JPH03127628A - 窒素酸化物の直接接触分解触媒 - Google Patents
窒素酸化物の直接接触分解触媒Info
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- JPH03127628A JPH03127628A JP1263996A JP26399689A JPH03127628A JP H03127628 A JPH03127628 A JP H03127628A JP 1263996 A JP1263996 A JP 1263996A JP 26399689 A JP26399689 A JP 26399689A JP H03127628 A JPH03127628 A JP H03127628A
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Landscapes
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
- Catalysts (AREA)
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。
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〕
本発明は窒素酸化物(以下、NOXと略称する)を含有
するガスからNOxを除去する触媒に関する。
するガスからNOxを除去する触媒に関する。
工業プラント、自動車等から排出される燃焼排ガス中の
NOxは光化学スモッグの発生原因ともなり得る物質で
あり、環境保全の立場からその除去方法の開発は、重大
かつ緊急の社会的課題である。NOXの中でもNOは特
に除去が困難でであり、これまでにも種々の方法が検討
されてきた。例えば接触還元法は有効な手段のひとつと
して提案され開発が進められているが、アンモニア、水
素あるいは一酸化炭素等の還元剤を必要とし、更に未反
応還元剤を回収、あるいは分解するための特別の装置を
必要とする。これに対して接触分解法は還元剤などの特
別な添加剤を必要とせず、触媒層を通すだけで窒素と酸
素に分解する方法であり、プロセスも単純であることか
ら最も望ましい方法である。従来の研究によれば、Pt
、 CuO、CO3O4などにNo分解活性が認めら
れたが、何れも分解生成物である酸素の被毒作用を受け
るため、実用触媒とはなり得なかった。
NOxは光化学スモッグの発生原因ともなり得る物質で
あり、環境保全の立場からその除去方法の開発は、重大
かつ緊急の社会的課題である。NOXの中でもNOは特
に除去が困難でであり、これまでにも種々の方法が検討
されてきた。例えば接触還元法は有効な手段のひとつと
して提案され開発が進められているが、アンモニア、水
素あるいは一酸化炭素等の還元剤を必要とし、更に未反
応還元剤を回収、あるいは分解するための特別の装置を
必要とする。これに対して接触分解法は還元剤などの特
別な添加剤を必要とせず、触媒層を通すだけで窒素と酸
素に分解する方法であり、プロセスも単純であることか
ら最も望ましい方法である。従来の研究によれば、Pt
、 CuO、CO3O4などにNo分解活性が認めら
れたが、何れも分解生成物である酸素の被毒作用を受け
るため、実用触媒とはなり得なかった。
本発明者等も幅広く接触分解用触媒の研究を重ねNo分
解活性を示す触媒を見出している。そのひとつはシリカ
ゲルにイオン交換法によって銅イオンを担持したもので
あり、初期活性はかなり高いものも認められたが時間と
共に活性が低下してしまうものであった。
解活性を示す触媒を見出している。そのひとつはシリカ
ゲルにイオン交換法によって銅イオンを担持したもので
あり、初期活性はかなり高いものも認められたが時間と
共に活性が低下してしまうものであった。
本発明者等はこれらの知見を基に、担持する金属イオン
と担体との組み合わせにおいて、金属イオン交換ゼオラ
イトの基礎物性についての研究と理論的考察を積み重ね
、これをNOの接触分解反応へ応用し、銅イオンを交換
した数種のゼオライトは定常的な活性を示すことを見出
すに至った。これらの触媒は処理ガス中に水分や酸素が
共存していても被毒されないという従来の触媒にない特
徴をもっているが、共存するSOXに被毒されたり、実
用触媒として用いるには定常活性が不十分であるという
欠点を有していた。本発明者等らは更に鋭意検討を重ね
た結果、銅イオンを含有し、かつ特定の結晶構造を有す
るゼオライトがNOの接触分解触媒として極めて高い定
常活性を示すばかりでなく、S[lXの共存下において
も活性がそのまま維持されることを見出し、本発明を完
成するに至った。
と担体との組み合わせにおいて、金属イオン交換ゼオラ
イトの基礎物性についての研究と理論的考察を積み重ね
、これをNOの接触分解反応へ応用し、銅イオンを交換
した数種のゼオライトは定常的な活性を示すことを見出
すに至った。これらの触媒は処理ガス中に水分や酸素が
共存していても被毒されないという従来の触媒にない特
徴をもっているが、共存するSOXに被毒されたり、実
用触媒として用いるには定常活性が不十分であるという
欠点を有していた。本発明者等らは更に鋭意検討を重ね
た結果、銅イオンを含有し、かつ特定の結晶構造を有す
るゼオライトがNOの接触分解触媒として極めて高い定
常活性を示すばかりでなく、S[lXの共存下において
も活性がそのまま維持されることを見出し、本発明を完
成するに至った。
これまで、種々のゼオライトを本触媒の基材として使用
してきたがA型、X型、Y型等の合成ゼオライトが好ま
しい基材であることがわかっている。とりわけ、第1表
に示す格子面間隔(α値)を有するゼオライトが高活性
を有する基材であることがわかった。このゼオライトは
種々の金属を結晶構造に組み込んだ珪酸塩を形成してお
り、本発明では鉄を結晶構造に組み込んだゼオライト
(結晶性鉄シリケート)が最も高活性を有する基材とな
ることが判明した。
してきたがA型、X型、Y型等の合成ゼオライトが好ま
しい基材であることがわかっている。とりわけ、第1表
に示す格子面間隔(α値)を有するゼオライトが高活性
を有する基材であることがわかった。このゼオライトは
種々の金属を結晶構造に組み込んだ珪酸塩を形成してお
り、本発明では鉄を結晶構造に組み込んだゼオライト
(結晶性鉄シリケート)が最も高活性を有する基材とな
ることが判明した。
第
表
本発明の触媒(以下、本触媒と略称する)は前記の特定
の構造を有する触媒基剤としてのゼオライト中の陽イオ
ンを銅イオンで交換することによって得られる。イオン
交換は硫酸銅、硝酸銅などの鉱酸塩または酢酸銅などの
有機酸塩を溶解した水溶液中にゼオライトを浸漬するな
どの通常の方法によって行われる。水溶液中の銅イオン
の濃度は、目的とする銅イオン交換率によって任意に選
ぶことができ、銅イオンはCu” Cu”、 Cur
l(+のいずれかの形でゼオライト中の陽イオンと交換
している。イオン交換終了後は水で十分洗浄した後、乾
燥して本触媒が得られる。本触媒の銅イオン交換率は、
触媒基剤であるゼオライト中に含有される交換可能な全
陽イオンの少なくとも10%以上であることが必須であ
り、交換率が高い程NO分解活性が高いので好ましくは
40〜200%の範囲である。
の構造を有する触媒基剤としてのゼオライト中の陽イオ
ンを銅イオンで交換することによって得られる。イオン
交換は硫酸銅、硝酸銅などの鉱酸塩または酢酸銅などの
有機酸塩を溶解した水溶液中にゼオライトを浸漬するな
どの通常の方法によって行われる。水溶液中の銅イオン
の濃度は、目的とする銅イオン交換率によって任意に選
ぶことができ、銅イオンはCu” Cu”、 Cur
l(+のいずれかの形でゼオライト中の陽イオンと交換
している。イオン交換終了後は水で十分洗浄した後、乾
燥して本触媒が得られる。本触媒の銅イオン交換率は、
触媒基剤であるゼオライト中に含有される交換可能な全
陽イオンの少なくとも10%以上であることが必須であ
り、交換率が高い程NO分解活性が高いので好ましくは
40〜200%の範囲である。
交換率l0%以下では有効なNo分解活性を示さない。
本触媒の基材となる結晶性鉄シリケートは、一般に利用
されている結晶性アルミノシリケートと製法、構造、物
性において親密な関係にあり、結晶性鉄シリケートの方
が高活性となる理由は明確ではないが、銅イオンをイオ
ン交換して担持する場合、銅イオンが活性体として有効
に働くサイトが結晶性鉄シリケートの方が多いためと考
えられる。
されている結晶性アルミノシリケートと製法、構造、物
性において親密な関係にあり、結晶性鉄シリケートの方
が高活性となる理由は明確ではないが、銅イオンをイオ
ン交換して担持する場合、銅イオンが活性体として有効
に働くサイトが結晶性鉄シリケートの方が多いためと考
えられる。
さらに、結晶性鉄シリケートを用いた本触媒は2NO→
N2+02の反応のみが認められN20. N口2生成
等の副反応が認められないことも特徴である。
N2+02の反応のみが認められN20. N口2生成
等の副反応が認められないことも特徴である。
また本触媒の5ill□/Fe20sモル比は10〜4
゜000の範囲であることが必須であり、好ましくは2
0以上である。銅イオン交換型である本触媒の5i02
/FezO5モル比は触媒基剤であるイオン交換前のゼ
オライトの5i02/Fe20sモル比と実質的に変わ
らない。
゜000の範囲であることが必須であり、好ましくは2
0以上である。銅イオン交換型である本触媒の5i02
/FezO5モル比は触媒基剤であるイオン交換前のゼ
オライトの5i02/Fe20sモル比と実質的に変わ
らない。
また本触媒の結晶構造も触媒基剤であるゼオライトの特
典的構造と基本的に異なるものではなく第1表に示した
格子面間隔(α値)で特徴づけることができる。
典的構造と基本的に異なるものではなく第1表に示した
格子面間隔(α値)で特徴づけることができる。
また、工業的規模での結晶性鉄シリケートに適した経済
的な観点から、珪酸ソーダ等のシリコン化合物には一般
に少量のアルミニウムが不純物として含まれているが、
別に本触媒を調製する点において問題ではない。
的な観点から、珪酸ソーダ等のシリコン化合物には一般
に少量のアルミニウムが不純物として含まれているが、
別に本触媒を調製する点において問題ではない。
本触媒がNOの接触分解反応に極めて高い活性を示し、
またその活性が長時間にわたって持続するのはCu”;
: Cu+の酸化還元サイクルが容易で酸素を比較的低
温で放出する機構と、本触媒の特異的結晶構造とその構
造安定性及び耐熱性等が複合的に作用しているためと考
えられる。
またその活性が長時間にわたって持続するのはCu”;
: Cu+の酸化還元サイクルが容易で酸素を比較的低
温で放出する機構と、本触媒の特異的結晶構造とその構
造安定性及び耐熱性等が複合的に作用しているためと考
えられる。
また本触媒の特徴は処理ガス中に水分、酸素。
SOX等の本来触媒に対して被毒作用をもつ成分が共存
していても、その高い活性が持続されることにもある。
していても、その高い活性が持続されることにもある。
さらに本触媒は多種ゼオライトを基剤とした触媒に比べ
て使用温度範囲が広く、300〜1000℃の範囲、好
ましくは450〜700℃の範囲で用いられる。
て使用温度範囲が広く、300〜1000℃の範囲、好
ましくは450〜700℃の範囲で用いられる。
本触媒を用いた分解反応における、本触媒と処理ガスと
の接触時間は特に限定されるものではない。処理ガス中
に含まれる成分の種類とその濃度に応じて、用いる本触
媒の5in2/Fe2rsモル比と銅イオン交換率が最
適なものを選び、これらの組み合わせにおいて本触媒の
分解活性とその性能が最高に発揮されるように反応温度
と接触時間を設定することができるからである。
の接触時間は特に限定されるものではない。処理ガス中
に含まれる成分の種類とその濃度に応じて、用いる本触
媒の5in2/Fe2rsモル比と銅イオン交換率が最
適なものを選び、これらの組み合わせにおいて本触媒の
分解活性とその性能が最高に発揮されるように反応温度
と接触時間を設定することができるからである。
本触媒の工業的使用に際しては、適当な形に成形して使
用することが望ましい。例えば、シリカアルミナ等の無
機酸化物または粘土をバインダーとし、場合により有機
物等の成形助剤を使用して球状、柱状、ハニカム状に形
成する。
用することが望ましい。例えば、シリカアルミナ等の無
機酸化物または粘土をバインダーとし、場合により有機
物等の成形助剤を使用して球状、柱状、ハニカム状に形
成する。
銅イオンで交換する前の触媒機剤であるゼオライトをあ
らかじめ成形し、その成形体を銅インで交換したものも
本発明の触媒とみなすことができる。成形体の大きさは
特に制限されない。
らかじめ成形し、その成形体を銅インで交換したものも
本発明の触媒とみなすことができる。成形体の大きさは
特に制限されない。
以下、実施例及び比較例においてさらに詳細に説明する
。
。
〔実施例1〕 (ゼオライト・ ・Fe−シリケートの
合成) 31ビーカーに珪酸ソーダ1号?20g (31022
62,8g、 NazO12B g)を蒸留水696g
に溶解し、この液をA液とする。一方、21ビーカーを
用いて水534gにNaCl133.6g 。
合成) 31ビーカーに珪酸ソーダ1号?20g (31022
62,8g、 NazO12B g)を蒸留水696g
に溶解し、この液をA液とする。一方、21ビーカーを
用いて水534gにNaCl133.6g 。
硫酸第二鉄[:Fe2(SOi)s ] 45.1gを
溶かし、さらに濃硫酸114gを滴下して攪拌し、この
液をB液とする。氷冷したA液にB液を20g/min
で滴下し、生成する白濁スラリーを攪拌する。上記スラ
リーを31オートクレーブに仕込み、さらに、(CaH
,)aN 198.6g、 CaHtBr 170.4
g 、 CLCOCJs 321,6 gを仕込み、1
00℃で24時間攪拌し、さらに、170℃で1日攪拌
して結晶化した。生成物を固液分離後、水洗、乾燥して
本触媒の基材となるゼオライ)aを得た。
溶かし、さらに濃硫酸114gを滴下して攪拌し、この
液をB液とする。氷冷したA液にB液を20g/min
で滴下し、生成する白濁スラリーを攪拌する。上記スラ
リーを31オートクレーブに仕込み、さらに、(CaH
,)aN 198.6g、 CaHtBr 170.4
g 、 CLCOCJs 321,6 gを仕込み、1
00℃で24時間攪拌し、さらに、170℃で1日攪拌
して結晶化した。生成物を固液分離後、水洗、乾燥して
本触媒の基材となるゼオライ)aを得た。
化学分析の結果、その組成は無水ベースにおける酸化物
のモル比で表わして次の組成を有していた。
のモル比で表わして次の組成を有していた。
1、ONa2O# FezL ・51Si02(AI
12O3は検出限界以下) また、その粉末X線回折図から求めたα値は基本的に第
1表に示した数値と同一であった。
12O3は検出限界以下) また、その粉末X線回折図から求めたα値は基本的に第
1表に示した数値と同一であった。
〔実施例2〕
実施例1で合成した結晶性鉄−シリケードと同様な方法
で硫酸第二鉄[Fez(SO−)3]添加量を115g
、57g、22gとし、水熱合成して得られたゼオライ
トは全て第1表に示すX・線回折図を示し、各々ゼオラ
イ)bScSdとする。
で硫酸第二鉄[Fez(SO−)3]添加量を115g
、57g、22gとし、水熱合成して得られたゼオライ
トは全て第1表に示すX・線回折図を示し、各々ゼオラ
イ)bScSdとする。
各ゼオライトの化学分析の結果、その組成は無水ベース
における酸化物のモル比で表わすと次の組成を有してい
た。
における酸化物のモル比で表わすと次の組成を有してい
た。
ゼオライトb 1.I Na2O・Fe、0. ・
21 SiLゼオライトc 1.I Na2O・Fe
zes + 393102ゼオライトd1.ONa2
[1・FeJs −99SiL〔実施例3〕 実施例1.2で得られたゼオライ)a、b。
21 SiLゼオライトc 1.I Na2O・Fe
zes + 393102ゼオライトd1.ONa2
[1・FeJs −99SiL〔実施例3〕 実施例1.2で得られたゼオライ)a、b。
c、dをそれぞれ15g採取して、下表に示した量の酢
酸銅を500 ccの水に溶解した水溶液中に入れ、室
温にて24時間攪拌した。固液分離後、十分水洗した後
、105℃で16時間乾燥した。化学分析によって求め
た本触媒の銅イオン交換率を第2表に示す。
酸銅を500 ccの水に溶解した水溶液中に入れ、室
温にて24時間攪拌した。固液分離後、十分水洗した後
、105℃で16時間乾燥した。化学分析によって求め
た本触媒の銅イオン交換率を第2表に示す。
上記触媒A−1〜D−1を酢酸調水溶液を用いて繰り返
しイオン交換を行った。イオン交換方法、使用酢酸銅量
は上記方法と同様に行った。
しイオン交換を行った。イオン交換方法、使用酢酸銅量
は上記方法と同様に行った。
くり返しイオン交換3回の触媒(触媒A−3゜8−3.
C−3,D−3)の銅イオン交換率を第3表に示す。
C−3,D−3)の銅イオン交換率を第3表に示す。
第
表
〔実施例4〕
実施例3で調製した本触媒をブレス成形した後破砕して
42〜80メツシユに整粒し、その1gを常圧固定床流
通式反応管に充填した。反応の前に本触媒をヘリウムガ
ス流通下で5℃/winの昇温速度で500℃まで昇温
し、昇温後2時間その温度を維持して前処理を行った。
42〜80メツシユに整粒し、その1gを常圧固定床流
通式反応管に充填した。反応の前に本触媒をヘリウムガ
ス流通下で5℃/winの昇温速度で500℃まで昇温
し、昇温後2時間その温度を維持して前処理を行った。
NOを5%含有するヘリウムガスを30cn!/min
の流量で本触媒充填層を通して反応させ、反応開始10
分後の各反応温度におけるNOの転化率を求めた。その
結果を第4表に示す なお、本反応は上記触媒では全て2NO−82+0□で
あり、副反応が生じていないことを確認した。
の流量で本触媒充填層を通して反応させ、反応開始10
分後の各反応温度におけるNOの転化率を求めた。その
結果を第4表に示す なお、本反応は上記触媒では全て2NO−82+0□で
あり、副反応が生じていないことを確認した。
〔実施例5〕
本触媒C−3を用いてNO分解活性の耐久性及び耐02
.Sロ、性の試験を実施した。実施例4と同様の装置を
用いて同様の方法で行い、反応温度は500℃とした。
.Sロ、性の試験を実施した。実施例4と同様の装置を
用いて同様の方法で行い、反応温度は500℃とした。
反応時間100時間以降はNOの他に0,4%を含むガ
スを流通して、さらに反応時間200時間以降はSO□
0.5%をも含むガスを流通させた。
スを流通して、さらに反応時間200時間以降はSO□
0.5%をも含むガスを流通させた。
転化率の経時変化を第5表に示す。
第
5
表
なお副生成物であるNO,、N20の生成は認められな
かった。
かった。
SiL/^1203モル比が4.9のY型ゼオライトと
、5i02/八1205モル比が10.1のモルデナイ
ト型ゼオライト及び5i02/Aj! 208モル比が
30のZSM−5型ゼオライトを実施例3の方法に従っ
て繰り返しイオン交換3回を行い、第6表に示した銅イ
オン交換ゼオライトを調製した。
、5i02/八1205モル比が10.1のモルデナイ
ト型ゼオライト及び5i02/Aj! 208モル比が
30のZSM−5型ゼオライトを実施例3の方法に従っ
て繰り返しイオン交換3回を行い、第6表に示した銅イ
オン交換ゼオライトを調製した。
上記比較触媒を実施例4の方法に従って500℃におけ
る転化率を求めた。転化率としてNOの転化率とN2へ
の転化率を求め結果を第7表に示す。
る転化率を求めた。転化率としてNOの転化率とN2へ
の転化率を求め結果を第7表に示す。
上記比較触媒は副反応としてN口+′Ao2→N口。
が生じ、NO2の副生が認められた。
本発明の銅イオン交換型結晶性鉄シリケー1触媒は02
. SO2共存下においてもNoを安定にN2と0゜に
分解することが可能であり、ディーゼル排ガス等の浄化
に大いに利用できる。
. SO2共存下においてもNoを安定にN2と0゜に
分解することが可能であり、ディーゼル排ガス等の浄化
に大いに利用できる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 下記第1表に示す粉末X線回折における格子面間隔(α
値)を有し、かつ、SiO_2/Fe_2O_3モル比
が10〜4000の結晶性鉄シリケートに銅イオンを含
有させてなることを特徴とする窒素酸化物の直接接触分
解触媒。 第1表 ▲数式、化学式、表等があります▼
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1263996A JPH03127628A (ja) | 1989-10-12 | 1989-10-12 | 窒素酸化物の直接接触分解触媒 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1263996A JPH03127628A (ja) | 1989-10-12 | 1989-10-12 | 窒素酸化物の直接接触分解触媒 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03127628A true JPH03127628A (ja) | 1991-05-30 |
Family
ID=17397098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1263996A Pending JPH03127628A (ja) | 1989-10-12 | 1989-10-12 | 窒素酸化物の直接接触分解触媒 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03127628A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0707883A2 (en) | 1994-10-06 | 1996-04-24 | N.E. Chemcat Corporation | Catalyst and method for purifying exhaust gases |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03101836A (ja) * | 1989-09-13 | 1991-04-26 | Sekiyu Sangyo Katsuseika Center | 窒素酸化物の分解触媒 |
-
1989
- 1989-10-12 JP JP1263996A patent/JPH03127628A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03101836A (ja) * | 1989-09-13 | 1991-04-26 | Sekiyu Sangyo Katsuseika Center | 窒素酸化物の分解触媒 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0707883A2 (en) | 1994-10-06 | 1996-04-24 | N.E. Chemcat Corporation | Catalyst and method for purifying exhaust gases |
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