1]
[Fe/SAPO(Fe担持濃度:7.4wt%)の調製]
(工程1−1):混合工程・
2gの粉末FeCl・4HO水和物(和光純薬工業(株)、品番:095−00912)と、7gのSAPO−34(三菱樹脂(株))とを、室温下において、乳鉢に入れて混合した。
[Example 1]
[Preparation of Fe / SAPO (Fe supported concentration: 7.4 wt%)]
(Step 1-1): Mixing step
2 g of powdered FeCl 2 .4H 2 O hydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number: 095-00912) and 7 g of SAPO-34 (Mitsubishi Resin Co., Ltd.) were placed in a mortar at room temperature. And mixed.

(工程1−2):熱処理工程
上記の工程1−1で得た試料を、高温炉を用いて、窒素気流下で、150℃12時間前熱処理を行い、次に500℃12時間後熱処理を行った。
(Step 1-2): Heat treatment step The sample obtained in the above step 1-1 is preheated at 150 ° C. for 12 hours in a nitrogen stream using a high temperature furnace, and then subjected to heat treatment at 500 ° C. for 12 hours. went.

(工程1−3):水素還元工程
上記の工程1−2で得た試料を、高温炉を用いて、水素気流下で、600℃で2時間を行い、試料を得た。
(Step 1-3): Hydrogen reduction step The sample obtained in the above step 1-2 was subjected to 2 hours at 600 ° C under a hydrogen stream using a high temperature furnace to obtain a sample.

[比較例1(Cu/SAPOの使用)]
市販の三菱樹脂(株)製CuSAPO(Cu:2.5wt%、Si:9mol%)を用いた。
[Comparative Example 1 (use of Cu / SAPO)]
Commercially available CuSAPO (Cu: 2.5 wt%, Si: 9 mol%) manufactured by Mitsubishi Resin Co., Ltd. was used.

[比較例2]
[β型ゼオライト(Fe担持濃度:1wt%)の使用]
β型ゼオライト(Zeochem社、品名:ZEOCAT PB/25、品番3089999.900.900)を使用した。触媒金属としては、金属換算で約1wt%の鉄を用いた。
[Comparative Example 2]
[Use of β-type zeolite (Fe supported concentration: 1 wt%)]
β-type zeolite (Zeochem, product name: ZEOCAT PB / 25, product number 3089999.900.900) was used. As the catalyst metal, about 1 wt% iron in terms of metal was used.

[比較例3]
[Fe/SAPO(Fe担持濃度:7.4wt%)の調製]
実施例1の工程1−1において、FeClの代わりにFeCl・6HO水和物(和光純薬工業(株)、品番:091−00872)を用いた以外は、実施例1と同様にして、比較例3の触媒を得た。
[Comparative Example 3]
[Preparation of Fe / SAPO (Fe supported concentration: 7.4 wt%)]
In step 1-1 of Example 1, FeCl 3 · 6H 2 O hydrate instead of FeCl 2 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number: 091-00872) was used as a, similarly as in Example 1 Thus, a catalyst of Comparative Example 3 was obtained.

[触媒活性評価(初期)]
実施例1、並びに比較例1、2及び3の触媒について、固定床流通型反応装置を用いて
触媒活性評価(初期)を評価した。
[Evaluation of catalyst activity (initial)]
About the catalyst of Example 1 and Comparative Examples 1, 2, and 3, the catalyst activity evaluation (initial stage) was evaluated using the fixed bed flow type reactor.

ここで、実施例1及び比較例3の触媒については、工程1−3の処理前と処理後との両方の触媒について、評価した。工程1−3の処理前の触媒を、それぞれ実施例1(a)(参考例)及び比較例3(a)の触媒とし、工程1−3の処理後の触媒を、それぞれ実施例1(b)及び比較例3(b)の触媒とした。   Here, the catalysts of Example 1 and Comparative Example 3 were evaluated for both the catalyst before and after the treatment in Step 1-3. The catalyst before the process of Step 1-3 is used as the catalyst of Example 1 (a) (Reference Example) and Comparative Example 3 (a), respectively, and the catalyst after the process of Step 1-3 is set as Example 1 (b). ) And Comparative Example 3 (b).

触媒活性評価(初期)は、下記の工程2−1及び工程2−2によって行った。   The catalyst activity evaluation (initial) was performed by the following step 2-1 and step 2-2.

(工程2−1)
各試料を、O(10%)+CO(10%)+HO(8%)+N(残余)を含む混合ガスを用いて550℃の温度下10分間処理、次に下記Standard SCR(以下、Std SCRと記載する場合がある。)の混合ガスを用いて550℃の温度下5分前処理した。
(Step 2-1)
Each sample was treated with a mixed gas containing O 2 (10%) + CO 2 (10%) + H 2 O (8%) + N 2 (residue) at a temperature of 550 ° C. for 10 minutes, and then the following Standard SCR ( Hereinafter, it was pretreated for 5 minutes at a temperature of 550 ° C. using a mixed gas of Std SCR.

(工程2−2)
次に上記の工程2−1の後で、各試料を下記(条件1)〜(条件4)で処理した。
(条件1)Std SCRの混合ガスを用いて500℃で10分間。
(条件2)(条件1)における熱処理を400℃で10分間。
(条件3)Fast SCR混合ガスを用いて500℃で10分間。
(条件4)(条件3)における熱処理を400℃で10分間。
(Process 2-2)
Next, after the above step 2-1, each sample was processed under the following (condition 1) to (condition 4).
(Condition 1) 10 minutes at 500 ° C. using a mixed gas of Std SCR.
(Condition 2) Heat treatment in (Condition 1) at 400 ° C. for 10 minutes.
(Condition 3) Fast SCR mixed gas at 500 ° C. for 10 minutes.
(Condition 4) Heat treatment in (Condition 3) at 400 ° C. for 10 minutes.

(条件1)〜(条件4)のいずれかにおいて、10分間のうち、9分〜10分までのNO浄化率の平均値を、定常SCR−NO浄化率として測定した。 In any one of (Condition 1) to (Condition 4), the average value of the NO x purification rate from 9 minutes to 10 minutes in 10 minutes was measured as the steady SCR-NO x purification rate.

ここで、Std SCR反応及びFast SCR反応は、それぞれ下記のとおりである:
(Std SCR反応)
4NO+4NH+O=4N+6H
(Fast SCR反応)
NO+NO+2NH=2N+3H
Here, the Std SCR reaction and the Fast SCR reaction are as follows:
(Std SCR reaction)
4NO + 4NH 3 + O 2 = 4N 2 + 6H 2 O
(Fast SCR reaction)
NO + NO 2 + 2NH 3 = 2N 2 + 3H 2 O

Std SCR及びFast SCRに用いるガスの組成は、以下のようになっている。   The composition of the gas used for the Std SCR and Fast SCR is as follows.

Figure 0006495811
Figure 0006495811

触媒量は1g、ガス流量は10リットル/分であった。   The amount of catalyst was 1 g, and the gas flow rate was 10 liters / minute.

まず500℃でのStd SCRにおいて、活性種及び調製方法が異なる場合について評価した。
結果は、比較例1の試料では62.6%、比較例3の試料では(工程1−3)なしで8.4%(比較例3(a))及び(工程1−3)ありで43.6%(比較例3(b))であるのに対し、実施例1の試料では(工程1−3)なしで52.4%(工程1−3)(実施例1(a))(参考例)及び(工程1−3)ありで66.6%(実施例1(b))となった(図1)。
First, the Std SCR at 500 ° C. was evaluated for different active species and preparation methods.
The results were 62.6% for the sample of Comparative Example 1 and 8.4% without (Step 1-3) for the sample of Comparative Example 3 (with Comparative Example 3 (a)) and (Step 1-3) 43 6% (Comparative Example 3 (b)), whereas in the sample of Example 1, 52.4% (Step 1-3) without (Step 1-3) (Example 1 (a)) ( It was 66.6% (Example 1 (b)) with (Reference Example) and (Step 1-3) (FIG. 1).

こうしたことから、触媒活性評価(初期)においては、実施例1では、NOを含まないStd SCRであっても、(工程1−3)の水素還元処理を行うことにより、定常SCR−NOx浄化率が高くなり、62.6%のCu/SAPO(比較例1)より高い66.6%(実施例1(b))もの高い活性を示すことが判明した。 For this reason, in the catalyst activity evaluation (initial stage), in Example 1, even when the Std SCR does not contain NO 2 , the hydrogen reduction treatment of (Step 1-3) is performed to perform steady SCR-NOx purification. It was found that the rate was higher, showing 66.6% higher (Example 1 (b)) higher activity than 62.6% Cu / SAPO (Comparative Example 1).

そして500℃でのFast SCRを用いて同様に評価すると、結果は下記のとおりであった(図1):
比較例1の触媒:65.2%、
比較例3(a)の試料: 71.4%
比較例3(b)の試料: 76.4%
実施例1(a)(参考例)の試料: 81.8%
実施例1(b)の試料: 82.0%
And when it evaluated similarly using Fast SCR in 500 degreeC, the result was as follows (FIG. 1):
Catalyst of Comparative Example 1: 65.2%
Sample of Comparative Example 3 (a): 71.4%
Sample of Comparative Example 3 (b): 76.4%
Sample of Example 1 (a) (reference example): 81.8%
Sample of Example 1 (b): 82.0%

こうしたことから、初期においては、NOを含むFast SCRでは、(工程1−3)の水素還元処理の有無に関わらず、500℃という高温域では従来のCu/SAPO(比較例1)より、実施例1及び比較例3の活性種がFeである試料の方が高い定常SCR−NOx浄化率を有することが判明した。 Therefore, in the initial stage, the Fast SCR containing NO 2 has a higher temperature range of 500 ° C. than the conventional Cu / SAPO (Comparative Example 1), regardless of the presence or absence of the hydrogen reduction treatment in (Step 1-3). It was found that the samples in which the active species of Example 1 and Comparative Example 3 were Fe had a higher steady SCR-NOx purification rate.

以上から、図1に示すように、FeClを用いたSAPOは、水素還元処理を行うことにより比較例1に匹敵するStd SCR活性を示す触媒となったこと、そして三価の鉄塩よりも二価の鉄塩を使用することが好ましく、FeClを用いたSAPO(実施例1)は、FeClを用いたSAPO(比較例3)及びCu/SAPO(比較例1)より、Fast SCRにおける反応活性が高いことが判明した。 From the above, as shown in FIG. 1, SAPO using FeCl 2 became a catalyst showing Std SCR activity comparable to Comparative Example 1 by performing hydrogen reduction treatment, and more than trivalent iron salt. It is preferable to use a divalent iron salt, and SAPO using FeCl 2 (Example 1) is faster in Fast SCR than SAPO using FeCl 3 (Comparative Example 3) and Cu / SAPO (Comparative Example 1). It was found that the reaction activity was high.

[NH酸化率測定]
各試料について、固定床流通型反応装置を用いて、NH(700ppm)+O(10%)+CO(10%)+HO(8%)+N(残余)の混合ガスを用いて、触媒量1g、混合ガスの流量10リットル/分の条件で、400℃、500℃でのNH酸化率を測定した。
[NH 3 oxidation rate measurement]
For each sample, using a fixed bed flow type reactor, a mixed gas of NH 3 (700 ppm) + O 2 (10%) + CO 2 (10%) + H 2 O (8%) + N 2 (residue) is used. The NH 3 oxidation rate at 400 ° C. and 500 ° C. was measured under the conditions of a catalyst amount of 1 g and a mixed gas flow rate of 10 l / min.

上記(工程2−2)後の実施例1(b)と比較例1の試料について上記の[NH酸化率測定]を行った。その結果、図2に示すように、比較例1の試料では、400℃で71.2%、500℃で90.0%と高い率でNHを酸化してしまっていたが、実施例1の試料では、400℃で6.7%、500℃で19.8%とNHの酸化を非常に低く抑えられることが判明した。 The above [NH 3 oxidation rate measurement] was performed on the samples of Example 1 (b) and Comparative Example 1 after the above (Step 2-2). As a result, as shown in FIG. 2, in the sample of Comparative Example 1, NH 3 was oxidized at a high rate of 71.2% at 400 ° C. and 90.0% at 500 ° C. It was found that the oxidation of NH 3 can be kept very low at 6.7% at 400 ° C and 19.8% at 500 ° C.

そうしたことから実施例1(b)は、Cu/SAPO(比較例1)に比較してNHを酸化してNOを発生する率が遙かに低いという利点を有することが確認された。 Therefore, it was confirmed that Example 1 (b) had an advantage that the rate of generating NO by oxidizing NH 3 was much lower than that of Cu / SAPO (Comparative Example 1).

そこでこれらの結果に基づいて考察すると次のようになる。
まず一般的には、官能基の数の多さ等から、塩化鉄(III)の方が塩化鉄(II)より分子サイズが大きく、また塩化鉄(II)水和物の方が塩化鉄(II)よりも分子サイズが大きい。そして塩化鉄(II)2・4・6水和物は、空気中において加熱すると分解し、250℃で塩化鉄(III)と塩化水素になることが知られている。
Therefore, the following is considered based on these results.
First, in general, due to the large number of functional groups and the like, iron (III) chloride has a larger molecular size than iron (II) chloride, and iron (II) chloride hydrate has more iron chloride ( The molecular size is larger than II). It is known that iron (II) chloride 2,4,6 hydrate decomposes when heated in the air and becomes iron chloride (III) and hydrogen chloride at 250 ° C.

そして、なんらかの理論に拘束されることを望まないが、塩化鉄(III)を用いると、細孔内に拡散しにくく、熱処理工程において、細孔外で塩が分解し、凝集することによって、細孔内の安定サイトに鉄がイオン交換されにくく、定常SCR−NOx浄化率が低いと考えられる(比較例3(a))   Although not wishing to be bound by any theory, when iron (III) chloride is used, it is difficult to diffuse into the pores, and in the heat treatment step, the salt decomposes and aggregates outside the pores. It is considered that iron is not easily ion-exchanged at the stable site in the hole, and the steady SCR-NOx purification rate is low (Comparative Example 3 (a)).

これに対し、なんらかの理論に拘束されることを望まないが、本発明に係る触媒では、塩化鉄(II)をゼオライトと固相イオン交換後に、酸素のない酸素非含有雰囲気で熱処理することによって、2価の鉄(II)を細孔径内に入れることができたと考えられる。そして塩化鉄(II)の水和物がチャバサイト型ゼオライトの細孔径より大きいことからすると、塩化鉄(II)が細孔内に取り込まれる際に、水和物としてではなく、水和物を有さない塩化鉄(II)として取り込まれることを達成できたと考えられるものである。その結果、チャバサイト型ゼオライトの小さな細孔径による制約により、塩化物イオンが除去されても、細孔内のイオン交換サイトに安定化されることによりFe3+に酸化されることなく、二価の鉄イオンのままであることにより高活性を達成できたと考えられる。 In contrast, while not wishing to be bound by any theory, in the catalyst according to the present invention, iron (II) chloride is subjected to heat treatment in an oxygen-free oxygen-free atmosphere after solid-phase ion exchange with zeolite, It is considered that divalent iron (II) could be put in the pore diameter. And since the hydrate of iron (II) chloride is larger than the pore diameter of the chabasite-type zeolite, when the iron (II) chloride is taken into the pores, the hydrate is not hydrated. It is thought that it was able to achieve being taken in as iron (II) chloride which does not have. As a result, due to the restriction due to the small pore size of the chabasite-type zeolite, even if chloride ions are removed, they are stabilized at the ion exchange sites in the pores and are not oxidized to Fe 3+ , but divalent. It is thought that high activity could be achieved by remaining iron ions.

さらになんらかの理論に拘束されることを望まないが、次に水素還元処理によって十分イオン交換されなかった鉄についてもイオンが交換されて、二価の鉄イオンが細孔内の安定サイトに配置されることが促進されることによって、NOx還元反応中においても、鉄イオン価数変化を防ぎ、その結果触媒のNH−SCR活性が向上したと考えられる。 Furthermore, although not wishing to be bound by any theory, the ions that are not sufficiently ion-exchanged by the hydrogen reduction treatment are then exchanged, and the divalent iron ions are arranged at stable sites in the pores. It is considered that this promotes the change in iron ion valence even during the NOx reduction reaction, and as a result, the NH 3 -SCR activity of the catalyst is improved.

こうしたことから、本発明に係る触媒では、二価の鉄イオンを担持することにより、NOのないStd.SCR反応条件下でも高温においても高いSCR活性と、さらには鉄イオンを用いることによるアンモニアの酸化率が低い利点と、を併せ持つ触媒を製造できたと考えられる。 For these reasons, the catalyst according to the present invention supports Std. With no NO 2 by supporting divalent iron ions. It is considered that a catalyst having both a high SCR activity under the SCR reaction conditions and at a high temperature and an advantage of a low oxidation rate of ammonia by using iron ions can be produced.

[触媒活性評価(耐久)]
耐久評価として、下記の工程2−3及び2−4を行った。
[Catalyst activity evaluation (durability)]
As durability evaluation, the following processes 2-3 and 2-4 were performed.

(工程2−3):水熱耐久処理
水をバブリングした空気雰囲気中において、750℃で24時間電気炉中で試料を処理した。
(Step 2-3): Hydrothermal durability treatment A sample was treated in an electric furnace at 750 ° C for 24 hours in an air atmosphere in which water was bubbled.

(工程2−4)
上記(条件1)及び(条件3)を使用して上記工程2−2を行った。
(Step 2-4)
The said process 2-2 was performed using the said (condition 1) and (condition 3).

図3に、上記[触媒活性評価(初期)]と、[触媒活性評価(耐久)]で得られたNOx浄化率から、下記のように算出した各触媒の劣化度を示す。   FIG. 3 shows the degree of deterioration of each catalyst calculated as follows from the NOx purification rate obtained by the above [catalytic activity evaluation (initial)] and [catalytic activity evaluation (durability)].

劣化度=[(初期のNOx浄化率)−(耐久後のNOx浄化率)]/(初期のNOx浄化率)×100   Degree of degradation = [(initial NOx purification rate) − (NOx purification rate after endurance)] / (initial NOx purification rate) × 100

実施例1(b)は、ゼオライト種がCHA型であっても、活性種がCuである場合(比較例1)、又は活性種がFeであっても、ゼオライト種がβ型である場合(比較例2)に比較して、Std SCR活性およびFast SCR活性が、劣化しにくいことが判明した。   In Example 1 (b), the zeolite species is CHA type, the active species is Cu (Comparative Example 1), or the active species is Fe, but the zeolite species is β type ( It was found that the Std SCR activity and the Fast SCR activity are less likely to deteriorate compared to Comparative Example 2).

また水熱耐久処理の鉄のイオン状態への影響を見てみると以下のようであった。
まず上記[触媒活性評価(初期)]に記載のように、塩化鉄(II)で調製した実施例1ほどではなかったものの(図1,実施例1(b))、塩化鉄(III)に水素還元処理を行うと一部イオン交換が進行し定常SCR−NOx浄化率は向上した(図1、比較例3(b))。
The effect of hydrothermal durability treatment on the ionic state of iron was as follows.
First, as described in the above [catalytic activity evaluation (initial stage)], although not as much as Example 1 prepared with iron (II) chloride (FIG. 1, Example 1 (b)), iron chloride (III) When the hydrogen reduction treatment was performed, partial ion exchange proceeded and the steady SCR-NOx purification rate was improved (FIG. 1, Comparative Example 3 (b)).

水熱耐久処理を行うと、ゼオライト種がCHA型であっても活性種がCuである場合(比較例1)、または活性種がFeであってもゼオライト種がβ型である場合(比較例2)は、活性種がゼオライト細孔内のイオン交換サイトに安定化されにくい。β型ゼオライトの場合、細孔が大きいために、細孔外および細孔中の二価の鉄イオンがFe3+に容易に酸化されてしまい、またゼオライトそのものも熱安定性が低く、耐久性があまり良好でなくなった(図3、比較例2)結果、実施例1(b)より、劣化度が大きくなったと考えられる。 When hydrothermal durability treatment is performed, the active species is Cu even if the zeolite species is CHA type (Comparative Example 1), or the zeolite species is β type even if the active species is Fe (Comparative Example) In 2), the active species are difficult to be stabilized at the ion exchange sites in the zeolite pores. In the case of β-type zeolite, since the pores are large, divalent iron ions outside and inside the pores are easily oxidized to Fe 3+ , and the zeolite itself has low thermal stability and durability. As a result of not being very good (FIG. 3, Comparative Example 2), it is considered that the degree of deterioration is larger than that in Example 1 (b).

こうしたことから、ゼオライトの細孔径に二価の鉄イオンを担持した本発明の触媒の方が優れたSCR活性を有すること、および優れた水熱耐久性を有することが確認された。   From these results, it was confirmed that the catalyst of the present invention in which divalent iron ions were supported on the pore diameter of zeolite had superior SCR activity and excellent hydrothermal durability.

また本実施例においては、水素還元処理に関連して、必要に応じて、触媒のイオン交換率を算出し、また任意選択的に必要な場合、水素還元工程後に酸化処理工程を行っている。   In the present embodiment, the ion exchange rate of the catalyst is calculated as necessary in relation to the hydrogen reduction treatment, and if necessary, the oxidation treatment step is performed after the hydrogen reduction step.

(イオン交換率)
イオン交換率とは触媒担体中のイオン交換サイト(酸点)上のHを触媒金属のイオンで置き換えた率のことをいい、触媒金属が二価の鉄イオンの場合、2つの酸点を電気的に当量の1つの二価の鉄イオンが置き換えることになる。
具体的には、イオン交換率は式(金属イオン原子数)×(金属イオン価数)/(触媒担体中の酸点の数)×100によって算出できる。
(Ion exchange rate)
The ion exchange rate is the rate at which H + on the ion exchange site (acid point) in the catalyst carrier is replaced with ions of the catalyst metal. When the catalyst metal is a divalent iron ion, the two acid points are Electrically equivalent one divalent iron ion will be replaced.
Specifically, the ion exchange rate can be calculated by the formula (number of metal ion atoms) × (metal ion valence) / (number of acid points in the catalyst support) × 100.

イオン交換率は、触媒担体上の酸点に対する担持されるFeイオンの量を調整することによって所望の値に調製することができ、約1%以上、約5%以上、約10%以上、約20%以上、約30%以上、約35%以上とすることができ、一方、約100%以下、約90%以下、約85%以下とすることができる。   The ion exchange rate can be adjusted to a desired value by adjusting the amount of Fe ions supported relative to the acid sites on the catalyst support, and is about 1% or more, about 5% or more, about 10% or more, about It can be 20% or more, about 30% or more, or about 35% or more, while it can be about 100% or less, about 90% or less, or about 85% or less.

(酸化処理工程)
酸化処理工程として次の条件を使用した。
(Oxidation process)
The following conditions were used as the oxidation process.

(工程3−1)
試料を電気炉に入れ、空気中500℃で10分間酸化処理した。
(Step 3-1)
The sample was placed in an electric furnace and oxidized in air at 500 ° C. for 10 minutes.

下記にさらに酸化処理工程を行った例を示す。   An example in which an oxidation treatment process is further performed is shown below.

〈参考例1及び実施例2、並びに比較例4〜比較例7〉
詳細を下記表2にまとめているように、実施例1で、(1)(工程1−1)で実施例1のFeCl又は比較例3のFeClのいずれを用いたか、(2)(工程1−3)の処理を行ったか否か、(3)イオン交換率を5%又は37%のいずれかになるように調整したか、の点を除き、実施例1と同じ手順を行い、さらに(工程3−1)を行って試料を得た。(Fe担持濃度はいずれも7.4wt%である。)
<Reference Example 1 and Example 2, and Comparative Examples 4 to 7>
As summarized in Table 2 below, in Example 1, whether (1) (Step 1-1) was used in which FeCl 2 of Example 1 or FeCl 3 of Comparative Example 3 was used (2) ( Except for whether or not the process of step 1-3) was performed, and (3) the ion exchange rate was adjusted to be either 5% or 37%, the same procedure as in Example 1 was performed, Further, (Step 3-1) was performed to obtain a sample. (Fe loading concentration is 7.4 wt% in all cases.)

Figure 0006495811
Figure 0006495811

[比較例8]
[Cu/SAPO(Cu担持濃度:2.5wt%)]
100gの2.5質量%の酢酸銅水溶液中に100gのSAPO(三菱樹脂(株))を加え、室温下で10分間攪拌後、120℃に加熱して蒸発乾固させて粉末とし、次に空気中800℃で10分間熱処理して、試料を得た。
[Comparative Example 8]
[Cu / SAPO (Cu support concentration: 2.5 wt%)]
100 g of SAPO (Mitsubishi Resin Co., Ltd.) is added to 100 g of 2.5% by mass copper acetate aqueous solution, stirred at room temperature for 10 minutes, heated to 120 ° C. and evaporated to dryness, and then powdered. A sample was obtained by heat treatment in air at 800 ° C. for 10 minutes.

[触媒活性評価(酸化処理工程有り、Std SCR)]
参考例1、実施例2及び比較例6、7、8の試料について、工程3−1:酸化処理工程を行った後で、上記触媒活性評価(初期)の工程2−1〜工程2−2の(条件1)を用いて触媒活性を評価した。
[Catalyst activity evaluation (with oxidation treatment step, Std SCR)]
For the samples of Reference Example 1, Example 2, and Comparative Examples 6, 7, and 8, Step 3-1: After performing the oxidation treatment step, Step 2-1 to Step 2-2 in the above catalytic activity evaluation (initial stage) (Condition 1) was used to evaluate the catalytic activity.

図5に示すように、NOx浄化率は、参考例1、比較例7が低く、比較例6,比較例8、実施例2がより高かった。特に、FeClを用い水素還元処理を行った(実施例2の)試料は、比較例8のCu/SAPOより高い値を示した。またFeClを用いた場合でも、水素還元工程なし(比較例7)より、水素還元工程あり(比較例6)の方が高い値を示した。 As shown in FIG. 5, the NOx purification rate was low in Reference Example 1 and Comparative Example 7, and higher in Comparative Examples 6, Comparative Example 8, and Example 2. In particular, the sample subjected to hydrogen reduction treatment using FeCl 2 (in Example 2) showed a higher value than Cu / SAPO in Comparative Example 8. Even when FeCl 3 was used, the value with the hydrogen reduction step (Comparative Example 6) was higher than that without the hydrogen reduction step (Comparative Example 7).

具体的には、水素還元工程の後で、さらに酸化処理工程を行うと、イオン交換率が37%の場合、NOが存在しないStd SCRにおいてもNOx浄化率が、酸化力が高いとされるCu/SAPOに対し(実施例2)/(比較例8)=1.29倍にもなった。 Specifically, when an oxidation treatment step is further performed after the hydrogen reduction step, when the ion exchange rate is 37%, the NOx purification rate is high even in the Std SCR in which NO 2 does not exist, and the oxidizing power is high. (Example 2) / (Comparative Example 8) = 1.29 times that of Cu / SAPO.

そしてイオン交換率が5%になるとイオン交換率の値に対応したNOx浄化率となるものの(参考例1)、イオン交換率37%で、水素還元工程がなく塩化鉄(III)を用いた試料(比較例7)とほぼ同等のNOx浄化能を示した。   When the ion exchange rate becomes 5%, the NOx purification rate corresponding to the value of the ion exchange rate is obtained (Reference Example 1), but the ion exchange rate is 37%, there is no hydrogen reduction step, and the sample using iron (III) chloride is used. The NOx purification ability almost equivalent to (Comparative Example 7) was exhibited.

こうしたことから、水素還元工程の後に酸化処理を行なった図5の中でも、特に塩化鉄(II)を用いる場合に、塩化鉄(III)を用いた場合におけるよりも、NOx浄化能を向上させることができることが判明した。   Therefore, in FIG. 5 in which the oxidation treatment is performed after the hydrogen reduction step, particularly when iron (II) chloride is used, the NOx purification ability is improved as compared with the case where iron (III) chloride is used. Turned out to be possible.

[触媒活性評価(酸化処理工程有り、Fast SCR)]
同様に参考例1,実施例2及び比較例4、5,8の試料について、工程3−1の酸化処理工程を行った後で、上記触媒活性評価(初期)の工程2−1〜工程2−2(条件3)を用いて触媒活性を評価した。
[Catalyst activity evaluation (with oxidation process, Fast SCR)]
Similarly, for the samples of Reference Example 1, Example 2 and Comparative Examples 4, 5, and 8, after performing the oxidation treatment step of Step 3-1, Step 2-1 to Step 2 of the above catalytic activity evaluation (initial). -2 (Condition 3) was used to evaluate the catalytic activity.

上記試料について、Fast SCR条件下で評価すると、図6に示すように、塩化鉄(II)を用いてイオン交換率が5%しかない試料(参考例1)においても、イオン交換率が37%の試料(実施例2)およびCu/SAPO(比較例8)に近いNOx浄化率を示し、またNOの存在によりNOx浄化能が向上する傾向がある塩化鉄(III)を用いた場合(水素還元工程あり及びなし)も近いNOx浄化能を示した。 When the above sample was evaluated under Fast SCR conditions, as shown in FIG. 6, even in a sample (Reference Example 1) having an ion exchange rate of only 5% using iron (II) chloride, the ion exchange rate was 37%. When using iron (III) chloride that shows a NOx purification rate close to that of the sample of Example 2 (Example 2) and Cu / SAPO (Comparative Example 8) and tends to improve the NOx purification ability due to the presence of NO 2 (hydrogen NOx purification ability with and without reduction step was also shown.

上記の結果に示されるように、水素還元工程を行い、さらに酸化処理工程を行うと、塩化鉄(II)の酸化状態が良好な状態に保たれ、製造された触媒がさらに優れた効果を奏することが示された。   As shown in the above results, when the hydrogen reduction step is performed and the oxidation treatment step is further performed, the oxidation state of iron (II) chloride is maintained in a good state, and the produced catalyst has a further excellent effect. It was shown that.

[Feの平均酸化数の評価]
図7中に(a)実施例2、(b)比較例6、(c)比較例5、(d)比較例7、それぞれのFeK端について、XAFSを用いて、下記の測定条件で常温で測定しピークトップで規格化したXANESのスペクトルの高さ(intensity)が0.2になる場合のX線吸収エネルギーの値の結果を示す。
[Evaluation of average oxidation number of Fe]
In FIG. 7, (a) Example 2, (b) Comparative Example 6, (c) Comparative Example 5, and (d) Comparative Example 7, each FeK end was measured at room temperature under the following measurement conditions using XAFS. The result of the X-ray absorption energy when the measured XANES spectrum height normalized to peak top is 0.2 is shown.

なお、通常貴金属の平均酸化数を算出する上では、規格化したスペクトルの高さの0.5の値を使用するのが一般的であるが、Feの場合、構造的な配位環境に由来するプリエッジピークが強くでてFeの酸化状態との相関性のばらつきが大きくなるため、0.5を避けて0.2の場合を使用した。   In general, in calculating the average oxidation number of noble metals, it is common to use a standardized spectral height of 0.5, but in the case of Fe, it is derived from the structural coordination environment. Since the pre-edge peak is strong and the variation in the correlation with the oxidation state of Fe becomes large, the case of 0.2 was used avoiding 0.5.

(測定条件)
絶対エネルギー:0.2eV
(Measurement condition)
Absolute energy: 0.2eV

図7に示されるように、測定値は、それぞれ、7106(eV)(図7中(a))、7108.8(eV)(図7中(b))、約7112.2(eV)(図7中(c))、約7112.2(eV)(図7中(d))となった。   As shown in FIG. 7, the measured values are 7106 (eV) ((a) in FIG. 7), 7108.8 (eV) ((b) in FIG. 7), and about 7112.2 (eV) ( (C) in FIG. 7) and about 7112.2 (eV) ((d) in FIG. 7).

これらのエネルギー値を、同じ手法で測定したFe箔で約7102(eV)、FeOで約7107.8(eV)、Feで約7109.8(eV)、Feで約7112.2(eV)に基づき、Feの平均酸化数に変換した結果を図8に示す。 These energy values are about 7102 (eV) for Fe foil, about 7107.8 (eV) for FeO, about 7109.8 (eV) for Fe 3 O 4 , and about 7112 for Fe 2 O 3 , measured by the same method. FIG. 8 shows the result of conversion to the average oxidation number of Fe based on .2 (eV).

図8に示されるように、Feの平均酸化数は、参考例1、実施例2は、0超2未満であり、比較例6は2よりやや大きく、比較例5は3であることが判明した。   As shown in FIG. 8, the average oxidation number of Fe is found to be over 0 in Reference Example 1 and Example 2, less than 2, Comparative Example 6 is slightly larger than 2, and Comparative Example 5 is 3. did.

これらの触媒のXAFSによる測定結果に基づいたFeの平均酸化数を算出すると、図8に示すように、イオン交換率37%では、塩化鉄(II)を用いた試料では、1.5(実施例2)(イオン交換率5%の参考例1は実施例2のイオン交換率との比に対応した値)と、0超2未満の範囲にあり、一方、塩化鉄(III)を用いた試料(比較例6)では、2超と高めの値であったが、塩化鉄(II)を用いた場合でも、水素還元工程なしだと、3(比較例5)と非常に高くなってしまっていた。   When the average oxidation number of Fe based on the measurement results of these catalysts by XAFS was calculated, as shown in FIG. 8, at an ion exchange rate of 37%, a sample using iron (II) chloride was 1.5 (implemented). Example 2) (Reference Example 1 with an ion exchange rate of 5% is a value corresponding to the ratio of the ion exchange rate of Example 2) and a range of more than 0 and less than 2, while iron (III) chloride was used. In the sample (Comparative Example 6), the value was higher than 2 but even when iron (II) chloride was used, it was very high as 3 (Comparative Example 5) without the hydrogen reduction step. It was.

こうしたことから、なんらかの理論に拘束されることを望まないが、二価の鉄イオンを触媒担体の細孔内の安定サイトに配置させることができたとしても、水素還元工程を行わないと、酸化により、二価の鉄イオンがFe3+に酸化されてしまうようであり、逆にFe3+に水素還元工程続いて酸化処理工程を行っても、Fe3+が細孔内の触媒担体の安定サイトに配置されていないため、初期であるにも関わらず触媒活性評価において充分な浄化能を発揮できなかったものと考えられる。 For this reason, it is not desired to be bound by any theory, but even if the divalent iron ions can be arranged at stable sites in the pores of the catalyst support, the oxidation must be carried out without a hydrogen reduction step. Accordingly, it seems divalent iron ion is oxidized to Fe 3+, even if the hydrogen reduction step followed by the oxidation treatment process to Fe 3+ Conversely, a stable site of the catalyst support in the Fe 3+ pores Since it is not arranged, it is considered that sufficient purification ability could not be exhibited in the catalytic activity evaluation in spite of the initial stage.

一方、なんらかの理論に拘束されることを望まないが、二価の鉄イオンを細孔内の安定サイトに配置させた上で、水素還元工程、それに続く酸化処理を行うと、Feの平均酸化数が0超2.12以下の良好な状態に保たれて、上記のようにStd SCR条件下でCu/SAPOより良好なNOx浄化能を示し、イオン交換率5%のものでも、数によらず触媒の質によることによって、Fast SCR条件下で他の触媒と同等のNOx浄化能を示すことができたと考えられる。   On the other hand, although not wishing to be bound by any theory, when a hydrogen reduction step and subsequent oxidation treatment are performed after placing divalent iron ions at stable sites in the pores, the average oxidation number of Fe Is maintained in a good state of more than 0 and less than or equal to 2.12 and shows NOx purification ability better than Cu / SAPO under the Std SCR condition as described above, even if the ion exchange rate is 5%, regardless of the number Depending on the quality of the catalyst, it is considered that the NOx purification ability equivalent to other catalysts could be exhibited under the Fast SCR condition.

以上から、塩化鉄(II)を用いた場合には、二価の鉄イオンのまま触媒担体の細孔内の安定サイトに配置させ、水素還元工程を行い、その状態からさらに酸化処理工程を行うとFeをさらに良好に適度な酸化状態できることが判明した。   From the above, when iron (II) chloride is used, the divalent iron ions are placed in the stable sites in the pores of the catalyst support as they are, and the hydrogen reduction step is performed, and the oxidation treatment step is further performed from that state. It was found that Fe and Fe can be more appropriately oxidized in a proper state.

[実施例3]
[Fe/SAPO(Fe担持濃度:7.4wt%)の調製]
FeClを原料とし、二価の鉄イオンの担持濃度が7.4wt%となるようにした点を除き、上記工程1−1、工程1−2の手順に従い試料を得、φ0.5mm〜1mmの破砕ペレットに成形した。
[Example 3]
[Preparation of Fe / SAPO (Fe supported concentration: 7.4 wt%)]
Samples were obtained according to the procedures of Step 1-1 and Step 1-2, except that FeCl 2 was used as a raw material, and the carrying concentration of divalent iron ions was 7.4 wt%, and φ0.5 mm to 1 mm Into crushed pellets.

得られた試料を、固定床流通式の炉を用いて、O(10%)+CO(10%)+HO(8%)+N(残余))の混合ガスで、500℃10分間の酸化前熱処理を行った。 The obtained sample was mixed at 500 ° C. for 10 minutes with a mixed gas of O 2 (10%) + CO 2 (10%) + H 2 O (8%) + N 2 (residue)) using a fixed bed flow type furnace. The pre-oxidation heat treatment was performed.

さらに固定床流通式の炉を用いて、H(3%)+CO(10%)+HO(8%)+N(残余)の混合ガスで、600℃で30分の還元熱処理を行った。 Further, using a fixed bed flow type furnace, reduction heat treatment is performed at 600 ° C. for 30 minutes with a mixed gas of H 2 (3%) + CO 2 (10%) + H 2 O (8%) + N 2 (residue). It was.

[実施例4、参考例2〜参考例3]
[Fe/SAPO(Fe担持濃度:10.0wt%、1.0wt%、及び3.0wt%)の調製]
Fe担持濃度が、それぞれ、10.0wt%(実施例4)、1.0wt%(参考例2)、3.0wt%(参考例3)となるようにした点を除き、実施例3と同様の手順で、試料を得た。
[Example 4, Reference Example 2 to Reference Example 3]
[Preparation of Fe / SAPO (Fe loading concentration: 10.0 wt%, 1.0 wt%, and 3.0 wt%)]
Same as Example 3 except that the Fe carrying concentrations were 10.0 wt% (Example 4), 1.0 wt% (Reference Example 2), and 3.0 wt% (Reference Example 3), respectively. A sample was obtained by the following procedure.

(NOx浄化率測定(Std SCR))
実施例3、実施例4、参考例2、実施例3、比較例8の試料について、上記(工程2−1)を行った後で、上記NOx浄化率測定法の(工程2−2)(条件1)(条件2)を用いて触媒活性を評価した。
(NOx purification rate measurement (Std SCR))
After performing the above (Step 2-1) on the samples of Example 3, Example 4, Reference Example 2, Example 3, and Comparative Example 8, (Step 2-2) ( The catalytic activity was evaluated using Condition 1) (Condition 2).

図9に示すように、500℃でのStd SCRにおいて、比較例8の試料では50.5%であるのに対し、実施例3の試料では65.9%及び実施例4の試料では67.5%であった。   As shown in FIG. 9, in the Std SCR at 500 ° C., the sample of Comparative Example 8 is 50.5%, whereas the sample of Example 3 is 65.9% and the sample of Example 4 is 67. It was 5%.

こうしたことから、実施例3〜実施例4ではNOを含まないStd SCRにおいても、定常SCR−NOx浄化率が高くなり、Cu/SAPO(比較例8)より高い活性を示すことが判明した。 From these results, it was found that the Std SCR containing no NO 2 in Examples 3 to 4 has a higher steady SCR-NOx purification rate and higher activity than Cu / SAPO (Comparative Example 8).

図9に、触媒担体をSAPOとし、活性種(銅又は鉄)及び担持割合が異なる場合を示す。本発明に係る触媒(実施例3)は、Cu/SAPO(比較例8)より、500℃のStd SCRにおける反応活性が高く、二価の鉄イオンの担持割合をさらに上げると、さらに反応活性が高くなった。   FIG. 9 shows a case where the catalyst carrier is SAPO, and the active species (copper or iron) and the loading ratio are different. The catalyst according to the present invention (Example 3) has a higher reaction activity at 500 ° C. Std SCR than Cu / SAPO (Comparative Example 8), and the reaction activity is further increased by further increasing the loading ratio of divalent iron ions. It became high.

一方、Fe担持割合が少ないと(参考例2、参考例3)、400℃及び500℃のいずれのStd SCRにおいても、Cu/SAPO(比較例8)の反応活性に及ばなかった。   On the other hand, when the Fe loading ratio was small (Reference Example 2 and Reference Example 3), the Std SCR at 400 ° C. and 500 ° C. did not reach the reaction activity of Cu / SAPO (Comparative Example 8).

上記工程2−1の(条件1)後の参考例2、参考例3、実施例3、実施例4の試料について、500℃において、上記(条件1)の[NO浄化率測定]におけるNH消費量をNO転化量で割った比を算出し、プロットした。 Reference Example 2 after (Condition 1) of the step 2-1, Reference Example 3, Example 3, the sample of Example 4, at 500 ° C., NH in [NO x purification rate Measurement of (condition 1) A ratio of 3 consumption divided by NO x conversion was calculated and plotted.

その結果を図10に示す。図10を参照すると、NH3/NOx比はFe担持濃度の増加とともに低下し、特に二価の鉄イオンの担持濃度が5.0wt%以上の場合にNOxの浄化に対してNH3の酸化が顕著に抑制されていることがわかる。 The result is shown in FIG. Referring to FIG. 10, NH 3 / NO x ratio decreases with increasing Fe support concentration, the support concentration of particular divalent iron ions of NH 3 with respect to the purification of the NO x in the case of more than 5.0 wt% It can be seen that oxidation is significantly suppressed.

(イオン交換率の測定)
参考例2、参考例3、実施例3、実施例4の試料について、イオン交換率の測定を行った。測定結果は、7%(参考例2)、22%(参考例3)、52%(実施例3)、81%(実施例4)となった。
(Measurement of ion exchange rate)
For the samples of Reference Example 2, Reference Example 3, Example 3, and Example 4, the ion exchange rate was measured. The measurement results were 7% (Reference Example 2), 22% (Reference Example 3), 52% (Example 3), and 81% (Example 4).

(Feの平均酸化数の評価)
(a)実施例3、(b)実施例4、それぞれのFeK端について、XAFSを用いて、下記の測定条件で測定しピークトップで規格化したXANESのスペクトルの高さ(intensity)が0.2になる場合のX線吸収エネルギーの値の結果を示す。

(なお、通常貴金属の酸化状態を算出する上では、規格化したスペクトルの高さの0.5の値を使用するのが一般的であるが、Feの場合、構造的な配位環境に由来するプリエッジピークが強くでてFeの酸化状態との相関性のばらつきが大きくなるため、0.5を避けて0.2の場合を使用している。)
(測定条件)
絶対エネルギー:0.2eV
(Evaluation of average oxidation number of Fe)
(A) Example 3 and (b) Example 4 For each FeK end, the XANES spectrum height measured with XAFS and normalized at the peak top (intensity) is 0.00. The result of the value of X-ray absorption energy in the case of 2 is shown.

(Normally, when calculating the oxidation state of noble metals, it is common to use a normalized spectral height of 0.5, but in the case of Fe, it is derived from a structural coordination environment. Since the pre-edge peak is strong and the variation in the correlation with the oxidation state of Fe becomes large, the case of 0.2 is used avoiding 0.5.)
(Measurement condition)
Absolute energy: 0.2eV

測定値は、それぞれ、7106.5(eV)、7108(eV)となった。
これらのエネルギー値を、同じ手法で測定したFe箔で約7102(eV)、FeOで約7107.8(eV)、Feで約7109.8(eV)、Feで約7112.2(eV)に基づき、Feの酸化数に変換すると、図11に示すように、1.5(実施例3)、2.2(実施例4)であった。
The measured values were 7106.5 (eV) and 7108 (eV), respectively.
These energy values are about 7102 (eV) for Fe foil, about 7107.8 (eV) for FeO, about 7109.8 (eV) for Fe 3 O 4 , and about 7112 for Fe 2 O 3 , measured by the same method. When converted to the oxidation number of Fe based on .2 (eV), they were 1.5 (Example 3) and 2.2 (Example 4) as shown in FIG.

このことから、実施例3,4はいずれも、二価のFeイオンが多いと考えられる。   From this, it is considered that all of Examples 3 and 4 have a large amount of divalent Fe ions.

本発明に係る触媒は、なんらかの理論に拘束されることを望まないが、上記の熱処理工程、水素還元工程などにより、XAFSの測定結果に基づく値に示されるように、二価の鉄イオンの多いより良好な状態で鉄が、ゼオライト細孔内のイオン交換サイトに配置されると考えられるものである。   Although the catalyst according to the present invention does not want to be bound by any theory, as shown in the value based on the measurement result of XAFS by the above heat treatment step, hydrogen reduction step, etc., the catalyst has a large amount of divalent iron ions. It is believed that iron is placed at better ionized ion exchange sites within the zeolite pores.

そして本発明に係る触媒は、このように二価の鉄イオンが、ゼオライト細孔内のイオン交換サイトに配置されることにより、実施例3、実施例4の測定結果に示すように、図9に示すようにStd SCRかつ500℃といった高温下においてもNOx浄化率が高く、さらに図10に示すようにNH酸化率が低いこと、触媒の耐熱性が高いこと、さらにアンモニアの酸化率が低い利点を有することができているものである。 In the catalyst according to the present invention, as shown in the measurement results of Example 3 and Example 4, the divalent iron ions are arranged at the ion exchange sites in the zeolite pores as shown in FIG. As shown in FIG. 10, the NOx purification rate is high even at high temperatures such as Std SCR and 500 ° C. Further, as shown in FIG. 10, the NH 3 oxidation rate is low, the catalyst heat resistance is high, and the ammonia oxidation rate is low. That can have advantages.

さらに本発明に係る触媒により製造された鉄ゼオライト触媒では、二価の鉄イオンの担持濃度を増やすとさらに高活性が得られるものである。   Furthermore, in the iron zeolite catalyst produced by the catalyst according to the present invention, higher activity can be obtained by increasing the concentration of divalent iron ions.

[比較例9]
[(Feを担持していないSAPO)]
鉄の担持濃度が0wt%、すなわち、鉄を担持していないSAPOを使用した。
[Comparative Example 9]
[(SAPO not supporting Fe)]
The support concentration of iron was 0 wt%, that is, SAPO not supporting iron was used.

(NO−TPD 高温ピーク面積/低温ピーク面積の比の測定)
参考例2、参考例3、実施例3、実施例4の試料について、NO−TPD測定を行った。
すなわち、NOを吸着させた後にHe気流下で試料を加熱し、試料温度(℃)に対し脱離するNOに対応して検出されるTCD電圧値[μV]を測定した。
TCD電圧値のプロファイルから、各試料における上記高温ピーク及び低温ピークを算出した。
実施例3の試料について、測定結果をプロットしたグラフを図12に示す。実施例3では低温ピークと高温ピークとの2つのピークが観察された。
(Measurement of the ratio of NO 2 -TPD high temperature peak area / low temperature peak area)
The samples of Reference Example 2, Reference Example 3, Example 3, and Example 4 were subjected to NO 2 -TPD measurement.
That is, after adsorbing NO 2 , the sample was heated in a He stream, and the TCD voltage value [μV] detected corresponding to NO 2 desorbed with respect to the sample temperature (° C.) was measured.
The high temperature peak and the low temperature peak in each sample were calculated from the profile of the TCD voltage value.
A graph plotting the measurement results for the sample of Example 3 is shown in FIG. In Example 3, two peaks, a low temperature peak and a high temperature peak, were observed.

一方、比較例9の試料について、同様に測定すると、図13に示されるように、この試料は低温ピークのみ観察され、高温ピークを有さなかった。   On the other hand, when the sample of Comparative Example 9 was measured in the same manner, as shown in FIG. 13, only the low temperature peak was observed in this sample, and it did not have the high temperature peak.

この高温ピークは細孔内のイオン交換サイトにイオン交換した二価の鉄イオンの量に依存し、低温ピークはゼオライトに弱く吸着したNOと考えられる。
そこで、測定時の温度が、230℃超、500℃以下のものを高温ピーク面積とし、50℃以上、230℃以下のものを低温ピーク面積として、低温ピーク面積に対する高温ピーク面積の比を算出した。
高温ピーク面積/低温ピーク面積の比は、NO−TPDに供した触媒当たりの活性点数の多さを示すものといえる。
This high temperature peak depends on the amount of divalent iron ions ion-exchanged to the ion exchange sites in the pores, and the low temperature peak is considered to be NO 2 weakly adsorbed on the zeolite.
Therefore, the ratio of the high temperature peak area to the low temperature peak area was calculated by setting the temperature at the time of measurement to more than 230 ° C. and 500 ° C. or less as the high temperature peak area and 50 ° C. to 230 ° C. as the low temperature peak area. .
It can be said that the ratio of the high temperature peak area / low temperature peak area indicates the number of active points per catalyst subjected to NO 2 -TPD.

測定結果は、図14に示すように、Fe担持濃度が増加するにつれて、高温ピーク面積/低温ピーク面積の比が増加し、5〜10wt%で活性点数が多くなっており、Fe担持濃度が約7.4wt%近傍で最大となり、実施例4の場合にそれに次ぐ大きさとなった。この結果は図9,10と良く整合する。   As shown in FIG. 14, the measurement results show that the ratio of high temperature peak area / low temperature peak area increases as the Fe support concentration increases, and the number of active sites increases at 5 to 10 wt%. The maximum was in the vicinity of 7.4 wt%, and in the case of Example 4, it was the second largest. This result is in good agreement with FIGS.

以上から、塩化鉄(II)等の二価の鉄イオンの塩を用いた場合には、熱処理工程、水素還元工程などにより、二価の鉄イオンのまま触媒担体の細孔内の安定サイトに配置させることだけでなく、二価の鉄イオンの担持濃度が、好ましくは約5.0wt%〜約10.0wt%、さらに好ましくは約6.0wt%〜約10.0wt%であることにより、非常に優れた触媒を得ることができることが明らかになった。   From the above, when a salt of divalent iron ions such as iron (II) chloride is used, the divalent iron ions remain in the stable site in the pores of the catalyst support by heat treatment process, hydrogen reduction process, etc. In addition to the arrangement, the supported concentration of divalent iron ions is preferably about 5.0 wt% to about 10.0 wt%, more preferably about 6.0 wt% to about 10.0 wt%, It has been found that very good catalysts can be obtained.

Claims (1)

チャバサイト型ゼオライト担体の細孔中に二価の鉄イオンが担持されており、かつ
前記担体と前記二価の鉄イオンとの合計を基準として、金属換算で、前記二価の鉄イオンの担持濃度が5.0wt%〜10.0wt%である、
選択還元型排ガス浄化用触媒。
Divalent iron ions are supported in the pores of the chabasite-type zeolite carrier, and based on the sum of the carrier and the divalent iron ions, the divalent iron ions are supported in terms of metal. The concentration is 5.0 wt% to 10.0 wt%;
Selective reduction type exhaust gas purification catalyst.
JP2015234109A 2015-11-30 2015-11-30 Selective reduction exhaust gas purification catalyst Active JP6495811B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015234109A JP6495811B2 (en) 2015-11-30 2015-11-30 Selective reduction exhaust gas purification catalyst

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015234109A JP6495811B2 (en) 2015-11-30 2015-11-30 Selective reduction exhaust gas purification catalyst

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017100068A JP2017100068A (en) 2017-06-08
JP6495811B2 true JP6495811B2 (en) 2019-04-03

Family

ID=59015264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015234109A Active JP6495811B2 (en) 2015-11-30 2015-11-30 Selective reduction exhaust gas purification catalyst

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6495811B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7131753B2 (en) * 2017-11-13 2022-09-06 国立大学法人 東京大学 Method for producing zeolite, chabazite-type zeolite, and ion exchanger comprising the same
US10780395B2 (en) * 2017-12-04 2020-09-22 Ricardo Inc. Pollutant treatment process and apparatus

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5831367B2 (en) * 2011-06-27 2015-12-09 三菱樹脂株式会社 Process for producing transition metal-containing zeolite
CN102614910B (en) * 2012-03-16 2014-01-01 北京工业大学 Ammonia-selective preparation method of SAPO-34 supported Cu-Fe catalyst for catalytically removing NOx
CN107406265A (en) * 2015-01-29 2017-11-28 庄信万丰股份有限公司 Iron complex is introduced directly into SAPO 34 (CHA) types of material

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017100068A (en) 2017-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6126141B2 (en) Method for producing exhaust gas purification catalyst
Long et al. Temperature-programmed desorption/surface reaction (TPD/TPSR) study of Fe-exchanged ZSM-5 for selective catalytic reduction of nitric oxide by ammonia
WO2020063360A1 (en) Method for preparing molecular sieve scr catalyst, and catalyst prepared thereby
JP6070230B2 (en) AFX type silicoaluminophosphate, method for producing the same, and nitrogen oxide reduction method using the same
JP2021506583A (en) Catalysts for catalyzing formaldehyde oxidation and their preparation and use
CN110372875B (en) Heteronuclear polymetallic organic framework material and preparation and application thereof in denitration and demercuration
CN107008490B (en) Oxidation type catalyst for purifying diesel vehicle tail gas and preparation method thereof
EP2876086A1 (en) Fe(II)-SUBSTITUTED BETA-TYPE ZEOLITE, PRODUCTION METHOD THEREFOR AND GAS ADSORBENT INCLUDING SAME, AND NITRIC OXIDE AND HYDROCARBON REMOVAL METHOD
JP6495811B2 (en) Selective reduction exhaust gas purification catalyst
CN106132541B (en) The method of the metalloaluminophosphate of metal exchange is produced by solid liposome nanoparticle at low temperature
CN107413350A (en) Mischmetal denitrating catalyst and preparation method thereof
Yi et al. Combination of Pt@ CeO2/MCM-56 and CeO2-CuO/MCM-56 to purify the exhaust emissions from diesel vehicles
CN103230803A (en) Copper-based cerium-cobalt-lanthanum composite oxide catalyst and preparation method thereof
JP2007054714A (en) Decomposition catalyst of nitrous oxide and decomposition method of nitrous oxide using the catalyst
JP2012521288A (en) Zeolite catalyst loaded with iron ions, method for producing the same, and method for reducing nitrous oxide alone or nitrous oxide and nitric oxide simultaneously with an ammonia reducing agent using the catalyst
JP2007222742A (en) Catalyst for selective reduction of nitrogen oxide and method for preparing the same
Qiao et al. Promoting effect of Cu and Mn doping on the Fe/ZSM-5 catalyst for selective catalytic reduction of NO with NH3
JP4246584B2 (en) Method for purifying ammonia-containing exhaust gas and ammonia-containing wastewater
KR100857245B1 (en) CATALYST COMPOSITION FOR REMOVING NOx, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND REMOVING PROCESS OF NOx USING IT
CN110918117B (en) Catalyst for eliminating nitrogenous organic matters and preparation method thereof
RU2677480C1 (en) Method for obtaining catalyst for oxidation of phosphine
JP2018153785A (en) SELECTIVE-REDUCTION NOx PURIFICATION CATALYST AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
CN114917880B (en) Reusable nitrogen oxide adsorbent, and preparation method and application thereof
CN113680354B (en) High-temperature denitration catalyst of titanyl sulfate-loaded niobium pentoxide
JP2014148442A (en) Method for producing silico-alumino-phosphate containing copper or iron

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171221

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190212

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190307

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6495811

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250