JPH07256100A - 触媒燃焼用耐熱性アルミナ担体の製造法 - Google Patents

触媒燃焼用耐熱性アルミナ担体の製造法

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JPH07256100A
JPH07256100A JP6079724A JP7972494A JPH07256100A JP H07256100 A JPH07256100 A JP H07256100A JP 6079724 A JP6079724 A JP 6079724A JP 7972494 A JP7972494 A JP 7972494A JP H07256100 A JPH07256100 A JP H07256100A
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達郎 堀内
Toyohiko Sugiyama
豊彦 杉山
Toshiaki Mori
聰明 森
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒燃焼の触媒担体として利用することがで
き、高温でも安定に高表面積を維持する触媒燃焼用耐熱
性アルミナ担体の製造法を提供する。 【構成】 ベーマイトゾルをゲル化させたアルミナエア
ロゲルを乾燥した後、焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、触媒燃焼の触媒担体と
して利用することができ、高温でも安定に高表面積を維
持する触媒燃焼用耐熱性アルミナ担体の製造法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】窒素酸化物(NOx)は、自動車排ガス
やボイラー排ガス等、燃料の燃焼によって発生し、酸性
雨等の原因となるものであるため、その排出抑制対策が
急がれている。上記窒素酸化物は、空気中の窒素が燃焼
による高熱で酸化されて生じるが、燃焼温度が1500
℃以下になればその発生はほとんど0となる。一般に、
触媒燃焼(法)は火炎燃焼(法)に比べて種々の利点が
あることが知られているが、これは、火炎燃焼では燃焼
温度が2000℃以上に達してしまうのに対し、触媒燃
焼では燃焼温度を1500℃以下に抑えることができ、
窒素酸化物の発生が抑制され、エネルギーの利用効率も
高いためである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記触
媒燃焼の作動温度の上限は窒素酸化物の発生抑制という
制限から1500℃に抑えられるが、下限は少なくとも
1000℃以上には達する。このような高温において
は、従来の触媒担体として用いられている材料では焼結
してしまい、その表面積を著しく減少させてしまうた
め、短期間で担体としての役目を果たさなくなってしま
う。即ち、このような触媒担体を触媒燃焼システムに使
用すると、次第に機能が低下してしまうため、一定期間
毎に頻繁に担体を交換する必要があった。したがって、
1000℃以上の高温でも安定に高表面積を維持し、長
期間にわたって安定な運転を行うことができるような触
媒担体が嘱望されていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上記に鑑み提案
されたもので、通常触媒担体として広く用いられている
アルミナの耐熱性を改善し、1000℃以上の高温でも
安定に高表面積を維持する触媒担体を提供することを目
的とし、ベーマイトゾルをゲル化させたアルミナエアロ
ゲルを乾燥し、焼成して得られた触媒燃焼用耐熱性アル
ミナ担体が、上記の特性を有することを見出したもので
ある。
【0005】アルミナは500℃程度で加熱した場合に
はγ相であるが、高温で熱処理するとδ相、θ相と転移
し、1150℃以上の加熱で最終的にα相に転移し、相
転移に著しい粒成長が伴うので表面積が激減する。した
がって、相転移をできるだけ高温まで抑えることで表面
積の減少を抑制できる。
【0006】また、相転移に伴う粒成長を抑制すること
で、相転移後の表面積の減少を抑制することができる。
【0007】アルミナ粒子と粒子のネック部分には格子
欠陥や転移が多数存在するため、α相生成の際の核生成
サイトになりやすいと考えられている。また、粒成長の
際にネックは原子の拡散経路となる。拡散経路を極力少
なくすることで粒成長も抑制されると考えられる。した
がって、ネックの数を減少させれば核生成或いは粒成長
が抑制される筈である。ネックの数を減少させること
は、単位体積中に存在するアルミナ粒子の数を減少させ
ることで実現できる。このことは、即ちアルミナのかさ
密度を低減することである。
【0008】そのような物質としてエアロゲルがある。
エアロゲルとすることでかさ密度を0.1g/cm3
下と著しく低下させることが可能となり、上述のように
ネックの数を低減させることができる。このように本発
明は、アルミナエアロゲルを用いることにより、粒生成
や粒成長が抑制され、即ち表面積の減少が抑制されるア
ルミナ担体を得るものである。
【0009】上記アルミナエアロゲルとしては、一般に
アルコキシドを用いて合成した非晶質ゲルも知られてい
るが、本発明ではベーマイトゾルを原料として用いたア
ルミナエアロゲルを使用する。このベーマイトゾルはA
lOOHという化学式で表される繊維状のアルミニウム
の水酸化物であり、アルミナゾルとして市販され、工業
的に大量生産され、安価であるから、経済的な利点が大
きい。
【0010】尤もベーマイトゾルをそのまま用いると、
ベーマイト粒子の分散が不十分であるため、酸を加えて
解膠する必要がある。解膠により分散状態が良好な透明
ゾルが得られる。解膠に用いる酸は、強酸であれば特に
その種類を特定するものではないが、焼成後に不純物が
残らない硝酸が好ましい。また、その酸の量は、ベーマ
イト(固形分)の0.05〜0.2モル倍が好ましい。
より好ましくは0.1モル倍である。
【0011】上記の透明ゾルをゲル化させるためには、
pHを上昇させ、ベーマイト粒子の表面電位を低下させ
る必要がある。ところが、アンモニア水等の塩基を直接
添加すると、添加された部分のみ沈澱を生成し、ゲルを
得ることができないため不適当である。そこで鋭意研究
の結果、ゲルのpHを均一に上昇させる必要があること
が明らかになった。その具体的な方法としては、加水分
解により塩基を生成するpH調整剤を予め添加し、添加
後にこのpH調整剤が加水分解して透明ゾルのpHを徐
々に均一に上昇させるようにする。そのようなpH調整
剤として尿素、ホルムアミドなどがあげられる。また、
このpH調整剤の添加量は、解膠に用いた酸の0.5〜
2モル倍が好ましい。
【0012】そして、上記のようにして得られたゲルを
臨界乾燥に使用する溶媒中に浸漬し、ゲル細孔中に存在
する水を所定の溶媒に置換する。置換後、その溶媒の超
臨界条件で乾燥させる。尚、上記溶媒としては水との親
和性も考えて一般的にメタノール、エタノール、プロパ
ノール等の低級アルコールが使用される。
【0013】最後に、乾燥したアルミナエアロゲルを1
100〜1500℃で焼成した後、触媒担体としての用
に供する。尚、触媒燃焼の燃焼温度は1500℃以下で
あるため、上記焼成温度を1500℃を越える温度にす
る必要はない。また、焼成温度が低すぎると強度が低く
なるので、1100℃以上の高温で焼成する必要があ
る。
【0014】
【実施例】ベーマイトゾル90ml(固形分としてベー
マイト0.1モル含有)に硝酸を0.01モル添加して
解膠し、透明ゾルを得た。これに尿素0.5gを加えて
密閉容器中で80℃に保つと、6時間程度でゲル化し
た。ゲル化後、直ちにエタノールに浸漬し、ゲル細孔中
に存在する水をエタノールに置換した。置換後、オート
クレーブ中で300℃、80気圧の条件で、エタノール
超臨界乾燥を行った。乾燥後、1100〜1400℃で
5時間焼成した。
【0015】上記ゲルは、1200℃で焼成した後もθ
相からなり、通常のアルミナ粉体が1200℃で焼成し
た後には完全にα相に転移してしまうのに比べ、良好な
相転移抑制効果を有することが認められた。その結果、
本発明によるアルミナ担体は、図1に示すように120
0℃で焼成した後も90m2 /gという高い比表面積を
示した。1300℃で焼成した後はα層へ転移するが、
1400℃で焼成した後も10m2 /g以上という高い
比表面積を示した。通常のアルミナは1400℃で焼成
した後には1〜2m2 /g程度に比表面積が減少するの
で、上記の値はこのような高温ではかなり大きな相違で
あり、低かさ密度化による粒成長抑制効果が現れたもの
と考えられる。
【0016】以上本発明を実施例に基づいて説明した
が、本発明は前記した実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載した構成を変更しない限りど
のようにでも実施することができる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、触媒燃
焼の触媒担体として利用することができ、高温でも高表
面積を安定して維持するアルミナ担体を容易に製造する
ことができる。
【0018】また、本発明により得られたアルミナ担体
は、上述のように高温でも高表面積を安定して維持する
ものであるから、触媒燃焼システムに適用した場合には
頻繁に交換する必要がなく、触媒劣化による機能低下を
防止し、長期にわたって安定した運転を維持させること
ができる。
【0019】さらに、本発明はベーマイトゾルを原料と
して用いるものであるから、経済的な利点が大きいもの
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるアルミナ担体と通常のアルミナと
の高温焼成後の表面積を示し、焼成温度に対する比表面
積の変化を示すグラフである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベーマイトゾルをゲル化させたアルミナ
    エアロゲルを乾燥した後、焼成することを特徴とする触
    媒燃焼用耐熱性アルミナ担体の製造法。
  2. 【請求項2】 pH調整剤を用いてベーマイトゾルのp
    Hを均一に上昇させ、ゲル化させることを特徴とする請
    求項1に記載の触媒燃焼用耐熱性アルミナ担体の製造
    法。
  3. 【請求項3】 有機溶媒の超臨界状態を利用してゲルを
    乾燥させる請求項1又は2に記載の触媒燃焼用耐熱性ア
    ルミナ担体の製造法。
  4. 【請求項4】 乾燥したゲルの焼成温度を1100〜1
    500℃とする請求項1又は2又は3に記載の触媒燃焼
    用耐熱性アルミナ担体の製造法。
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