JPH07509398A - 銀含有の酸化アルミニウム担持触媒および純粋かまたはガス混合物中に含有された一酸化二窒素の接触分解のための方法 - Google Patents

銀含有の酸化アルミニウム担持触媒および純粋かまたはガス混合物中に含有された一酸化二窒素の接触分解のための方法

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JPH07509398A JP6503923A JP50392394A JPH07509398A JP H07509398 A JPH07509398 A JP H07509398A JP 6503923 A JP6503923 A JP 6503923A JP 50392394 A JP50392394 A JP 50392394A JP H07509398 A JPH07509398 A JP H07509398A
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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】 銀含有の酸化アルミニウム担持触媒および純粋かまたはガス混合物中に含有され た一酸化二窒素の接触分解のための方法 本発明は、銀含有の酸化アルミニウム担持触媒および高められた温度での純粋か またはガス混合物中に含有された一酸化二窒素の接触分解のための方法に関する 。
一酸化二窒素(笑気ガス)の接触分解は、既に久しく公知であり、多数の文献中 に、運動学的試験の範囲内で記載されている。既に1936年に、GIIIel ins Handbuch der anorganischen Chemi e、 5tickstoff、第8版、第573頁以降に、石英槽中で一酸化二 窒素の分解は、触媒なしにおよび種々の触媒、例えば5iO7、白金箔、二酸化 チタン、白金黒、AlzOs、木炭並びに二酸化トリウムの存在下に、種々の温 度で試みられている。純粋な銀、銀金合金および銀カルシウム合金に関する運動 学的試験は、K、E、Hayes、 Cand、J、Chei、第37巻、第5 83頁(1989年)により記載されている。R,Larssonは、Cata lysis Today第4巻、第235〜251頁(1989年)中に、酸化 触媒、殊に混合酸化物に接しての一酸化二窒素分解の活性化エネルギーについて 概説している。
窒素および酸素への一酸化に窒素の分解に関する工業的関心は、NASAによる ものであり、彼らは、容易に入手可能な化合物から宇宙飛行士のための呼吸用空 気を得るために、硝酸アンモニウムから出発して笑気ガスを介して元素への分解 を利用しようとした((:heIIl、Abstract 1481 (196 5年))、触媒としては、種々の有機担体上の白金、酸化アルミニウム上のロジ ウム並びに酸化ニッケル、酸化コバルトおよび酸化モリブデンが好適なものとし て記載されていた。
もう1つの工業的な使用分野は、例えば手術室中での麻酔ガスの解毒である。前 記の適用については、多数の日本の特許明細書が存在する。以下の触媒系が提案 されている°活性炭(特開昭54−11090号公報)、希土類金属と組み合わ せた鉄族の元素(特開昭61−45487号公報)、白金、パラジウム、ロジウ ム、インジウムおよび/またはルテニウム(特開昭55−31463号公報)お よび酸化アルミニウム上の酸化銅、酸化クロム(特開昭61−50650号公報 )。通常、−酸化二窒素は、−酸化二窒素−空気混合物(1: 1)中で分解さ れる。特開昭61−53142号公報は、γ−酸化アルミニウム上の酸化コバル ト、酸化銅および酸化マンガンに接しての排ガスからの一酸化に窒素の除去を記 載している。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第3543640号明細書には、−酸化二窒素の 分解のために、パラジウム含有の触媒が提案されている。
特開昭63−07826号公報は、γ−酸化アルミニウム担体上の貴金属もしく は貴金属酸化物に接しての排ガスからの一酸化に窒素の除去を記載している。
上記文献中では、例外なく、−酸化二窒素−空気混合物もしくは一酸化二窒素− 酸素混合物が反応させられる。ドイツ連邦共和国特許出願公開第3543640 号明細書によれば、混合物は、NO,430p pmおよび4%の水(ガス状) とパラジウム触媒に接して反応される。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第4029061号明細書には、銀含有の酸化ア ルミニウム担持触媒が一酸化二窒素の分解のために記載され、この場合、酸化ア ルミニウムは、5〜25m’/gのBET表面積を有する。
以前に公開されなかったドイツ連邦共和国特許第4128629号明細書には、 同様に、26〜350m2 / gのBET表面積を有する銀含有の酸化アルミ ニウム担持触媒が一酸化に窒素の分解のために記載されている。
従って、本発明の課題は、純粋かまたはガス混合物中に含有された一酸化二窒素 の接触分解のための方法および触媒を提供することであり、この触媒を用いて、 −酸化二窒素は、窒素酸化物および別のガス(但し、酸素または窒素ではない( 殊にアジピン酸装置からの排ガス))のより高い濃度の存在下に元素の窒素およ び酸素に分解することができ、この場合、触媒は、これまでに知られた触媒より も高い活性を有していなければならない。この場合、もう1つの解決すべき課題 は、別の窒素酸化物が記載するに値する程度で元素に分解されることのない一酸 化二窒素の選択的な分解である。
こうして、前記課題は、銀および酸化アルミニウムとともに酸化鋼を含有する触 媒を用いて解決されることが見出された。
更に、本発明の対象は、高められた温度で、銀および酸化アルミニウムとともに 酸化鋼を含有する銀含有の酸化アルミニウム担持触媒に接しての純粋かまたはガ ス混合物中に含有された一酸化二窒素の接触分解のための方法である。
驚異的なことに、本発明による触媒に接してのN20分解反応は、既に、公知の 触媒の場合よりも低い温度で生じる。
更に、本発明による方法の利点は、純粋な形で並びに酸素または空気との混合物 および、より多くの量の水および/またはより多くの量の窒素酸化物(−酸化窒 素、二酸化窒素)を含有する空気との混合物中での一酸化二窒素が、元素の窒素 および酸素に分解することができ、この場合、より高級な窒素酸化物は分解され ないことにある。例えば65%までの二酸化窒素(N 02)および/または2 0%の水との混合物中での一酸化二窒素、その元素に分解することは、問題なく 行われる。
本発明による触媒は、一般に、0.1〜350m’/gのBET表面積を有する 。
担体の製造法は、自体公知の技術水準である。可溶性銅化合物(例えば、硝酸塩 、硫酸塩、カルボキシレート等)を用いるAlxOs担体の浸漬および酸化物へ の陰イオンの引続く熱分解は、有利であると判明した。
もう1つの方法は、銅化合物とアルミニウム化合物との混合(乾燥したかまたは 懸濁液中、殊に噴霧乾燥の場合)、材料の凝縮(例えば、混線、適当な成形助剤 の添加によって)、押出しによる成形、乾燥および酸化物の形成のための引続く か焼である。このか焼温度は、300〜1150℃であってよい。
銀の塗布には、原理的には、銀触媒の製造のための文献中(例えば、D、1.H ucknall、5elective 0xidati。
ns of Hydrocarbons、^cademid Press、 L ondon (1974年)、第6頁)に記載された全その方法が適している。
有利に、銀が担体上に塗布されるような方法が使用される。例えば、沈殿したで の良好に成長した酸化銀の懸濁液(ドイツ連邦共和国特許出願公開第12116 07号明細書)または炭酸銀の懸濁液(米国特許第3043854号明細書)は 、担体上にロール塗布されてよく、引続き、この銀化合物は、銀に熱分解されて よい。有利に、粗孔状の担体を、銀塩(例えば、硝酸銀(米国特許第35758 88号明細書)または乳酸銀(ドイツ連邦共和国特許出願公開第1211607 号明細書))または銀複合化合物(例えば、銀アミンカルボン酸錯体(ドイツ連 邦共和国特許出願公開引続き、還元剤を用いる処理または熱処理によって銀化合 物を分解する方法は適している。
有利な本発明による触媒は、一般に、担体の重量に対して銀0.1〜40重量% 、殊に2〜25重量%を含有する。より多くの量の銀は、経済的な理由から不利 である。
未使用の触媒中の銀の粒度は、殊に0.1〜200nm、有利に1〜1100n 、特に有利に2〜50nmの間である。銀の粒度の測定は、例えばXRD (X 線回折)によって行うことができる。
酸化銅としては、Cu * O並びにCuOまたは双方の酸化銅からの混合物が 使用可能である。
また、酸化銅および酸化アルミニウムは、全体にかまたは部分的に混合相Cu  A l 20 mの形で存在していてもよい。
触媒中の酸化銅含量は、全触媒量に対して0.1〜90重量%、殊に2〜60重 量%の間である。
酸化銅および酸化アルミニウム含有の担体は、純粋かまたは他の元素と混合して ドーピングされて存在していてよい。大面積の担体(殊に、酸化アルミニウム担 体)のドーピングは、担体の熱安定性を向上させる(例えば、ドイツ連邦共和国 特許第3203328号明細書、同第2500548号明細書、Appl、Ca tal。
第7巻、第211〜220頁(1983年) 、J、Catal、第127巻、 第595〜604頁(1991年))。
また、異種イオンは、触媒の触媒活性に寄与しなければならない。ドーピングに は、次の元素の化合物が使用できる′アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類 の金属、第1の遷移金属列の金属、Y、Zr、B、S】およびZn、ドーピング 化合物(プロモーター)についての酸化アルミニウム含有触媒の含量は、o、0 1〜50重量%であってよい。
プロモーターとしては、Mg、Ca、Sr、Ba。
Co、Ni、Fe、YおよびCeの元素の化合物が特に適している。ZnOは、 特に有利である。
担体の多孔度は、細孔容積が0.01〜0.8ml/gの間であるような程度に されていなければならない。有利に、担体中には、中間細孔および/または巨大 細孔が存在する。この場合、中間細孔とは、2〜50nmの直径を有する細孔の ことであり、巨大細孔とは、50nmを上層る直径を有するもののことである。
銀とともに、更に他の金属性活性成分、殊にAu、Pd、Ptは、触媒中に存在 していてもよい。
本発明による担持触媒は、ペレット、ハニカム、リング、スリット、中実ストラ ンドおよび中空ストランドの形で存在していてよいかまたは別の幾何学形(“造 形された触媒(shaped catalysts) ’ 、例えば米国特許第 2408164号明細書、英国特許第2193907号明細書、米国特許第42 33187号明細書を児よ)で存在していてもよい。
この場合、特定の使用のためには、形と大きさが、できるだけ小さな圧力損失が 生じるような程度に選択されていることが重要である。
本発明による方法の場合、−酸化二窒素または一酸化二窒素を含有する混合物は 、有利に200℃〜900℃の高められた温度で、担持触媒上を導通され、この 場合、窒素および酸素に分解される。この場合、GH3V (ガス時空速度(G as Hour 5pace Velocity)は、ガス500〜5000O N1/触媒l・時間、好ましくはガス1500〜2000ONl/触媒l・時間 であってよい。
本発明による方法は、純粋な一酸化二窒素または一酸化二窒素を含有するガス混 合物または一酸化二窒素を含有する排ガスを炉または熱交換器中で必要な反応温 度に予め熱し、次に、本発明による触媒で充填された反応管を導通することによ って実施することができる。また、反応ガスの前加熱は、反応管中で前に接続さ れた不活性材料層によって直接行うことができる。
触媒および/または不活性材料の加熱には、外部熱源とともに、−酸化に窒素の 分解の際に放出される反応熱も使用することができる。
本発明方法により処理されるガス混合物中には、N20とともに、殊にNOおよ び/またはN O2が、詳細には、全部のガスに対して、殊に0.01〜50容 量%の量で存在していてもよい。ガス混合物のN Ox含量は、有利に0.01 〜50容量%、殊に0.1〜30容量%である。このガス混合物は、N t O およびNO/No、(No、)とともに、更に他にN7.07、C01CO2、 H20および希ガスを含有していてよい。
一般に、この方法が実施される圧力範囲は、0.1〜20パールであり、すなわ ち、低圧および過圧で作業することができる。有利に、作業は標準圧力から7パ ールまでの圧力である。
この方法は、断熱条件下または等温条件下で実施することができる。
殊に、本発明による触媒および本発明による方法は、アジピン酸の製造の際に、 硝酸を用いるシクロヘキサノールおよび/またはシクロヘキサノンの酸化によっ て生じる排ガス中のN、Oを分解するのに適している。
この発明の特別の利点は、N20が選択的に分解され、すなわち、有用な生成物 としてのNo、の分解は行われないことにある。
本発明による触媒および方法を用いた場合、純粋並びにガス混合物中の一酸化二 窒素の接触分解を、公知技術水準に相応するものよりも明らかに低い温度で実施 することができる。本発明は、経済的な観点並びに触媒の能力に関連して、明ら かな改善を示している。
実施例 典型的なガス組成: N、O: 23 容量% No2: 17 容量% N2 47 容量% 0、: 7.5容量% N20 + 3 容量% CO2: 2.5容量% GH3V ガス400ON1/触媒l・時間N 20変換率を、次式により計算 した:N t O濃度を、それぞれガスクロマトグラフィーにより測定した。
触媒の製造 例 I A I O(OH) (Pural SB) 270 gを、Cu030gおよ び蟻酸(H20220rn I中に溶解されている)10gと一緒に1時間混練 し、押出し、乾燥させ、かつか焼した。このうち85.5g (BET表面積1 01 m’/ g ;水分吸収量52.7重量%)を、AgNOx23.8 g を含有する水溶液45.19m1を用いて含浸し、更に、1時間室温で放置した 。含浸された担体を一定重量にまで120℃で乾燥させ、かつ最後に4時間70 0℃でか焼した。こうして得られた触媒は、銀14.4重量%を含有し、94m ’/gのBET表面積を有していた。
例 2 市販の酸化アルミニウム担体(BET表面積157m’7g:水分吸収量63. 85重量%)83.1gを、Cu (NO=)228.1 gを含有する水溶液 53m1を用いて含浸し、かつ更に、1時間室温で放置した。含浸された担体を 一定重量にまで120’Cで乾燥させ、かつ最後に4時間600℃でか焼した。
こうして得られた担体は、Cu010重量%を含有していた。
酸化銅含有の酸化アルミニウム担体67.8gを、AgN0318.9gを含有 する水溶液40.4mlを用いて含浸し、更に、1時間室温で放置した。含浸さ れた担体を一定重量にまで120’Cで乾燥させ、かつ最後に4時間600℃で か焼した。こうして得られた触媒は、銀14.9重量%を含有し、かつ104m 2/gのBET表面積を有していた。
例 3 市販の酸化アルミニウム担体(BET表面積157m’/g;水分吸収量61. 3重量%)192.75gを、Cu (NOl)z・6H2065,05gを含 有する水溶液122 m lを用いて含浸し、更に、1時間室温で放置した。含 浸された担体を一定重量にまで120℃で乾燥させ、かつ最後に4時間600℃ でか焼した。
酸化銅で負荷された酸化アルミニウム担体73.58gを、Zn (NOi)t ・6Hz029.9gを含有する水溶液43m1を用いて含浸し、更に、1時間 室温で放置した。含浸された担体を一定重量にまで120℃で乾燥させ、かつ最 後に4時間600℃でか焼した。こうして得られた触媒は、Cu09.8重量% およびZn09.9重量%を含有していた。
酸化銅および酸化亜鉛含有の酸化アルミニウム担体78.7gを、AgN0.+ 21.9gを含有する水溶液37 m lを用いて含浸し、更に、1時間室温で 放置した。含浸された担体を一定重量にまで120℃で乾燥させ、かつ最後に4 時間6oo℃でか焼した。こうして得られた触媒は、銀14.8重量%を含有し 、がつ75.8m’/gのBET表面積を有していた。
例 4 A ] O(OH) (Pural SB) 127. 1 g、熱的に前処理 されたA l yo3(Puralox SCF A230) 2.52 。
0gおよびCu0240.Ogからなる混合物を、N2021 Om l中の濃 厚にされた蟻酸20m1を添加しながら1時間混練し、押出し、乾燥させ、かっ か焼した。この担体は、Cu039.8重量%を含有している。このうち59. tgを、A g NOs 16 、4 gを含有する水溶液29.8mlを用い て含浸し、更に、1時間室温で放置した。含浸された担体を一定重量にまで12 0℃で乾燥させ、かつ最後に4時間700℃でか焼した。こうして得られた触媒 は、銀14.6重量%を含有し、かつ63 m’/ gのBET表面積を有AI O(OH) (Pural SB) 127.1g、例4の場合と同じA Iz Oi252.0 gおよびCu0240゜Ogからなる混合物を、Hy O21 0m l中の濃厚にされた蟻酸20m1を添加しながら1時間混練し、押出し、 乾燥させ、かっか焼した。この担体は、CuO39,8重量%を含有している。
このうち49.5gを、Mg (No−)−・6H−078,8gを含有する水 溶液32 m lを用いて含浸し、更に、1時間室温で放置した。含浸された担 体を一定重量にまで120’Cで乾燥させ、かつ最後に4時間700℃でか焼し た。
コノうち91.1gを、A g NO317、0gを含有する水溶液27m1を 用いて含浸し、更に、1時間室温で放置した。含浸された担体を一定重量にまで 120℃で乾燥させ、かつ最後に4時間7oo℃でか焼した。こうして得られた 触媒は、銀15.0重量%を含有し、かつ65m’/gのBET表面積を有して いた。
比較例 1 ドイツ連邦共和国特許出願公開第4029061号明細書の記載により、触媒を 製造した。市販の酸化アルミニウム担体(BET表面積1.7m’/g;水分吸 収量29.2重量%)150gを、A g N Os 417gを含有する水溶 液100 m lを用いて含浸し、かつ更に、1時間室温で放置した。含浸され た担体を一定重量にまで120℃で乾燥させ、かつ最後に4時間700℃でか焼 した。こうして得られた触媒は、銀14.6重量%を含有し、かつ1.12m’ /gのBET表面積を有していた。
比較例 2 ドイツ連邦共和国特許出願公開第3543640号明細書に記載の有利なα−酸 化アルミニウム上のパラジウム触媒を製造した。α−酸化アルミニウム200g  (BET表面積20.2m2/g)を、NaOHを用いて含浸し、かつ120 ℃で乾燥させた。前記担体を、Pd1gを含有するテトラクロロパラジウム(I I)酸ナトリウム水溶液96 nllを用いて含浸し、かつ更に、3時間室温で 放置した。Pd’+含有の担体を、Pd2+の還元のためにヒドラジンを用いて 処理した。次に、この触媒を洗浄して塩素不含にし、かつ120℃で一定重量に まで乾燥させた。こうして得られた触媒は、パラジウム0.4重量%を含有して いた。
比較例 3 ドイツ連部共和国特許第4128629号明細書の記載により、触媒を製造した 。A I O(OH) (PuraISB)225gを、L a (Now)  325 gおよび蟻酸12.5gと一緒に3時間混練し、押出し、乾燥させ、か つか焼した。このうち64.10g (BET表面積183m’/g;水分吸収 量76重量%)を、AgN0s17.8gを含有する水溶液50.9mlを用い て含浸し、かつ更に、1時間室温で放置した。含浸された担体を一定重量にまで 120℃で乾燥させ、かつ最後に4時間700℃でか焼した。こうして得られた 触媒は、銀14.5重量%を含有し、かつ156m’/gのBET表面積を有し ていた。
−酸化二窒素分解の実施 試験装置として、加熱帯域および反応帯域に区分されたハステロイC(l(as teloy C)製の鋼からなる長さ80cmの反応管を用いた。内径は、18 mmである。
管中での温度経過を測定できるようにするために、熱電池が容易に移動できるよ うな外形3.17mmを有する内側管を使用した。より良好な熱伝達のために、 反応器を加熱帯域中で不活性材料(ステアタイト)で充填した。それぞれ、触媒 (間隙1.5〜2mm)40 m lを大気圧で試験した。
試験結果 この結果は、反応温度が公知の触媒の場合よりも低いにもかかわらず、本発明に よる触媒が高い変換率を生じることを示している。また、この試験は、本発明に よる触媒が良好な可使時間を有することを示している。
国際調査報告 、 AI++ PCT/EP 93101889フロントページの続き (72)発明者 ビュッヘレ、ヴオルフガンクドイツ連邦共和国 6700 ル ートヴイツヒスハーフエン アン デア フロツシュラッへ 7 (72)発明者 ヴイスツバ、ヘルマンドイツ連邦共和国 6800 マンハイ ム 51ヌダウアー リンク 227 (72)発明者 オツトー、ベルンハルトドイツ連邦共和国 6703 リンブ ルガーホーフ ァルバートーシュヴアイツアーーシュトラーセ 1 (72)発明者 ビュルガー、ゲルト ドイツ連邦共和国 6800 マンハイム 24ヘーフアーシユトラーセ 16 (72)発明者 ヘアーマン、ギュンタードイツ連邦共和国 6900 ハイデ ルベルクホイサーシュトラーセ 51

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.純粋かまたはガス混合物中に存在する−酸化二窒棄の分解のための銀含有の 酸化アルミニウム担持触媒において、該担持触媒が銀および酸化アルミニウムと ともに酸化銅を含有することを特徴とする、銀含有の酸化アルミニウム担持触媒 。
  2. 2.該触媒が0.1〜90重量%の酸化銅含量を有する、請求項1に記載の触媒 。
  3. 3.該触媒が少なくとも1つのプロモーターを有する、請求項1に記載の触媒。
  4. 4.1つまたはそれ以上のプロモーターが以下の元素アルカリ金属、アルカリ土 類金属、希土類の金属第1の遷移金属列の金属、Y、Zr、B、SiおよびZn の化合物から選択されている、請求項3に記載の触媒。
  5. 5.プロモーターとは、Mg、Ca、Sr、Ba、Co、Ni、Fe、Y、Ce の元素の化合物である、請求項4に記載の触媒。
  6. 6.該触媒が付加的なプロモーターとして酸化亜鉛を有する、請求項4に記載の 触媒。
  7. 7.プロモーターの含量が0.01〜50重量%である、請求項3から6までの いずれか1項に記載の触媒。
  8. 8.該触媒の多孔度が0.01〜0.8ml/gである、請求項1に記載の触媒 。
  9. 9.触媒中に中間細孔および/または巨大細孔が存在する、請求項1に記載の触 媒。
  10. 10.酸化銅および酸化アルミニウムが全体にかまたは部分的に混合相CuAl 2O4の形で存在する、請求項1または2に記載の触媒。
  11. 11.触媒中の銀含量が0.1〜40重量%である、請求項1に記載の触媒。
  12. 12.該触媒が活性成分として他の金属を含有する、請求項1に記載の触媒。
  13. 13.金属性活性成分とは、Au、Pdおよび/またはPtのことである、請求 項12に記載の触媒。
  14. 14.高められた温度で銀含有の酸化アルミニウム担持触媒に接して、純粋かま たはガス混合物中に存在する一酸化二窒素を接触分解するための方法において、 請求項1から13までのいずれか1項の記載による担持触媒を使用することを特 徴とする、接触分解法。
  15. 15.分解を、窒素酸化物(NOx)0.01〜65容量%の存在下に実施する 、請求項14に記載の方法。
  16. 16.分解を200℃〜900℃の温度で実施する、請求項14に記載の方法。
  17. 17.ガス混合物のN2O含量が0.01〜65容量%である、請求項14に記 載の方法。
  18. 18.ガス混合物が、N2OおよびNOxとともに、更にN2、02、CO、C O2、H2Oおよび/または希ガスを含有する、請求項14に記載の方法。
  19. 19.分解を断熱条件下または等温条件下に実施する、請求項14に記載の方法 。
  20. 20.ガス混合物とは、硝酸の併用下でのアジピン酸の製造からの排ガスのこと である、請求項14に記載の方法。
  21. 21.一酸化二窒素の分解のための請求項1から13までのいずれか1項に記載 の担持触媒の使用。
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