JP6861974B2

JP6861974B2 - 触媒および揮発性有機化合物の除去方法

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Publication number: JP6861974B2
Application number: JP2020009452A
Authority: JP
Inventors: 今中　信人; 信人今中; 直義布谷; 佐藤　実; 実佐藤; 理博井原; 正荘所; 亮次川端
Original assignee: Osaka University NUC; Iwatani Corp
Current assignee: Osaka University NUC; Iwatani Corp
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2020-01-23
Publication date: 2021-04-21
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Also published as: JP2020116570A

Description

本発明は、触媒および揮発性有機化合物の除去方法に関するものである。

工場等から排出される排気ガスに含まれる揮発性有機化合物を分解するために、触媒が用いられる場合がある（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１においては、酸化ジルコニウム、酸化チタンおよび酸化ケイ素からなる群から選択される１種以上の金属酸化物と、白金、パラジウムおよびイリジウムからなる群から選択される１種以上の貴金属とを含む燃焼触媒が開示されている。

国際公開第２００９／１５７４３４号

上記触媒においては、触媒の活性が高く、揮発性有機化合物を容易に分解できることが好ましい。そこで、揮発性有機化合物を容易に分解することができる触媒を提供することを目的の１つとする。

本願の触媒は、第１粒子と、第２粒子と、を含む混合物である。第１粒子は、ＬａＣｏＯ_３の組成式で表される酸化物およびＬａ_１−ｘＢａ_ｘＣｏＯ_{３−ｘ／２}の組成式で表され、０．０５≦ｘ≦０．１５を満たす酸化物のうち少なくともいずれか一方からなる。第２粒子は、Ｌａ_１０Ｓｉ_５ＣｏＯ_２７−δの組成式で表され、０．５≦δ≦１を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる。

上記触媒によれば、揮発性有機化合物を容易に分解することができる。

実施の形態１における触媒を用いて揮発性有機化合物を除去する方法を示すフローチャートである。基体の内部に触媒を配置した第１構造体を示す斜視図である。第１構造体の構造を示す概略断面図である。基体の表面に触媒が付着した状態を示す模式図である。排気ガス処理装置の構造を示す概略図である。実施の形態２における触媒を示す模式図である。実施の形態２における触媒を用いて揮発性有機化合物を除去する方法を示すフローチャートである。触媒活性測定の結果を示す図である。触媒活性測定の結果を示す図である。触媒活性測定の結果を示す図である。触媒活性測定の結果を示す図である。触媒活性測定の結果を示す図である。

［実施形態の概要］
本願の触媒は、第１粒子と、第２粒子と、を含む混合物である。第１粒子は、ＬａＣｏＯ_３の組成式で表される酸化物およびＬａ_１−ｘＢａ_ｘＣｏＯ_{３−ｘ／２}の組成式で表され、０．０５≦ｘ≦０．１５を満たす酸化物のうち少なくともいずれか一方からなる。第２粒子は、Ｌａ_１０Ｓｉ_５ＣｏＯ_２７−δの組成式で表され、０．５≦δ≦１を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる。

本願の触媒は、ＬａＣｏＯ_３の組成式で表される酸化物およびＬａ_１−ｘＢａ_ｘＣｏＯ_{３−ｘ／２}の組成式で表され、０．０５≦ｘ≦０．１５を満たす酸化物のうち少なくともいずれか一方からなる第１粒子を主触媒として含む。上記触媒を揮発性有機化合物に接触させつつ加熱すると、第１粒子の表面上において空気中の酸素が分解し、揮発性有機化合物の酸化反応が生じる。本願の触媒は、Ｌａ_１０Ｓｉ_５ＣｏＯ_２７−δの組成式で表され、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる第２粒子を助触媒として含む。このような酸化物は、酸化物イオン伝導性を示す。第２粒子を含むことで、第１粒子に酸化物イオン（Ｏ^２−）が供給され、揮発性有機化合物の酸化反応が促進される。したがって、本願の触媒によれば、触媒の活性が向上し、揮発性有機化合物を容易に分解することができる。

上記触媒において、第１粒子の含有率は、７質量％以上１２質量％以下であってもよい。第１粒子の含有率を７質量％以上１２質量％以下とすることで、触媒の活性が向上し、揮発性化合物を分解することがさらに容易となる。

上記触媒において混合物は、セラミックス材料からなる第３粒子をさらに含んでもよい。

セラミックス材料からなる第３粒子を含むことで、第１粒子同士および第２粒子同士が凝集することを抑制し、第１粒子および第２粒子の表面積の低下を抑制することができる。したがって、揮発性有機化合物の酸化反応が促進される。

上記触媒において、セラミックス材料は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２）およびムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）からなる群から選択された１種以上であってよい。上記材料は、第３粒子を構成するセラミックス材料として好適である。

揮発性有機化合物の除去方法は、上記触媒を準備する工程と、触媒に揮発性有機化合物を含む気体を接触させつつ、２００℃以上３４０℃以下の温度に加熱することにより揮発性有機化合物を分解する工程と、を備える。

本願の揮発性有機化合物の除去方法は、上記触媒に気体を接触させつつ、２００℃以上３４０℃以下の温度に加熱する工程を含む。このようにすることで、第１粒子の表面上において空気中の酸素が分解して、揮発性有機化合物の酸化反応が生じる。第２粒子は第１粒子に酸化物イオンを供給して、揮発性有機化合物の酸化反応が促進される。したがって、本願の揮発性有機化合物の除去方法によれば、揮発性有機化合物を容易に分解することができる。

本願の揮発性有機化合物の除去方法は、上記触媒を準備する工程と、触媒に揮発性有機化合物を含む気体を接触させつつ、２００℃以上３４０℃以下の温度に加熱することにより揮発性有機化合物を分解する工程と、揮発性有機化合物を分解する工程の後に、触媒を６００℃以上１０００℃以下の温度に加熱し、３０分間以上保持することにより、触媒を再生する工程と、触媒を再生する工程において再生された触媒に揮発性有機化合物を含む気体を接触させつつ、２００℃以上３４０℃以下の温度に加熱することにより揮発性有機化合物を分解する工程と、を備える。

本願の揮発性有機化合物の除去方法において、第１粒子および第２粒子に揮発性有機化合物に含まれる硫黄が付着（被毒）すると、触媒の活性が低下してしまう場合がある。上記第１粒子および第２粒子は、高温耐久性を有し、１０００℃程度の熱処理に対しても安定である。上記触媒を６００℃以上１０００℃以下の温度に加熱し、３０分間以上保持することにより、第１粒子および第２粒子に付着した硫黄を取り除き、触媒の機能を再生することができる。再生した触媒は、２００℃以上３４０℃以下の温度に加熱することで再度揮発性有機化合物を分解することができる。したがって、本願の揮発性有機化合物の除去方法によれば、上記触媒を用いることで、硫黄が付着しても触媒の機能を容易に再生することができ、揮発性有機化合物を再度分解することができる。

［実施形態の具体例］
次に、本発明の触媒の一実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
まず、本願の一実施の形態における触媒について説明する。本実施の形態の触媒は、第１粒子と、第２粒子と、第３粒子とを含む混合物である。上記触媒は、例えば、工場の排気ガス等に含まれる揮発性有機化合物を分解可能である。特に、排気ガス等に含まれるトルエンの分解に好適に用いることができる。本実施の形態における触媒は、揮発性有機化合物に接触させつつ、３４０℃以下の温度に加熱することにより揮発性有機化合物を分解することができる。

第１粒子は、本実施の形態の触媒における主触媒である。第１粒子は、ペロブスカイト型の結晶構造を有する酸化物である。第１粒子は、ＬａＣｏＯ_３の組成式で表される酸化物である。第１粒子の表面上において、空気中の酸素が分解して、揮発性有機化合物の酸化反応が生じる。第１粒子は、高温耐久性を有し、１０００℃程度の熱処理に対しても失活せず安定な材料である。

第１粒子の平均粒子径は、例えば、１０ｎｍ以下であり、好ましくは６ｎｍ未満である。ここで、粒子径とは、粒子の外周面に接触する平行な二平面の距離の最大値をいう。また、平均粒子径とは、電子顕微鏡による観察において、例えば５０個の粒子における粒子径の平均値である。

本実施の形態の触媒において、第１粒子の含有率は７質量％以上１２質量％以下である。第１粒子の含有率を７質量％以上１２質量％以下とすることで、触媒の活性が向上し、３４０℃以下の温度で揮発性有機化合物を分解することができる。第１粒子の含有率は、好ましくは７質量％以上１０質量％以下であり、最も好ましくは１０質量％である。

第２粒子は、本実施の形態の触媒における助触媒である。第２粒子は、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物である。第２粒子は、Ｌａ_１０Ｓｉ_５ＣｏＯ_２７−δの組成式で表される酸化物である。この組成式において、０．５≦δ≦１が満たされる。第２粒子は、高温耐久性を有し、１０００℃程度の熱処理に対しても失活せず安定な材料である。このような酸化物は、酸化物イオンの伝導が可能な酸化物イオン伝導体である。本実施の形態の触媒が第２粒子を含むことで、第１粒子に酸化物イオンが供給され、揮発性有機化合物の酸化反応が促進される。また、第２粒子は、空気中から酸素を取り込み、酸化物イオンを補充することができる。

第２粒子の平均粒子径は、例えば、１０ｎｍ以上であり、好ましくは５０ｎｍ以上である。第２粒子の平均粒子径の上限は、特に限定されるものでもないが、例えば１μｍ未満である。

本実施の形態の触媒において、第２粒子の含有率は、例えば、４．５質量％以上２７質量％以下であり、好ましくは９質量％以上１９質量％以下である。

第３粒子は、セラミックス材料からなる。本実施の形態においては、立方晶であるγ‐アルミナを好適に用いることができる。第３粒子は、分散媒である。本実施の形態の触媒が第３粒子を含むことで、第１粒子同士および第２粒子同士が凝集することを抑制し、第１粒子および第２粒子の表面積の低下を抑制することができる。したがって、揮発性有機化合物の酸化反応が促進される。

第３粒子の平均粒子径は、例えば、５ｎｍ以上であり、好ましくは１０ｎｍ以上である。第３粒子の平均粒子径の上限は、特に限定されるものでもないが、例えば１μｍ未満である。

第３粒子の含有率は、第２粒子および第１粒子の含有率に応じて適宜決定することができる。

次に、本実施の形態の触媒を用いて、揮発性有機化合物を除去するための手順を説明する。図１は、本実施の形態の触媒を用いて揮発性有機化合物を除去する方法を示すフローチャートである。揮発性有機化合物として例えばトルエンを除去する場合について説明する。

図１を参照して、本実施の形態の触媒を用いてトルエンを除去する方法では、まず工程（Ｓ１０）として、触媒を準備する工程が実施される。本実施の形態においては、例えば粉末状（粉体）の触媒が、コージェライト等のセラミックス製の基体の表面に付着される。例えば、スラリー状の触媒を基体の表面に塗布することで、触媒を基体の表面に付着させることができる。このようにすることで、触媒を取扱い易くすることができる。

図２は、セラミックス製の基体の内部に本実施の形態の触媒を配置した第１構造体を示す斜視図である。図３は、図２中の線分Ａ−Ａで切断した場合の断面の一部を示す断面図である。図２において、Ｙ軸方向は本体部の中心軸に沿った方向である。Ｘ−Ｚ平面は、Ｙ軸方向に垂直な平面である。図２および図３を参照して、第１構造体１は、セラミックス製の基体１０と、触媒２０と、を含む。本実施の形態において、基体１０を構成する材料は、コージェライトである。基体１０は、本体部１０１と、第１内壁部１１１〜１１９と、第２内壁部１２０〜１２８と、を含む。

本体部１０１は、中空円筒状の形状を有する。第１内壁部１１１〜１１９は、平板状の形状を有する。第１内壁部１１１〜１１９は、Ｘ軸方向に間隔をあけて平行に配置されている。第１内壁部１１１〜１１９は、Ｙ−Ｚ平面に平行に配置されている。Ｘ軸方向に平面的に見て、第１内壁部１１１〜１１９は、長方形状を有する。第１内壁部１１１〜１１４においては、第１内壁部１１４に近いものほどＺ軸方向に沿った長さが長い。第１内壁部１１５〜１１９においては、第１内壁部１１９に近いものほどＺ軸方向に沿った長さが短い。Ｘ軸方向に平面的に見て、第１内壁部１１１〜１１９の一対の長辺に対応する領域は、それぞれ本体部１０１の内壁面に接続されている。第２内壁部１２０〜１２８は、平板状の形状を有する。第２内壁部１２０〜１２８は、Ｚ軸方向に間隔をあけて平行に配置されている。第２内壁部１２０〜１２８は、Ｘ−Ｙ平面に平行に配置されている。Ｚ軸方向に平面的に見て、第２内壁部１２０〜１２８は、長方形状を有する。第２内壁部１２０〜１２４においては、第２内壁部１２４に近いものほどＸ軸方向に沿った長さが長い。第２内壁部１２５〜１２８においては、第２内壁部１２８に近いものほどＸ軸方向に沿った長さが短い。Ｚ軸方向に平面的に見て、第２内壁部１２０〜１２８の一対の長辺に対応する領域は、それぞれ本体部１０１の内壁面に接続されている。第１内壁部１１１〜１１９と、第２内壁部１２０〜１２８とは、直交するように配置される。第１内壁部１１１〜１１９と、第２内壁部１２０〜１２８とが交差することで、本体部１０１の一方の開口部から他方の開口部に至る複数の貫通孔Ｓが形成される。Ｙ軸方向から平面的に見て、貫通孔Ｓの外形は正方形状を有する。

図３を参照して、第２内壁部１２３，１２４，１２５の表面を覆うように触媒２０が付着している。本実施の形態においては、第２内壁部１２３，１２４，１２５だけでなく、本体部１０１の内壁面、第１内壁部１１１〜１１９および第２内壁部１２０〜１２８の表面を覆うように触媒２０が付着している。すなわち、基体１０における貫通孔Ｓを規定する壁面を覆うように触媒２０が付着している。図４を参照して、第１粒子２３および第２粒子２２は、第３粒子２１の表面に接触するように配置される。第３粒子２１は、基体１０の表面に接触するように配置される。

次に、工程（Ｓ２０）として、トルエンを分解する工程が実施される。工程（Ｓ２０）においては、工程（Ｓ１０）にて準備された第１構造体１にトルエンを接触させる。具体的には、基体１０に保持された触媒２０にトルエンを含む気体を接触させつつ、触媒２０を２００℃以上３４０℃以下の温度に加熱する。トルエンを含む気体は、貫通孔Ｓ内を通過することにより触媒２０に接触する。これにより、トルエンを分解することができる。

次に、工程（Ｓ３０）として、触媒２０を再生する工程が実施される。工程（Ｓ３０）においては、第１構造体１における基体１０に保持された触媒２０が再生される。具体的には、トルエンを分解する工程の後に、触媒２０を６００℃以上１０００℃以下の温度に加熱し、３０分間以上保持する。触媒２０を再生する工程における加熱温度は、好ましくは７００℃以上１０００℃以下であり、さらに好ましくは８００℃以上１０００℃以下である。また、触媒２０を再生する工程における保持時間は、好ましくは１時間以上である。これにより、触媒２０を再生することができる。

次に、工程（Ｓ４０）として、再度、トルエンを分解する工程が実施される。具体的には、触媒２０にトルエンを含む気体を接触させつつ、触媒２０を２００℃以上３４０℃以下の温度に加熱する。これにより、トルエンを分解することができる。

ここで、本実施の形態の触媒２０を用いてトルエンを除去する方法では、触媒２０に気体を接触させつつ、触媒２０を２００℃以上３４０℃以下の温度に加熱する工程を含む。このようにすることで、第１粒子２３の表面上において空気中の酸素が分解して、トルエンが酸化される。第２粒子２２は第１粒子２３に酸化物イオンを供給して、トルエンの酸化反応が促進される。このような触媒２０の使用を継続すると、第１粒子２３および第２粒子２２に、トルエンに含まれる硫黄が付着して、触媒２０の活性が低下してしまう場合がある。第１粒子２３および第２粒子２２は、高温耐久性を有し、１０００℃程度の熱処理に対しても安定である。触媒２０を６００℃以上１０００℃以下の温度に加熱し、３０分間以上保持することにより、第１粒子２３および第２粒子２２に付着した硫黄を取り除き、触媒２０の機能を再生することができる（Ｓ３０）。再生した触媒２０は、２００℃以上３４０℃以下の温度に加熱することで再度トルエンを分解することができる（Ｓ４０）。

このように本実施の形態の触媒によれば、触媒の活性が向上し、揮発性有機化合物を分解することが容易となる（より低温で揮発性有機化合物を分解することができる）。さらに、硫黄が付着しても触媒２０の機能を容易に再生することができる。

工場の排気ガス等に含まれる揮発性有機化合物は、珪素（Ｓｉ）を含む場合がある。このような場合、触媒２０に珪素が付着して、触媒の活性が低下してしまう。本実施の形態において、第２粒子２２を構成するＬａ_１０Ｓｉ_５ＣｏＯ_２７−δは、構造中に珪素を含む。そのため、熱処理を行うことで上記のような珪素を構造中に取り込むことができる。Ｌａ_１０Ｓｉ_５ＣｏＯ_２７−δは、構造中の珪素が多少増加しても安定である。このため、第２粒子２２に珪素が付着することが抑制される。したがって、本実施の形態の触媒２０によれば、珪素が付着することによる第２粒子２２の活性の低下が抑制される。

上記実施の形態では、第１粒子２３がＬａＣｏＯ_３の組成式で表される酸化物からなる場合について説明したが、これに限られず、第１粒子２３がＬａ_１−ｘＢａ_ｘＣｏＯ_{３−ｘ／２}の組成式で表され、０．０５≦ｘ≦０．１５を満たす酸化物からなってもよい。このような第１粒子２３は、ＬａＣｏＯ_３の組成式で表される酸化物と同様に、高温耐久性を有し、１０００℃程度の熱処理に対しても失活せず安定な材料である。触媒の活性を向上させる観点から、第１粒子２３は、Ｌａ_１−ｘＢａ_ｘＣｏＯ_{３−ｘ／２}の組成式で表され、０．１≦ｘ≦０．１５を満たす酸化物であることがより好ましい。第１粒子２３は、ＬａＣｏＯ_３の組成式で表される酸化物からなる粒子、およびＬａ_１−ｘＢａ_ｘＣｏＯ_{３−ｘ／２}の組成式で表され、０．０５≦ｘ≦０．１５を満たす酸化物からなる粒子であってもよい。

上記実施の形態において第３粒子２１を構成する材料が、アルミナである場合について説明したが、これに限られるものではなく、アルミナ、シリカ、コージェライトおよびムライトからなる群から選択された１種以上であってよい。上記材料は、第３粒子２１を構成するセラミックス材料として好適である。

上記実施の形態においては、基体１０の表面に触媒を付着させたものを用いてトルエンを除去する場合について説明したが、これに限られるものではなく、粉末状の状態の触媒２０を用いてもよい。

上記実施の形態の触媒２０は、例えば、排気ガス処理装置に取り付けられて用いられる。図５は、排気ガス処理装置の構造を示す概略図である。図５を参照して、排気ガス処理装置２は、収容部３０と、配管３１，３２と、を含む。収容部３０は、側壁部３０１と、蓋部３０２，３０３と、を含む。側壁部３０１は、中空円筒状の形状を有する。側壁部３０１の一方の開口を閉塞するように蓋部３０２が配置される。側壁部３０１の他方の開口を閉塞するように蓋部３０３が配置される。側壁部３０１および蓋部３０２，３０３に取り囲まれる内部空間Ｔには、触媒２０を含む第１構造体１が配置される。配管３１の一方の端部は、蓋部３０３に接続されている。配管３１の他方の端部は、排気ガスを外部へと排出する設備、例えば塗料や接着剤などの化学製品製造設備に接続されている。配管３１は、排気ガスの流入路である。配管３２の一方の端部は、蓋部３０２に接続されている。配管３２の他方の端部は、排気ガスが排出される外部空間に位置するように配置される。配管３２は、排気ガスを排出する排出路である。なお、配管３２は、さらなる排気ガス処理装置に接続されてもよい。トルエンを含む排気ガスは、配管３１を通じて収容部３０に流入する。収容部３０に流入した排気ガスに含まれるトルエンは、第１構造体１に含まれる触媒２０によって分解が促進される。そして、排気ガスは、配管３２を通じて外部空間に排出される。

（実施の形態２）
次に、本願の触媒の実施の形態２について説明する。実施の形態２における触媒が、基本的に実施の形態１の成分と同様の成分を含み、同様の効果を奏する。しかしながら、実施の形態２においては、第３粒子を含まない点において、実施の形態２の場合とは異なっている。以下、実施の形態１の場合とは異なる点について主に説明する。

実施の形態２における触媒２０は、第１粒子２３と、第２粒子２２とを含む混合物である。図６を参照して、第１粒子２３は、第２粒子２２の表面に接触している。本実施の形態において、第１粒子２３は、ペロブスカイト型の結晶構造を有する酸化物であり、ＬａＣｏＯ_３の組成式で表されるものである。本実施の形態において、第２粒子２２は、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物であり、Ｌａ_１０Ｓｉ_５ＣｏＯ_２７−δの組成式で表されるものである。この組成式において、０．５≦δ≦１が満たされる。触媒２０を製造する際の焼成温度が上昇すると、触媒２０の活性が低下するおそれがある。第３粒子２１を含まず、第１粒子２３と第２粒子２２とを含む混合物からなる触媒２０を用いることで、触媒２０を製造する際の焼成温度が上昇しても、触媒２０の活性を低下し難くすることができる。

本実施の形態において、第１粒子の含有率は７質量％以上１２質量％以下である。第１粒子の含有率を７質量％以上１２質量％以下とすることで、触媒の活性が向上し、３４０℃以下の温度で揮発性有機化合物を分解することができる。第１粒子の含有率は、好ましくは７質量％以上１０質量％以下であり、最も好ましくは１０質量％である。本実施の形態において、第２粒子２２の含有率は、第１粒子２３の含有率に応じて適宜決定されるが、例えば８８質量％以上９３質量以下である。第２粒子２２の含有率は、好ましくは９０質量％以上９３質量％以下であり、最も好ましくは９０質量％である。

次に、実施の形態２における触媒２０を用いて、揮発性有機化合物を除去するための手順を説明する。図７は、本実施の形態の触媒を用いて揮発性有機化合物を除去する方法を示すフローチャートである。揮発性有機化合物として例えばトルエンを除去する場合について説明する。

図７を参照して、本実施の形態の触媒を用いてトルエンを除去する方法では、まず工程（Ｓ１０）として、実施の形態２における触媒２０を準備する工程が実施される。本実施の形態においては、例えば粉末状（粉体）の触媒２０が、コージェライト等のセラミックス製の基体１０の表面に付着される。本実施の形態では、実施の形態１と同様にセラミックス製の基体１０の内部に本実施の形態の触媒を配置した第１構造体１（図２参照）が準備される。次に、工程（Ｓ２０）として、トルエンを分解する工程が実施される。工程（Ｓ２０）においては、工程（Ｓ１０）にて準備された第１構造体１にトルエンを接触させる。具体的には、基体１０に保持された触媒２０にトルエンを含む気体を接触させつつ、触媒２０を２００℃以上３４０℃以下の温度に加熱する。トルエンを含む気体は、貫通孔Ｓ内を通過することにより触媒２０に接触する。これにより、トルエンを分解することができる。本実施の形態における触媒２０は、実施の形態１と同様に、例えば排気ガス処理装置２（図５参照）に取り付けられて用いられる。

上記実施の形態における触媒２０によっても、実施の形態１と同様に揮発性有機化合物を容易に分解することができる。

上記本願の触媒のサンプルを作製し、トルエンを分解する効果を確認する実験を行った。実験の手順は以下の通りである。

（実施例１）
酢酸３ｍｌおよびエタノール７５ｍｌの混合液に、硝酸ランタン六水和物２．７２ｇ、および硝酸コバルト六水和物０．１８２ｇを加え溶解させた後、テトラエトキシシラン０．７１ｍｌを添加して、１時間撹拌した。その後、分散剤としてポリビニルピロリドン２２．３ｇ加えて、８０℃で６時間撹拌した。その後、ホットスターラーを用いて１８０℃に加熱することで溶媒の留去を実施し、定温乾燥機により８０℃で１２時間加熱し、ゲルを作製した。得られたゲルをマントルヒーターにより３５０℃で仮焼を実施した後、合成空気を流通させて１０００℃で２時間焼成し、アパタイト型酸化物を作製した。アパタイト型酸化物は、Ｌａ_１０Ｓｉ_５ＣｏＯ_２７−δの組成式で表され、０．５≦δ≦１を満たす。

次に、上記アパタイト型酸化物０．３ｇおよびγ‐アルミナ１．２ｇをボールミルによりエタノール中で湿式混合して、定温乾燥機により８０℃で６時間乾燥して粉末を作製した。得られた粉末を乳鉢で粉砕し、大気中５００℃で４時間焼成して、γ‐アルミナからなる第３粒子２１、およびアパタイト型酸化物からなる第２粒子２２を含む粉末を作製した。この際の第２粒子２２の含有率は、２０質量％である。

第３粒子２１および第２粒子２２を含む粉末０．３ｇに、０．１ｍоｌ／ｌの硝酸ランタン水溶液１．３５ｍｌおよび０．１ｍоｌ／ｌの硝酸コバルト水溶液１．３５ｍｌを混合して、６時間撹拌した。ホットスターラーを用いて１８０℃で加熱して溶媒の留去を実施し、定温乾燥機により８０℃で１２時間加熱した。そして、大気中６００℃で４時間焼成して、第３粒子２１と、第２粒子２２と、ＬａＣｏＯ_３の組成式で表されるペロブスカイト型酸化物からなる第１粒子２３とを含む混合物からなるサンプルを作製した。触媒２０において、第３粒子２１の含有率は７４．４質量％であり、第２粒子２２の含有率は１８．６質量％であり、第１粒子２３の含有率は７質量％である。

（実施例２〜実施例４、および比較例１〜比較例２）
触媒２０における第３粒子２１の含有率を７２質量％、第２粒子２２の含有率を１８質量％、第１粒子２３の含有率を１０質量％とした以外は、実施例１と同様にしてサンプル（実施例２）を作製した。触媒２０における第３粒子２１の含有率を７０．４質量％、第２粒子２２の含有率を１７．６質量％、第１粒子２３の含有率を１２質量％とした以外は、実施例１と同様にしてサンプル（実施例３）を作製した。触媒２０における第３粒子２１の含有率を８１質量％、第２粒子２２の含有率を９質量％とした以外は、実施例２と同様にしてサンプル（実施例４）を作製した。比較のために第３粒子２１と、第２粒子２２とを含む混合物からなるサンプル（比較例１）を作製した。また、第２粒子２２をＬａ_１０Ｓｉ_６Ｏ_２７の組成式で表されるアパタイト型酸化物からなるものに変更した以外は、実施例２と同様にしてサンプル（比較例２）を作製した。

（実施例５および実施例６）
酢酸３ｍｌおよびエタノール７５ｍｌの混合液に、硝酸ランタン六水和物２．７２ｇ、および硝酸コバルト六水和物０．１８２ｇを加え溶解させた後、テトラエトキシシラン０．７１ｍｌを添加して、１時間撹拌した。その後、分散剤としてポリビニルピロリドン２２．３ｇ加えて、８０℃で６時間撹拌した。その後、１８０℃に加熱することにより溶媒の留去を実施し、８０℃で１２時間加熱することでゲルを作製した。得られたゲルを３５０℃で仮焼した後、合成空気を流通させて１０００℃で２時間焼成し、第２粒子２２を作製した。第２粒子２２は、Ｌａ_１０Ｓｉ_５ＣｏＯ_２７−δの組成式で表され、０．５≦δ≦１を満たすアパタイト型酸化物である。

粉末状の第２粒子２２０．６ｇに、０．３ｍоｌ／ｌの硝酸ランタン水溶液０．９ｍｌおよび０．３ｍоｌ／ｌの硝酸コバルト水溶液０．９ｍｌを混合して、６時間撹拌した。１８０℃で加熱することにより溶媒の留去を実施し、８０℃で１２時間加熱した。そして、大気中６００℃で４時間焼成し、ＬａＣｏＯ_３の組成式で表されるペロブスカイト型酸化物からなる第１粒子２３と、第２粒子２２とを含む混合物からなるサンプル（実施例５）を作製した。触媒２０における第２粒子２２の含有率は９０質量％であり、第１粒子２３の含有率は１０質量％である。第１粒子２３を合成する際の焼成温度を６００℃から８００℃とした以外は、実施例５と同様にしてサンプル（実施例６）を作製した。

（実施例７、実施例８および実施例９）
酢酸３ｍｌおよびエタノール７５ｍｌの混合液に、硝酸ランタン六水和物２．７２ｇ、および硝酸コバルト六水和物０．１８２ｇを加え溶解させた後、テトラエトキシシラン０．７１ｍｌを添加して、１時間撹拌した。その後、分散剤としてポリビニルピロリドン２２．３ｇ加えて、８０℃で６時間撹拌した。その後、１８０℃に加熱することにより溶媒の留去を実施し、８０℃で１２時間加熱することでゲルを作製した。得られたゲルを３５０℃で仮焼を実施した後、合成空気を流通させて１０００℃で２時間焼成し、第２粒子２２を作製した。第２粒子２２は、Ｌａ_１０Ｓｉ_５ＣｏＯ_２７−δの組成式で表され、０．５≦δ≦１を満たすアパタイト型酸化物である。

次に、粉末状のアパタイト型酸化物０．６ｇに、０．３ｍоｌ／ｌの硝酸ランタン水溶液０．８５５ｍｌと、０．３ｍоｌ／ｌの硝酸コバルト水溶液０．９ｍｌと、０．１ｍоｌ／ｌの硝酸バリウム水溶液０．１３５ｍｌと、分散剤としてのポリビニルピロリドン０．３ｇとを混合して、６時間撹拌した。１８０℃で加熱することにより溶媒の留去を実施し、３５０℃で仮焼を実施した。そして、大気中１０００℃で４時間焼成し、Ｌａ_０．９５Ｂａ_０．０５ＣｏＯ_{２．９７５}の組成式で表されるペロブスカイト型酸化物からなる第１粒子２３と、第２粒子２２とを含む混合物からなるサンプル（実施例７）を作製した。触媒２０における第２粒子２２の含有率は９０質量％であり、第１粒子２３の含有率は１０質量％である。Ｌａ_０．９Ｂａ_０．１ＣｏＯ_２．９５の組成式で表されるペロブスカイト型酸化物からなる第１粒子２３とした以外は、実施例７と同様にしてサンプル（実施例８）を作製した。Ｌａ_０．８５Ｂａ_０．１５ＣｏＯ_{２．９２５}の組成式で表されるペロブスカイト型酸化物からなる第１粒子２３とした以外は、実施例７と同様にしてサンプル（実施例９）を作製した。

（触媒活性測定）
実施例１〜実施例９および比較例１〜比較例２のサンプルについて触媒活性測定を行った。触媒活性測定は、固定床流通式装置により評価した。前処理としてサンプル０．１ｇにアルゴンガスを流通させて、２００℃で２時間加熱した。その後、サンプルに空気およびトルエンを含んだ混合ガス（トルエン濃度：９００ｐｐｍ）を２０ｍｌ／ｍｉｎの流量で流通させて、各温度におけるトルエン転化率を測定した。ここで、トルエン転化率とは、反応したトルエンの割合である。トルエン転化率は、サンプルを通過した後の混合ガスをガスクロマトグラフで分析することで算出した。ガスクロマトグラフのカラムとしては、信和化工株式会社製「ＳｕｎＰａｋ−Ａ」を用いた。

図８は、実施例１〜実施例３および比較例１の触媒活性測定の結果を示す図である。図９は、実施例２および比較例２の触媒活性測定の結果を示す図である。図１０は、実施例２および実施例４の触媒活性測定の結果を示す図である。図１１は、実施例５および実施例６の触媒活性測定の結果を示す図である。図１２は、実施例７、実施例８および実施例９の触媒活性測定の結果を示す図である。横軸は、温度（℃）を示し、縦軸はトルエン転化率（％）である。図８〜図１２においては、Ｉが実施例１のサンプル、ＩＩが実施例２のサンプル、ＩＩＩが実施例３のサンプル、ＩＶが実施例４のサンプル、Ｖが比較例１のサンプル、ＶＩが比較例２のサンプル、ＶＩＩが実施例５のサンプル、ＶＩＩＩが実施例６のサンプル、ＩＸが実施例７のサンプル、Ｘが実施例８のサンプル、ＸＩが実施例９のサンプルの結果を示している。表１〜表３に各サンプルのトルエン転化率が１００％となる温度を示す。

表１、表２および図８〜図１０を参照して、ＬａＣｏＯ_３の組成式で表される酸化物からなる第１粒子２３を含有せず、Ｌａ_１０Ｓｉ_５ＣｏＯ_２７−δ（０．５≦δ≦１）の組成式で表される酸化物からなる第２粒子２２とγ‐アルミナからなる第３粒子２１とを含む混合物からなるサンプル（比較例１）と比較して、第１粒子２３と第２粒子２２と第３粒子２１とを含む混合物からなるサンプル（実施例１〜実施例４）においては、より低温でトルエンを分解することができる。したがって、第１粒子２３を含有することにより、触媒２０の活性を向上させることができる。

第１粒子２３の含有率が７質量％以上１２質量％以下であるサンプル（実施例１〜実施例４）では、３４０℃以下の温度でトルエンを１００％分解することができる。さらに、第１粒子２３の含有率が７質量％以上１０質量％以下であるサンプル（実施例１，２，４）では、３２０℃以下の温度でトルエンを１００％分解することができる。第１粒子２３の含有率が１０質量％のサンプル（実施例２，４）では、３００℃以下の温度でトルエンを１００％分解することができる。したがって、第１粒子２３の含有率は、７質量％以上１２質量％以下とすることがより好ましく、さらに好ましくは７質量％以上１０質量％以下であり、最も好ましくは１０質量％である。表１、表２および図９を参照して、第２粒子２２がコバルト（Ｃｏ）を含まないサンプル（比較例２）と比較して、第２粒子２２がコバルトを含むサンプル（実施例２）においては、トルエンの分解温度が顕著に低下している。したがって、コバルトを含む第２粒子２２を用いることで、触媒２０の活性を向上させることができる。図８および図１０を参照して、第２粒子２２の含有率が９質量％以上１９質量％以下であるサンプル（実施例１〜実施例４）では、３４０℃以下の温度でトルエンを１００％分解することができる。したがって、第１粒子２３、第２粒子２２および第３粒子２１を含む混合物からなる触媒２０において、第２粒子２２の含有率は９質量％以上１９質量％以下とすることが好ましい。

表３および図１１を参照して、第３粒子２１を含有せず、ＬａＣｏＯ_３の組成式で表される酸化物からなる第１粒子２３と第２粒子２２とを含む混合物からなるサンプル（実施例５，６）では、３３０℃以下の温度でトルエンを１００％分解することができる。このようなサンプルでは、第１粒子２３を合成する際の焼成温度を６００℃から８００℃に変更しても、触媒２０の活性の大きな低下は見られない。表３および図１２を参照して、第３粒子２１を含有せず、Ｌａ_１−ｘＢａ_ｘＣｏＯ_{３−ｘ／２}の組成式で表され、０．０５≦ｘ≦０．１５を満たす酸化物からなる第１粒子２３と第２粒子２２とを含む混合物からなるサンプル（実施例７，８，９）では、３４０℃以下の温度でトルエンを１００％分解することができる。Ｌａ_１−ｘＢａ_ｘＣｏＯ_{３−ｘ／２}の組成式で表され、０．１≦ｘ≦０．１５を満たす酸化物からなる第１粒子２３を用いたサンプル（実施例８，９）では、３２０℃以下の温度でトルエンを１００％分解することができる。Ｌａ_１−ｘＢａ_ｘＣｏＯ_{３−ｘ／２}の組成式で表される酸化物からなる第１粒子２３が０．１≦ｘ≦０．１５を満たすことで、触媒２０の活性をより向上させることができる。このように、本願の触媒２０によれば、十分な活性を有し、トルエンを容易に分解することができる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本願の触媒は、揮発性有機化合物を分解するための触媒として特に有利に適用される。

１第１構造体、２排気ガス処理装置、１０基体、２０触媒、２１第３粒子、２２第２粒子、２３第１粒子、３０収容部、３１，３２配管、１０１本体部、１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９第１内壁部、１２０，１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７，１２８第２内壁部、３０１側壁部、３０２，３０３蓋部。

Claims

第１粒子と、第２粒子と、を含む混合物であり、
前記第１粒子は、ＬａＣｏＯ_３の組成式で表される酸化物およびＬａ_１−ｘＢａ_ｘＣｏＯ_{３−ｘ／２}の組成式で表され、０．０５≦ｘ≦０．１５を満たす酸化物のうち少なくともいずれか一方からなり、
前記第２粒子は、Ｌａ_１０Ｓｉ_５ＣｏＯ_２７−δの組成式で表され、０．５≦δ≦１を満たし、アパタイト型の結晶構造を有する酸化物からなる、揮発性有機化合物を分解するための触媒。
前記第１粒子の含有率は、７質量％以上１２質量％以下である、請求項１に記載の揮発性有機化合物を分解するための触媒。
前記混合物は、セラミックス材料からなる第３粒子をさらに含む、請求項１または請求項２に記載の揮発性有機化合物を分解するための触媒。
前記セラミックス材料は、アルミナ、シリカ、コージェライトおよびムライトからなる群から選択された１種以上である、請求項３に記載の揮発性有機化合物を分解するための触媒。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の触媒を準備する工程と、
前記触媒に揮発性有機化合物を含む気体を接触させつつ、２００℃以上３４０℃以下の温度に加熱することにより前記揮発性有機化合物を分解する工程と、を備える、揮発性有機化合物の除去方法。
請求項３または請求項４に記載の触媒を準備する工程と、
前記触媒に揮発性有機化合物を含む気体を接触させつつ、２００℃以上３４０℃以下の温度に加熱することにより前記揮発性有機化合物を分解する工程と、
前記揮発性有機化合物を分解する工程の後に、前記触媒を６００℃以上１０００℃以下の温度に加熱し、３０分間以上保持することにより、前記触媒を再生する工程と、
前記触媒を再生する工程において再生された前記触媒に前記揮発性有機化合物を含む気体を接触させつつ、２００℃以上３４０℃以下の温度に加熱することにより前記揮発性有機化合物を分解する工程と、を備える、揮発性有機化合物の除去方法。