JPH0255213A - 耐熱性無機多孔質組成物、及びそれからなる触媒担体 - Google Patents

耐熱性無機多孔質組成物、及びそれからなる触媒担体

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JPH0255213A
JPH0255213A JP20412488A JP20412488A JPH0255213A JP H0255213 A JPH0255213 A JP H0255213A JP 20412488 A JP20412488 A JP 20412488A JP 20412488 A JP20412488 A JP 20412488A JP H0255213 A JPH0255213 A JP H0255213A
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正 三浦
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伊藤 卓爾
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角野 正明
Masakichi Shimada
島田 政吉
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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、耐熱性無機多孔質組成物、及びそれからなる
、高温条件下における使用に適した触媒担体に関するも
のであり、更に詳細に述べるならば、本発明は細孔分布
の制御された耐熱性無機多孔質組成物、及びそれからな
る触媒担体に関するものである。
〔従来の技術〕
高温条件下において使用される触媒、例えばガスタービ
ン、灯油及びガス暖房器、石油及びガス給油器、重質油
燃焼機器、燃料電池用改質器の燃焼用触媒等の高温燃焼
用触媒、スチームリフオーマ−用触媒並びに臭気および
排気ガス浄化用触媒等の担体として、従来からコージェ
ライト(2MgO・2A l2z03  ・5SiO□
)、及びムライト(3A2□03−2SiOz)等が用
いられているが、これらは多孔性ではないので、表面に
多孔性物質を被覆して使用されている。多孔性物質とし
ては一般にアルミナが使用され、触媒活性金属を担持し
て触媒として使用する。しかしながらアルミナは高温の
使用条件下ではα−アルミナ化しその比表面積が小さく
なり、活性金属の分散状態が低下し、象、速に失活する
またランタンβ−アルミナ(La03・1111i!、
tOz)やバリウムアルミナ(BaO・6A 12 z
O+)が耐熱性が高いという報告(特開昭62−153
158号公報)があるが、いずれも高温焼成後の比表面
積が満足できる程度に大きくなく、かつ商業的に使用す
るためにはコスト高となるという問題がある。
更にアルミナ水和物とコロイド状シリカとの混合水溶液
に、塩基性化合物を添加して、混合水溶液を増粘ゲル化
させ、得られるゲルを乾燥し、焼成した耐熱性を有する
触媒担体組成物が報告(特開昭61−287446号公
報)され、また焼結したセラミック物質の構造体層と、
この構造体層と一体にした多孔性酸化物の高表面積担体
層を有し、該多孔性酸化物の担体層が50〜93重蓋%
のアルミナと7〜50重量%のシリカを主成分とするモ
ノシリンク触媒担体が報告(特開昭61−242639
号公報)されているが、これらはいずれも1200℃の
高温における長時間の使用では比表面積が急激に小さく
なるという問題がある。
本発明者は、先にシリカとアルミナとからなり、シリカ
の含量が2乃至30重量%であり、空気中で焼成した後
の比表面積が20m”/gg以下ある耐熱性無機多孔質
組成物を出願したが、この組成物はアルミニウム塩と水
ガラスとを原料とし、まずアルミニウム塩の水溶液にア
ンモニア水を加えてアルミニウム水和物を沈澱させ、次
いでこのアルミニウム水和物に水ガラスを滴下し、p+
+を調整して上記組成の物質を沈澱させ、この沈澱を1
200℃で焼成して製造され、長時間の焼成時間でも2
0m2/g以上の比表面積を保持する耐熱性無機多孔質
組成物を提供しうろことを示した(特開昭61−310
791号公報)。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明はこの前記出願に係わる発明を更に改良するもの
で、高温下で長時間保持しても大きな比表面積(20m
’/g以上〕と細孔容積を保持する耐熱性の多孔性組成
物を提供することを課題とするものである。
更に本発明は、高温下で長時間保持しても大きな触媒活
性を保持できる耐熱性の多孔性組成物からなる触媒担体
を提供することを課題とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明はシリカとアルミナとからなり、シリカの含有量
が2重量%乃至30重量%の範囲であり、窒素吸着法に
よる細孔分布測定において全細孔容積が0. 3 mj
!7 g以上であり、かつ細孔直径100Å以上の細孔
容積が全細孔容積の60%以上、更に空気中、1200
℃で焼成した後の比表面積が20m”/gg以下ある耐
熱性無機多孔質組成物を提供することを特徴とするもの
であり、特にその細孔分布において、細孔直径100乃
至400人の範囲の細孔の容積が0.20 mf27 
g以上である耐熱性無機多孔質組成物を提供することを
特徴とするものである。
また本発明は、この耐熱性無機多孔質組成物からなる燃
焼用触媒担体を提供することも特徴とするものである。
本発明の耐熱性無機多孔質組成物におけるソリ力の含有
量は2重量%乃至30重量%の範囲であるが、好ましく
は2.5乃至25重量%である。
シリカの含有量が2重量%未満であると、本発明の耐熱
性無機多孔質組成物は得られず、細孔直径の小さい細孔
が増加し、これら微細な細孔は高温焼成により破壊され
、全細孔容積が低下する。
方シリカの含有量が30重量%を超える場合も高温焼成
によりムライトの成分比が増大し、全細孔容積が低下し
、反応活性の低下をもたらす。
好適な全細孔容積は、0.41+/!/ g以上であり
、又1. 5 m127 g以下、特に1. 3 mC
’ g以下であることが好ましい。全細孔容積が0. 
3m17 g以下の場合は、後述の如く十分な反応試剤
および反応生成物の拡散速度が得られず、一方1.5 
m27gを超えると強度を保持することができず、また
カサ密度の低下に伴い反応容器への充填量が減少すると
いう難点を包蔵する。また細孔直径100乃至400人
の範囲の細孔の容積としては、0. 26 mj2/ 
g以上であることが更に好ましい。
また本発明の組成物は、空気中、1200℃で焼成した
後の比表面積が20m”/gg以下あるが、好ましくは
50m2/g、特に70m”/gg以下好ましい。
次に本発明の耐熱性無機多孔質組成物の製造方法を説明
する。
一船にこの種触媒担体の製造においては、例えば触媒担
体の各成分のコロイドゲルを調製し、これを熟成、乾燥
、成型あるいは焼成した後、金属成分を含浸、焼成の工
程を経て仕上げるものであるが、この調製の過程におい
て熟成の操作は生成物の物理的性質、すなわち細孔構造
に顕著な影響を与えるものである。
本発明のシリカ−アルミナ組成物の製造法は、■、アル
ミナヒトコゲルの生成工程 ■、シリカによるコーティング工程 ■、アルミナ−シリカ結晶の熟成工程 からなる。
まずアルミナヒドロゲルの生成工程における出発原料は
アルミニウムの硫酸塩、硝酸塩、塩化物等の無機塩、ア
ルカリ金属アルミン酸塩等の可溶性アルミニウム塩を使
用する。
このアルミナ源は水溶液の状態で使用され、濃度はその
可溶性塩を約0.1〜4.0モル、好ましくは約0.3
〜2.0モルの範囲とするとよく、その塩水溶液にアン
モニア水等の塩基性化合物を添加してアルミナヒドロゲ
ルを生成させる。
このアルミナヒドロゲル生成工程では、できるだけ小さ
いアルミナヒドロゲルを生成させることが重要である。
大きなアルミナヒドロゲルを生成させると高温焼成する
際に中心部のアルミナがα−アルミナ化し、比表面積の
低下をもたらす。そのためにはこの生成工程でのpHが
重要であり、p H8以上、あるいは6以下とするとよ
い、pH6〜8の範囲ではアルミナヒドロゲルの溶解度
が小さく大きな結晶が生成する。
次いでこのアルミナヒドロゲルをシリカによるコーティ
ング工程に付す。
このコーティング工程では、アルカリ金属珪酸塩(Na
zO+ 5iOz = 1:2〜l:4の範囲が好まし
い)水溶液(その濃度はその可溶性塩を約0.1〜10
モル、好ましくは約0.3〜5.0モルの範囲の濃度を
使用するとよい)を使用し、上記アルミナヒドロゲル生
成工程で形成したアルミナヒドロゲル上に滴下し、よく
分散させてコーティングを行う。
アルミナとシリカを共沈させる方法ではシリカが核とな
り、その上にアルミナが生成成長する場合もあり、この
場合は後述する熟成工程においてアルミナが成長し、焼
成する過程でα−アルミナ化するので好ましくない。
このようにして形成したシリカ−アルミナ結晶は熟成工
程に付される。
この熟成工程は小結晶を溶解し結晶成長させ、大きさの
均一な結晶を作製することを目的とするものであり、上
記コーティング工程で作製したシリカ−アルミナ結晶を
そのままの形状で結晶成長させる。しかしながらpHが
8近辺でこの熟成工程を実施するとシリカ−アルミナ結
晶の再配列が生じて、アルミナ被覆層を有するシリカ−
アルミナ結晶となる場合がある。シリカ−アルミナ結晶
をそのままの形状で結晶成長させるには、この熟成工程
においてp Hを6.0にまで下げるとよいことを見出
した。これによりシリカ−アルミナ結晶の再配列を抑え
、シリカ−アルミナの小結晶子径のものをそのままの形
状で、細孔容積を拡大させつつ成長させることができる
ものである。熟成工程は、40〜90℃1好ましくは5
0〜80℃で、1〜5時間、好ましくは1.5〜3時間
行われる。
この熟成工程を実施しないで、シリカ−アルミナの小結
晶子径のまま焼成すると、アルミナにおける細孔径が小
さく焼成により焼結して耐熱性が低下する。従って熟成
工程において大きな結晶子径とすることにより細孔径の
大きな組成物とすることができるものである。
この熟成工程で成長させたシリカ−アルミナ結晶は、濾
過後、炭酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アン
モニウム水溶液で水洗され、空気中で80〜200℃1
好ましくは90〜150℃で乾燥される。
乾燥後のシリカ−アルミナ組成物は、400〜1200
℃1好ましくは500〜1000℃で空気中で焼成され
て、本発明の耐熱性無機多孔質組成物を作製することが
できる。
次に本発明の触媒担体の形状について述べる。
すなわち濾過により採取したシリカ−アルミナ沈澱を乾
燥し、必要に応じて粉砕して得られる粉末を焼成するか
、又は焼成せずに、これに水分を添加し、調湿混合する
。又は沈澱(ヒドロゲル)を混合してもよい。この混合
物を押し出し成型器により、例えば押し出し成型体、ハ
ニカム状、粒状等の形状のものを得、これを400〜1
200℃1好ましくは500〜1000℃で空気中で焼
成する。
一部ムライト、シリカアルミナ、コージェライト、ハニ
カム等の支持体上にウォッシュコートし、燃焼用触媒と
する場合には、上記の粉末を酸(酢酸、硝酸、塩酸等)
、又は塩基(水酸化アンモニウム等)と混合したもの、
及び/又はそれにヒドロゲルを添加した懸濁液に上記支
持体を浸漬することにより調製する。余剰の付着物は不
活性ガス(窒素等)でパージした後、乾燥、及び焼成を
行う。乾燥は空気中80〜200 ℃1好ましくは90
〜150℃の範囲で行い、焼成は空気中で400〜12
00℃1好ましくは500〜1000℃に加熱すること
により行う。
また本発明の触媒担体を自動車排気ガス浄化用触媒担体
とする場合には、活性金属成分として元素周期律表第■
族金属の群から選択される少なくとも一種の金属成分、
例えば鉄、ニンケル、コバルト等の鉄族金属成分、白金
、パラジウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、オ
スミウム等の貴金属を担持させる。好ましい活性金属成
分は白金、パラジウム、ロジウム、及びイリジウムの群
から選択される少なくとも一種である。これらの活性金
属成分は担体上に酸化物として触媒有効量を担持させら
れる。好ましい担持量は1重量%乃至10重量%、特に
2重量%乃至5重量%の範囲である。
また本発明の組成物にバリウム、カルシウム、ストロン
チウム、ジルコニウム、マグネシウム等のアルカリ土類
金属、ボロン、スカンジウム、イッl−IJウム等の元
素周期律表第■族金属、チタニウム、ジルコニウム、ハ
フニウム等の元素周期律表第■族金属、ランタン、セリ
ウム、トリウム等の希土類元素の酸化物の一種、または
二種以上を1重量%乃至30重量%、好ましくは1重量
%乃至10重量%の範囲で添加して使用することができ
る。添加の方法は限定はされないが、アルミナ、または
シリカを沈澱させる際に同時に共沈させることが好適で
ある。
〔作用〕
一般に触媒反応においては触媒担体の良否が触媒の活性
、寿命、選択性あるいは経済性に著しい影響を及ぼすも
のであり、触媒担体には適当な細孔容積を有することが
望まれる。すなわち細孔径の増大は反応試剤および反応
生成物の触媒粒子の内外への拡散速度の増大をもたらし
、その結果触媒活性が改良されるものと考えられる。ま
た反応は触媒表面において進行するために表面積を極度
に減少させるべきではなく、これら両町性間の相互の関
連性が特定の範囲に存在することが要求される。
本発明者らは、焼成に際して小細孔を有するアルミナ−
シリカは大細孔に比較して焼結しやすく、容易にその細
孔を失うことを見出した。即ち小細孔を有するアルミナ
−シリカ担体は、低温焼成し触媒金属を担持して高温で
使用すると、金属の一部が担体中に焼結され、有効に作
用する金属の割合が減少する。一方担体を高温で焼成し
て触媒金属を担持し高温で使用する場合でも、担体がす
でに低比表面積化しているために金属の凝集が生じやす
く、この場合も触媒金属が有効に作用する割合が減少す
る。拡散律速を伴う酸化反応に使用する場合には、反応
分子の自由な拡散効果を向上させる必要があり、このた
めにも比較的大きな細孔を有する細孔容積の大きな担体
を使用することが望ましい。
このような観点から本発明者等はアルミナ−シリカ組成
物について検討した結果、全細孔容積が0、 3 mj
2/ g以上であり、かつ細孔直径100Å以上の細孔
容積が全細孔容積の60%以上、更に空気中、1200
”Cで焼成した後の比表面積が20m2/g以上であり
、とくにその細孔分布において細孔直径100乃至40
0人の範囲の細孔の容積が0.20 mi!/ g以上
であるシリカ−アルミナ組成物とすることにより、高温
焼成、高温反応においても細孔容積、比表面積を保持し
うることを見出したものであり、またこの組成物を触媒
担体として使用すると、長時間反応活性を発揮する望ま
しい触媒用担体であることを見出したものである。
そしてこのシリカ−アルミナ組成物を前記製造方法によ
り調製することにより、上記のごとき構造を有する耐熱
性無機多孔質組成物となしえるものであり、アルミナヒ
ドロゲルをシリカで被覆することにより多孔性のθ−ア
ルミナを安定化させ、α−アルミナ化へ転化を抑制して
いるものと思われる。一方シリカの添加によりアルミナ
との複合物であるムライトが生成し、比表面積の低下が
発生するが、そのシリカの添加量の最適化を計り、その
シリカ−アルミナ結晶の成長を制御することによりα−
アルミナ化への抑制と、θ−アルミナの安定化による細
孔の確保、高温での比表面積の確保を実現しえるものと
思われる。
以下、比較例と対照させつつ、本発明の耐熱性無機多孔
質組成物の実施例を説明する。
〔実施例 1〕 0.15モルの硫酸アルミニウム水溶液を剰製し、これ
に1規定のアンモニア水を添加し、p H8とし、次い
で生成物におけるシリカ含有量が10重重景となるよう
に、3号水ガラス(JISK−1408)水?8液を添
加し、シリカ−アルミナ沈澱を生成させた。
生成した沈澱を60℃13時間熟成させ、最終p Hを
6.2まで下げた。熟成後沈澱を濾過、水洗後、120
℃,12時間空気中で乾燥させ、ついで500 ℃13
時間空気中で焼成、1000℃115時間焼成、120
0℃115時間焼成の3種類のシリカ−アルミナ組成物
を得た。
〔実施例 2〕 熟成時の最終p Hを7.5まで下げた以外は実施例1
と同様にしてシリカ−アルミナ組成物を得た。
〔実施例 3〕 3号水ガラス水溶液を、生成物中のシリカ含有量が5重
1%となるように添加したこと、およびJ)成時の最終
pHを6.0まで下げた以外は実施例工と同様にしてシ
リカ−アルミナ組成物を得た。
〔実施例 4〕 3号水ガラス水溶液を、生成物中のシリカ含有量が5重
量%となるように添加したこと、および熟成時の最終p
Hを7.7まで下げた以外は実施例1と同様にしてシリ
カ−アルミナ組成物を得た。
〔比較例 l] 硫酸アルミニウム水溶液と、生成物におけるシリカ含有
量が10重量%となるように3号水ガラス(JISK−
1408)水溶液を混合し、アンモニア水を添加し、p
H8とし、シリカ−アルミナを同時に沈澱させた。沈澱
を熟成させないで濾過し、水溶液から分離し、水洗した
後、120 ”Cで12時間空気中で乾燥し、500℃
で3時間空気中で焼成した。
〔比較例 2〕 硫酸アルミニウム水溶液にアンモニア水を添加し、pH
8とし、次いで生成物におけるシリカ含有量が5重量%
となるように、3号水ガラス(JISK−1408)水
溶液を添加し、シリカ−アルミナ沈澱を生成させ、熟成
させないで比較例1と同様にして焼成した。
〔比較例 3] 原料として硫酸アルミニウムのみを使用し、シリカを使
用しない以外は比較例1と同様にして、アルミナ粉末を
得、比較例1と同様にして焼成した。
〔比較例 4〕 原料として比較例3で調製したアルミナ粉末と市販のシ
リカゲル粉末とを混合し、比較例1と同様にして焼成し
た。
これら実施例、比較例で調製した焼成品について、それ
ぞれ500 ℃13時間焼成後、1000゛C115時
間焼成後、1200℃115時間焼成後に、比表面積(
m2/g) 、細孔容積(mP/g)、細孔分布(%)
、全細孔容積に対する100Å以上の直径を有する細孔
の割合、100人〜400人である細孔直径を有する細
孔の容積(mf!、/g)について測定し、その結果を
以下の第1〜3表にそれぞれ示す。
(以下余白) 向上記各物性の内、比表面積(n+”/g)は窒素ガス
を吸着ガスとするBET式比表面積計で測定し、細孔分
布はカルロエルバ製ツーブトマチック1800により等
温吸着線を求め、相対圧を使用し、Kelvin式、I
)ollimore & Healの方法(J、App
l、Chem、14、March 、1964)を使用
して計算した。
次に上記各組成物について、空気中、1200℃で焼成
時の比表面積について、焼成時間を15時間、100時
間、300時間として耐熱性評価を行った。その結果を
下記第4表に示す。
(以下余白) 第4表 尚第4表は1200℃1空気中での焼成時の結果を示す
ものであるが、l 200 ℃以下の低温でも同様の劣
化傾向が推定される。
〔実施例 5〕 (触媒の調製方法) 上記実施例1で調製した沈澱物を濾過、洗浄して120
℃で20時間乾燥後、ボールミルで粉砕した。これに水
を加えて混練し、粘土状とした後、直径1/16インチ
の多数の孔を有するダイスを設置した押出器により押し
出し、円柱状とした後、120℃で空気中で乾燥し、次
いで500℃で3時間空気中で焼成し触媒担体を得た。
市販の一級硝酸を脱イオン水に添加し、0.1規定硝酸
水溶液を調製し、この水溶液IPに市販の塩化パラジウ
ム粉末1.6gを加えて加熱溶解し、パラジウム溶液を
調製した。
この溶液25mff1に前記の円柱状の触媒担体20 
mlを浸漬し、約2時間ゆっくり撹拌しながらパラジウ
ムを0.024g/20 ml (担体)担持させた。
脱イオン水により洗浄した後、120℃で12時間空気
中で乾燥し、更に500℃で3時間空気中で焼成した。
上記同様にして、実施例2.3.4、比較例1.2.3
.4で得られた組成物を担体としパラジウムを担持させ
て触媒を3Jl製した。
(活性テスト) 反応ガスとしてCoa1%、0□ ;4%、残部;Nz
の混合物を使用し、これを空間速度;30000 V/
+1/V 、反応量加熱炉温度;250℃の条件で、内
径12.7mmの石英ガラスチューブ(容積1. 9c
m’ )に第5表に示す各触媒を充填した反応器に通過
させた。反応器入口温度が250℃に上昇し、安定した
後、反応器出口ガスをガスクロマトグラフィーに・より
分析した。尚、使用した触媒は500℃/′3時間焼成
品、I 000 ℃/100時間焼成品および1200
℃/100時間焼成品である。CO転化率を測定した結
果を下記第5表に示す。
(以下余白) 第5表 空気のモル分率0.0082の割合で注入し、200時
間乃至500時間保持した後、触媒の比表面積(lII
l/g)を測定するものである。本発明による組成物と
して実施例1.3のもの、また比較例として比較例2.
3のものを担体として使用し触媒とした。下記第6表に
結果を示す。また本発明の組成物は細孔分布に関してほ
とんど変化はなかった。これはまた高温条件での長時間
運転にも耐えることを示すものである。
第6表 第5表を見ると、本発明の担体を使用する触媒は、比較
例に比し、500 ℃13時間焼成の低温処理ではその
反応活性に大差はないが、1000℃11200℃焼成
の高温処理しても依然として高いCO転化率を示すこと
がわかる。
また触媒の耐久性を調べるために、加速耐久テストを1
000℃51200℃焼成品について実施した。加速耐
久性テストは触媒を電気炉内に設置し、1000 ℃に
加熱し、炉内に水蒸気を水/〔発明の効果〕 本発明は、シリカとアルミナとからなり、シリカの含有
量が2N量%乃至30重量%の範囲であり、窒素吸着法
による細孔分布測定ムこおいて全細孔容積が0.3 m
f/ g以上であり、かつ細孔直径100Å以上の細孔
容積が全細孔容積の60%以上、更に空気中、1200
℃゛で焼成した後の比表面積が20m2/g以上であり
、特にその細孔分布において直径100乃至400人の
範囲の細孔容積が0.20 m27g以上である耐熱性
無機多孔質組成物を提供するものであり、またその耐熱
性無機多孔質組成物からなる触媒担体を提供するもので
ある。本発明の耐熱性無機多孔質組成物は、上記細孔分
布と比表面積を有しているので、特に触媒担体とすると
低温条件下での使用は勿論、高温条件下での触媒の失活
を少なくし、高い反応活性を保持しうるちのである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリカとアルミナとからなり、シリカの含有量が
    2重量%乃至30重量%の範囲であり、窒素吸着法によ
    る細孔分布測定において全細孔容積が0.3ml/g以
    上であり、かつ細孔直径100Å以上の細孔容積が全細
    孔容積の60%以上、更に空気中、1200℃で焼成し
    た後の比表面積が20m^2/g以上である耐熱性無機
    多孔質組成物。
  2. (2)上記細孔分布における直径100乃至400Åの
    範囲の細孔容積が0.20ml/g以上である請求項1
    記載の耐熱性無機多孔質組成物。
  3. (3)シリカとアルミナとからなり、シリカの含有量が
    2重量%乃至30重量%の範囲であり、窒素吸着法によ
    る細孔分布測定において全細孔容積が0.3ml/g以
    上であり、かつ細孔直径100Å以上の細孔容積が全細
    孔容積の60%以上、更に空気中、1200℃で焼成し
    た後の比表面積が20m^2/g以上である耐熱性無機
    多孔質組成物からなる触媒担体。
  4. (4)上記細孔分布における直径100乃至400Åの
    範囲の細孔容積が0.26ml/g以上である請求項3
    記載の触媒担体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH05193930A (ja) * 1991-05-14 1993-08-03 Rhone Poulenc Chim シリカ安定化アルミナ及びその調製方法
JP2014140839A (ja) * 2012-12-26 2014-08-07 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 排ガス浄化用触媒担体及び排ガス浄化用触媒
JP2015503440A (ja) * 2011-12-21 2015-02-02 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 触媒システム

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