JPH02258069A - 板状積層触媒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は板状積層触媒の薄膜化技術に関し、特に都市エ
ネルギーシステムの排ガス処理に好適な、薄型の板状積
層触媒およびその板状積層触媒を用いる窒素酸化物含有
ガスの脱硝方法に関する。

【従来の技術】

近年、コージェネレーシ３ンシステム等の都市エネルギ
ーシステムの開発に伴い、その排ガス中の窒素酸化物の
除去プロセスが検討されている。 窒素酸化物除去に関しては、アンモニア（ＮＨ，）を用
いた窒素酸化物の接触還元プロセスが実用化されている
が、主に火力発電所等の排煙脱硝に用いられる大型プラ
ントであり、都市エネルギーシステムに適用するために
は、装置および触媒の小型化が必要である。従来、排煙
脱硝触媒は金属基材に触媒粉末を塗布酸をしたものや、
多孔質の無機基板に触媒成分を含浸したもの、あるいは
触媒成分そのものをスラリ化して、押し出し成型法によ
りハニカム状に成型したものなどが提案されている。こ
れらは都市エネルギーシステムの排ガス処理に関しては
省スペースで、かつ、排ガスが触媒にまんべんなく、−
様に接触できるようにするため薄塁化する必要があった
。 板状触媒の′ＩｔＩ型化に関連する技術としては、特開
昭６３−１７１６１５号公報、特開昭６２−２３７９４
５号公報に記載のように、溶射法による基板上への触媒
の薄層形成が挙げられる。また、特開昭５４−２８７８
７号公報に記載のように、無機接着剤により触媒粉末を
基板上に添着した触媒も挙げられる。

【発明が解決しようとする課題】

上記従来技術は、板状触媒を薄板化することはできても
、脱硝等の触媒性能を維持したまま薄板化することは困
蔑であった。すなわち、溶射膜や無機接着剤は比表面積
が小さく、緻密で微細孔が少ないため、その層中あるい
は表面に触媒成分を担持しても充分な性能が得られない
。また、上記の緻密層上に触媒を塗布することにより脱
硝性能を従来触媒なみに向上させることもできるがこの
場合、脱硝性能を維持するためには、触媒層の厚みを大
きくする必要があるため、触媒の薄板化が困難となる。 さらに、従来から提案されている圧延塗布法、含浸法、
押し出し成型法により得られる触媒をそのまま薄板化し
ても、触媒板の物理的強度の低下や触媒成分の基材から
の脱離あるいは脱硝等の触媒性能の低下等の様々な解決
すべき課題があった。 本発明の目的は、上記従来技術の欠点をなくし、脱硝等
の触媒性能を維持したまま薄板化の可能な触媒を提供し
、さらに該触媒を利用した脱硝方法を提供することにあ
る。

【課題を解決するための手段】

本発明の上記目的は基板の両面のうち少なくとも片面上
に緻密なセラミック下地層および該下地層上にセラミッ
クを主成分とする多孔質層を形成し、該多孔質層中およ
び／または多孔質層表面に触媒活性成分を担持させた板
状積層触媒およびアンモニアまたは加熱により−ｒアン
モニアよび／またはアミン類を生成する化合物から成る
還元剤の存在下で、触媒活性成分として、チタン、銅、
セリウム、バナジウム、クロム、モリブデン、タングス
テン、鉄、コバルトおよびニッケルから選ばれる一種以
上の元素を主成分として含有している上記板状積層触媒
を窒素酸化物含有ガスと接触させる窒素酸化物含有ガス
脱硝方法 により達成される。 以下本発明になる触媒の構成について詳細に記す。本発
明の板状積層触媒の斜視断面概略図を第１図に示す。 基板には金属板、金属網、無機焼結基板、無機ｒａｍ等
の触媒使用温度において耐熱性を有する板状体を用いう
る。また、板状体を加工して穴を開けたり波板状に変形
して用いることも可能であるし、これら種々の素材を組
み合わせ、複合材料としであるいは積層体として用いる
こともできる。 例えば、鉄や鉄を主成分とした合金、ステンレス、アル
ミ合金の板や酸化アルミ易つム、酸化チタン、酸化マグ
ネシウム、酸化ジルコニウム、酸化けい素等の無機焼結
体、あるいは無機ガラスの繊維を用いることができる。 また、マイカ板を用いることも可能である。マイカ薄板
は引張り強度、曲げ強度と弾性を兼ね備えており、破断
しにくく、基板として適している。基板の厚さは２＃以
下、１０μｍ以上が好ましく、ｌＩｍ＋以下、ＩＯｐｍ
以上であればより好ましい。厚さが２Ｉ１ｗ１１を越え
ると、触媒使用時に触媒槽を通過するガスの圧力損失が
大きくなり、好ましくない。また、１０ｍｍ未満では基
板の物理的強度が小さく好ましくない。 次に、下地層は緻密なセラミック材料から作成し、火炎
溶射法、プラズマ溶射法、スプレー法あるいは塗布法等
により基板上に形成できる。下地層の材料としては酸化
アルミニウム、酸化けい素、酸化チタン、酸化マグネシ
ウム、酸化ジルコニウム等の酸化物を用いることができ
る。また、基板上に緻密な層を形成し、触媒使用温度で
の耐熱性を有し、かつ触媒性能に害を及ぼさない材料で
あれば、上記酸化物以外の化合物を用いることができる
。下地層は主成分として酸化アルミニウム、酸化けい素
、酸化チタンから選ばれる一種以上の化合物を含有して
いることが望ましい。これらの酸化物は基板上に緻密な
層を形成し、触媒性能にも害を与えないため、下地層の
成分として適している。下地層の厚さはｌｐｍ以上、５
００μｍ未満であることが好ましい。ｌｐｍ未満では基
板上に層を形成することが困難であり、また多孔質層、
基板との接合力も弱く好ましくない。また５００μｍ以
上では板状触媒自体の厚さが厚くなり、触媒槽の圧損が
増すため好ましくない。また、下地層材料は比表面積が
５ｎ（／ｇ未満のセラミックが適しており、５ｒｒｆ／
ｇ以上では基板との接合力が弱く好ましくない。　さら
に、多孔質層は多孔質なセラミック材料から成り、含浸
法、塗布法、蒸着法等により下地層表面に形成できる。 多孔質層の材料には、下地層と同様に酸化アルミニウム
、酸化けい素、酸化チタンなどの酸化物を用いることが
でき、下地層上に多孔質層を形成し、触媒担体成分とし
て用いられる化合物を選ぶことができる。主成分として
酸化アルミニウム、酸化けい素、酸化チタンから選ばれ
る一種以上の金属酸化物を含有していることが望ましい
。多孔質層の厚さはｌｐｍ以上、５００μｍ未満である
ことが好ましい。１ｐＩｎ未満では充分な厚さの層が形
成されないため、触媒活性成分を担持することが困難で
あり、充分な触媒性能が得られない。また、５００μｍ
以上では触媒の薄板化が困難となる。多孔質層材料は下
地層材料と同組成の主成分より成ることがより好ましい
。多孔質層と下地層が同組成であれば、これらの層間の
接合力が向、ヒするため、両者の組成が異なる場合に比
較し、より好適である。また、多孔質層材料は比表面積
が５ｒｒｆ／ｇ以上のセラミックが適しており、比表面
積が５ｒｒｆ／ｇ未満では充分な量の触媒活性成分を高
分散状態で担持することが困難で、活性の高い触媒性能
が得られない。 触媒活性成分は多孔質層の層中および／または多孔質層
の表面に、含浸法、塗布法、蒸着法等により担持するこ
とができる。また、多孔質層材料に混練法、共沈法等に
よって触媒活性成分をあらかじめ担持して混合物を調製
しておき、これを下地層表面に担持しても良い。触媒活
性成分は触媒の使用目的により、それぞれ適宜な成分を
添加すればよいが、脱硝触媒として用いる場合の触媒活
性成分には、チタン、銅、セリウム、バナジウム、クロ
ム、モリブデン、タングステン、鉄、コバルトおよびニ
ッケルから選ばれる一種以上の元素を主成分として含有
していることが好ましく、上記の元素の酸化物、硫酸塩
を用いうる。また、硝酸塩、酢酸塩、炭酸塩等を担持し
た後、高温で焼成して酸化物を形成しても良い。触媒活
性成分の担持重量は、触媒活性成分と多孔質層の総重量
に対して１ｗｔ％以上、９０ｖｔ％未満が好ましく、５
ｗｔ％以上、５０ｖｔ％未満であればより好ましい。ｌ
ｖｔ％未満では活性成分担持量が少なく充分な触媒性能
が得られない。また９０曹ｔ％以上では活性成分が過剰
であり好ましくない。 上記の本発明になる触媒は、平板の形態のものを多数組
み合わせて触媒ユニットを構成して使用することができ
る。また、波板状に加工し、これと平板とを組み合わせ
使用することもでき、用途に合わせて最適な形状に加工
して使用することが可能である。 さらに、本発明は上記薄型板状触媒を還元剤の存在下に
おいて、窒素酸化物含有排ガスと接触させることにより
、窒素酸化物除去触媒として利用する脱硝方法も提供す
る。 還元剤にはアンモニア、尿素、メラミン、ビウレット、
シアヌル酸等を用いうる。上記還元剤の他に、触媒上で
分解してアンモニアあるいはアミンを発生する化合物も
使用できる。これらの還元剤を排ガス中に混入し、触媒
表面を流通させることにより、窒素酸化物を還元除去す
ることが可能となる。反応温度は１５０℃以上、６００
℃以下が好ましい。１５０℃未満では触媒性能が低く好
ましくない。また６００℃を越える温度では還元剤が排
ガス中の酸素により酸化され窒素酸化物の除去効率が低
下するため好ましくない。

【作用］ 板状触媒の多孔質層中および／または多孔質表面は比表面積が大きいので、触媒活性が薄膜化によって減少することがなく、また、触媒活性成分が該多孔質層から脱離することもない。したがって、上記多孔質層に担持される触媒活性成分に応じて、脱硝等の高触媒活性が維持される。また、基板と基板上の緻密セラミック層とは触媒板の機械的強度を呆つ作用がある。さらに、緻密セラミック層とセラミックを主成分とする多孔質層とは、材料が同一もしくは類似の組成物からなるのでこれら両者の層間接合力は高いものが得られる。 【実施例】

以下、実施例あげて本発明の内容をより詳細に説明する
。 実施例１ 本発明の方法に用いる触媒を下記のように調製した。 厚さ５０７７１１％縦１００ｍｍ１横１００ｍｍのステ
ンレス板の両面にプラズマ溶射法により酸化チタン（以
下Ｔｉｅ、と記す。）下地層を形成した。溶射後に測定
した結果、ＴｉＯ２溶射層の厚さは４０ｐＩＩ＋であっ
た。 また、この溶射膜の比表面積を窒素ガスを用いたＢＥＴ
法により測定した結果、１．７ｒｒｒ／ｇの緻密な層で
あった。上記のＴｉｅ、溶射板を、Ｔｉｅ、含有量３０
ｗｔ％の丁１０．ゾル水溶液に浸漬し、１５０℃で乾燥
した。 上記浸漬操作を２回行い、Ｔｉｅ、溶射層上にＴｉｅ、
の多孔質層を形成した。電子顕微鏡により断面を観察し
た結果、Ｔｉｅ、多孔質層の厚さは５〜２０ｐｍであっ
た。また、この多孔質層の比表面積は７８ｒｒｒ／ｇで
あった。次に上記のＴｉｅ、多孔質層を形成した基板を
１Ｍモリブデシ酸アンモニウム水溶液に浸漬し、１５０
℃で乾燥後、５００℃で１時間焼成した。上記の酸化モ
リブデン担持操作を２回行い、実施例触媒ｌを得た。こ
の触媒は触媒活性成分である酸化モリブデン（以下Ｍｏ
５ｓと記す。）が、Ｍｏｏ、とＴｉ０１多孔質層の総量
に対して３０ｗｔ％担持されており、完成触媒の厚さは
０．２ｍｍであった。 比較例１ 実施例１においてＴｉｅ、ゾル水溶液への浸漬操作を行
わず、Ｔｉｅ、溶射層に直接Ｍｏｂ、を担持して比較例
触媒ｌを得た。完成触媒の厚さは０．２ｍｍであった。 比較例２ Ｍｏｂ、の粉末３．３ｇとメタチタン酸スラリ１００ｇ
をライカイ機にて充分に混練し、１８０℃で乾燥後、５
５０℃で２時間焼成して触媒粉末を得る。この粉末はＭ
ｏｂ、を１ｏｖｔ％含有するものである。上記粉末に石
英ウール２０ｖｔ％と水３０ｖｔ％を加え、ライカイ機
にて混練してスラリを得た。上記スラリを厚さ５０μＩ
のステンレス金網に塗布し、風乾後、５５０　’０で２
時間焼成して比較例触媒２を得た。完成した触媒の厚さ
はＬ２ｍｍであった。 実験例１ 実施例１、比較例Ｉの触媒について、窒素酸化物を含有
した模擬排ガスによる脱硝性能試験を行った。試験条件
は表１のとおりである。（以下余白）表　　１ 測定には常圧流通式反応装置を用いた。反応管は内径４
０ｍｍの石英ガラス製であり、その中央部に板状触媒を
固定する石英ガラス製反応セルが設置されている。この
反応セル内に輻２０１ＴＩｆｆ１１長さ５０ｍｍの板状
触媒１枚を設置した。反応ガスはこの触媒面に平行に、
その長辺方向に流通させる。反応管は電気炉で加熱し、
触媒表面温度は熱電対で測定した。表１に示した条件で
脱硝性能試験を行った。 窒素酸化物（ＮＯｘ）の分析にはケミルミネッセンス方
式のＮＯｘ分析計を用い、ＮＯｘ除去率は次式により求
めた。 ＮＯｘ除去率　（％）　　−１００Ｘ（１−出ｏＮＯｘ
１度／人ｏＮＯＸ１度）結果を第２図に示す。実施例触
媒ｌは比較例触媒２に比較し、同等以上の脱硝性能を１
／６の触媒板厚さで達成しており、優れていることが判
る。 また、実施例触媒ｌは多孔質層を有さない比較例触媒ｌ
に比較しても高い触媒活性を示し、基板上に緻密層と多
孔質層とを積層することにより高い触媒活性を示すこと
がわかる。 実施例２ 実施例１におけるＴｉ０ｚ溶射層の厚さを１０μｍに代
えた他は、実施例１七同−の方法により実施例触媒２を
得た。完成触媒の厚さは１５０μｍであった。 実施例３ 実施例１におけるＴｉｅ、溶射層の厚さを３００μｍに
代えた他は、実施例１と同一の方法により実施例触媒３
を得た。完成触媒の厚さは０．７ｍｍであった。 実施例４．５ 実施例■におけるＴｉｅ、ゾルの浸漬操作回数を１回に
代えた他は、実施例１と同一の方法で実施例触媒４を得
た。また、実施例１におけるＴｉｅ、ゾルの浸漬操作回
数を５回に代えた他は、実施例１と同一の方法により実
施例５を得た。これらの触媒はＭｏｂ、の、Ｍｏｂ、と
ＴｉＯ２多孔質層の総量に対する重量比がそれぞれ９０
れ％、　１Ｏｖｔ％であった。完成触媒の厚さはそれぞ
れ１５０μ１１．２５０μｍであった。 実施例６．７ 実施例１における酸化モリブデン担持操作回数を１回に
代えた他は、実施例１と同一の方法により実施例６を得
た。また、実施例１における酸化モリブデン担持操作回
数を５回に代えた他は、実施例１と同一の方法により実
施例触媒７を得た。 これらの触媒はＭ２Ｏ３の、Ｍｏｂ、とＴｉｅ、多孔質
層の総量に対する重量比がそれぞれ１５ｖｔ％、　５０
ｖｔ％であった。 実験例２ 実施例触媒２〜７について実験例１と同様の方法により
、３５０℃での脱硝性能を測定した。結果を表２に示す
。 表２ 実施例８．９ 実施例１における下地層を酸化ジルコニウム溶射層、酸
化アルミニウム溶射層にそれぞれ代えた他は、実施例１
と同一の方法により実施例触媒８゜９を得た。これらの
触媒の厚さはどちらも２００μｍであった。 実施例１０．１１ 実施例１おける基板を厚さ５０μｍの鉄板、厚さ３００
ｐｍのマイカ板にそれぞれ代えて、実施例１と同一の方
法により実施例触媒ｔｏ、ｔｔを得た。 完成触媒の厚さはそれぞれ０．２ｎ＋＋ｎ、　０．５ｍ
＋であった。 実施例１２ 実施例１に８ける酸化モリブデン担持操作の後、さらに
０．５Ｍバナジン酸アンモニウム水溶液への浸漬を行い
、１５０℃で乾燥後、５００℃で１時間焼成して実施例
触媒１２を得た。完成触媒の厚さは０．２ｍｍであっＩ
；。 実施例１３ 実施例１におけるＴｉ０１ゾル水溶液への浸漬操作に代
えて、Ｔｉｅ、含有量５Ｑｖｔ％のＴｉＯ２スラリへの
浸漬操作を行い、実施例１と同一の方法により実施例触
媒１３を得た。 実験例３ 実施例触媒８〜１３について実験例１と同様の方法によ
り、３５０℃での脱硝性能を測定した。結果を表３に示
す。（以下余白） 表３ 実験例４ 実施例１における還元剤のアンモニアに代えて、尿素を
用い、水に溶解して反応器に供給した。実施例触媒ｌを
用い、３５０℃で実施例１と同様に脱硝性能を測定した
結果、脱硝率５８％を得た。

【発明の効果】

本発明により得られた板状積層触媒は、上記実施例に示
したように排ガス脱硝などの気相反応の触媒活性を下げ
ることなく厚さを薄くすることかでき、触媒反応装置の
小型化が可能となる。したがって、例えば都市エネルギ
ーシステムあるいは自動車等の小型排ガス脱硝装置に適
用しうる。しかも、触媒活性成分が多孔質層中および／
または多孔質層表面に担持されるので、長期間の使用で
も触媒活性成分が触媒本体から脱離することもない。ま
た、基板と基板上の緻密層とは触媒の機械的強度を保ち
、また、緻密層と緻密層上の多孔質層とは同一もしくは
類似の物質からなるので、緻密層と多孔質層との接合強
度も高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の触媒の斜視概略断面図、第２図は本発
明の触媒の脱硝率を示すグラフである。 代理人　弁理士　松永孝義　はか１名 第１ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板の両面のうち少なくとも片面上に緻密なセラ
   ミック下地層および該下地層上にセラミックを主成分と
   する多孔質層を形成し、該多孔質層中および／または多
   孔質層表面に触媒活性成分を担持させたことを特徴とす
   る板状積層触媒。
2. （２）アンモニアまたは加熱によりアンモニアおよび／
   またはアミン類を生成する化合物から成る還元剤の存在
   下で、触媒活性成分として、チタン、銅、セリウム、バ
   ナジウム、クロム、モリブデン、タングステン、鉄、コ
   バルトおよびニッケルから選ばれる一種以上の元素を主
   成分として含有している請求項１記載の板状積層触媒を
   窒素酸化物含有ガスと接触させることを特徴とする窒素
   酸化物含有ガス脱硝方法。