JPH07265699A - ジルコニア系酸化触媒 - Google Patents
ジルコニア系酸化触媒Info
- Publication number
- JPH07265699A JPH07265699A JP6062636A JP6263694A JPH07265699A JP H07265699 A JPH07265699 A JP H07265699A JP 6062636 A JP6062636 A JP 6062636A JP 6263694 A JP6263694 A JP 6263694A JP H07265699 A JPH07265699 A JP H07265699A
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- JP
- Japan
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- catalyst
- oxidation catalyst
- isoelectric point
- zro
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Abstract
(57)【要約】
【目的】炭化水素,COなどの酸化反応において、高い
活性を示す卑金属系酸化触媒の提供 【構成】一般式 (MO1.5)x(ZrO2)1-x (ただし、xは0.04〜0.2、MはYb,Y,Gd
またはSmである)で表され、蒸留水中の等電点がpH
6.4〜7.4である欠陥ホタル石型複合酸化物からな
ることを特徴とする酸化触媒。
活性を示す卑金属系酸化触媒の提供 【構成】一般式 (MO1.5)x(ZrO2)1-x (ただし、xは0.04〜0.2、MはYb,Y,Gd
またはSmである)で表され、蒸留水中の等電点がpH
6.4〜7.4である欠陥ホタル石型複合酸化物からな
ることを特徴とする酸化触媒。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化水素,COなどを
高い効率で酸化することが可能な卑金属系酸化触媒に関
するものである。
高い効率で酸化することが可能な卑金属系酸化触媒に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、卑金属系酸化触媒として、Co3
O4,Cr2O3,Tb4O7,Cr2O3−La2O3などが
知られている(服部 忠,村上雄一,第48回触媒討論
会(A)予稿集,194,(1981)など)。
O4,Cr2O3,Tb4O7,Cr2O3−La2O3などが
知られている(服部 忠,村上雄一,第48回触媒討論
会(A)予稿集,194,(1981)など)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら卑金属
系酸化触媒は、Pt,Pdなどの貴金属系酸化触媒に比
して活性が著しく低いという欠点を有していた。
系酸化触媒は、Pt,Pdなどの貴金属系酸化触媒に比
して活性が著しく低いという欠点を有していた。
【0004】本発明の目的は、これら従来知られている
卑金属系酸化触媒の欠点を解消した、すなわち、炭化水
素,COなどの酸化反応において、高い活性を示す卑金
属系酸化触媒の提供にある。
卑金属系酸化触媒の欠点を解消した、すなわち、炭化水
素,COなどの酸化反応において、高い活性を示す卑金
属系酸化触媒の提供にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、卑金属酸
化物の酸化力発現が結晶格子内酸素の拡散によることに
注目し、卑金属酸化物中に格子欠陥を導入しかつこの欠
陥を通して格子内酸素を速やかに触媒表面上に拡散させ
酸化反応を行わせることにより、卑金属酸化物であるZ
rO2の酸化力を著しく向上させることが可能であるこ
とを見出し、本発明を完成させるに至った。
化物の酸化力発現が結晶格子内酸素の拡散によることに
注目し、卑金属酸化物中に格子欠陥を導入しかつこの欠
陥を通して格子内酸素を速やかに触媒表面上に拡散させ
酸化反応を行わせることにより、卑金属酸化物であるZ
rO2の酸化力を著しく向上させることが可能であるこ
とを見出し、本発明を完成させるに至った。
【0006】すなわち、本発明は、一般式 (M
O1.5)x(ZrO2)1-x (ただし、xは0.04〜0.2、MはYb,Y,Gd
またはSmである。以下、同じ)で表され、蒸留水中の
等電点がpH6.4〜7.4である欠陥ホタル石型複合
酸化物からなる酸化触媒を提供するものである。
O1.5)x(ZrO2)1-x (ただし、xは0.04〜0.2、MはYb,Y,Gd
またはSmである。以下、同じ)で表され、蒸留水中の
等電点がpH6.4〜7.4である欠陥ホタル石型複合
酸化物からなる酸化触媒を提供するものである。
【0007】以下、本発明を詳細に説明する。
【0008】上記一般式中のxの値は0.04〜0.
2、蒸留水中の等電点はpH6.4〜7.4でなければ
ならない。xの値が小さすぎても大きすぎても、触媒作
用が十分に高くならず;蒸留水中の等電点はZrO2の
蒸留水中の等電点であるpH6.4に近いものが望まし
く(6.4より低くはならない)、等電点が高すぎると
同様に触媒作用が高くならないからである。
2、蒸留水中の等電点はpH6.4〜7.4でなければ
ならない。xの値が小さすぎても大きすぎても、触媒作
用が十分に高くならず;蒸留水中の等電点はZrO2の
蒸留水中の等電点であるpH6.4に近いものが望まし
く(6.4より低くはならない)、等電点が高すぎると
同様に触媒作用が高くならないからである。
【0009】さらに、ZrO2に固溶させるものとし
て、Yb,Y,GdまたはSmの酸化物を選択したの
は、これらが他の金属の酸化物にくらべて、触媒作用を
向上させる作用がとくに高いことによる。
て、Yb,Y,GdまたはSmの酸化物を選択したの
は、これらが他の金属の酸化物にくらべて、触媒作用を
向上させる作用がとくに高いことによる。
【0010】次に、本発明のZrO2系酸化触媒の製造
方法について説明する。
方法について説明する。
【0011】本発明のZrO2系酸化触媒は、Zr源と
M源とをZr/Mモル比で96/4〜80/20となる
ように、湿式又は乾式において混合したのち、蒸留水中
の等電点pH6.4〜7.4の製品がえられる温度で焼
成することによって製造することができる。焼成温度を
1000℃以上とすれば、上記の混合割合やMの種類に
かかわらず、蒸留水中の等電点pH6.4〜7.4の製
品がえられる。しかし、焼成温度があまり高すぎると、
触媒の比表面積の低下により酸化機能が低下するために
1100℃以下とするのが望ましい。上記の混合割合や
Mの種類によっては、1000℃より低い温度でも(た
だし、600℃以上)、蒸留水中の等電点pH6.4〜
7.4の製品がえられる。焼成時間には特に制限はない
が、あまり長時間焼成すると比表面積の低下をきたし、
触媒特性を低下させるだけであり、それなりの効果しか
えられないので、30分から2時間焼成を行えば十分で
ある。
M源とをZr/Mモル比で96/4〜80/20となる
ように、湿式又は乾式において混合したのち、蒸留水中
の等電点pH6.4〜7.4の製品がえられる温度で焼
成することによって製造することができる。焼成温度を
1000℃以上とすれば、上記の混合割合やMの種類に
かかわらず、蒸留水中の等電点pH6.4〜7.4の製
品がえられる。しかし、焼成温度があまり高すぎると、
触媒の比表面積の低下により酸化機能が低下するために
1100℃以下とするのが望ましい。上記の混合割合や
Mの種類によっては、1000℃より低い温度でも(た
だし、600℃以上)、蒸留水中の等電点pH6.4〜
7.4の製品がえられる。焼成時間には特に制限はない
が、あまり長時間焼成すると比表面積の低下をきたし、
触媒特性を低下させるだけであり、それなりの効果しか
えられないので、30分から2時間焼成を行えば十分で
ある。
【0012】本発明において使用するZr源には特に制
限はないが、湿式混合を行う場合には硝酸Zr,塩化Z
rなどの水溶性の無機塩やZrエトキシド,Zrブトキ
シド,ZrプロポキシドなどのZrアルコキシドを用い
れば良い。湿式混合を行う場合においてもボ−ルミルな
どの粉砕・混合メディアを用いる場合には炭酸Zrなど
の難溶性の無機塩を用いることもできる。一方、3価金
属源にも特に制限はなく、Zr同様水溶性の無機塩やア
ルコキシドを用いれば良く、ボ−ルミルなどの粉砕・混
合メディアを用いる場合には炭酸塩を用いることも可能
である。Zr源及び3価金属源に水溶性の無機塩を選ん
だ場合には、両者を本発明において定めた割合になるよ
うに混合した後、アンモニア水などを用いた共沈法によ
り、水酸化物などの形として沈澱させ、この沈澱生成物
を濾過,水洗したのち乾燥し、所定温度において焼成す
ればよい。一方、Zr源及び3価金属源にアルコキシド
を用いる場合には、両者を混合した後、全還流下におい
て混合し、蒸溜水を加えて加水分解を行い、均一な沈澱
物を作り、この沈澱生成物を濾過,水洗及び乾燥したの
ちに焼成すればよい。また、ボ−ルミルを用いる場合に
は、ボ−ルミル中に難溶性のZr源,3価金属源及びエ
タノ−ルを投入し、12〜24時間混合し、エバポレ−
タ−などにより乾燥したのち焼成すればよい。
限はないが、湿式混合を行う場合には硝酸Zr,塩化Z
rなどの水溶性の無機塩やZrエトキシド,Zrブトキ
シド,ZrプロポキシドなどのZrアルコキシドを用い
れば良い。湿式混合を行う場合においてもボ−ルミルな
どの粉砕・混合メディアを用いる場合には炭酸Zrなど
の難溶性の無機塩を用いることもできる。一方、3価金
属源にも特に制限はなく、Zr同様水溶性の無機塩やア
ルコキシドを用いれば良く、ボ−ルミルなどの粉砕・混
合メディアを用いる場合には炭酸塩を用いることも可能
である。Zr源及び3価金属源に水溶性の無機塩を選ん
だ場合には、両者を本発明において定めた割合になるよ
うに混合した後、アンモニア水などを用いた共沈法によ
り、水酸化物などの形として沈澱させ、この沈澱生成物
を濾過,水洗したのち乾燥し、所定温度において焼成す
ればよい。一方、Zr源及び3価金属源にアルコキシド
を用いる場合には、両者を混合した後、全還流下におい
て混合し、蒸溜水を加えて加水分解を行い、均一な沈澱
物を作り、この沈澱生成物を濾過,水洗及び乾燥したの
ちに焼成すればよい。また、ボ−ルミルを用いる場合に
は、ボ−ルミル中に難溶性のZr源,3価金属源及びエ
タノ−ルを投入し、12〜24時間混合し、エバポレ−
タ−などにより乾燥したのち焼成すればよい。
【0013】
【作用】酸化触媒の活性は、酸素イオンの拡散性すなわ
ち酸素イオン伝導性が高いほど高い。そして、この酸素
イオンの拡散性は、触媒における酸素欠陥の量が増えて
いくにつれ高くなる。しかし、酸素欠陥の量が多くなり
すぎると酸素欠陥は格子内においてペアリングやクラス
タリングによって秩序化し、それが酸素イオンの拡散を
著しく低下させ、酸素イオンの拡散性が低下する。つま
り、酸化触媒の活性を高いものとするには、酸素欠陥の
量をある範囲内のものとしなければならない。いっぽ
う、本発明の触媒では、酸素欠陥は、4価のZrサイト
に3価のMが固溶することにより生じるものであるの
で、酸素欠陥の量はMO1.5のZrO2への固溶量が多い
ほど多くなり、したがって、触媒の活性を高いものとす
るには、酸素欠陥の量をすなわち固溶させるMO1.5の
量をある範囲内に止めねばならない。xが0.04〜
0.2で触媒活性が高いのは、このような事情によるも
のと推定される。
ち酸素イオン伝導性が高いほど高い。そして、この酸素
イオンの拡散性は、触媒における酸素欠陥の量が増えて
いくにつれ高くなる。しかし、酸素欠陥の量が多くなり
すぎると酸素欠陥は格子内においてペアリングやクラス
タリングによって秩序化し、それが酸素イオンの拡散を
著しく低下させ、酸素イオンの拡散性が低下する。つま
り、酸化触媒の活性を高いものとするには、酸素欠陥の
量をある範囲内のものとしなければならない。いっぽ
う、本発明の触媒では、酸素欠陥は、4価のZrサイト
に3価のMが固溶することにより生じるものであるの
で、酸素欠陥の量はMO1.5のZrO2への固溶量が多い
ほど多くなり、したがって、触媒の活性を高いものとす
るには、酸素欠陥の量をすなわち固溶させるMO1.5の
量をある範囲内に止めねばならない。xが0.04〜
0.2で触媒活性が高いのは、このような事情によるも
のと推定される。
【0014】また、等電点のpH値が高いほどMO1.5
のZrO2への固溶が不十分であって触媒作用が低く、
よく固溶したものほど等電点のpH値が低くなってZr
O2の等電点のそれ(蒸留水においては、pH6.4)
に近づき触媒作用が高くなる。固溶が不十分であると等
電点がアルカリ性側へ移動するのは、Mのいずれもその
酸化物が強アルカリ性側のpH9以上の値を示すことか
ら、触媒表面上に偏析したMの酸化物により、触媒表面
の等電点が本来のZrO2の値からはずれ、偏析したM
の酸化物の値に近づくことによるものと考えられる。こ
のように触媒表面上に3価金属の酸化物が固溶せずに偏
析すると、4価のZrサイトに3価の金属が固溶するこ
とにより生じる酸素欠陥の生成が抑制され、十分な酸素
イオンの拡散がおこらなくなり、結果として触媒活性が
低下する。また、触媒表面上に3価金属の酸化物が偏析
すると、ZrO2表面で起こる酸化反応を阻害すること
にもなり、結果としてZrO2触媒の酸化機能を著しく
低下させる。
のZrO2への固溶が不十分であって触媒作用が低く、
よく固溶したものほど等電点のpH値が低くなってZr
O2の等電点のそれ(蒸留水においては、pH6.4)
に近づき触媒作用が高くなる。固溶が不十分であると等
電点がアルカリ性側へ移動するのは、Mのいずれもその
酸化物が強アルカリ性側のpH9以上の値を示すことか
ら、触媒表面上に偏析したMの酸化物により、触媒表面
の等電点が本来のZrO2の値からはずれ、偏析したM
の酸化物の値に近づくことによるものと考えられる。こ
のように触媒表面上に3価金属の酸化物が固溶せずに偏
析すると、4価のZrサイトに3価の金属が固溶するこ
とにより生じる酸素欠陥の生成が抑制され、十分な酸素
イオンの拡散がおこらなくなり、結果として触媒活性が
低下する。また、触媒表面上に3価金属の酸化物が偏析
すると、ZrO2表面で起こる酸化反応を阻害すること
にもなり、結果としてZrO2触媒の酸化機能を著しく
低下させる。
【0015】さらに、Yb,Y,GdまたはSmの酸化
物をZrO2に固溶させることにより触媒活性が高くな
るのは、これらはZrO2中の酸素イオン伝導性を著し
く向上させる特性を有し、それによって格子内酸素の拡
散が促されることによるものと考えられる。
物をZrO2に固溶させることにより触媒活性が高くな
るのは、これらはZrO2中の酸素イオン伝導性を著し
く向上させる特性を有し、それによって格子内酸素の拡
散が促されることによるものと考えられる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の酸化触媒
は、活性が極めて高く、炭化水素やCOを効果的に酸化
することができる。
は、活性が極めて高く、炭化水素やCOを効果的に酸化
することができる。
【0017】炭化水素やCOの酸化は、本発明の酸化触
媒と、炭化水素又はCOを含むガスを接触させることに
より行うことができる。本発明が対象とする炭化水素や
COが含まれるガスとしては、天然ガス,アルコ−ル,
石炭ガス化ガスなどがあげられ、またこの触媒の応用と
しては、暖房機や乾燥機などの触媒燃焼ヒ−タ−,自動
車排ガス浄化,各種脱臭装置,発電用,電力−熱併給シ
ステム用,航空機用,自動車用などのガスタ−ビンやボ
イラ−などの機器が具体的に例示される。触媒の使用条
件は特に限定されないが、温度範囲としては、300℃
〜1100℃,さらには400℃〜800℃が好まし
い。また、空塔速度は、50hr-1〜500000h-1
とすればよい。
媒と、炭化水素又はCOを含むガスを接触させることに
より行うことができる。本発明が対象とする炭化水素や
COが含まれるガスとしては、天然ガス,アルコ−ル,
石炭ガス化ガスなどがあげられ、またこの触媒の応用と
しては、暖房機や乾燥機などの触媒燃焼ヒ−タ−,自動
車排ガス浄化,各種脱臭装置,発電用,電力−熱併給シ
ステム用,航空機用,自動車用などのガスタ−ビンやボ
イラ−などの機器が具体的に例示される。触媒の使用条
件は特に限定されないが、温度範囲としては、300℃
〜1100℃,さらには400℃〜800℃が好まし
い。また、空塔速度は、50hr-1〜500000h-1
とすればよい。
【0018】
【実施例】以下、実施例および比較例により本発明を更
に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。
に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。
【0019】実施例1〜7、比較例1〜5 各例において下記のMの硝酸塩(いずれもキシダ科学
製)を 実施例1…Yb(NO3)3・6H2O…13.5193g 実施例2…Yb(NO3)3・6H2O…18.8840g 実施例3…Yb(NO3)3・6H2O…24.7853g 実施例4…Yb(NO3)3・6H2O…46.6547g 実施例5…Y(NO3)3・6H2O……17.5086g 実施例6…Sm(NO3)3・6H2O…20.3181g 実施例7…Gd(NO3)3・5H2O…19.8093g 比較例1…………………−−………………………−− 比較例2…Yb(NO3)3・6H2O……4.1308g 比較例3…Yb(NO3)3・6H2O…99.1413g 比較例4…Yb(NO3)3・6H2O…18.8840g 比較例5…Yb(NO3)3・6H2O…18.8840g 蒸溜水400ml中に溶解した水溶液と、ZrOCl2
・8H2O(東ソ−製)を蒸留水に溶解してえた濃度
0.6mol/lのZrOCl2水溶液400mlとを
混合した後(ただし、比較例1では上記のとおりMの硝
酸塩を使用しなかった)、28wt%のNH3水を用い
た共沈法により沈澱を生成させた後、この沈澱を12時
間静置した後乾燥し、所定温度で1時間空気中において
焼成して酸化触媒粉末をえた。
製)を 実施例1…Yb(NO3)3・6H2O…13.5193g 実施例2…Yb(NO3)3・6H2O…18.8840g 実施例3…Yb(NO3)3・6H2O…24.7853g 実施例4…Yb(NO3)3・6H2O…46.6547g 実施例5…Y(NO3)3・6H2O……17.5086g 実施例6…Sm(NO3)3・6H2O…20.3181g 実施例7…Gd(NO3)3・5H2O…19.8093g 比較例1…………………−−………………………−− 比較例2…Yb(NO3)3・6H2O……4.1308g 比較例3…Yb(NO3)3・6H2O…99.1413g 比較例4…Yb(NO3)3・6H2O…18.8840g 比較例5…Yb(NO3)3・6H2O…18.8840g 蒸溜水400ml中に溶解した水溶液と、ZrOCl2
・8H2O(東ソ−製)を蒸留水に溶解してえた濃度
0.6mol/lのZrOCl2水溶液400mlとを
混合した後(ただし、比較例1では上記のとおりMの硝
酸塩を使用しなかった)、28wt%のNH3水を用い
た共沈法により沈澱を生成させた後、この沈澱を12時
間静置した後乾燥し、所定温度で1時間空気中において
焼成して酸化触媒粉末をえた。
【0020】酸化触媒粉末は、X線回折試験の結果、い
ずれも単一のZrO2相からなるものであった。
ずれも単一のZrO2相からなるものであった。
【0021】蒸溜水中におけるζ電位のpHによる変化
からその粉末の等電点を測定した。これらの酸化触媒粉
末のを充填した常圧固定床流通式の反応装置にCOを2
400ppm,O2を4%含むガスを空塔速度2500
h-1で通して500℃でCOのCO2への酸化反応を行
い、その反応におけるCO転化率をBET比表面積およ
び重量で除して各触媒粉末の活性を評価した。また、C
OのCO2への転化以外の副反応(コーキングなど)が
起こっていないことは、COの転換率とCO2の生成率
をともにガスクロマトグラフにおいて定量し、両者が一
致していることにより確認した。
からその粉末の等電点を測定した。これらの酸化触媒粉
末のを充填した常圧固定床流通式の反応装置にCOを2
400ppm,O2を4%含むガスを空塔速度2500
h-1で通して500℃でCOのCO2への酸化反応を行
い、その反応におけるCO転化率をBET比表面積およ
び重量で除して各触媒粉末の活性を評価した。また、C
OのCO2への転化以外の副反応(コーキングなど)が
起こっていないことは、COの転換率とCO2の生成率
をともにガスクロマトグラフにおいて定量し、両者が一
致していることにより確認した。
【0022】
【表1】
Claims (1)
- 【請求項1】一般式 (MO1.5)x(ZrO2)1-x (ただし、xは0.04〜0.2、MはYb,Y,Gd
またはSmである)で表され、かつ、蒸留水中の等電点
がpH6.4〜7.4である欠陥ホタル石型複合酸化物
からなることを特徴とする酸化触媒。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6062636A JPH07265699A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | ジルコニア系酸化触媒 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6062636A JPH07265699A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | ジルコニア系酸化触媒 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07265699A true JPH07265699A (ja) | 1995-10-17 |
Family
ID=13206018
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6062636A Pending JPH07265699A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | ジルコニア系酸化触媒 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07265699A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012512020A (ja) * | 2008-12-17 | 2012-05-31 | サン−ゴバン サントル ドゥ ルシェルシェ エ デトゥードゥ ユーロペン | 還元状態のジルコンにより担持された触媒系を含む精製構造 |
-
1994
- 1994-03-31 JP JP6062636A patent/JPH07265699A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012512020A (ja) * | 2008-12-17 | 2012-05-31 | サン−ゴバン サントル ドゥ ルシェルシェ エ デトゥードゥ ユーロペン | 還元状態のジルコンにより担持された触媒系を含む精製構造 |
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