JP7234765B2 - Nitrogen oxide adsorbent and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、新規な窒素酸化物吸着材に関し、例えば、種々の排ガス、特に自動車などの内燃機関から排出される排ガスの浄化用として適用される窒素酸化物吸着材に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a novel nitrogen oxide adsorbent, and for example, to a nitrogen oxide adsorbent that is applied to purify various exhaust gases, particularly exhaust gases emitted from internal combustion engines such as automobiles.

自動車などの内燃機関から排出される窒素酸化物を含有する排ガスの浄化においては、尿素を用いて、尿素の分解反応により生成するアンモニアを還元剤として使用し、SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒に排ガスを接触させる方法が実用化されている。しかしながら、エンジン始動時においては、SCR触媒が作動温度に達していないため、窒素酸化物が浄化されずにそのまま排出されるという問題がある。例えば、ディーゼルエンジンの排ガス温度は、エンジン始動から約800秒間は100~200℃という低い温度であり、この間は無害化処理できなかった窒素酸化物が排ガス中に含まれている(非特許文献1参照)。 In the purification of exhaust gas containing nitrogen oxides emitted from internal combustion engines such as automobiles, urea is used, ammonia generated by the decomposition reaction of urea is used as a reducing agent, and an SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst is added to the exhaust gas. has been put into practical use. However, when the engine is started, the SCR catalyst has not reached the operating temperature, so there is a problem that the nitrogen oxides are discharged as they are without being purified. For example, the exhaust gas temperature of a diesel engine is a low temperature of 100 to 200 ° C. for about 800 seconds after the engine starts, and during this time the exhaust gas contains nitrogen oxides that could not be detoxified (Non-Patent Document 1 reference).

現在のディーゼルエンジンに搭載されている尿素-SCRシステムは、尿素がアンモニアに分解し、SCR触媒が活性化するために、一般的には尿素投与位置の温度がおよそ150℃以上は必要とされている。150℃未満では触媒が活性化する温度にも達成しておらず、始動時などの低温領域では窒素酸化物が浄化されずに排出されるという問題がある。 The urea-SCR system installed in the current diesel engine generally requires a temperature of 150°C or more at the urea injection position in order to decompose urea into ammonia and activate the SCR catalyst. there is If the temperature is less than 150° C., the temperature at which the catalyst is activated is not reached, and there is a problem that nitrogen oxides are discharged without being purified in a low temperature range such as at the time of starting.

ところで、2023年からカリフォルニアで排ガスに含まれる窒素酸化物の排出量を現状の1割程度に減らす厳しい規制が開始される予定があり、エンジン始動時に排出される排ガス中に含まれる窒素酸化物を更に減らす方法が必要とされている。 By the way, from 2023, strict regulations are scheduled to start in California to reduce the amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas to about 10% of the current level. Further reduction methods are needed.

エンジン始動時に排出される窒素酸化物を減らす方法として、ゼオライトなどの吸着材を排ガス浄化用触媒の上流側に配置し、低温度域で窒素酸化物を吸着し、排ガス浄化用触媒が活性化する温度以上に達した後で吸着材から窒素酸化物を脱離させて下流側の排ガス浄化用触媒で浄化することが行われている。 As a method of reducing nitrogen oxides emitted when the engine is started, an adsorbent such as zeolite is placed upstream of the exhaust gas purifying catalyst to adsorb nitrogen oxides in a low temperature range and activate the exhaust gas purifying catalyst. Nitrogen oxides are desorbed from the adsorbent after reaching a temperature higher than that, and are purified by an exhaust gas purifying catalyst on the downstream side.

例えば特許文献1には、ゼオライトにロジウムを担持した前段触媒を排ガス上流側に配置し、白金又はパラジウムを担持した後段触媒をその下流側に配置した排ガス浄化用触媒が記載されている。この排ガス浄化用触媒によれば、低温度域では前段触媒に窒素酸化物が吸着し、高温域で前段触媒から脱離した窒素酸化物が後段触媒で還元浄化される方法が提案されている。 For example, Patent Document 1 describes an exhaust gas purifying catalyst in which a front-stage catalyst in which rhodium is supported on zeolite is arranged on the upstream side of the exhaust gas, and a rear-stage catalyst in which platinum or palladium is supported is arranged on the downstream side. According to this exhaust gas purifying catalyst, a method has been proposed in which nitrogen oxides are adsorbed to the front-stage catalyst in a low temperature range, and nitrogen oxides desorbed from the front-stage catalyst are reduced and purified by the rear-stage catalyst in a high temperature range.

特許文献2においては、リーン排気ガスからの窒素酸化物が200℃未満の温度で吸着され、続いて200℃より上の温度で熱的に放出されるシステムが開示される。窒素酸化物吸着剤は、パラジウム、及びセリウム酸化物又は混合酸化物、あるいはセリウム及び少なくとも1の他の4列の遷移金属を含有する複合酸化物からなることが教示される。 In US Pat. No. 5,200,000, a system is disclosed in which nitrogen oxides from lean exhaust gases are adsorbed at temperatures below 200.degree. C. and subsequently thermally desorbed at temperatures above 200.degree. Nitrogen oxide adsorbents are taught to consist of palladium and cerium oxides or mixed oxides or composite oxides containing cerium and at least one other four-row transition metal.

特許文献3においては、ゼオライト結晶構造中の最大細孔径が酸素8員環から構成される小細孔ゼオライトにパラジウムを担持した吸着材が低温で吸着した窒素酸化物をより高温で放出することが報告されている。更に、セリア酸化物を担体に用いた吸着材と比べてゼオライトで構成される吸着材は硫黄成分に対する耐性が高いことが教示される。
非特許文献2においては、パラジウムを担持したCHA型ゼオライトは、150℃以上の温度で窒素酸化物が脱離するため、窒素酸化物を高温まで保持できることが報告されている。
In Patent Document 3, an adsorbent in which palladium is supported on a small-pore zeolite whose maximum pore diameter in the zeolite crystal structure is composed of an eight-membered oxygen ring can release nitrogen oxides adsorbed at a low temperature at a higher temperature. It has been reported. Furthermore, it is taught that an adsorbent composed of zeolite is more resistant to sulfur components than an adsorbent using ceria oxide as a carrier.
Non-Patent Document 2 reports that CHA-type zeolite supporting palladium desorbs nitrogen oxides at a temperature of 150° C. or higher, and can retain nitrogen oxides at high temperatures.

また、非特許文献3には、貴金属以外の金属を用いた窒素酸化物の吸着材として、FAU型、MFI型、LTA型ゼオライトに鉄を担持した吸着材が報告されている。
非特許文献4においては、鉄を担持したベータ型において2価の鉄に対する窒素酸化物の吸着量で比較した場合、ゼオライト骨格中のアルミ含有量が多いほど窒素酸化物吸着量が多いことが示されている。特に、鉄を担持したベータ型は、同等の鉄担持量で比較した場合、Si/Al比が5ではMFI型、FAU型、LTA型よりも窒素酸化物吸着量が多いことが報告されている。
Non-Patent Document 3 reports, as adsorbents for nitrogen oxides using metals other than noble metals, adsorbents in which iron is supported on FAU-type, MFI-type, and LTA-type zeolites.
In Non-Patent Document 4, when comparing the adsorption amount of nitrogen oxides with respect to divalent iron in the beta-type supporting iron, it is shown that the higher the aluminum content in the zeolite skeleton, the higher the nitrogen oxide adsorption amount. It is In particular, it has been reported that the iron-supported beta type has a higher nitrogen oxide adsorption amount than the MFI type, FAU type, and LTA type at a Si/Al ratio of 5 when compared with the same amount of iron supported. .

特開2000-312827号公報JP-A-2000-312827 国際公開第2008/047170号WO2008/047170 国際公開第2015/085303号WO2015/085303

「触媒」(触媒学会発行)Vol.45(2003),第236~240頁"Catalyst" (published by Catalysis Society of Japan) Vol. 45 (2003), pp. 236-240 Applied Catalysis B: Environmental 212 (2017) 140-149頁Applied Catalysis B: Environmental 212 (2017) pp. 140-149 「ゼオライト」(ゼオライト学会発行)、2015年Vol.32,43~52頁"Zeolite" (published by the Zeolite Society), 2015 Vol. Pages 32, 43-52 Journal of Catalysis 315 (2014)1-5Journal of Catalysis 315 (2014) 1-5 Journal of Chemistry C (2017)、121、 3404-3408Journal of Chemistry C (2017), 121, 3404-3408

特許文献1に記載の前段触媒など、ゼオライトを利用した低温窒素酸化物の吸着材においては、排ガス中に含まれる水分の影響によって窒素酸化物の吸着量が低下するという現象が見られる。従って、原因は定かではないが、ロジウムを担持したゼオライトは安定性が低いという課題があった。 In low-temperature nitrogen oxide adsorbents using zeolite, such as the pre-catalyst described in Patent Document 1, a phenomenon is observed in which the amount of adsorbed nitrogen oxides decreases due to the influence of moisture contained in the exhaust gas. Therefore, although the cause is not clear, the rhodium-supporting zeolite has a problem of low stability.

また、上記したとおり、特許文献2にはパラジウムを担持したセリウム酸化物等の窒素酸化物吸着材が記載されているが、特許文献3にセリウム酸化物を担体に用いた吸着材は、硫黄成分による被毒が起こるため、パラジウムをゼオライトに担持した窒素酸化物吸着材と比べて、被毒による影響が大きいことが示唆されている。これは、多孔性材料であるゼオライトは、細孔の中に侵入したガスの被毒を受ける一方、酸化物は表面がむき出しであるため表面にガスが吸着しやすく、更に吸着剤の表面積が小さいことから被毒の影響度が高い結果と考えられる。 Further, as described above, Patent Document 2 describes a nitrogen oxide adsorbent such as cerium oxide supporting palladium. Therefore, it is suggested that the poisoning effect is greater than that of nitrogen oxide adsorbents in which palladium is supported on zeolite. This is because zeolite, which is a porous material, is poisoned by gas that enters the pores, while oxides have a bare surface, so gases easily adsorb to the surface, and the surface area of the adsorbent is small. Therefore, it is considered that the degree of influence of poisoning is high.

特許文献3に記載されているゼオライトの硫黄成分に対する耐性に着目すると、ゼオライトにおいても硫黄成分を含むガスで処理した後の窒素酸化物の吸着量が低下している。従って、パラジウムが硫黄成分に対する被毒の影響を受けやすい本質的な問題は変わっておらず、自動車等の排ガス中にパラジウムを担持した吸着剤を用いると、被毒の影響により性能が低下する課題が残っている。 Focusing on the resistance of zeolite to sulfur components described in Patent Document 3, even in zeolite, the amount of nitrogen oxides adsorbed after treatment with a gas containing sulfur components is reduced. Therefore, the essential problem that palladium is susceptible to poisoning by sulfur components remains unchanged, and if an adsorbent supporting palladium is used in the exhaust gas of automobiles, etc., the problem is that the performance will decrease due to the effects of poisoning. remains.

非特許文献2にはCHA型ゼオライトへのパラジウム担持方法が紹介されている。パラジウムは、ゼオライトにイオン交換処理や含浸処理しただけで窒素酸化物を吸着する性能を発現することはなく、水熱処理工程を必要としており、製造工程が煩雑である。
更に、パラジウムを含む貴金属類は、高価で、かつ、高温条件下においてシンタリングが起きると吸着性能の低下することが予想される等の本質的課題は依然残っている。
Non-Patent Document 2 introduces a method for supporting palladium on CHA-type zeolite. Palladium does not exhibit the ability to adsorb nitrogen oxides simply by subjecting zeolite to ion exchange treatment or impregnation treatment, and requires a hydrothermal treatment step, making the production process complicated.
Furthermore, precious metals including palladium are expensive, and there still remain essential problems such as a decrease in adsorption performance when sintering occurs under high temperature conditions.

非特許文献3に紹介されている鉄を担持したゼオライトは、上記パラジウムの持つ課題を克服した窒素酸化物吸着材として期待が持たれている。しかし、本文中にも記載されているとおり、LTA型ゼオライトに鉄を担持した窒素酸化物吸着剤は、LTA型ゼオライトの骨格中に含まれるアルミニウム量が多いことから、耐熱性や耐水熱安定性が低い。また、非特許文献3に開示されるFAU型やMFI型は、窒素酸化物の吸着量が少ないという問題がある。 The iron-supporting zeolite introduced in Non-Patent Document 3 is expected as a nitrogen oxide adsorbent that overcomes the above-mentioned problems of palladium. However, as described in the text, the nitrogen oxide adsorbent in which iron is supported on LTA-type zeolite has a large amount of aluminum contained in the skeleton of LTA-type zeolite, so it has heat resistance and hydrothermal stability. is low. In addition, the FAU type and MFI type disclosed in Non-Patent Document 3 have a problem that the amount of nitrogen oxides adsorbed is small.

非特許文献4に記載される鉄を担持したベータ型ゼオライトの窒素酸化物吸着材は、Feの担持量が0.01重量%以下と少なく、窒素酸化物吸着剤として実用化できる性能ではない。また、比較的高い吸着能を示しているSi/Al比が5のベータ型は、SCR用の触媒として用いられているベータ型ゼオライト(Si/Al比が10以上)と比較してアルミニウム含有量が多く、上述のLTA型と同様に耐熱性や耐水熱安定性が低いと考えられる。 The nitrogen oxide adsorbent of beta-type zeolite supporting iron described in Non-Patent Document 4 has a low Fe loading of 0.01% by weight or less, and does not have performance that can be put to practical use as a nitrogen oxide adsorbent. In addition, the beta type with a Si/Al ratio of 5, which shows a relatively high adsorption capacity, has an aluminum content compared to beta type zeolite (with a Si/Al ratio of 10 or more) used as a catalyst for SCR. It is considered that the heat resistance and hydrothermal stability are low like the above-mentioned LTA type.

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、窒素酸化物の吸着量が多く、かつ十分な耐熱性を有する窒素酸化物吸着材を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and its object is to provide a nitrogen oxide adsorbent having a large amount of nitrogen oxide adsorption and sufficient heat resistance. It is in.

本発明者らは、酸素8員環を含むアルミノシリケートゼオライトが、SiO/Alモル比が3~15の特定の範囲にある場合において、窒素酸化物吸着材として有効な鉄を多く担持することができた結果、高い窒素酸化物吸着量を持ち、かつ熱安定性に優れた窒素酸化物吸着材の開発に成功し、本発明に到達した。 The present inventors have found that aluminosilicate zeolites containing eight-membered oxygen rings contain a large amount of iron, which is effective as a nitrogen oxide adsorbent when the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is in the specific range of 3 to 15. As a result, the inventors succeeded in developing a nitrogen oxide adsorbent having a high nitrogen oxide adsorption capacity and excellent thermal stability, and arrived at the present invention.

すなわち、本発明は、以下の[1]~[14]を提供する。
[1]鉄担持アルミノシリケートゼオライトを含む窒素酸化物吸着材であって、前記鉄担持アルミノシリケートゼオライトにおいて、アルミノシリケートゼオライトの骨格が酸素8員環構造を有し、
前記鉄担持アルミノシリケートゼオライトのSiO/Alモル比が3以上15以下で、かつ、前記鉄担持アルミノシリケートゼオライトの鉄含有量が0.5重量%以上10重量%以下である窒素酸化物吸着材。
[2]前記担持された鉄の平均酸化数が、1.5以上2.3未満である上記[1]に記載の窒素酸化物吸着材。
[3]前記アルミノシリケートゼオライトが、AEI型ゼオライト又はAFX型ゼオライトである上記[1]又は[2]に記載の窒素酸化物吸着材。
[4]上記[1]~[3]のいずれか一項に記載の窒素酸化物吸着材の製造方法であって、
不活性ガス雰囲気下で、2価の鉄原料を溶解させた溶液にアルミノシリケートゼオライトと酸化防止剤を混合して、鉄担持アルミノシリケートゼオライト得る工程を含む、窒素酸化物吸着材の製造方法。
[5]前記アルミノシリケートゼオライトが、アルカリカチオンを含む上記[4]に記載の窒素酸化物吸着材の製造方法。
[6]上記[1]~[3]のいずれか1項に記載の窒素酸化物吸着材を排ガス浄化用に使用する方法。
[7]吸着材と、窒素酸化物還元触媒とを備え、前記吸着材が、前記窒素酸化物還元触媒の上流に配置される排ガス浄化システムにおいて、前記吸着材として、上記[6]に記載の窒素酸化物吸着材を使用する方法。
[8]前記窒素酸化物還元触媒に還元剤を供給する上記[7]に記載の方法。
[9]前記窒素酸化物還元触媒が、還元剤により窒素酸化物を還元する選択還元型触媒である上記[7]又は[8]のいずれか1項に記載の方法。
[10]前記還元剤が、アンモニア及びアンモニアを生成可能な化合物からなる群から選択される少なくとも一種である、上記[8]又は[9]に記載の方法。
[11]吸着材と、窒素酸化物還元触媒とを備え、前記吸着材が、前記窒素酸化物還元触媒の上流に配置される排ガス浄化システムであって、前記吸着材が、上記[1]~[3]のいずれか1項に記載の窒素酸化物吸着材である排ガス浄化システム。
[12]前記窒素酸化物還元触媒に還元剤を供給する還元剤供給部を備える上記[11]に記載の排ガス浄化システム。
[13]前記窒素酸化物還元触媒が、還元剤により窒素酸化物を還元する選択還元型触媒である上記[11]又は[12]に記載の排ガス浄化システム。
[14]前記還元剤が、アンモニア及びアンモニアを生成可能な化合物からなる群から選択される少なくとも一種である、上記[12]又は[13]に記載の排ガス浄化システム。
That is, the present invention provides the following [1] to [14].
[1] A nitrogen oxide adsorbent containing an iron-supporting aluminosilicate zeolite, wherein in the iron-supporting aluminosilicate zeolite, the skeleton of the aluminosilicate zeolite has an oxygen eight-membered ring structure,
Nitrogen oxidation wherein the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the iron-supporting aluminosilicate zeolite is 3 or more and 15 or less, and the iron content of the iron-supporting aluminosilicate zeolite is 0.5 wt% or more and 10 wt% or less. material adsorbent.
[2] The nitrogen oxide adsorbent according to [1] above, wherein the average oxidation number of the supported iron is 1.5 or more and less than 2.3.
[3] The nitrogen oxide adsorbent according to [1] or [2] above, wherein the aluminosilicate zeolite is AEI zeolite or AFX zeolite.
[4] A method for producing a nitrogen oxide adsorbent according to any one of [1] to [3] above,
A method for producing a nitrogen oxide adsorbent, comprising the step of mixing an aluminosilicate zeolite and an antioxidant with a solution in which a divalent iron raw material is dissolved in an inert gas atmosphere to obtain an iron-supporting aluminosilicate zeolite.
[5] The method for producing a nitrogen oxide adsorbent according to [4] above, wherein the aluminosilicate zeolite contains alkali cations.
[6] A method of using the nitrogen oxide adsorbent according to any one of [1] to [3] above for exhaust gas purification.
[7] In an exhaust gas purification system comprising an adsorbent and a nitrogen oxide reduction catalyst, wherein the adsorbent is arranged upstream of the nitrogen oxide reduction catalyst, the adsorbent is the adsorbent according to [6] above. A method using a nitrogen oxide adsorbent.
[8] The method according to [7] above, wherein a reducing agent is supplied to the nitrogen oxide reduction catalyst.
[9] The method according to any one of [7] or [8] above, wherein the nitrogen oxide reduction catalyst is a selective reduction catalyst that reduces nitrogen oxides with a reducing agent.
[10] The method according to [8] or [9] above, wherein the reducing agent is at least one selected from the group consisting of ammonia and compounds capable of generating ammonia.
[11] An exhaust gas purifying system comprising an adsorbent and a nitrogen oxide reduction catalyst, wherein the adsorbent is arranged upstream of the nitrogen oxide reduction catalyst, wherein the adsorbent is the above [1] to An exhaust gas purification system, which is the nitrogen oxide adsorbent according to any one of [3].
[12] The exhaust gas purification system according to [11] above, which includes a reducing agent supply unit that supplies a reducing agent to the nitrogen oxide reduction catalyst.
[13] The exhaust gas purification system according to the above [11] or [12], wherein the nitrogen oxide reduction catalyst is a selective reduction catalyst that reduces nitrogen oxides with a reducing agent.
[14] The exhaust gas purification system according to [12] or [13] above, wherein the reducing agent is at least one selected from the group consisting of ammonia and compounds capable of generating ammonia.

本発明によれば、窒素酸化物の吸着量が多く、かつ十分な耐熱性を有する窒素酸化物吸着材を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a nitrogen oxide adsorbent that adsorbs a large amount of nitrogen oxides and has sufficient heat resistance.

実施例1で合成したAEI型ゼオライトのXRDパターンを示すチャートである。1 is a chart showing the XRD pattern of AEI zeolite synthesized in Example 1. FIG. 実施例3で合成したAFX型ゼオライトのXRDパターンを示すチャートである。4 is a chart showing the XRD pattern of AFX-type zeolite synthesized in Example 3. FIG. 比較例1で合成したAEI型ゼオライトのXRDパターンを示すチャートである。4 is a chart showing the XRD pattern of the AEI zeolite synthesized in Comparative Example 1. FIG. 窒素酸化物吸着材1、2、4のNO脱離挙動を示すグラフである。4 is a graph showing the NO desorption behavior of nitrogen oxide adsorbents 1, 2 and 4. FIG.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はこれらの内容に何ら限定されない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below, but the following description is an example (representative example) of embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these contents.

本発明の窒素酸化物吸着材は、鉄担持アルミノシリケートゼオライトを含む窒素酸化物吸着材である。以下、窒素酸化物吸着材に含有される鉄担持アルミノシリケートゼオライトについてまず詳細に説明する。 The nitrogen oxide adsorbent of the present invention is a nitrogen oxide adsorbent containing iron-supporting aluminosilicate zeolite. The iron-supporting aluminosilicate zeolite contained in the nitrogen oxide adsorbent will first be described in detail below.

[鉄担持アルミノシリケートゼオライト]
鉄担持アルミノシリケートゼオライトにおけるアルミノシリケートゼオライトの骨格は、酸素8員環構造を有する。本発明における鉄担持アルミノシリケートゼオライトは、SiO/Alモル比が3以上15以下であり、かつ鉄含有量が0.5重量%以上10重量%以下である。
[Iron-supporting aluminosilicate zeolite]
The skeleton of the aluminosilicate zeolite in the iron-supporting aluminosilicate zeolite has an oxygen eight-membered ring structure. The iron-supporting aluminosilicate zeolite in the present invention has a SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of 3 or more and 15 or less and an iron content of 0.5% or more and 10% or less by weight.

本発明の窒素酸化物吸着材に用いるアルミノシリケートゼオライトは、窒素酸化物の吸着に有効な鉄を担持しやすいほうがよい点で、アルミノシリケートゼオライトとしては骨格が酸素8員環構造を有している。
アルミノシリケートゼオライトは骨格構造を構成する原子として、少なくとも酸素、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)を含むものであり、これらの原子の一部が他の原子(Me)で置換されていてもよいが、骨格が酸素8員環構造を有している。
アルミノシリケートゼオライトの骨格構造を構成しているMe、AlおよびSiの構成割合(モル比)は、特に限定されるものではないが、Me、Al、Siの合計に対するMeのモル比をx、Alのモル比をy、Siのモル比をzとすると、xは通常0以上であり、0.3以下である。xがこの上限値以下とすることで、合成時に不純物が混入しにくく好ましい。
前記yは通常0.001以上であり、好ましくは0.005以上、より好ましくは0.01以上、更に好ましくは0.05であり、通常0.5以下であり、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.3以下、更に好ましくは0.25以下である。
前記zは通常0.5以上であり、好ましくは0.6以上、より好ましくは0.7以上、更に好ましくは0.75以上であり、通常0.999以下であり、好ましくは0.995以下、より好ましくは0.99以下、更に好ましくは0.98以下である。
y、zが上記範囲内であると、合成が容易で、触媒として用いた場合に十分な酸点があり十分な活性が得られやすい。
他の原子Meは、1種でも2種以上含まれていてもよい。好ましいMeは、周期表第3又は第4周期に属する元素である。
The aluminosilicate zeolite used in the nitrogen oxide adsorbent of the present invention should easily support iron, which is effective for adsorbing nitrogen oxides. Therefore, the skeleton of the aluminosilicate zeolite has an oxygen eight-membered ring structure. .
The aluminosilicate zeolite contains at least oxygen, aluminum (Al), and silicon (Si) as atoms constituting the framework structure, and some of these atoms may be substituted with other atoms (Me). However, the skeleton has an oxygen eight-membered ring structure.
The composition ratio (molar ratio) of Me, Al and Si constituting the framework structure of the aluminosilicate zeolite is not particularly limited, but the molar ratio of Me to the total of Me, Al and Si is x, Al When y is the molar ratio of Si and z is the molar ratio of Si, x is usually 0 or more and 0.3 or less. It is preferable that x is less than or equal to this upper limit because impurities are less likely to be mixed during synthesis.
The y is usually 0.001 or more, preferably 0.005 or more, more preferably 0.01 or more, still more preferably 0.05, usually 0.5 or less, preferably 0.4 or less, It is more preferably 0.3 or less, still more preferably 0.25 or less.
The z is usually 0.5 or more, preferably 0.6 or more, more preferably 0.7 or more, still more preferably 0.75 or more, and usually 0.999 or less, preferably 0.995 or less. , more preferably 0.99 or less, and still more preferably 0.98 or less.
When y and z are within the above ranges, synthesis is easy, and when used as a catalyst, sufficient acid sites are present and sufficient activity is easily obtained.
One or two or more other atoms Me may be contained. Preferred Me is an element belonging to period 3 or 4 of the periodic table.

酸素8員環構造を有するアルミノシリケートゼオライトとしては、International Zeolite Association(IZA)が定めるゼオライトの骨格構造を規定するコードでABW、ACO、AEI、AEN、AFN、AFT、AFX、ANA、APC、APD、ATN、ATT、ATV、AWO、AWW、BCT、BIK、BRE、CAS、CDO、CHA、DDR、DFT、EAB、EDI、EPI、ERI、ESV、GIS、GOO、IHW、ITE、ITW、JBW、KFI、LEV、LTA、MER、MON、MTF、MWF、NSI、OWE、PAU、PHI、RHO、RTE、RTH、RWR、SAS、SAT、SAV、SIV、THO、TSC、UEI、UFI、VNI、YUG、YFI、ZON構造、また、RHOと骨格構造が類似であるZSM-25、PST-20、ECR-18(非特許文献5参照)が挙げられるが、そのなかでも、好ましくは、AEI、AFX、CHA、ERI、KFI、LEV、LTA、MER、MWF、RHO、より好ましくは、AEI、AFX、ERI、KFI、LEV、LTA、MWF、RHO、さらに好ましくは、AEI構造のゼオライト(以下、「AEI型ゼオライト」という)、又はAFX構造のゼオライト(以下、「AFX型ゼオライト」という)であり、特に好ましくはAEI型ゼオライトである。AEI型ゼオライト及びAFX型ゼオライトを使用することで、SiO/Alモル比が3~15であることも相まって、2価の鉄をアルミニウムに配位しやすくなり、鉄の担持量を容易に増やすことができる。また、窒素酸化物吸着材の耐久性、水熱安定性も高くしやすくなる。 Examples of the aluminosilicate zeolite having an oxygen eight-membered ring structure include ABW, ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, AFT, AFX, ANA, APC, and APD, which are codes that define the framework structure of zeolite defined by the International Zeolite Association (IZA). ATN, ATT, ATV, AWO, AWW, BCT, BIK, BRE, CAS, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, ESV, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, JBW, KFI, LEV, LTA, MER, MON, MTF, MWF, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTE, RTH, RWR, SAS, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG, YFI, ZON structure, and ZSM-25, PST-20, and ECR-18 (see Non-Patent Document 5), which are similar in skeleton structure to RHO, can be mentioned. Among them, AEI, AFX, CHA, and ERI are preferred. , KFI, LEV, LTA, MER, MWF, RHO, more preferably AEI, AFX, ERI, KFI, LEV, LTA, MWF, RHO, more preferably AEI structure zeolite (hereinafter referred to as "AEI zeolite" ), or zeolite having an AFX structure (hereinafter referred to as “AFX-type zeolite”), particularly preferably AEI-type zeolite. By using AEI zeolite and AFX zeolite, coupled with a SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of 3 to 15, it becomes easier to coordinate divalent iron to aluminum, and the amount of iron carried can be increased. can be easily increased. In addition, the durability and hydrothermal stability of the nitrogen oxide adsorbent can be easily increased.

ゼオライトの構造は、X線回折のデータにより特徴付けられる。ただし、実際に作製されたゼオライトを測定する場合には、ゼオライトの成長方向や、構成する元素の比、吸着した物質、欠陥の存在、乾燥状態などの影響を受け、各ピークの強度比やピーク位置に若干のずれを生じるため、IZAの規定に記載されたAEI、AFX構造の各パラメータと全く同じ数値が得られるわけではなく、10%程度の幅は許容される。 The structure of zeolites is characterized by X-ray diffraction data. However, when measuring the zeolite actually produced, it is affected by the growth direction of the zeolite, the ratio of the constituent elements, the adsorbed substances, the presence of defects, the drying state, etc., and the intensity ratio of each peak and the peak Since there is some deviation in the position, it is not possible to obtain exactly the same numerical values as the parameters of the AEI and AFX structures described in the IZA regulations, and a width of about 10% is allowed.

AEI型ゼオライトの主だったピークとしては、CuKα線を用いた場合、例えば、2θ=9.5°±0.2°に110面のピーク、2θ=16.1°±0.2°に202及び-202面のピーク(非常に近いので重なることが多い)、16.9°±0.2°に022面のピーク、20.6°±0.2°に310面のピークなどが挙げられる。
AFX型ゼオライトでは2θ=8.6°±0.2°に101面のピーク、2θ=11.6°±0.2°に102面のピーク、12.9°±0.2°に110面のピークなどが挙げられる。
The major peaks of the AEI zeolite are, for example, the 110 plane peak at 2θ = 9.5° ± 0.2° and the 202 plane peak at 2θ = 16.1° ± 0.2° when CuKα rays are used. and −202 plane peaks (very close and often overlap), 022 plane peaks at 16.9°±0.2°, 310 plane peaks at 20.6°±0.2°, and the like. .
AFX-type zeolite has a peak of 101 planes at 2θ = 8.6° ± 0.2°, a peak of 102 planes at 2θ = 11.6° ± 0.2°, and a peak of 110 planes at 12.9° ± 0.2° and the like.

本発明において、鉄担持アルミノシリケートゼオライトのSiO/Alモル比は、3以上15以下である。SiO/Alモル比が15より大きくなると、鉄担持量を多くするのが難しくなり、窒素酸化物吸着材の窒素酸化物吸着量が低くなる。吸着点を多くして、窒素酸化物の吸着量を多くする点から、SiO/Alモル比は好ましくは14以下、より好ましくは13以下、更に好ましくは12以下、特に好ましくは11以下である。一方、モル比が3未満となると、骨格内のAl量が多くなり、水蒸気を含むガスにさらされた場合、骨格内Alが脱離して構造破壊が起きる可能性が高くなる。これら観点から、SiO/Alモル比は、好ましくは4以上、より好ましくは5以上である。 In the present invention, the iron-supporting aluminosilicate zeolite has a SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of 3 or more and 15 or less. If the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio exceeds 15, it becomes difficult to increase the amount of iron supported, and the amount of nitrogen oxides adsorbed by the nitrogen oxides adsorbent decreases. The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is preferably 14 or less, more preferably 13 or less, still more preferably 12 or less, and particularly preferably 11, in order to increase the adsorption points and the amount of nitrogen oxides adsorbed. It is below. On the other hand, if the molar ratio is less than 3, the amount of Al in the framework increases, and when exposed to a gas containing water vapor, Al in the framework is likely to detach and cause structural destruction. From these points of view, the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is preferably 4 or more, more preferably 5 or more.

窒素酸化物吸着材は、窒素酸化物を含む排ガスの浄化性能と600℃以上の水熱耐久性が求められている。結晶性に差が無ければ、SiO/Alモル比が低い鉄担持アルミノシリケートゼオライトは、SiO/Alモル比の高い吸着材よりも吸着点が多いため、窒素酸化物を含む排ガスに対して高い吸着性能を持つことが利点である。例えば、トラックのように排ガスが700℃以下と比較的低温では、水蒸気を含むガス雰囲気下において窒素酸化物吸着材を用いても、水蒸気による骨格内Alの脱Alは進行しにくい。従って窒素酸化物を含む排ガスの吸着性能が優先され、ゼオライト骨格中の活性点が多い、SiO/Alモル比が比較的低い鉄担持アルミノシリケートゼオライトの使用が望まれる。
一方でSiO/Alモル比の高い鉄担持アルミノシリケートゼオライトは、ゼオライト骨格中のAl量が少ないことから水蒸気を含む高温のガス雰囲気下でも構造が崩壊しにくい利点がある。ディーゼル乗用車やガソリン車の場合は800℃以上で水蒸気を含むガス雰囲気下に窒素酸化物吸着材として用いるため、高い水蒸気耐性を求められる。従ってSiO/Alモル比が比較的高い鉄担持アルミノシリケートゼオライトの使用が望まれる。具体的には、SiO/Alモル比が7.5を超えることが好ましく、10以上のゼオライトを使用することも望まれる。
Nitrogen oxide adsorbents are required to have purification performance for exhaust gas containing nitrogen oxides and hydrothermal durability at 600° C. or higher. If there is no difference in crystallinity, an iron-supporting aluminosilicate zeolite with a low SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio has more adsorption points than an adsorbent with a high SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio. It is advantageous to have high adsorption performance for exhaust gas containing For example, when the exhaust gas is at a relatively low temperature of 700° C. or less, such as in a truck, even if a nitrogen oxide adsorbent is used in a gas atmosphere containing water vapor, dealumination of Al in the skeleton by water vapor does not progress easily. Therefore, the adsorption performance of exhaust gases containing nitrogen oxides is given priority, and the use of an iron-supporting aluminosilicate zeolite having a relatively low SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio and having many active sites in the zeolite skeleton is desired.
On the other hand, an iron-supporting aluminosilicate zeolite with a high SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio has a small amount of Al in the zeolite framework, and therefore has the advantage that the structure is less likely to collapse even in a high-temperature gas atmosphere containing water vapor. In the case of diesel passenger cars and gasoline cars, it is used as a nitrogen oxide adsorbent in a gas atmosphere containing water vapor at a temperature of 800° C. or higher, so high water vapor resistance is required. Therefore, it is desirable to use an iron-supporting aluminosilicate zeolite with a relatively high SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio. Specifically, it is preferable that the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio exceeds 7.5, and it is also desirable to use a zeolite with a SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of 10 or more.

本発明の鉄担持アルミノシリケートゼオライトにおける鉄含有量は、0.5重量%以上10重量%以下である。なお、鉄担持アルミノシリケートゼオライトにおける鉄の存在状態としては、アルミニウムに配位してゼオライト骨格構造に含まれない場合と、アルミニウムに配位せずに骨格構造に含まれる場合とがあるが、骨格構造に含まれないことが好ましい。
鉄担持アルミノシリケートゼオライトにおける鉄の含有量が0.5重量%未満であると、窒素酸化物吸着材の窒素酸化物吸着量を増加させることが難しくなる。また、10重量%より多くなると、アルミニウムに配位しない鉄が多くなり、鉄含有量に見合った吸着性能を発揮しにくくなる。
また、鉄含有量を多くすることで、吸着した窒素酸化物が脱離する温度が高くなる傾向にあり、本発明の窒素酸化物吸着材は、鉄含有量を0.5重量%以上とすることで比較的高温環境下でも吸着性能が低下しにくくなる。
鉄担持アルミノシリケートゼオライトにおける鉄含有量は、好ましくは1.0重量%以上8.0重量%以下であり、より好ましくは1.5重量%以上7.0重量%以下であり、特に好ましくは2.0重量%以上6.0重量%以下であり、とりわけ好ましくは2.3重量%以上5.0重量%以下である。これら下限値以上とすることで、窒素酸化物の吸着量がさらに増加し、また、吸着した窒素酸化物が脱離する温度がより高くなり、吸着性能が向上する。また、これら上限値以下とすることで、鉄含有量に見合った吸着性能をより発揮しやすくなる。
The iron content in the iron-supporting aluminosilicate zeolite of the present invention is 0.5% by weight or more and 10% by weight or less. In iron-supporting aluminosilicate zeolite, iron exists in two states: one is coordinated with aluminum and not included in the zeolite framework structure, and the other is included in the framework structure without being coordinated with aluminum. It is preferably not included in the structure.
When the iron content in the iron-supporting aluminosilicate zeolite is less than 0.5% by weight, it becomes difficult to increase the nitrogen oxide adsorption amount of the nitrogen oxide adsorbent. On the other hand, if it exceeds 10% by weight, the amount of iron that is not coordinated with aluminum increases, and it becomes difficult to exhibit the adsorption performance commensurate with the iron content.
In addition, by increasing the iron content, the temperature at which the adsorbed nitrogen oxides are desorbed tends to increase, and the nitrogen oxide adsorbent of the present invention has an iron content of 0.5% by weight or more. This makes it difficult for the adsorption performance to decline even in a relatively high temperature environment.
The iron content in the iron-supporting aluminosilicate zeolite is preferably 1.0% by weight or more and 8.0% by weight or less, more preferably 1.5% by weight or more and 7.0% by weight or less, and particularly preferably 2 0% by weight or more and 6.0% by weight or less, and particularly preferably 2.3% by weight or more and 5.0% by weight or less. By making it equal to or higher than these lower limits, the adsorption amount of nitrogen oxides is further increased, and the temperature at which the adsorbed nitrogen oxides are desorbed becomes higher, thereby improving the adsorption performance. Moreover, by making it below these upper limits, it becomes easy to exhibit the adsorption performance commensurate with iron content.

鉄担持アルミノシリケートゼオライトにおいて担持される鉄は、2価であっても3価の状態でも良いが、2価の方がより好ましい。また、担持された鉄の平均酸化数は、1.5以上2.3未満であることが好ましい。以下、該平均酸化数が1.5以上2.3未満の鉄イオンを「2価の鉄イオン」という場合がある。通常、2価の鉄原料を用いた方がゼオライト中では2価の状態で存在しやすい。 The iron supported in the iron-supporting aluminosilicate zeolite may be divalent or trivalent, but is more preferably divalent. Moreover, the average oxidation number of the supported iron is preferably 1.5 or more and less than 2.3. Hereinafter, iron ions having an average oxidation number of 1.5 or more and less than 2.3 may be referred to as "divalent iron ions". Normally, when a divalent iron source is used, it tends to exist in the divalent state in the zeolite.

また、本発明の窒素酸化物吸着材におけるイオン交換率は、特段の制限はないが、通常13%以上、好ましくは15%以上、より好ましくは17%以上、特に好ましくは20%以上とすることができ、一方、上限に制限はないが、100%以下、又は90%以下とすることができる。
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2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2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。
The ion exchange rate of the nitrogen oxide adsorbent of the present invention is not particularly limited, but is usually 13% or higher, preferably 15% or higher, more preferably 17% or higher, and particularly preferably 20% or higher. On the other hand, there is no upper limit, but it can be 100% or less, or 90% or less.
Ion exchange rate refers to the rate at which H + on the ion exchange site (acid point) in the catalyst support is replaced by the ion of the catalyst metal. A substantially equivalent amount of 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 sites in the catalyst carrier)×100.

また、本発明の鉄担持アルミノシリケートゼオライト中には、主に原料に由来するアルカリ金属原子、例えばナトリウム、カリウム、セシウム等が含まれていてもよい。鉄担持アルミノシリケートゼオライトにおけるアルカリ金属原子の含有量は、アルミニウムに対するモル比として、0.001以上1.0以下であることが好ましい。含有量を1.0以下とすることで、水蒸気雰囲気下においてアルカリ金属原子がゼオライトの構造を破壊したりして性能が低下することを防止する。また、0.001以上とすると、吸着材から無理にアルカリ金属原子を除去して、ゼオライトの骨格などにダメージを与えるおそれが少なくなる。
また、アルカリ金属原子の含有量は、シリコン原子に対するモル比として、0.02以上であってもよい。
Further, the iron-supporting aluminosilicate zeolite of the present invention may contain alkali metal atoms, such as sodium, potassium, cesium, etc., mainly derived from raw materials. The content of alkali metal atoms in the iron-supporting aluminosilicate zeolite is preferably 0.001 or more and 1.0 or less as a molar ratio to aluminum. By setting the content to 1.0 or less, it is possible to prevent the alkali metal atoms from destroying the structure of the zeolite in a water vapor atmosphere, thereby preventing the performance from deteriorating. Further, when the ratio is 0.001 or more, the fear of forcibly removing the alkali metal atoms from the adsorbent and damaging the skeleton of the zeolite or the like is reduced.
Also, the content of alkali metal atoms may be 0.02 or more as a molar ratio to silicon atoms.

[鉄担持アルミノシリケートゼオライトの製造方法]
本発明の鉄担持アルミノシリケートゼオライトを製造する方法としては、特に制限はないが、例えば、アルミノシリケートゼオライトを合成後、金属担持工程を経て所定量の鉄を担持させる方法、即ち、Al、Siを骨格構造に含み且つSiO/Alモル比が3~15であるアルミノシリケートゼオライトを製造し、そのアルミノシリケートゼオライトに、重量が0.5~10重量%となるように鉄を担持させる方法が挙げられる。
このような製造方法で製造することで、本発明の鉄担持アルミノシリケートゼオライトは、大量に製造することも可能になる。
[Method for producing iron-supporting aluminosilicate zeolite]
The method for producing the iron-supporting aluminosilicate zeolite of the present invention is not particularly limited. An aluminosilicate zeolite that is included in the framework structure and has a SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of 3 to 15 is produced, and iron is supported on the aluminosilicate zeolite so that the weight is 0.5 to 10% by weight. method.
Production by such a production method makes it possible to mass-produce the iron-supporting aluminosilicate zeolite of the present invention.

(アルミノシリケートゼオライトの製造方法)
本発明の窒素酸化物吸着材に用いるアルミノシリケートゼオライトは、International Zeolite Association(IZA)が公開している文献に記載の方法で製造することができる。また、AEI型ゼオライト及びAFX型ゼオライトは、例えば以下の製造方法で製造できる。
(Method for producing aluminosilicate zeolite)
The aluminosilicate zeolite used in the nitrogen oxide adsorbent of the present invention can be produced by the method described in the literature published by the International Zeolite Association (IZA). Also, AEI zeolite and AFX zeolite can be produced, for example, by the following production method.

AEI型及びAFX型ゼオライトの製造方法の一例としては、アルミニウム原子原料、ケイ素原子原料、アルカリ金属原子原料、有機構造規定剤(「テンプレート」とも呼称される。以下、有機構造規定剤を「OSDA」と称す場合がある。)及び必要により種晶を用いて、AEI型又はAFX型ゼオライトを水熱合成する方法が挙げられる。 An example of a method for producing AEI-type and AFX-type zeolites includes an aluminum atom source, a silicon atom source, an alkali metal atom source, and an organic structure directing agent (also referred to as a “template”. Hereinafter, the organic structure directing agent is referred to as “OSDA”. and a method of hydrothermally synthesizing AEI-type or AFX-type zeolite using seed crystals if necessary.

<アルミニウム原子原料>
本発明に用いるAEI型又はAFX型ゼオライトを製造するために使用するアルミニウム原子原料は、特に限定されず、アモルファスの水酸化アルミニウム、ギブサイト構造を持つ水酸化アルミニウム、バイヤーライト構造を持つ水酸化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酸化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、ベーマイト、擬ベーマイト、アルミニウムアルコキシド等を用いることができる。
更には、ゼオライトのようにシリカを含むゼオライト等をアルミニウム原子原料として用いることもできる。アルミニウム原子原料としてのゼオライトは、FAU型ゼオライトのように、AEI型又はAFX型ゼオライトと共通のbuilding unitを持つアルミノシリケートゼオライトを用いることができる。
これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、上記各原料は安定した品質のものを容易に入手でき、コストダウンをもたらすことが可能である。
<Aluminum atom raw material>
The aluminum atom raw material used for producing the AEI-type or AFX-type zeolite used in the present invention is not particularly limited, and includes amorphous aluminum hydroxide, aluminum hydroxide having a gibbsite structure, aluminum hydroxide having a bayerite structure, Aluminum nitrate, aluminum sulfate, aluminum oxide, sodium aluminate, boehmite, pseudo-boehmite, aluminum alkoxide and the like can be used.
Furthermore, zeolite containing silica, such as zeolite, can also be used as the raw material for aluminum atoms. The zeolite used as the source of aluminum atoms can be an aluminosilicate zeolite, such as FAU zeolite, which has a common building unit with AEI or AFX zeolite.
These may be used individually by 1 type, and may be used in mixture of 2 or more types. In addition, each of the above raw materials can be easily obtained with stable quality, which can bring about cost reduction.

AEI型ゼオライトのアルミニウム原子原料としては、好ましくは、アモルファスの水酸化アルミニウム、ギブサイト構造を持つ水酸化アルミニウム、バイヤーライト構造を持つ水酸化アルミニウムであり、これらの中でもアモルファスの水酸化アルミニウムがとりわけ好ましい。AFX型ゼオライトのアルミニウム原子原料としては、アルミノシリケートゼオライトを使用することが好ましい。 Preferred aluminum atom raw materials for AEI zeolite include amorphous aluminum hydroxide, aluminum hydroxide having a gibbsite structure, and aluminum hydroxide having a bayerite structure. Among these, amorphous aluminum hydroxide is particularly preferred. It is preferable to use an aluminosilicate zeolite as the aluminum atom raw material for the AFX-type zeolite.

アルミニウム原子原料の使用量は、原料混合物ないしはこれを熟成して得られた水性ゲルの調製しやすさや生産効率の点から、本製造方法で種晶として添加されるゼオライト以外の原料混合物に含まれるケイ素(Si)に対する、アルミニウム原子原料中のアルミニウム(Al)のモル比で通常0.02以上、好ましくは0.04以上、より好ましくは0.06以上、更に好ましくは0.08以上である。また上限は特に限定されないが、水性ゲル中にアルミニウム原子原料を均一に溶解させる点から通常2以下、好ましくは1以下、より好ましくは0.4以下、更に好ましくは0.2以下である。 The amount of aluminum atom raw material used is included in the raw material mixture other than zeolite added as seed crystals in the present production method from the viewpoint of ease of preparation and production efficiency of the raw material mixture or the aqueous gel obtained by aging it. The molar ratio of aluminum (Al) in the aluminum atom raw material to silicon (Si) is usually 0.02 or more, preferably 0.04 or more, more preferably 0.06 or more, and still more preferably 0.08 or more. Although the upper limit is not particularly limited, it is usually 2 or less, preferably 1 or less, more preferably 0.4 or less, and still more preferably 0.2 or less from the viewpoint of uniformly dissolving the aluminum atom raw material in the aqueous gel.

<ケイ素原子原料>
本製造方法に使用するケイ素原子原料としては、特に限定されず、公知の種々の物質を使用することができ、コロイダルシリカ、無定型シリカ、珪酸ナトリウム、トリメチルエトキシシラン、テトラエチルオルトシリケート、アルミノシリケートゲルなどを用いることができる。また、FAU型ゼオライトのように、AEI型又はAFX型ゼオライトと共通のbuilding unitを持つアルミノシリケートゼオライトを用いてもよい。
これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
これらのうち、他の成分と十分均一に混合できる形態のものであって、特に水に溶解しやすい原料が好ましく、コロイダルシリカ、珪酸ナトリウム、トリメチルエトキシシラン、テトラエチルオルトシリケート、アルミノシリケートゲルが好ましい。
ケイ素原子原料は、ケイ素原子原料に対する他の原料の使用量がそれぞれ前述ないしは後述の好適範囲となるように用いられる。
<Silicon atom raw material>
The silicon atom raw material used in this production method is not particularly limited, and various known substances can be used, including colloidal silica, amorphous silica, sodium silicate, trimethylethoxysilane, tetraethylorthosilicate, and aluminosilicate gel. etc. can be used. Also, an aluminosilicate zeolite having a common building unit with AEI or AFX zeolite, such as FAU zeolite, may be used.
These may be used individually by 1 type, and may be used in mixture of 2 or more types.
Among these, materials that are in a form that can be sufficiently uniformly mixed with other components and that are particularly easily soluble in water are preferred, and colloidal silica, sodium silicate, trimethylethoxysilane, tetraethylorthosilicate, and aluminosilicate gel are preferred.
The silicon atom raw material is used so that the amount of the other raw material to be used relative to the silicon atom raw material is within the preferred range described above or below.

<アルカリ金属原子原料>
本製造方法に使用するアルカリ金属原子原料に含まれるアルカリ金属原子は、特に限定されず、ゼオライトの合成に使用される公知のものが使用できるが、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム及びセシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ金属イオンが好ましい。すなわち、AEI型又はAFX型ゼオライトは、これらアルカリ金属イオンを存在させた状態で結晶化させて得られることが好ましい。
<Alkali metal atom raw material>
Alkali metal atoms contained in the alkali metal atom raw material used in the present production method are not particularly limited, and known ones used in the synthesis of zeolite can be used, but the group consisting of lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium At least one alkali metal ion selected from is preferred. That is, the AEI or AFX zeolite is preferably obtained by crystallization in the presence of these alkali metal ions.

アルカリ金属原子は、このうち好ましくはナトリウム原子を含む。後述するように、合成過程でゼオライトの結晶構造中に取り込まれるアルカリ金属原子を、イオン交換により結晶内から取り除く場合があるが、この時、アルカリ金属原子がナトリウム原子であると、アルカリ金属原子の除去工程を簡便にすることができる。
そのため、アルカリ金属原子原料に含まれるアルカリ金属原子の50モル%以上をナトリウム原子にすることが好ましく、より好ましくはアルカリ金属原子原料に含まれるアルカリ金属原子中の80モル%以上がナトリウム原子であることであり、最も好ましくは実質的にすべて(すなわち、100モル%)がナトリウム原子であることである。
Alkali metal atoms preferably include sodium atoms. As will be described later, the alkali metal atoms incorporated into the crystal structure of zeolite during the synthesis process may be removed from the crystal by ion exchange. The removal process can be simplified.
Therefore, it is preferable that 50 mol % or more of the alkali metal atoms contained in the alkali metal atom raw material are sodium atoms, and more preferably 80 mol % or more of the alkali metal atoms contained in the alkali metal atom raw material are sodium atoms. and most preferably substantially all (ie, 100 mol %) are sodium atoms.

アルカリ金属原子原料としては、上記のアルカリ金属原子の水酸化物、酸化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、塩化物、臭化物等の無機酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩等の有機酸塩などを用いることができる。アルカリ金属原子原料は、1種でも2種以上含まれていてもよい。 Alkali metal atom raw materials include inorganic acid salts such as hydroxides, oxides, sulfates, nitrates, phosphates, chlorides and bromides of the above alkali metal atoms, acetates, oxalates, citrates, etc. can be used. One or two or more alkali metal atom sources may be contained.

AEI型ゼオライトの製造においては、原料混合物中の有機構造規定剤に対するアルカリ金属原子原料のモル比が0.1以上2.0以下であることが好ましく、0.2以上1.5以下がより好ましい。
一方、AFX型ゼオライトの製造においては、原料混合物中の有機構造規定剤に対するアルカリ金属原子原料のモル比が0.1以上20以下であることが好ましく、0.2以上10以下がより好ましい。
アルカリ金属原子原料は、上記範囲内となるように配合されることで、アルミニウムに後述の有機構造規定剤が好適な状態に配位しやすくなるため、結晶構造を作りやすくなる。
In the production of AEI zeolite, the molar ratio of the alkali metal atom raw material to the organic structure directing agent in the raw material mixture is preferably 0.1 or more and 2.0 or less, more preferably 0.2 or more and 1.5 or less. .
On the other hand, in the production of AFX-type zeolite, the molar ratio of the alkali metal atom raw material to the organic structure-directing agent in the raw material mixture is preferably 0.1 or more and 20 or less, more preferably 0.2 or more and 10 or less.
By blending the alkali metal atom raw material within the above range, the organic structure-directing agent, which will be described later, is easily coordinated to the aluminum in a suitable state, thereby facilitating formation of a crystal structure.

<有機構造規定剤>
有機構造規定剤としては、窒素含有系有機構造規定剤、リン含有系有機構造規定剤などを使用できる。AEI型ゼオライトを製造するための窒素含有系有機構造規定剤としてはテトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド(TEAOH)やテトラプロピルアンモニウムハイドロオキサイド(TPAOH)などの公知の各種の物質を使用することができる。また、AEI型ゼオライトを製造するための窒素含有系有機構造規定剤としては、例えば以下のような物質を使用することができる。
<Organic Structure Directing Agent>
As the organic structure-directing agent, a nitrogen-containing organic structure-directing agent, a phosphorus-containing organic structure-directing agent, or the like can be used. Various known substances such as tetraethylammonium hydroxide (TEAOH) and tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH) can be used as the nitrogen-containing organic structure-directing agent for producing the AEI zeolite. As the nitrogen-containing organic structure-directing agent for producing the AEI zeolite, for example, the following substances can be used.

N,N-ジエチル-2,6-ジメチルピペリジニウムカチオン、N,N-ジメチル-9-アゾニアビシクロ[3.3.1]ノナンカチオン、N,N-ジメチル-2,6-ジメチルピペリジニウムカチオン、N-エチル-N-メチル-2,6-ジメチルピペリジニウムカチオン、N,N-ジエチル-2-エチルピペリジニウムカチオン、N,N-ジメチル-2-(2-ヒドロキシエチル)ピペリジニウムカチオン、N,N-ジメチル-2-エチルピペリジニウムカチオン、N,N-ジメチル-3,5-ジメチルピペリジニウムカチオン、N-エチル-N-メチル-2-エチルピペリジニウムカチオン、2,6-ジメチル-1-アゾニウム[5.4]デカンカチオン、N-エチル-N-プロピル-2,6-ジメチルピペリジニウムカチオン等。
このうち特に好ましい窒素含有系有機構造規定剤としては、N,N-ジメチル-3,5-ジメチルピペリジニウムカチオンが好ましく、具体的には、N,N-ジメチル-3,5-ジメチルピペリジニウムハイドロオキサイドを用いることが好ましい。また、N,N-ジメチル-3,5-ジメチルピペリジニウムハイドロオキサイドはcis体とtrans体が存在するが、其々の単体を用いてもよく、また、任意の割合で混ざっていてもよい。
N,N-diethyl-2,6-dimethylpiperidinium cation, N,N-dimethyl-9-azoniabicyclo[3.3.1]nonane cation, N,N-dimethyl-2,6-dimethylpiperidinium cation , N-ethyl-N-methyl-2,6-dimethylpiperidinium cation, N,N-diethyl-2-ethylpiperidinium cation, N,N-dimethyl-2-(2-hydroxyethyl)piperidinium cations, N,N-dimethyl-2-ethylpiperidinium cation, N,N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium cation, N-ethyl-N-methyl-2-ethylpiperidinium cation, 2, 6-dimethyl-1-azonium[5.4]decane cation, N-ethyl-N-propyl-2,6-dimethylpiperidinium cation and the like.
Among these, a particularly preferable nitrogen-containing organic structure-directing agent is N,N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium cation, specifically N,N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium cation. Preference is given to using nium hydroxide. In addition, N,N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium hydroxide has cis- and trans-forms, and each of them may be used alone or mixed in an arbitrary ratio. .

AFX型ゼオライトを製造するための窒素含有系有機構造規定剤としてはテトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド(TEAOH)やテトラプロピルアンモニウムハイドロオキサイド(TPAOH)などの公知の各種の物質を使用することができる。また、例えば、1,1’-(1,4-ブタンジイル)ビス(1-アゾニア-4-アザビシクロ[2.2.2]オクタン(以下、DABCOと称す)、N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタ-7-エン-2,3:5,6-ジピロリジニウムヒドロキシド(以下、TEBPOHと称す)、1,3-ジ(1-アダマンチル)イミダゾリウムカチオンなどを用いてもよい。 Various known substances such as tetraethylammonium hydroxide (TEAOH) and tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH) can be used as the nitrogen-containing organic structure-directing agent for producing the AFX-type zeolite. Further, for example, 1,1′-(1,4-butanediyl)bis(1-azonia-4-azabicyclo[2.2.2]octane (hereinafter referred to as DABCO), N,N,N′,N′ -tetraethylbicyclo[2.2.2]oct-7-ene-2,3:5,6-dipyrrolidinium hydroxide (hereinafter referred to as TEBPOH), 1,3-di(1-adamantyl)imidazolium A cation or the like may also be used.

また、AEI型ゼオライトを製造するためのリン含有系有機構造規定剤として、テトラブチルホスホニウム、ジフェニルジメチルホスホニウムのような物質を使用することができる。ただし、リン化合物は、合成されたゼオライトを焼成してOSDAを除去する時に有害物質である五酸化二リンを発生する可能性があるため、AEI型及びAFX型ゼオライトを製造するための有機構造規定剤としては、好ましくは窒素含有系有機構造規定剤である。
有機構造規定剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
Also, substances such as tetrabutylphosphonium and diphenyldimethylphosphonium can be used as phosphorus-containing organic structure-directing agents for producing AEI zeolites. However, phosphorus compounds may generate diphosphorus pentoxide, which is a hazardous substance, when the synthesized zeolite is calcined to remove OSDA. The agent is preferably a nitrogen-containing organic structure-directing agent.
The organic structure-directing agent may be used alone or in combination of two or more.

有機構造規定剤の使用量は、結晶の生成しやすさの観点から、本製造方法で添加される種晶としてのゼオライト以外の原料混合物に含まれるケイ素(Si)に対するモル比で通常0.01以上、好ましくは0.03以上、より好ましくは0.05以上、更に好ましくは0.08以上、より更に好ましくは0.10以上である。また、コストダウンの効果を十分得るために、通常1以下、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.6以下、更に好ましくは0.5以下である。 From the viewpoint of ease of crystal formation, the amount of the organic structure directing agent used is usually 0.01 in terms of molar ratio to silicon (Si) contained in the raw material mixture other than zeolite as a seed crystal added in this production method. Above, it is preferably 0.03 or more, more preferably 0.05 or more, still more preferably 0.08 or more, and still more preferably 0.10 or more. In order to sufficiently obtain the effect of cost reduction, it is usually 1 or less, preferably 0.8 or less, more preferably 0.6 or less, still more preferably 0.5 or less.

<水>
水の使用量は、結晶が生成しやすいという観点から、種晶としてのゼオライト以外の原料混合物に含まれるケイ素(Si)に対するモル比で通常3以上、好ましくは5以上、より好ましくは7以上、更に好ましくは10以上である。この範囲にすると、結晶がより生成しやすく好ましい。また廃液処理にかかるコストダウンの効果を十分得るために、通常50モル以下、好ましくは40以下、より好ましくは30以下、更に好ましくは25以下である。
<Water>
The amount of water used is usually 3 or more, preferably 5 or more, more preferably 7 or more in terms of molar ratio to silicon (Si) contained in the raw material mixture other than the zeolite as the seed crystal, from the viewpoint of easy formation of crystals. It is more preferably 10 or more. This range is preferable because crystals are more likely to form. In order to sufficiently obtain the effect of reducing the cost of waste liquid treatment, it is usually 50 moles or less, preferably 40 moles or less, more preferably 30 moles or less, and even more preferably 25 moles or less.

<種晶>
本発明に用いるAEI型又はAFX型ゼオライトを製造するために原料混合物に種晶としてゼオライトを添加してもよい。本発明で種晶として添加するゼオライトは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
<Seed crystal>
A zeolite may be added as a seed crystal to the raw material mixture in order to produce the AEI-type or AFX-type zeolite used in the present invention. The zeolites added as seed crystals in the present invention may be used singly or in combination of two or more.

種晶の添加量は、種晶として添加するゼオライト以外の原料混合物に含まれるケイ素(Si)がすべてSiOであるとした時のSiOに対して0.1重量%以上であり、また反応をより円滑に進めるために、好ましくは0.5重量%以上、より好ましくは2重量%以上、更に好ましくは3重量%以上、特に好ましくは5重量%以上である。また、本発明で添加する種晶としてのゼオライトの使用量の上限は特に限定されないが、コストダウンの効果を十分得るために通常20重量%以下、好ましくは10重量%以下、より好ましくは8重量%以下、更に好ましくは6重量%以下である。 The amount of seed crystals added is 0.1% by weight or more with respect to SiO2 when all silicon (Si) contained in the raw material mixture other than zeolite added as seed crystals is SiO2 , and the reaction is preferably 0.5% by weight or more, more preferably 2% by weight or more, still more preferably 3% by weight or more, and particularly preferably 5% by weight or more. In addition, although the upper limit of the amount of zeolite used as seed crystals added in the present invention is not particularly limited, it is usually 20% by weight or less, preferably 10% by weight or less, more preferably 8% by weight in order to sufficiently obtain the effect of cost reduction. % or less, more preferably 6 wt % or less.

種晶として添加するゼオライトは、ゼオライトであれば特に限定はされないが、好ましくは結晶構造を構成するbuilding unitにd6rが含まれているもゼオライトであり、特にAEI型、AFT型、AFX型、CHA型、EAB型、EMT型、ERI型、FAU型、GME型、KFI型、LEV型、LTL型、LTN型、MOZ型、MSO型、MWW型、OFF型、SAS型、SAT型、SAV型、SBS型、SBT型、SZR型が好ましく、AEI型、CHA型、FAU型がより好ましい。 The zeolite added as a seed crystal is not particularly limited as long as it is a zeolite, but is preferably a zeolite containing d6r in the building unit constituting the crystal structure, particularly AEI type, AFT type, AFX type, CHA type, EAB type, EMT type, ERI type, FAU type, GME type, KFI type, LEV type, LTL type, LTN type, MOZ type, MSO type, MWW type, OFF type, SAS type, SAT type, SAV type, SBS type, SBT type and SZR type are preferable, and AEI type, CHA type and FAU type are more preferable.

なお、種晶として添加するゼオライトは、水熱合成後に焼成を行っていない未焼成品でも水熱合成後に焼成を行った焼成品でもよいが、ゼオライトが結晶の核としての機能を発現するためにはアルカリに対して溶解しにくい方がよいため、焼成品よりも未焼成品を用いるのが好ましい。ただし、原料混合物中の組成あるいは温度条件によっては、未焼成のゼオライトが溶解せず、結晶の核としての機能を発現できない場合がある。このような場合、溶解性を高くするため焼成によりOSDAを除去したゼオライトを用いるとよい。 The zeolite added as a seed crystal may be an unfired product that has not been fired after hydrothermal synthesis or a fired product that has been fired after hydrothermal synthesis. It is preferable to use an uncalcined product rather than a calcined product because it is preferable that it is difficult to dissolve in an alkali. However, depending on the composition or temperature conditions in the raw material mixture, uncalcined zeolite may not dissolve and may not function as crystal nuclei. In such a case, it is preferable to use zeolite from which OSDA has been removed by calcination in order to increase solubility.

<原料の混合(原料混合物の調製)>
本発明に用いるAEI型及びAFX型ゼオライトの製造方法においては、以上述べた、アルミニウム原子原料、ケイ素原子原料、アルカリ金属原子原料、有機構造規定剤、及び水を混合し、さらに必要に応じて種晶としてゼオライトを添加して十分に混合し、得られた原料混合物を水熱合成する。
これらの原料の混合順序は、特に限定はないが、好ましくはアルカリ溶液を調製した後にケイ素原子原料、アルミニウム原子原料を添加した方がより均一に原料が溶解する点から、水、有機構造規定剤、及びアルカリ金属原子原料を混合してアルカリ溶液を調製した後、ここへアルミニウム原子原料、ケイ素原子原料、種晶の順番で添加して混合することが好ましい。
<Mixing of raw materials (preparation of raw material mixture)>
In the method for producing the AEI-type and AFX-type zeolites used in the present invention, the above-described raw materials for aluminum atoms, silicon atoms, alkali metal atoms, organic structure directing agents, and water are mixed, and if necessary, seeds are mixed. Zeolite is added as crystals and thoroughly mixed, and the obtained raw material mixture is hydrothermally synthesized.
The mixing order of these raw materials is not particularly limited, but it is preferable to add the silicon atom raw material and the aluminum atom raw material after preparing the alkaline solution, since the raw materials are more uniformly dissolved. , and an alkali metal atom source are mixed to prepare an alkaline solution, and then an aluminum atom source, a silicon atom source, and a seed crystal are added in this order and mixed.

なお、原料混合物には、上記のアルミニウム原子原料、ケイ素原子原料、アルカリ金属原子原料、有機構造規定剤、水及び種晶であるゼオライト以外にも、必要に応じてさらに添加剤などが添加されてもよい。そのような添加剤としては、例えば、ゼオライトの合成を助けるための成分となる補助剤、より具体的には酸成分により反応を促進させる補助剤が挙げられる。また、ポリアミンのような金属の安定化剤、又は後述の水熱合成時に触媒として働く銅などの金属なども挙げられる。 In addition to the above aluminum atom source, silicon atom source, alkali metal atom source, organic structure directing agent, water and zeolite as a seed crystal, additives and the like are further added to the raw material mixture as necessary. good too. Such additives include, for example, auxiliary agents that serve as components for assisting synthesis of zeolite, more specifically auxiliary agents that accelerate the reaction with an acid component. In addition, metal stabilizers such as polyamines, and metals such as copper that act as catalysts during hydrothermal synthesis, which will be described later, can also be used.

<熟成>
上記のようにして調製された原料混合物は、調製後直ちに水熱合成してもよいが、高い結晶性を有するゼオライトを得るために、所定の温度条件下で一定時間熟成することが好ましい。特にスケールアップする場合は撹拌性が悪くなり原料の混合状態が不十分となりやすい。そのため一定期間原料を撹拌しながら熟成させることにより、原料をより均一な状態に改善することが好ましい。熟成温度は通常100℃以下、好ましくは95℃以下、より好ましくは90℃以下であり、その下限は特に設けないが、通常0℃以上、好ましくは10℃以上である。熟成温度は熟成中一定でもよいし、段階的又は連続的に変化させてもよい。熟成時間は特に限定されないが、通常2時間以上、好ましくは3時間以上、より好ましくは5時間以上であって、通常30日以下、好ましくは10日以下、さらに好ましくは4日以下である。
<Aging>
The raw material mixture prepared as described above may be hydrothermally synthesized immediately after preparation, but in order to obtain a highly crystalline zeolite, it is preferably aged under predetermined temperature conditions for a certain period of time. Particularly in the case of scale-up, the agitation is deteriorated and the mixing state of the raw materials tends to be insufficient. Therefore, it is preferable to improve the raw material to a more uniform state by aging the raw material while stirring it for a certain period of time. The aging temperature is usually 100° C. or lower, preferably 95° C. or lower, more preferably 90° C. or lower, and although there is no particular lower limit, it is usually 0° C. or higher, preferably 10° C. or higher. The aging temperature may be constant during aging, or may be changed stepwise or continuously. The aging time is not particularly limited, but is usually 2 hours or more, preferably 3 hours or more, more preferably 5 hours or more, and usually 30 days or less, preferably 10 days or less, more preferably 4 days or less.

<水熱合成>
水熱合成は、上記のようにして調製された原料混合物ないしはこれを熟成して得られる水性ゲルを耐圧容器に入れ、自己発生圧力下、又は結晶化を阻害しない程度の気体加圧下で、撹拌下、又は、容器を回転ないしは揺動させながら、或いは静置状態で、所定温度を保持することにより行われる。
<Hydrothermal synthesis>
In the hydrothermal synthesis, the raw material mixture prepared as described above or the aqueous gel obtained by aging it is placed in a pressure vessel and stirred under self-generating pressure or under gas pressure to the extent that crystallization is not hindered. This is carried out by maintaining a predetermined temperature while rotating or rocking the container, or in a stationary state.

水熱合成の際の反応温度は、通常100℃以上であって、好ましくは120℃以上、また、通常230℃以下、好ましくは220℃以下、より好ましくは200℃以下、更に好ましくは190℃以下である。反応時間は特に限定されないが、通常2時間以上、好ましくは3時間以上、より好ましくは5時間以上であって、通常30日以下、好ましくは10日以下、より好ましくは7日以下、更に好ましくは5日以下である。反応温度は反応中一定でもよいし、段階的又は連続的に変化させてもよい。
上記の条件で反応させることにより、目的とするAEI型又はAFX型ゼオライトの収率が向上し、異なるタイプのゼオライトが生成されにくくなる。
The reaction temperature during hydrothermal synthesis is usually 100° C. or higher, preferably 120° C. or higher, and usually 230° C. or lower, preferably 220° C. or lower, more preferably 200° C. or lower, and still more preferably 190° C. or lower. is. Although the reaction time is not particularly limited, it is usually 2 hours or more, preferably 3 hours or more, more preferably 5 hours or more, and usually 30 days or less, preferably 10 days or less, more preferably 7 days or less, and still more preferably 7 days or less. 5 days or less. The reaction temperature may be constant during the reaction, or may be changed stepwise or continuously.
By carrying out the reaction under the above conditions, the yield of the desired AEI-type or AFX-type zeolite is improved, and different types of zeolite are less likely to be produced.

<ゼオライトの回収>
上記の水熱合成後、生成物であるAEI型又はAFX型ゼオライトを、水熱合成反応液より分離する。
得られたゼオライト(以下、「OSDA等含有ゼオライト」と称する。)は細孔内に有機構造規定剤及びアルカリ金属原子の両方又はいずれか一方を含有している。水熱合成反応液からのOSDA等含有ゼオライトの分離方法は特に限定されないが、通常、濾過、デカンテーション、又は直接乾燥等による方法が挙げられる。
<Recovery of Zeolite>
After the above hydrothermal synthesis, the product AEI or AFX zeolite is separated from the hydrothermal synthesis reaction solution.
The obtained zeolite (hereinafter referred to as "OSDA-containing zeolite") contains an organic structure-directing agent and/or an alkali metal atom in pores. The method for separating the zeolite containing OSDA and the like from the hydrothermal synthesis reaction solution is not particularly limited, but methods such as filtration, decantation, or direct drying are usually used.

水熱合成反応液から分離回収したOSDA等含有ゼオライトは、製造時に使用した有機構造規定剤等を除去するために、必要に応じて水洗、乾燥した後、焼成等を行って有機構造規定剤等を含有しないゼオライトを得ることができる。
本発明に用いるAEI型又はAFX型ゼオライトを吸着材として使用するために、以下に述べるようにゼオライトから有機構造規定剤等を除去した後に使用に供するとよい。
The zeolite containing OSDA, etc. separated and recovered from the hydrothermal synthesis reaction solution is washed with water and dried, if necessary, in order to remove the organic structure directing agent, etc. It is possible to obtain a zeolite that does not contain
In order to use the AEI-type or AFX-type zeolite used in the present invention as an adsorbent, the zeolite should be used after removing the organic structure-directing agent and the like as described below.

<OSDA等含有ゼオライトからの有機構造規定剤等の除去>
OSDA含有ゼオライトから有機構造規定剤等を除去するには、製造性の面で焼成により行うことが好ましい。この場合、焼成温度については、好ましくは400℃以上、より好ましくは450℃以上、さらに好ましくは500℃以上であり、好ましくは900℃以下、より好ましくは850℃以下、さらに好ましくは800℃以下である。焼成は大気下で行ってもよいし、不活性ガス下で行ってもよい。不活性ガスとしては、窒素などを用いることができる。
<Removal of organic structure-directing agent, etc. from zeolite containing OSDA, etc.>
In order to remove the organic structure-directing agent and the like from the OSDA-containing zeolite, it is preferable to carry out calcination in terms of manufacturability. In this case, the firing temperature is preferably 400° C. or higher, more preferably 450° C. or higher, still more preferably 500° C. or higher, preferably 900° C. or lower, more preferably 850° C. or lower, further preferably 800° C. or lower. be. Firing may be performed in the atmosphere or under an inert gas. Nitrogen or the like can be used as the inert gas.

上記したAEI型及びAFX型ゼオライトの製造方法では、仕込み組成比を変えることにより、広い範囲のSiO/Alモル比のAEI型及びAFX型ゼオライトを製造することができる。
本発明に用いるAEI型及びAFX型ゼオライトは、上記したようにSiO/Alモル比が3以上15以下となるものであるが、SiO/Alモル比は、鉄担持アルミノシリケートゼオライトにおいて所望されるSiO/Alモル比に応じて調整されるとよい。したがって、本発明に用いるAEI型及びAFX型ゼオライトにおけるSiO/Alモル比は、好ましくは14以下、より好ましくは13以下、更に好ましくは12以下、特に好ましくは11以下である。また、SiO/Alモル比は、好ましくは4以上、より好ましくは5以上である。
In the method for producing AEI-type and AFX-type zeolites described above, AEI-type and AFX-type zeolites having a wide range of SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratios can be produced by changing the charge composition ratio.
The AEI-type and AFX-type zeolites used in the present invention have a SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of 3 or more and 15 or less as described above . It may be adjusted according to the desired SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio in the aluminosilicate zeolite. Therefore, the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio in the AEI-type and AFX-type zeolites used in the present invention is preferably 14 or less, more preferably 13 or less, even more preferably 12 or less, and particularly preferably 11 or less. Also, the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is preferably 4 or more, more preferably 5 or more.

本発明に用いるAEI型及びAFX型ゼオライトの平均一次粒子径は、特に限定されないが、吸着材として用いた時のガス拡散性を高くするために、0.01~10μmが好ましく、より好ましくは0.02~8μm、更に好ましくは0.05~5μmである。なお、本発明における平均一次粒子径とは、一次粒子の粒子径に相当する。平均一次粒子径は、走査型電子顕微鏡による粒子の観察において、粒子径を任意に選択した30個以上の粒子について測定し、その一次粒子の粒子径を平均して求められる。粒子径は粒子の投影面積と等しい面積を持つ円の直径(円相当径)とした。 The average primary particle size of the AEI-type and AFX-type zeolite used in the present invention is not particularly limited. 0.02 to 8 μm, more preferably 0.05 to 5 μm. The average primary particle size in the present invention corresponds to the particle size of primary particles. The average primary particle size is obtained by measuring 30 or more particles with arbitrarily selected particle sizes in observation of particles with a scanning electron microscope and averaging the particle sizes of the primary particles. The particle diameter was defined as the diameter of a circle having an area equal to the projected area of the particle (equivalent circle diameter).

本発明に用いるAEI型及びAFX型ゼオライトの比表面積は、特に限定されないが、細孔内表面に存在する活性点が多くなることから、300~1000m/gが好ましく、より好ましくは350~800m/g、更に好ましくは450~750m/gである。なお、本発明の比表面積は、BET法により測定される。例えば、大倉理研社製の全自動粉体比表面積測定装置(装置名:AMS1000)を用いて、流通式一点法により測定を行うとよい。 The specific surface area of the AEI -type and AFX-type zeolite used in the present invention is not particularly limited. 2 /g, more preferably 450 to 750 m 2 /g. In addition, the specific surface area of the present invention is measured by the BET method. For example, it is preferable to measure by a flow-type one-point method using a fully automatic powder specific surface area measuring device (device name: AMS1000) manufactured by Okura Riken Co., Ltd.

本発明に用いるAEI型及びAFX型ゼオライトの酸量は、好ましくは0.5~3.0mmol/g、より好ましくは0.7~3.0mmol/g、更に好ましく0.9~3.0mmol/g、特に好ましくは1.2~3.0mmol/g、最も好ましくは1.2~2.5mmol/gである。ゼオライトの酸量は、アンモニア吸着量を測定することで求めることができる。 The acid amount of the AEI-type and AFX-type zeolite used in the present invention is preferably 0.5 to 3.0 mmol/g, more preferably 0.7 to 3.0 mmol/g, still more preferably 0.9 to 3.0 mmol/g. g, particularly preferably 1.2-3.0 mmol/g, most preferably 1.2-2.5 mmol/g. The acidity of zeolite can be obtained by measuring the ammonia adsorption amount.

本発明に用いるAEI型又はAFX型ゼオライトのイオン交換能を、アルカリ金属原子原料、あるいはアルミニウム原子原料、ケイ素原子原料、有機構造規定剤、及び本製造方法で添加するゼオライトに含まれるアルカリ金属原子由来のアルカリ金属部分から、H型やNH型に変換して用いることもでき、その方法は公知の技術を採用することができる。例えば、NHNO、NaNOなどアンモニウム塩あるいは塩酸などの酸で、通常、室温から100℃で処理後、水洗する方法などにより行うことができる。 The ion-exchange capacity of the AEI-type or AFX-type zeolite used in the present invention is determined from the alkali metal atom source, the aluminum atom source, the silicon atom source, the organic structure directing agent, and the alkali metal atom contained in the zeolite added in the present production method. can also be used by converting the alkali metal portion of to H-type or NH4 -type, and a known technique can be employed for this method. For example, it can be treated with an ammonium salt such as NH 4 NO 3 or NaNO 3 or an acid such as hydrochloric acid at a temperature ranging from room temperature to 100° C., followed by washing with water.

また、AEI型ゼオライトは、特開2017-81809号公報、米国公開公報2017/0128921号等の方法によっても製造できる。米国公開公報2017/0128921号に記載の製造方法によれば、反応原料に用いる水の量を減らすことで高価な構造規定剤の使用量も少なくすることが可能である。
また、AFX型ゼオライトの製造方法としては、有機構造規定剤にDABCOを用いた米国特許第5194235号、TEBPOHを用いた特開2016-169139号公報、1,3-ジ(1-アダマンチル)イミダゾリウムカチオンを用いた特開2016-147801号公報等に記載の方法に準じて製造することもできる。
In addition, AEI zeolite can also be produced by methods such as those disclosed in JP-A-2017-81809 and US-A-2017/0128921. According to the production method described in US Publication No. 2017/0128921, it is possible to reduce the amount of the expensive structure-directing agent used by reducing the amount of water used as a reaction raw material.
In addition, as a method for producing AFX-type zeolite, US Pat. It can also be produced according to the method described in JP-A-2016-147801 using a cation.

[鉄原料]
上記の鉄を担持するために用いる鉄原料としては、鉄を含む酸化物、水酸化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、塩化物、臭化物等の無機酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩等の有機酸塩などを用いることができる。鉄原料は、1種でも2種以上含まれていてもよい。
[Iron raw material]
Examples of the iron raw material used to support the above iron include oxides containing iron, hydroxides, sulfates, nitrates, phosphates, chlorides, inorganic acid salts such as bromides, acetates, oxalates, Organic acid salts such as citrates can be used. 1 type or 2 types or more may be contained in the iron raw material.

[鉄を担持する方法]
アルミノシリケートゼオライトに鉄を担持させる方法として、具体的には、含浸法、イオン交換法などの方法が挙げられる。イオン交換法は、液相イオン交換法、固相イオン交換法のいずれでもよい。イオン交換法は、例えば、アルミノシリケートゼオライトと鉄原料とを混合することで行えばよい。例えば、液相イオン交換法では、鉄原料を溶解させた溶液にアルミノシリケートゼオライトを混合させることで行えばよい。含浸法としては、スプレードライ法等も可能である。液相イオン交換法、あるいは固相イオン交換法で担持した後に、含浸法による担持を組み合わせてもよい。
[Method for supporting iron]
Specific examples of the method for supporting iron on the aluminosilicate zeolite include an impregnation method, an ion exchange method, and the like. The ion exchange method may be either a liquid phase ion exchange method or a solid phase ion exchange method. The ion exchange method may be performed, for example, by mixing an aluminosilicate zeolite and an iron raw material. For example, the liquid-phase ion exchange method may be carried out by mixing an aluminosilicate zeolite with a solution in which iron raw materials are dissolved. As the impregnation method, a spray drying method or the like is also possible. Supporting by a liquid phase ion exchange method or a solid phase ion exchange method may be combined with supporting by an impregnation method.

[アルミノシリケートゼオライトのカウンターカチオン種]
鉄担持処理がされるアルミノシリケートゼオライトが保有するカウンターカチオンとしては、特に限定はされないが、具体的には、アルカリカチオン、アンモニウムカチオン、及びプロトンが挙げられる。イオン半径の小さいカチオンの方がイオン交換反応は進行しやすいが、プロトンはイオン交換後に液中で酸として存在するとゼオライトの構造を不安定にすることがある。そのため、好ましくはアルカリカチオン、又はアンモニウムカチオンであり、より好ましくはアルカリカチオンである。
アルカリカチオンとしては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属原子のカチオンであれば限定されないが、特に好ましくはナトリウムカチオンである。
[Counter cation species of aluminosilicate zeolite]
The counter cations possessed by the aluminosilicate zeolite to be treated with iron support are not particularly limited, but specific examples include alkali cations, ammonium cations, and protons. Cations with smaller ionic radii facilitate the ion exchange reaction, but protons may destabilize the zeolite structure if they exist as acids in the liquid after ion exchange. Therefore, alkali cations or ammonium cations are preferred, and alkali cations are more preferred.
Alkali cations are not limited as long as they are cations of alkali metal atoms such as lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium, but sodium cations are particularly preferred.

[鉄イオン交換処理]
本発明の窒素酸化物吸着材の製造方法では、好ましくはイオン交換処理、より好ましくは液相イオン交換法により鉄をゼオライトに担持さればよい。ゼオライトに担持する鉄の価数は2価、あるいは3価であることが好ましく、単位鉄量当たりのNO吸着量や高温保持の観点から、2価であることがより好ましい。通常、2価の鉄イオンは容易に酸化されて3価になるため、担持処理において酸化を防止する方法が望まれる。
[Iron ion exchange treatment]
In the method for producing a nitrogen oxide adsorbent of the present invention, iron may be supported on zeolite preferably by an ion exchange treatment, more preferably a liquid phase ion exchange method. The valence of the iron supported on the zeolite is preferably bivalent or trivalent, and more preferably bivalent from the viewpoint of NO adsorption amount per unit amount of iron and high temperature maintenance. Generally, divalent iron ions are easily oxidized to trivalent iron ions, so a method for preventing oxidation in the supporting treatment is desired.

以下、本発明において、鉄を担持するための好ましい処理方法についてより詳細に説明する。本発明の好ましい処理方法は、不活性ガス雰囲気下で、2価の鉄原料を溶解させた溶液にアルミノシリケートゼオライトと酸化防止剤を混合して、鉄担持アルミノシリケートゼオライト得るものである。 Hereinafter, a preferred treatment method for supporting iron in the present invention will be described in more detail. A preferred treatment method of the present invention is to obtain an iron-supporting aluminosilicate zeolite by mixing an aluminosilicate zeolite and an antioxidant with a solution in which a divalent iron raw material is dissolved in an inert gas atmosphere.

<ガス雰囲気>
本発明の好ましい処理方法は、2価の鉄が酸化することを防ぐために、窒素やヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行われる。不活性ガス雰囲気下とすることで、ガス雰囲気は、酸素が存在しない状態となる。不活性ガスは、安価な窒素が好ましい。この際、溶液中に含まれる溶存酸素も2価の鉄を酸化させるため、あらかじめ脱気処理等を行い、溶存酸素を減らしておくことが望ましい。
<Gas Atmosphere>
A preferred treatment method of the present invention is carried out under an inert gas atmosphere such as nitrogen, helium, argon, etc., in order to prevent oxidation of divalent iron. By using an inert gas atmosphere, the gas atmosphere becomes a state in which oxygen does not exist. The inert gas is preferably nitrogen, which is inexpensive. At this time, since the dissolved oxygen contained in the solution also oxidizes the divalent iron, it is desirable to perform a deaeration treatment or the like in advance to reduce the dissolved oxygen.

<鉄原料>
ゼオライトに2価の鉄を担持処理するために用いる鉄原料としては、2価であれば特に限定はされないが、上記した鉄原料のうち、水酸化鉄、塩化鉄、硫酸鉄、硝酸鉄、リン酸鉄、酢酸鉄、シュウ酸鉄等を用いるとよく、好ましくは硫酸鉄、硝酸鉄、より好ましくは硫酸鉄である。ただし、上記イオン交換処理を行う溶液には、2価の鉄原料の機能を阻害しない範囲で、3価の鉄原料が含有されていてもよい。
<Raw material for iron>
The iron raw material used for supporting divalent iron on zeolite is not particularly limited as long as it is divalent, but among the above iron raw materials, iron hydroxide, iron chloride, iron sulfate, iron nitrate, phosphorus Iron acid, iron acetate, iron oxalate and the like may be used, preferably iron sulfate and iron nitrate, more preferably iron sulfate. However, the solution in which the ion exchange treatment is performed may contain a trivalent iron raw material within a range that does not hinder the function of the divalent iron raw material.

上記溶液における2価の鉄原料の濃度は、担持量を増やすためには、通常、ゼオライト中に含まれるAl量に対する、2価の鉄原料のモル比(Fe/Alモル比)で0.1以上であり、より好ましくは0.2以上であり、更に好ましくは0.25以上であり、特に好ましくは0.3以上である。
一方、鉄濃度を一定量以下にすることで、ゼオライト細孔入り口付近で起こるイオン交換の量が抑えられ、細孔内部まで鉄イオンが侵入して、鉄担持量を増加させやすくなる。従って、通常は、ゼオライト中に含まれるAl量に対する、2価の鉄原料のモル比(Fe/Alモル比)で3以下であり、2以下であることが好ましく、1.5以下であることがより好ましく、1.0以下であることが更に好ましく、0.8以下であることが特に好ましく、0.7以下であることがとりわけ好ましく、0.6以下であることが最も好ましい。
The concentration of the divalent iron raw material in the solution is usually 0.1 in terms of the molar ratio (Fe/Al molar ratio) of the divalent iron raw material to the amount of Al contained in the zeolite in order to increase the supported amount. or more, more preferably 0.2 or more, still more preferably 0.25 or more, and particularly preferably 0.3 or more.
On the other hand, by reducing the iron concentration to a certain level or less, the amount of ion exchange that occurs near the zeolite pore entrance is suppressed, and iron ions penetrate into the pores, making it easier to increase the amount of iron carried. Therefore, the molar ratio of the divalent iron raw material (Fe/Al molar ratio) to the amount of Al contained in the zeolite is usually 3 or less, preferably 2 or less, and 1.5 or less. is more preferably 1.0 or less, particularly preferably 0.8 or less, particularly preferably 0.7 or less, and most preferably 0.6 or less.

<酸化防止剤>
本処理方法では、溶液中に酸化防止剤を添加することで、2価の鉄がより酸化しにくくなる。用いる酸化防止剤としては、アスコルビン酸(ビタミンC)、トコフェロール(ビタミンE)、ジブチルヒドロキシトルエン、ブチルヒドロキシアニソール、エリソルビン酸ナトリウム、没食子酸プロピル、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、ピロ亜硫酸カリウム、二酸化硫黄、クロロゲン酸、カテキン等が好ましく、アスコルビン酸(ビタミンC)、トコフェロール(ビタミンE)がより好ましく、アスコルビン酸(ビタミンC)が更に好ましい。
<Antioxidant>
In this treatment method, by adding an antioxidant to the solution, the divalent iron becomes more resistant to oxidation. Antioxidants used include ascorbic acid (vitamin C), tocopherol (vitamin E), dibutylhydroxytoluene, butylhydroxyanisole, sodium erythorbate, propyl gallate, sodium sulfite, potassium sulfite, potassium pyrosulfite, sulfur dioxide, and chlorogen. Acids, catechins and the like are preferred, ascorbic acid (vitamin C) and tocopherol (vitamin E) are more preferred, and ascorbic acid (vitamin C) is even more preferred.

イオン交換処理において酸化防止剤を使用する場合、2価の鉄原料に対する酸化防止剤のモル比で、通常1以上であるが、より酸化を防止する観点からは酸化防止剤の量を増やす方がよく、2以上がより好ましく、3以上が更に好ましく、5以上が特に好ましく、7以上がとりわけ好ましく、8以上が最も好ましい。一方、酸化防止剤の添加量が多すぎると原料コストが高くなるため、通常は2価の鉄原料に対する酸化防止剤のモル比で100以下が好ましく、50以下がより好ましく、20以下が更に好ましく、15以下が特に好ましく、13以下がとりわけ好ましく、11以下が最も好ましい。 When an antioxidant is used in the ion exchange treatment, the molar ratio of the antioxidant to the divalent iron raw material is usually 1 or more, but from the viewpoint of further preventing oxidation, it is better to increase the amount of the antioxidant. Well, 2 or more is more preferable, 3 or more is more preferable, 5 or more is particularly preferable, 7 or more is particularly preferable, and 8 or more is most preferable. On the other hand, if the amount of the antioxidant added is too large, the raw material cost will increase, so the molar ratio of the antioxidant to the divalent iron raw material is usually preferably 100 or less, more preferably 50 or less, and even more preferably 20 or less. , 15 or less are particularly preferred, 13 or less are particularly preferred, and 11 or less are most preferred.

<溶媒>
上記処理方法において使用する溶媒は、イオン交換する塩(すなわち、鉄原料)が溶解すれば水であっても有機溶媒であってもよいが、通常は水が好ましい。
用いる溶媒の量は、ゼオライトに対する重量比で設定すればよい。一般的には溶媒の量が少ない方がイオン交換処理後の廃液量が少なくて済むため、ゼオライトに対する重量比で1000以下が好ましく、500以下がより好ましく、250以下がより好ましく、200以下が更に好ましく、150以下が特に好ましく、120以下が最も好ましい。一方、溶媒の量が少なすぎると撹拌性が悪くなり均一なイオン交換が困難となるため、通常はゼオライトに対する重量比で1以上であり、好ましくは5以上であり、より好ましくは10以上であり、更に好ましくは25以上であり、特に好ましくは50以上であり、とりわけ好ましくは80以上であり、最も好ましくは100以上である。
<Solvent>
The solvent used in the above treatment method may be either water or an organic solvent as long as the ion-exchange salt (that is, iron raw material) is dissolved therein, but water is usually preferred.
The amount of solvent to be used may be set in terms of weight ratio to zeolite. In general, the smaller the amount of solvent, the smaller the amount of waste liquid after ion exchange treatment, so the weight ratio to zeolite is preferably 1000 or less, more preferably 500 or less, more preferably 250 or less, and even more preferably 200 or less. 150 or less is particularly preferred, and 120 or less is most preferred. On the other hand, if the amount of the solvent is too small, the stirrability will deteriorate and uniform ion exchange will become difficult. , more preferably 25 or more, particularly preferably 50 or more, particularly preferably 80 or more, most preferably 100 or more.

<イオン交換処理温度>
イオン交換率は処理温度と処理時間等の因子によって決まる。また、イオン交換処理温度は、2価の鉄を酸化されにくくする観点から低くしたほうがよい。これら観点から、イオン交換処理は、通常、150℃以下で行われ、100℃以下が好ましく、80℃以下が更に好ましく、60℃以下がより好ましく、50℃以下が特に好ましく、40℃以下が最も好ましい。一方、温度を高くすることでイオン交換反応速度が早くなりイオン交換を短時間で行えるようになる。従って、通常は0℃以上で行われるが、5℃以上が好ましく、10℃以上がより好ましく15℃以上が更に好ましく、20℃以上が特に好ましい。
<Ion exchange treatment temperature>
The ion exchange rate is determined by factors such as treatment temperature and treatment time. Also, the ion exchange treatment temperature should be lowered from the viewpoint of making the divalent iron less susceptible to oxidation. From these viewpoints, the ion exchange treatment is usually performed at 150° C. or lower, preferably 100° C. or lower, more preferably 80° C. or lower, more preferably 60° C. or lower, particularly preferably 50° C. or lower, and most preferably 40° C. or lower. preferable. On the other hand, by increasing the temperature, the ion exchange reaction rate is increased, and ion exchange can be performed in a short time. Therefore, the temperature is usually 0° C. or higher, preferably 5° C. or higher, more preferably 10° C. or higher, even more preferably 15° C. or higher, and particularly preferably 20° C. or higher.

[イオン交換処理時間]
イオン交換処理は通常10分から48時間程度行えばよく、これらの処理条件は、用いる鉄原料、水量、温度、溶媒種に応じて適宜設定すればよい。
[Ion exchange treatment time]
The ion-exchange treatment may normally be carried out for about 10 minutes to 48 hours, and these treatment conditions may be appropriately set according to the iron raw material, amount of water, temperature, and type of solvent used.

イオン交換処理は繰り返し処理を行うことによりイオン交換率が高くなるため、イオン交換処理の回数は特に限定されることはなく、目的とする効果が得られるまで処理を繰り返してもよい。
イオン処理後のゼオライトは、濾過、あるいは遠心分離によりゼオライトとイオン交換処理液を分離し、水洗を行った後、乾燥させても良い。
Since the ion exchange rate increases as the ion exchange treatment is repeated, the number of ion exchange treatments is not particularly limited, and the treatment may be repeated until the intended effect is obtained.
The ion-treated zeolite may be filtered or centrifuged to separate the zeolite from the ion-exchanged liquid, washed with water, and then dried.

さらに、鉄が担持されたアルミノシリケートゼオライトは、焼成してもよい。上記イオン交換処理によりイオン交換処理原料由来の残存物がゼオライト細孔内に存在し、細孔を閉塞していることがあるため、そのような場合には焼成することにより、イオン交換処理後の残存物を除去できる。また、焼成を行うことにより、ゼオライトの骨格構造に担持させた金属の分散性を高めることができ、吸着能力の向上に有効である。
焼成温度は、好ましくは300℃~900℃、より好ましくは350℃~800℃、さらに好ましくは400℃~700℃である。また、焼成は、1秒~24時間、好ましくは10秒~8時間、さらに好ましくは30分~4時間程度行うとよい。さらに、2価の鉄を担持した場合は、不活性雰囲気下で焼成処理を行うとよい。
Furthermore, the iron-supported aluminosilicate zeolite may be calcined. Due to the above ion exchange treatment, residual substances derived from the ion exchange treatment raw material may exist in the zeolite pores and block the pores. Residues can be removed. In addition, the calcination can enhance the dispersibility of the metal supported on the zeolite skeleton structure, which is effective in improving the adsorption capacity.
The firing temperature is preferably 300°C to 900°C, more preferably 350°C to 800°C, still more preferably 400°C to 700°C. Further, the baking is preferably carried out for 1 second to 24 hours, preferably 10 seconds to 8 hours, more preferably 30 minutes to 4 hours. Furthermore, when divalent iron is supported, it is preferable to carry out a calcination treatment in an inert atmosphere.

鉄担持アルミノシリケートゼオライトの製造方法は、上記方法に限定されずに、直接合成により製造されてもよい。具体的には、水熱合成前の原料混合物やそれを熟成して得られたゲルにさらに鉄原料を加え、その原料混合物を水熱合成することで鉄担持アルミノシリケートゼオライトを得てもよい。直接合成は、従来公知の方法により行ってもよく、例えば、国際公開2017/134001号などに開示される方法に準じて行ってもよい。 The method for producing the iron-supporting aluminosilicate zeolite is not limited to the above method, and it may be produced by direct synthesis. Specifically, an iron-supporting aluminosilicate zeolite may be obtained by further adding an iron raw material to a raw material mixture before hydrothermal synthesis or a gel obtained by aging it, and hydrothermally synthesizing the raw material mixture. Direct synthesis may be performed by a conventionally known method, for example, according to the method disclosed in International Publication No. 2017/134001.

[窒素酸化物吸着材]
本発明の窒素酸化物吸着材は、上記鉄担持アルミノシリケートゼオライト単体からなるものでもよいが、鉄担持アルミノシリケートゼオライトに加え、例えばシリカ、アルミナ、粘土鉱物等のバインダーを含んでもよい。
窒素酸化物吸着材は、鉄担持アルミノシリケートゼオライトに必要に応じてバインダーなどが加えられたうえで、造粒され、また所定の形状に成形されたものでもよいし、例えば塗布法によって得られてもよい。また、窒素酸化物吸着材は、好ましくはハニカム状である。
[Nitrogen oxide adsorbent]
The nitrogen oxide adsorbent of the present invention may consist of the iron-supporting aluminosilicate zeolite alone, but may also contain a binder such as silica, alumina, or clay mineral in addition to the iron-supporting aluminosilicate zeolite.
The nitrogen oxide adsorbent may be obtained by adding a binder or the like to iron-supporting aluminosilicate zeolite as necessary, granulating it, and molding it into a predetermined shape, or it may be obtained by, for example, a coating method. good too. Also, the nitrogen oxide adsorbent is preferably honeycomb-shaped.

本発明の窒素酸化物吸着材を塗布法によって作製する場合、通常、鉄担持アルミノシリケートゼオライトとシリカ、アルミナ等の無機バインダーとを混合し、スラリーを作製し、コージェライト等の無機物で作製された基材の表面に塗布し、焼成することにより作製されるとよい。この際、好ましくはハニカム形状の基材に塗布することにより、ハニカム状の窒素酸化物吸着材を得ることができる。なお、ここでは後述する排ガス浄化用吸着材を例にして説明しているため無機バインダーを用いているが、用途や使用条件によっては有機バインダーを用いてもよいことは言うまでもない。 When the nitrogen oxide adsorbent of the present invention is produced by a coating method, usually, an iron-supporting aluminosilicate zeolite and an inorganic binder such as silica or alumina are mixed to prepare a slurry, which is prepared from an inorganic material such as cordierite. It is preferably produced by applying it to the surface of the substrate and baking it. At this time, a honeycomb-shaped nitrogen oxide adsorbent can be obtained by preferably applying it to a honeycomb-shaped substrate. Here, an inorganic binder is used because an exhaust gas purifying adsorbent, which will be described later, is used as an example, but it is needless to say that an organic binder may be used depending on the application and conditions of use.

また、本発明の窒素酸化物吸着材の成形体は、例えば、鉄担持アルミノシリケートゼオライトをシリカ、アルミナ等の無機バインダー、又はアルミナ繊維、ガラス繊維等の無機繊維と混練し、押出法や圧縮法等で成形を行い、引き続き焼成を行うことで得ることができる。好ましくはこの際にハニカム形状に成形することにより、ハニカム状の窒素酸化物吸着材を得ることができる。 Further, the molded article of the nitrogen oxide adsorbent of the present invention can be obtained, for example, by kneading an iron-supporting aluminosilicate zeolite with an inorganic binder such as silica or alumina, or an inorganic fiber such as alumina fiber or glass fiber, followed by an extrusion method or a compression method. It can be obtained by carrying out molding using a method such as the above, followed by firing. Preferably, at this time, a honeycomb-shaped nitrogen oxide adsorbent can be obtained by molding into a honeycomb shape.

[窒素酸化物吸着材の用途]
本発明の窒素酸化物吸着材は、窒素酸化物を吸着する吸着材として用いるもので、好ましくは排ガス浄化用吸着材、より好ましくは自動車排ガス浄化用吸着材として用いる。本発明の窒素酸化物吸着材は、例えば排ガスに含まれる窒素酸化物を吸着する吸着材として有効である。
[Use of nitrogen oxide adsorbent]
The nitrogen oxide adsorbent of the present invention is used as an adsorbent for adsorbing nitrogen oxides, preferably as an exhaust gas purifying adsorbent, more preferably as an automobile exhaust gas purifying adsorbent. The nitrogen oxide adsorbent of the present invention is effective, for example, as an adsorbent for adsorbing nitrogen oxides contained in exhaust gas.

本発明の窒素酸化物吸着材は、例えば、排ガス浄化システムに使用される。排ガス浄化システムは、例えば自動車の排ガスを浄化するシステムである。排ガス浄化システムは、本発明の窒素酸化物吸着材と、窒素酸化物還元触媒とを備え、排ガスの排出経路において、窒素酸化物吸着材が、窒素酸化物還元触媒の上流に配置されることが好ましい。
また、窒素酸化物還元触媒は、還元剤により窒素酸化物を還元する、選択還元型触媒(以下、「SCR触媒」という)であることが好ましく、このときの還元剤としてはアンモニアなどが挙げられる。
SCR触媒を使用した排ガス浄化システムは、還元剤を供給する還元剤供給部を有し、還元剤供給部より還元剤がSCR触媒に供給される。還元剤供給部は、公知の手段によりSCR触媒に還元剤を供給すればよく、例えば還元剤を噴霧してSCR触媒に供給するとよい。また、供給される還元剤は、アンモニアそのものでもよいが、アンモニアを生成可能な化合物でもよい。アンモニアを生成可能な化合物としては尿素が挙げられる。
The nitrogen oxide adsorbent of the present invention is used, for example, in an exhaust gas purification system. Exhaust gas purification systems are systems for purifying exhaust gases from automobiles, for example. An exhaust gas purification system includes the nitrogen oxide adsorbent of the present invention and a nitrogen oxide reduction catalyst, and the nitrogen oxide adsorbent may be arranged upstream of the nitrogen oxide reduction catalyst in the exhaust gas discharge path. preferable.
Further, the nitrogen oxide reduction catalyst is preferably a selective reduction catalyst (hereinafter referred to as "SCR catalyst") that reduces nitrogen oxides with a reducing agent, and the reducing agent in this case includes ammonia and the like. .
An exhaust gas purification system using an SCR catalyst has a reducing agent supply section that supplies a reducing agent, and the reducing agent is supplied to the SCR catalyst from the reducing agent supply section. The reducing agent supply unit may supply the reducing agent to the SCR catalyst by a known means, for example, spray the reducing agent and supply it to the SCR catalyst. Further, the supplied reducing agent may be ammonia itself, or may be a compound capable of generating ammonia. Compounds capable of generating ammonia include urea.

SCR触媒としては、公知のSCR触媒を使用可能であり、特に限定されないが、例えば、ゼオライトにSi及びAl以外の金属を含有させた触媒が挙げられる。SCR触媒に使用される金属元素としては遷移金属が好ましく、中でも、鉄(Fe)、コバルト(Co)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、セリウム(Ce)、ランタン(La)、プラセオジム(Pr)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)等の中の群から選ばれることがより好ましい。 As the SCR catalyst, a known SCR catalyst can be used, and it is not particularly limited, but examples thereof include a catalyst in which zeolite contains metals other than Si and Al. As the metal element used in the SCR catalyst, transition metals are preferred. ), gold (Au), cerium (Ce), lanthanum (La), praseodymium (Pr), titanium (Ti), zirconium (Zr) and the like.

本発明の窒素酸化物吸着材は,排ガスの温度が低温域(例えば、150℃未満)であると、排ガス中の窒素酸化物を吸着させる。また、排ガスの温度が高温域(例えば、150℃以上)である場合には、その高温の排ガスによって、吸着材に吸着されていた窒素酸化物が脱離させられる。一方で、SCR触媒は、高温域(例えば、150℃以上)にて窒素酸化物を還元剤により還元できる触媒である。なお、一般的に排ガスは、運転初期には低温であるが、運転開始から一定時間経過すると高温となる。 The nitrogen oxide adsorbent of the present invention adsorbs nitrogen oxides in exhaust gas when the temperature of the exhaust gas is in a low temperature range (for example, less than 150°C). Moreover, when the temperature of the exhaust gas is in a high temperature range (for example, 150° C. or higher), the nitrogen oxides adsorbed on the adsorbent are desorbed by the high temperature exhaust gas. On the other hand, the SCR catalyst is a catalyst that can reduce nitrogen oxides with a reducing agent in a high temperature range (for example, 150° C. or higher). In general, the exhaust gas is at a low temperature at the beginning of operation, but becomes high temperature after a certain period of time has passed since the start of operation.

したがって、本排ガス処理システムにおいては、低温の排ガスが排出され、窒素酸化物吸着材を通過するときには、排ガスに含まれる窒素酸化物は、窒素酸化物吸着材にて吸着され、それにより排ガスの窒素酸化物の量が低減される。
一方で、高温の排ガスが排出され、窒素酸化物吸着材を通過するときには、窒素酸化物吸着材では窒素酸化物が吸着されず、さらには、吸着されていた窒素酸化物が脱離される。したがって、脱離された窒素酸化物も含む排ガスが、窒素酸化物吸着材からSCR触媒に送られる。SCR触媒では、排ガス中に含有される窒素酸化物が、還元剤によって窒素などに還元される。これにより、本排ガス処理システムは、排ガスが高温時のときも排ガスに含まれる窒素酸化物を低減することが可能になる。
また、排ガスは、例えば600℃以上の温度となることがあるが、本発明の窒素酸化物吸着材は、高い耐熱性を有する。したがって、窒素酸化物吸着材は、長期間性能を低下させることなく、高い吸着性能を長期間にわたって維持できる。
Therefore, in this exhaust gas treatment system, when low-temperature exhaust gas is discharged and passes through the nitrogen oxide adsorbent, the nitrogen oxides contained in the exhaust gas are adsorbed by the nitrogen oxide adsorbent, thereby reducing the nitrogen content of the exhaust gas. The amount of oxides is reduced.
On the other hand, when high-temperature exhaust gas is discharged and passes through the nitrogen oxide adsorbent, the nitrogen oxide adsorbent does not adsorb the nitrogen oxides, and the adsorbed nitrogen oxides are desorbed. Therefore, the exhaust gas, which also contains desorbed nitrogen oxides, is sent from the nitrogen oxide adsorbent to the SCR catalyst. In the SCR catalyst, nitrogen oxides contained in the exhaust gas are reduced to nitrogen or the like by a reducing agent. As a result, the present exhaust gas treatment system can reduce nitrogen oxides contained in the exhaust gas even when the exhaust gas is at a high temperature.
Moreover, the exhaust gas may reach a temperature of, for example, 600° C. or higher, but the nitrogen oxide adsorbent of the present invention has high heat resistance. Therefore, the nitrogen oxide adsorbent can maintain high adsorption performance over a long period of time without deteriorating performance over a long period of time.

なお、排ガス処理システムは、上記した窒素酸化物吸着材と、窒素酸化物還元触媒以外にも排ガス中の汚染物質を浄化できる各種の浄化手段を有してもよい。具体的には、排ガスに含まれる微粒子を除去するパーティクルフィルター、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)などを酸化するための酸化触媒などが挙げられる。また、排ガス処理システムは、窒素酸化物還元触媒にて使用されなかったアンモニアなどの還元剤を酸化させる還元剤スリップ触媒などを有してもよい。
パーティクルフィルターの配置位置は特に限定されないが、例えば、窒素酸化物吸着材の下流に設けられ、窒素酸化物吸着材と窒素酸化物還元触媒の間に配置されてもよいし、窒素酸化物還元触媒のさらに下流に配置されてもよいし、窒素酸化物吸着材の上流に配置されてもよい。酸化触媒も、窒素酸化物吸着材の下流に配置されてもよいし、上流に配置されてもよい。また、還元剤スリップ触媒は、窒素酸化物還元触媒の下流に配置されるとよい。
さらに、本発明の窒素酸化物吸着材は、パーティクルフィルターなどのフィルターに担持させてもよいし、他の触媒と混合して使用してもよい。例えば、酸化触媒と混合させて使用してもよい。
The exhaust gas treatment system may have various purifying means capable of purifying pollutants in the exhaust gas in addition to the nitrogen oxide adsorbent and the nitrogen oxide reducing catalyst described above. Specific examples include a particle filter for removing fine particles contained in exhaust gas, an oxidation catalyst for oxidizing carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and the like. The exhaust gas treatment system may also have a reducing agent slip catalyst or the like that oxidizes the reducing agent such as ammonia that has not been used in the nitrogen oxide reduction catalyst.
The arrangement position of the particle filter is not particularly limited. or upstream of the nitrogen oxide adsorbent. An oxidation catalyst may also be placed downstream or upstream of the nitrogen oxide adsorbent. Also, the reducing agent slip catalyst may be arranged downstream of the nitrogen oxide reduction catalyst.
Furthermore, the nitrogen oxide adsorbent of the present invention may be supported on a filter such as a particle filter, or may be used by mixing with other catalysts. For example, it may be used by mixing with an oxidation catalyst.

上記排ガスには窒素酸化物以外の成分が含まれていてもよく、例えば炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素、酸素、硫黄酸化物、水が含まれていてもよい。
また、窒素酸化物吸着材は、ディーゼル自動車、ガソリン自動車などの自動車以外にも、定置発電装置、船舶、農業機械、建設機械、二輪車、航空機用の各種ディーゼルエンジン、ボイラー、ガスタービン等から排出される多種多様な排ガスを処理するための吸着材として使用すればよい。
The exhaust gas may contain components other than nitrogen oxides, such as hydrocarbons, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, nitrogen, oxygen, sulfur oxides, and water.
In addition to automobiles such as diesel and gasoline vehicles, nitrogen oxide adsorbents are also emitted from stationary generators, ships, agricultural machinery, construction machinery, motorcycles, various diesel engines for aircraft, boilers, and gas turbines. It can be used as an adsorbent for treating a wide variety of exhaust gases.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り以下の実施例により何ら限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited by the following examples as long as the gist thereof is not exceeded.

〔分析・評価〕
以下の実施例及び比較例において得られたゼオライトの分析及び性能評価は以下の方法により行った。
[Analysis/Evaluation]
Analysis and performance evaluation of the zeolites obtained in the following examples and comparative examples were performed by the following methods.

[粉末XRDの測定]
<試料の調製>
めのう乳鉢を用いて人力で粉砕したゼオライト試料約100mgを同一形状のサンプルホルダーを用いて試料量が一定となるようにした。
<装置仕様及び測定条件>
粉末XRD測定装置仕様及び測定条件は以下の通りである。
[Measurement of powder XRD]
<Sample preparation>
About 100 mg of a zeolite sample manually pulverized using an agate mortar was placed in a sample holder of the same shape so that the amount of the sample was constant.
<Equipment specifications and measurement conditions>
The powder XRD measurement device specifications and measurement conditions are as follows.

Figure 0007234765000001
Figure 0007234765000001

[ゼオライト組成の分析]
標準試料であるゼオライト中のケイ素原子とアルミニウム原子含有量の元素分析は以下の通りとした。
ゼオライト試料を塩酸水溶液で加熱溶解させた後、ICP分析によりケイ素原子、アルミニウム原子の含有量(重量%)を求めた。そして、標準試料中の分析元素の蛍光X線強度と分析元素の原子濃度との検量線を作成した。この検量線により、蛍光X線分析法(XRF)でゼオライト試料中のケイ素原子、及びアルミニウム原子の含有量(重量%)を求めた。ICP分析は、株式会社堀場製作所製 装置名:ULTIMA 2Cを用いて行った。XRFは、株式会社島津製作所製 装置名:EDX-700を用いて行った。
[Analysis of zeolite composition]
The elemental analysis of the content of silicon atoms and aluminum atoms in the zeolite standard sample was carried out as follows.
After the zeolite sample was heated and dissolved in an aqueous solution of hydrochloric acid, the contents (% by weight) of silicon atoms and aluminum atoms were determined by ICP analysis. Then, a calibration curve was prepared between the fluorescent X-ray intensity of the analytical element in the standard sample and the atomic concentration of the analytical element. Based on this calibration curve, the content (% by weight) of silicon atoms and aluminum atoms in the zeolite sample was determined by X-ray fluorescence analysis (XRF). The ICP analysis was performed using an apparatus name: ULTIMA 2C manufactured by Horiba, Ltd. XRF was performed using an apparatus name: EDX-700 manufactured by Shimadzu Corporation.

[Fe含有量の測定]
ゼオライト試料をフッ酸水溶液で処理後、さらに塩酸水溶液で加熱溶解させた後、誘導結合プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)発光分光分析によりFe原子の含有量を求めた。
[Measurement of Fe content]
After the zeolite sample was treated with an aqueous hydrofluoric acid solution and then heated and dissolved in an aqueous hydrochloric acid solution, the content of Fe atoms was determined by inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.

[NO吸着量と脱離温度の測定]
NO-TPDを用いて、以下の条件で窒素酸化物吸着材に吸着させた窒素酸化物(NO)を脱離させて、吸着したNOの温度に対する脱離挙動を確認するとともに、窒素酸化物吸着材に対するNO吸着量を求めた。
[Measurement of NO adsorption amount and desorption temperature]
Using NO-TPD, nitrogen oxides (NO) adsorbed on the nitrogen oxide adsorbent were desorbed under the following conditions, and the desorption behavior of the adsorbed NO with respect to temperature was confirmed, and nitrogen oxide adsorption was performed. The amount of NO adsorbed on the material was determined.

(測定条件)
前処理条件 :500℃、0.5時間、Air雰囲気下
NO吸着条件:50℃、1%NO/He
NO吸着時間:30分
昇温速度 :10K/℃(He雰囲気下)
脱離温度範囲:50℃~600℃
(Measurement condition)
Pretreatment conditions: 500°C, 0.5 hours, NO adsorption conditions in air atmosphere: 50°C, 1% NO/He
NO adsorption time: 30 minutes Heating rate: 10 K/°C (under He atmosphere)
Desorption temperature range: 50°C to 600°C

[イオン交換率]
イオン交換率は、上記ゼオライト組成分析により得られたケイ素原子とアルミニウム原子含有量、及びFe含有量の測定結果より、ゼオライトに担持される金属の金属イオン原子数、及び金属イオン価数、さらにはゼオライト中の酸点の数を求めて、以下の式1により算出した。
式1:(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
[Ion exchange rate]
The ion exchange rate is determined by the number of metal ion atoms of the metal supported on the zeolite, the number of metal ion valences, and further The number of acid sites in the zeolite was obtained and calculated by the following formula 1.
Formula 1: (Number of metal ion atoms) x (metal ion valence) / (number of acid sites in the catalyst support) x 100

〔ゼオライトの合成〕
[実施例1]
1.1gの水と、有機構造規定剤(OSDA)として13.6gのN,N-ジメチル-3,5-ジメチルピペリジニウムハイドロオキサイド20%水溶液(シス体とトランス体の混合物)(セイケム社製)と、0.3gのNaOH(和光純薬製)を混合したものに、アモルファスAl(OH)(Al53.5重量%含有、Aldrich社製)0.4gを加えて撹拌し、溶解させて透明溶液とした。これにスノーテックス40(シリカ(SiO)濃度:40重量%、日産化学社製)5.9gを加えて室温で5分間撹拌した後、0.1gの未焼成品のCHA型ゼオライト(SiO/Alモル比=22)を添加し、室温で2時間撹拌して原料混合物を得た。
[Synthesis of Zeolite]
[Example 1]
1.1 g of water and 13.6 g of N,N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium hydroxide 20% aqueous solution (mixture of cis and trans isomers) as an organic structure directing agent (OSDA) (Sechem Co., Ltd.) ) and 0.3 g of NaOH (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.4 g of amorphous Al(OH) 3 (containing 53.5% by weight of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) is added and stirred. and dissolved to give a clear solution. After adding 5.9 g of Snowtex 40 (silica (SiO 2 ) concentration: 40% by weight, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) and stirring at room temperature for 5 minutes, 0.1 g of uncalcined CHA-type zeolite (SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio=22) was added and stirred at room temperature for 2 hours to obtain a raw material mixture.

この原料混合物を耐圧容器に入れ、180℃のオーブン中で回転させながら(15rpm)、1日間水熱合成を行った。この水熱合成反応後、反応液を冷却して、濾過により生成した結晶を回収した。回収した結晶を100℃で12時間乾燥した後、得られたゼオライト粉のXRDを測定したところ、図1に示すようなXRDパターンを示すAEI型ゼオライト1を合成することができたことが確認された。次にゼオライト中の有機物を除去するために、AEI型ゼオライト1を580℃の空気気流下で6時間焼成し、AEI型ゼオライト2を得た。XRF分析によるAEI型ゼオライト2のSiO/Alモル比は10であった。 This raw material mixture was placed in a pressure vessel, and hydrothermal synthesis was performed for 1 day while rotating (15 rpm) in an oven at 180°C. After this hydrothermal synthesis reaction, the reaction solution was cooled and the crystals produced were collected by filtration. After drying the collected crystals at 100° C. for 12 hours, the XRD of the obtained zeolite powder was measured. rice field. Next, in order to remove organic substances in the zeolite, AEI zeolite 1 was calcined at 580° C. for 6 hours under an air stream to obtain AEI zeolite 2. The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of AEI zeolite 2 was 10 by XRF analysis.

〔Fe担持処理〕
Feを担持するためのイオン交換処理液として、以下の割合で硫酸鉄(II)7水和物、AEI型ゼオライト2、アスコルビン酸を含む水溶液を用意した。
硫酸鉄(II)7水和物:AEI型ゼオライト2:HO=x:0.25:25(重量比、なお、xはFe/Alが下記のモル比となるように調整された量である。xは以下も同じ意味である。)
Fe/Al=0.2
アスコルビン酸:硫酸鉄(II)=10mol:1mol
窒素雰囲気下、室温(23℃)で24時間撹拌してイオン交換を行い、次いで、遠心分離による濾過を行った後、洗浄、乾燥して鉄担持AEI型ゼオライトからなる窒素酸化物吸着材1を得た。XRF分析によるSiO/Alモル比は10であり、ICPによるFe担持量は1.8重量%だった。
[Fe carrying treatment]
An aqueous solution containing iron (II) sulfate heptahydrate, AEI zeolite 2, and ascorbic acid in the following proportions was prepared as an ion-exchange treatment liquid for supporting Fe.
Iron (II) sulfate heptahydrate: AEI zeolite 2: H 2 O = x: 0.25: 25 (weight ratio, where x is an amount adjusted so that Fe/Al has the following molar ratio and x has the same meaning below.)
Fe/Al=0.2
Ascorbic acid: iron (II) sulfate = 10 mol: 1 mol
Under a nitrogen atmosphere, ion exchange is performed by stirring at room temperature (23° C.) for 24 hours, followed by filtration by centrifugation, washing and drying to obtain a nitrogen oxide adsorbent 1 made of iron-supporting AEI zeolite. Obtained. The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio by XRF analysis was 10, and the amount of Fe supported by ICP was 1.8% by weight.

[実施例2]
ゼオライトへのFe担持処理において、Fe/Al=0.3の条件で処理する以外は実施例1と同じ方法によって鉄担持AEI型ゼオライトからなる窒素酸化物吸着材2を製造した。製造された鉄担持AEI型ゼオライトは、XRF分析によるSiO/Alモル比が10であり、ICPによるFe担持量は2.7重量%であった。
[Example 2]
A nitrogen oxide adsorbent 2 composed of iron-supporting AEI zeolite was produced in the same manner as in Example 1, except that in the treatment for supporting Fe on zeolite, the treatment was performed under the condition of Fe/Al=0.3. The produced iron-supporting AEI zeolite had a SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of 10 by XRF analysis, and an Fe-supporting amount of 2.7% by weight by ICP.

[実施例3]
31.4gの水と、有機構造規定剤(OSDA)として28.7gのDABCO17重量%水溶液(セイケム社製)と、0.7gのNaOH(和光純薬製)と、27.5gの水ガラス3号(WAKO社製)を混合したものに、NaY-5(SiO/Alモル比=5:日揮触媒化成社製)2.5gを加えて室温で2時間撹拌して原料混合物を得た。
[Example 3]
31.4 g of water, 28.7 g of DABCO 17% by weight aqueous solution (manufactured by Seichem Co., Ltd.) as an organic structure directing agent (OSDA), 0.7 g of NaOH (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), and 27.5 g of water glass 3 (manufactured by WAKO), 2.5 g of NaY-5 (SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio = 5: manufactured by Nikki Shokubai Kasei Co., Ltd.) is added and stirred at room temperature for 2 hours to form a raw material mixture. Obtained.

この原料混合物を耐圧容器に入れ、150℃のオーブン中で回転させながら(15rpm)、3日間水熱合成を行った。この水熱合成反応後、反応液を冷却して、濾過により生成した結晶を回収した。回収した結晶を100℃で12時間乾燥した後、得られたゼオライト粉のXRDを測定したところ、図2に示すようなXRDパターンを示すAFX型のゼオライト1を合成することができたことが確認された。次にゼオライト中の有機物を除去するために、AFX型ゼオライト1を500℃の空気気流下で6時間焼成し、AFX型ゼオライト2を得た。XRF分析によるAFX型ゼオライト2のSiO/Alモル比は8であった。 This raw material mixture was placed in a pressure vessel, and hydrothermal synthesis was performed for 3 days while rotating (15 rpm) in an oven at 150°C. After this hydrothermal synthesis reaction, the reaction solution was cooled and the crystals produced were collected by filtration. After drying the collected crystals at 100° C. for 12 hours, the XRD of the obtained zeolite powder was measured. was done. Next, in order to remove organic substances in the zeolite, the AFX zeolite 1 was calcined at 500° C. under an air stream for 6 hours to obtain an AFX zeolite 2. The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of AFX-type zeolite 2 was 8 by XRF analysis.

〔Fe担持処理〕
Feを担持するためのイオン交換処理液として、以下の割合で硫酸鉄(II)7水和物、AFX型ゼオライト2、アスコルビン酸を含む水溶液を用意した。
硫酸鉄(II)7水和物:AFX型ゼオライト2:H2O=x:0.25:25(重量比)
Fe/Al=0.4
アスコルビン酸:硫酸鉄(II)=10mol:1mol
窒素雰囲気下、室温(23℃)で24時間撹拌してイオン交換を行い、次いで、遠心分離による濾過を行った後、洗浄、乾燥して鉄担持AFX型ゼオライトからなる窒素酸化物吸着材3を得た。XRF分析によるSiO/Alモル比が8であり、ICPによるFe担持量は1.5重量%であった。
[Fe carrying treatment]
An aqueous solution containing iron (II) sulfate heptahydrate, AFX-type zeolite 2, and ascorbic acid in the following proportions was prepared as an ion exchange treatment liquid for supporting Fe.
Iron (II) sulfate heptahydrate: AFX type zeolite 2: H O = x: 0.25: 25 (weight ratio)
Fe/Al=0.4
Ascorbic acid: iron (II) sulfate = 10 mol: 1 mol
Under a nitrogen atmosphere, ion exchange is performed by stirring at room temperature (23° C.) for 24 hours, followed by filtration by centrifugation, washing and drying to obtain a nitrogen oxide adsorbent 3 made of iron-supporting AFX-type zeolite. Obtained. The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio was 8 by XRF analysis, and the amount of Fe supported by ICP was 1.5% by weight.

[比較例1]
2.2gの水と、有機構造規定剤(OSDA)として9.2gのN,N-ジメチル-3,5-ジメチルピペリジニウムハイドロオキサイド20%水溶液(シス体とトランス体の混合物)(セイケム社製)と、1.0gのNaOH(和光純薬製)を混合したものに、USY-30(SiO/Alモル比=30:Zeolyst社製)2.2g、スノーテックス40(シリカ濃度:40重量%、日産化学社製)5.2gを加えて室温で2時間撹拌して原料混合物を得た。
[Comparative Example 1]
2.2 g of water and 9.2 g of an organic structure directing agent (OSDA) of N,N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium hydroxide 20% aqueous solution (mixture of cis and trans isomers) (Sechem Co., Ltd.) ) and 1.0 g of NaOH (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), USY-30 (SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio = 30: manufactured by Zeolyst) 2.2 g, Snowtex 40 (silica Concentration: 40% by weight, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) (5.2 g) was added and stirred at room temperature for 2 hours to obtain a raw material mixture.

この原料混合物を耐圧容器に入れ、160℃のオーブン中で回転させながら(15rpm)、4日間水熱合成を行った。この水熱合成反応後、反応液を冷却して、濾過により生成した結晶を回収した。回収した結晶を100℃で12時間乾燥した後、得られたゼオライト粉のXRDを測定したところ、図3に示すようなXRDパターンを示すAEI型のゼオライト3を合成することができたことが確認された。次にゼオライト中の有機物を除去するために、AEI型ゼオライト3を580℃の空気気流下で6時間焼成し、AEI型ゼオライト4を得た。XRF分析によるAEI型ゼオライト4のSiO/Alモル比は20であった。 This raw material mixture was placed in a pressure vessel, and hydrothermal synthesis was performed for 4 days while rotating (15 rpm) in an oven at 160°C. After this hydrothermal synthesis reaction, the reaction solution was cooled and the crystals produced were collected by filtration. After drying the collected crystals at 100° C. for 12 hours, the XRD of the obtained zeolite powder was measured. was done. Next, in order to remove organic substances in the zeolite, AEI zeolite 3 was calcined at 580° C. for 6 hours under an air stream to obtain AEI zeolite 4 . The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of AEI zeolite 4 was 20 by XRF analysis.

〔Fe担持処理〕
Feを担持するためのイオン交換処理液として、以下の割合で硫酸鉄(II)7水和物、AEI型ゼオライト4、アスコルビン酸を含む水溶液を用意した。
硫酸鉄(II)7水和物:AEI型ゼオライト4:H2O=x:0.25:25(重量比)
Fe/Al=0.2
アスコルビン酸:硫酸鉄(II)=10mol:1mol
窒素雰囲気下かつ室温で24時間撹拌後、遠心分離による濾過を行った後、洗浄、乾燥してFe担持AEI型ゼオライトからなる窒素酸化物吸着材4を得た。XRF分析によるSiO/Alモル比が20、ICPによるFe担持量が0.4重量%であった。
[Fe carrying treatment]
An aqueous solution containing iron (II) sulfate heptahydrate, AEI zeolite 4, and ascorbic acid in the following proportions was prepared as an ion exchange treatment liquid for supporting Fe.
Iron (II) sulfate heptahydrate: AEI zeolite 4: H O = x: 0.25: 25 (weight ratio)
Fe/Al=0.2
Ascorbic acid: iron (II) sulfate = 10 mol: 1 mol
After stirring for 24 hours at room temperature in a nitrogen atmosphere, the mixture was filtered by centrifugation, washed and dried to obtain a nitrogen oxide adsorbent 4 composed of Fe-supporting AEI zeolite. The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio by XRF analysis was 20, and the amount of Fe supported by ICP was 0.4% by weight.

[比較例2]
ゼオライトへのFe担持処理において、Fe/Al=0.4の条件で処理する以外は比較例1と同じ方法によって製造されたFe担持AEI型ゼオライトからなる窒素酸化物吸着材5を得た。XRF分析によるSiO/Alモル比が20、ICPによるFe担持量が0.3重量%であった。
[Comparative Example 2]
A nitrogen oxide adsorbent 5 made of Fe-supporting AEI zeolite was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that in the treatment for supporting Fe on zeolite, the treatment was performed under the condition of Fe/Al=0.4. The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio was 20 by XRF analysis, and the amount of Fe supported by ICP was 0.3% by weight.

〔NO吸着性能〕
窒素酸化物吸着材1~5について、NO吸着量の測定結果を表2に示す。
[NO adsorption performance]
Table 2 shows the measurement results of the NO adsorption amounts of the nitrogen oxide adsorbents 1 to 5.

Figure 0007234765000002
Figure 0007234765000002

以上の実施例1~3、比較例1、2の結果より,窒素酸化物吸着剤1~3は、同等のFe担持処理条件で処理しているにもかかわらず窒素酸化物吸着剤4、5と比べて鉄担持量が多いことが明らかとなった。イオン交換率で比較しても明らかに鉄担持量が多い。本結果から、鉄担持は特定の範囲のSiO/Alモル比に対して依存性があることが考えられる。これは、AEI型ゼオライト、あるいはAFX型ゼオライトは結晶構造ユニットとして、IZAがcomposite building unitとして定めるd6rを骨格中に含むが、SiO/Alモル比が15以下、すなわちd6r中に2個のAlを有しているため、近接したAlが多く鉄が配位しやすいことによると考えられる。一方、SiO/Alモル比が20のAEI型ゼオライトはd6r中におよそ1個のAlしか存在しないため、2つのAlを近傍に有する配位箇所のみにしか2価の金属が配位せず、担持量が増えなかったと考えられる。またFe担持量が増えるとともに、NO吸着量も増える傾向を示した。 From the results of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 above, nitrogen oxide adsorbents 1 to 3 were treated under the same Fe loading treatment conditions, but nitrogen oxide adsorbents 4 and 5 It was found that the amount of iron supported was larger than that of The amount of iron supported is obviously large even when compared with the ion exchange rate. This result suggests that iron loading is dependent on the SiO2 / Al2O3 molar ratio within a specific range. This is because AEI zeolite or AFX zeolite contains d6r defined as a composite building unit by IZA in the skeleton as a crystal structure unit, but the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is 15 or less, that is, 2 in d6r This is probably because iron is easily coordinated because there are many adjacent Al atoms. On the other hand, AEI zeolite with a SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of 20 has only about one Al in d6r, so a divalent metal is coordinated only at the coordination sites having two Al in the vicinity. It is considered that the loading amount did not increase. Moreover, as the amount of Fe supported increased, the amount of NO adsorption also tended to increase.

さらに、窒素酸化物吸着剤1~3のNO吸着量を非特許文献3に記載の10員環ゼオライトであるMFI型や12員環ゼオライトであるFAU型と比較すると、本発明の窒素酸化物吸着剤は明らかにNO吸着量が多い結果となった。この結果についても、小細孔ゼオライトの方が細孔径は小さいため、近接Alが多く、NO吸着に有効な鉄が担持できていたことが要因であると考えられる。
以上の結果より、細孔径が小さい8員環ゼオライトにおいて、特定の範囲内のSiO/Alモル比において鉄を担持したゼオライトは、窒素酸化物の吸着剤として高い性能を有することが理解できる。
Furthermore, when comparing the NO adsorption amounts of the nitrogen oxide adsorbents 1 to 3 with the MFI type, which is a 10-membered ring zeolite, and the FAU type, which is a 12-membered ring zeolite described in Non-Patent Document 3, the nitrogen oxide adsorption of the present invention The agent clearly resulted in a large amount of NO adsorption. This result is also considered to be due to the fact that the small pore zeolite has smaller pore diameters, so there is more adjacent Al, and iron, which is effective for NO adsorption, can be supported.
From the above results, it was found that, in the 8-membered ring zeolite with a small pore size, the zeolite supporting iron at a SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio within a specific range has high performance as an adsorbent for nitrogen oxides. It can be understood.

図4は、窒素酸化物吸着材1、2、4のNO脱離挙動を示す。Fe担持量が多いほどNOの脱離ピークは高温側にシフトする傾向を示した。これは、吸着されたNO同士が近接することにより、より脱離し難い安定な配位状態でNOが吸着していると考えられる。 FIG. 4 shows the NO desorption behavior of nitrogen oxide adsorbents 1, 2 and 4. FIG. The NO desorption peak tended to shift to higher temperatures as the amount of Fe supported increased. It is considered that this is because NO is adsorbed in a stable coordination state that is more difficult to detach due to the proximity of the adsorbed NOs.

〔熱安定性評価〕
窒素酸化物吸着材2について熱安定性を評価するために、以下に記載した条件での加熱処理前後によるNO吸着量を測定した。その結果を表3に示す。
加熱処理1:650℃、15時間、ヘリウム雰囲気下
加熱処理2:650℃、15時間、空気雰囲気下
[Thermal stability evaluation]
In order to evaluate the thermal stability of the nitrogen oxide adsorbent 2, the amount of NO adsorbed before and after the heat treatment under the conditions described below was measured. Table 3 shows the results.
Heat treatment 1: 650°C, 15 hours, under helium atmosphere Heat treatment 2: 650°C, 15 hours, under air atmosphere

Figure 0007234765000003
Figure 0007234765000003

LTA型のような骨格内Al量の多いゼオライトは、熱安定性が低いことから加熱処理により結晶構造の崩壊が起きることにより吸着性能が低下する。そこで、加熱処理1においては、He雰囲気下で加熱処理することにより、熱によるゼオライト結晶構造の安定性を評価した。加熱処理前後においてNO吸着量の低下は1割程度と少なく、ゼオライト結晶の構造崩壊は起きてないことが確認された。
次に、加熱処理2においては酸化性雰囲気下において、ゼオライトに担持したFeの安定性について評価した。加熱処理1と同様に処理後も高いNO吸着量を有していることが確認できた。従って本発明の窒素酸化物吸着材は、高い熱安定性を持つことが明らかである。
A zeolite having a large amount of Al in its framework, such as the LTA type, has low thermal stability, and thus heat treatment causes collapse of the crystal structure, resulting in a decrease in adsorption performance. Therefore, in heat treatment 1, the stability of the zeolite crystal structure due to heat was evaluated by heat treatment in a He atmosphere. Before and after the heat treatment, the amount of NO adsorbed decreased by only about 10%, confirming that the structure of the zeolite crystal did not collapse.
Next, in heat treatment 2, the stability of Fe supported on zeolite was evaluated in an oxidizing atmosphere. As in heat treatment 1, it was confirmed that a high NO adsorption amount was maintained even after the treatment. Therefore, it is clear that the nitrogen oxide adsorbent of the present invention has high thermal stability.

Claims (4)

鉄担持アルミノシリケートゼオライトを含む窒素酸化物吸着材であって、前記鉄担持アルミノシリケートゼオライトにおいて、アルミノシリケートゼオライトの骨格が酸素8員環構造を有し、
前記鉄担持アルミノシリケートゼオライトのSiO/Alモル比が3以上15以下で、かつ、前記鉄担持アルミノシリケートゼオライトの鉄含有量が0.5重量%以上10重量%以下であり、担持された鉄の平均酸化数が1.5以上2.3未満である、窒素酸化物吸着材。
A nitrogen oxide adsorbent comprising an iron-supporting aluminosilicate zeolite, wherein in the iron-supporting aluminosilicate zeolite, the skeleton of the aluminosilicate zeolite has an oxygen eight-membered ring structure,
The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the iron-supporting aluminosilicate zeolite is 3 or more and 15 or less, and the iron content of the iron-supporting aluminosilicate zeolite is 0.5 wt% or more and 10 wt% or less , A nitrogen oxide adsorbent , wherein the average oxidation number of supported iron is 1.5 or more and less than 2.3 .
前記アルミノシリケートゼオライトが、AEI型ゼオライト又はAFX型ゼオライトである請求項1に記載の窒素酸化物吸着材。 2. The nitrogen oxide adsorbent according to claim 1, wherein said aluminosilicate zeolite is AEI zeolite or AFX zeolite. 請求項1又は2に記載の窒素酸化物吸着材の製造方法であって、
不活性ガス雰囲気下で、2価の鉄原料を溶解させた溶液にアルミノシリケートゼオライトと酸化防止剤を混合して、鉄担持アルミノシリケートゼオライト得る工程を含む、窒素酸化物吸着材の製造方法。
A method for producing the nitrogen oxide adsorbent according to claim 1 or 2,
A method for producing a nitrogen oxide adsorbent, comprising the step of mixing an aluminosilicate zeolite and an antioxidant with a solution in which a divalent iron raw material is dissolved in an inert gas atmosphere to obtain an iron-supporting aluminosilicate zeolite.
前記アルミノシリケートゼオライトが、アルカリカチオンを含む請求項3に記載の窒素酸化物吸着材の製造方法。 4. The method for producing a nitrogen oxide adsorbent according to claim 3, wherein said aluminosilicate zeolite contains alkali cations.
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