JPH11192415A - 二酸化窒素吸収剤 - Google Patents
二酸化窒素吸収剤Info
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- JPH11192415A JPH11192415A JP10288577A JP28857798A JPH11192415A JP H11192415 A JPH11192415 A JP H11192415A JP 10288577 A JP10288577 A JP 10288577A JP 28857798 A JP28857798 A JP 28857798A JP H11192415 A JPH11192415 A JP H11192415A
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Abstract
換気ガスから、NO2 を吸収ないしは吸着して除去する
排ガス浄化装置に使用するNO2 吸収剤を提供する。 【解決手段】 多孔質担体に、塩基性アミノ酸および/
または有機アミン化合物を担持する。得られたNO2吸収
剤は、例えば、0.5-3.0モル/リットル、好ましくは1.0
-2.0モル/リットルの塩基性アミノ酸および0.5-3.0モ
ル/リットル、好ましくは1.0-2.0モル/リットルの有
機アミン化合物をそれぞれ別々に含む2つの水溶液を多
孔質担体に逐次含浸させることによって、または、0.5-
3.0モル/リットル、好ましくは1.0-2.0モル/リットル
の塩基性アミノ酸および/または0.5-3.0モル/リット
ル、好ましくは1.0-2.0モル/リットルの有機アミン化
合物を含む1つの水溶液を多孔質担体に含浸させること
によっても製造される。
Description
物(NOx)を含有する例えば道路トンネル換気ガスか
ら、二酸化窒素(NO2 )を吸収ないしは吸着して除去
する排ガス浄化装置に使用するNO2 吸収ないしは吸着
剤に関するものである。
2 を吸収除去するには、一般にNO2をアルカリと反応
させ、硝酸塩、亜硝酸塩などとして固定することが考え
られる。しかし、例えばKOHの水溶液中に数ppmの
NO2 を含有する空気をバブリングさせても、NO2 は
殆ど吸収されない。
ア、アルミナなど、固体酸性を示す多孔質担体にKOH
を含浸担持させた固体吸収剤は同様のガスから、NO2
を良く吸収除去する(特開平10−211427号公報
参照)。
体に、K、Naなどの強アルカリ水酸化物を担持したN
O2 吸収剤について詳細な検討を行い、以下のような問
題点を抽出した。
を担持したNO2 吸収剤は、NOx中にNOがNO2 と
等量以上共存しないと吸収速度が低い(図1に一例を示
す)。
はNO2 濃度が10ppm以上では吸収速度はNO2 濃
度のほぼ一次に比例する(同一吸収条件では、NO吸収
率は濃度に依らず一定)。
2 吸収率が低下し始め、特に1ppm以下では低い吸収
率しか得られない。この傾向は吸収剤のNO2 蓄積量が
増加するとより顕著となる(図2に一例を示す)。
合、初期に吸収剤表面に多量のNOxが蓄積していない
場合にはNOとNO2 はほぼ等量吸収され、吸収剤の消
耗が速い。
を吸着し、NOが共存しなくとも高い吸着・吸収速度を
示すが、NO2 蓄積量が増加するに従い、1ppm以下
では吸収率は低下する。
量のNOを排出する。
せた吸収剤は、固体酸を担体とした時と同様に、初期に
はNOとNO2 をほぼ等量吸収し、吸収剤表面のNOx
蓄積量増加に従いNO吸収は低下し、多量のNOxが蓄
積された後は、逆に吸収NO2の1/2〜1/4量のN
Oを吸収剤から排出し、気相中のNO濃度を増加させる
(図3に一例を示す)。
釈した。
しない。
着NO2 がアルカリと反応し易い化合物に変質し、その
後これがアルカリと反応し固定化される。
吸収剤では、のアルカリと反応し易い化合物は主にN
2 O3 、活性炭ではN2 O4 と考えられる。NO+NO
2 →N2 O32NO2 →N2 O4
より、安定な硝酸または硝酸塩と不安定な亜硝酸または
亜硝酸塩が生成する。 N2 O3 +2MOH→2MNO2 +H2 O N2 O4 +2MOH→MNO3 +MNO2 +H2 O (M:アルカリ金属)
硝酸、硝酸塩になるか、または分解してNOを生成、排
出する。 2MNO2 +O2 →2MNO3 2MNO2 +H2 O→NO2 +2MOH+NO(脱離)
で、そのまま酸化され硝酸塩となることが多く、弱アル
カリの亜硝酸塩は分解してNOを生成し易い。
しいNO2 吸収剤の要件として以下の事項が考えられ
る。
し易いものに変性させる触媒作用を持たせる。
ルカリを配置し、変性したNO2 と反応させる。
は適度な安定性を有し、吸着NO2 を安定的に固定化す
ると同時に、a)のNO2 変性活性点周辺から外方に迅
速に拡散させうる。
こでアルカリと反応し易い形態に変性する。変性物は活
性点近傍のアルカリ水酸化物などと迅速に反応し、硝酸
塩、亜硝酸塩として安定保持される。触媒活性点は空席
となるので、吸着−変性のサイクルを繰り返すことがで
きる。
O3 −、NO2 −)は活性点近傍から周辺へと拡散し、
同近傍にフリーなアルカリが再生され、活性点上に生成
する変性物との反応を繰り返す。
にアルカリが多量に存在するので、吸収速度はNO2 の
活性点への吸収速度が律速となり、NO2 吸収量の増大
と共に活性点周辺への拡散速度が律速となる。
媒作用を有する担体として、チタニア(TiO2 )にマ
ンガン(Mn)塩を含浸させ、乾燥・焼成してなる担体
を提案した(特開平8−192049号公報参照)。
金属の水酸化物を含浸担持させたNO2 吸収剤も提案し
た(特開平10−211427号公報参照)。
低濃度NO2 を効率的に吸収でき、著しい改良効果を示
したが、低濃度域でのNO2 吸収速度は吸収剤表面のN
O2蓄積量が増大するに従い急速に低下することか明ら
かとなった(図5参照)。
酸塩が過度に安定で、活性点近傍からNO2 −、NO3
−が容易には拡散せず、触媒活性点近傍のフリーなアル
カリが急激に減少するためと推定された。
探索した結果、塩基性アミノ酸、特にアルギニン、なら
びに有機アミン化合物、特にグアニジンが良好な特性を
示すことを見いだした。
に、塩基性アミノ酸および/または有機アミン化合物が
担持されたものである。このNO2 吸収剤は、例えば、
0.5〜3.0モル/リットル、好ましくは1.0〜
2.0モル/リットルの塩基性アミノ酸および0.5〜
3.0モル/リットル、好ましくは1.0〜2.0モル
/リットルの有機アミン化合物をそれぞれ別々に含む2
つの水溶液を多孔質担体に逐次含浸させることによって
製造される。また、これは、0.5〜3.0モル/リッ
トル、好ましくは1.0〜2.0モル/リットルの塩基
性アミノ酸および/または0.5〜3.0モル/リット
ル、好ましくは1.0〜2.0モル/リットルの有機ア
ミン化合物を含む1つの水溶液を多孔質担体に含浸させ
ることによっても製造される。上記含浸後の多孔質担体
を150℃以下、好ましくは100℃以下で乾燥する。
カリ水酸化物が担持されたものであってもよい。
は、多孔質担体に、塩基性アミノ酸と、有機アミン化合
物および/またはアルカリ水酸化物とが担持されている
ものである。このNO2 吸収剤は、例えば、0.5〜
2.0モル/リットル、好ましくは0.8〜1.5モル
/リットルの塩基性アミノ酸と、0.5〜3.0当量、
好ましくは0.8〜2.0当量(アミノ酸のカルボン酸
に対する当量)の有機アミン化合物および/または0.
5〜3.0当量、好ましくは0.8〜2.0当量(アミ
ノ酸のカルボン酸に対する当量)のアルカリ水酸化物と
を含む混合水溶液を多孔質担体に含浸させることによっ
ても製造される。上記含浸後の多孔質担体を150℃以
下、好ましくは100℃以下で乾燥する。
る多孔質酸化物である。固体酸性を有する多孔質酸化物
は、アルミナ、シリカ・アルミナ、チタニア、ゼオライ
ト等である。これらな単独でも2以上の組み合わせでも
用いられる。
n、Co、FeおよびNiからなる群から選ばれる物質
またはこれらの組合せを担持して得られる金属添加担体
である。金属添加担体は、例えば、Mn、Co、Feお
よびNiからなる群から選ばれる物質またはこれらの組
合せの、硫酸塩以外の無機酸塩または有機酸塩の0.5
〜5モル/リットル、好ましくは2〜4モル/リットル
の水溶液を多孔質酸化物に同時または逐次に含浸させる
ことによって得られる。
2 /g、好ましくは60〜120m2 /gである。
プレフォーム体の繊維間の隙間に保持されていてもよ
い。
炭の比表面積は100〜2000m2 /g、好ましくは
300〜600m2 /gである。
い。
しく、有機アミン化合物としてはグアニジンが好まし
い。アルカリ水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸
化カリウムおよび水酸化ナトリウムからなる群から選ば
れる物質またはこれらの組合せが好ましい。
ンネルの換気ガスを流速0.05〜10.0Nm/s
(空塔基準)で通し、換気ガス中のNO2 を吸収除去す
る、道路トンネル換気ガス浄化に好適に使用される。
細に説明する。
くから知られており、活性炭に芳香族アミン化合物な
ど、蒸気圧の低い有機アミン化合物を担持したNO2 吸
収剤などが知られている。また、エタノールアミンとN
O2 との反応性を利用した、大気中のNO2 分析法が
“アルカリ濾紙法”として知られている。
力は弱く、かつ僅かではあるが有機アミン化合物が蒸散
するため、少量の吸収剤に大量のガスを流しかつ数カ月
以上1年にも亘る長期間使用に耐えるものは得られてい
ない。
た固体酸性担体または活性炭に塩基性アミノ酸、グアニ
ジンなど、常温で固体であり、極めて蒸気圧の低いもの
を使用することにより上記問題を解決している。さらに
塩基性アミノ酸、グアニジンなどは、担体である固体酸
性酸化物に強く結合し、また活性炭には強く吸着される
特性を有している。
または活性炭に塩基性アミノ酸、グアニジンなどを担持
させたものであり、前述の過酷な使用条件にも耐える優
れたNO2 吸収剤として機能する。
耐えるものであるが、本発明者らは更にその性能を向上
させる方法を見出した。
ルボキシル基(酸性)の両者を持つ。アミノ基はNO2
の固定に役立つが、カルボキシル基はそうでない。ま
た、アルギニンおよびグアニジンは共にHN=C(イミ
ド基)を持ち、これはアミノ基と同様固体酸点と反応し
アルギニン、グアニジンの担体表面への固定化に役立
つ。従ってNO2 固定に有効なフリーのアミノ基が増加
することになり、アルギニンおよびグアニジンは他の有
機アミン化合物より蒸散し難くかつ高いNO2 固定化能
を示す。
は、式[I] に示すように、分子構造上アミノ基の近傍に
位置し、NO2 固定に役立たないばかりでなくアミノ基
間を伝播するNO3 −、NO2 −等の拡散に対し阻害要
因にもなっている。
させれば、カルボキシル基もNO2固定化に有効に機能
し、吸収剤の吸収容量が増加する。特に塩基性化合物と
して式[II]に示すグアニジンを使用すれば、NO2 拡散
に有効なアミノ基のみが存在することになり、拡散の阻
害要因が減少する。
度の向上のみでなく、触媒活性点周辺の広い部分がNO
2 固定化に有効となり、吸収容量の増加にも繋がる。
のアルカリ水酸化物またはグアニジンとを含んだ水溶液
をMn添加チタニア担体に含浸させ同担体を乾燥させ、
良好なNO2 吸収剤を得る。但し、アルカリ水酸化物ま
たはグアニジンは直接担体の酸性点と反応するので、現
実的には水溶液中にアルギニンより多少過剰に存在させ
ることが望ましい。
吸収量の増加に繋がるが、過多の担持はアルギニンなど
による触媒細孔の閉塞や触媒活性点埋没を招き、吸収速
度を低下させる。
も、固体酸担体NO2 吸収剤とほぼ同様の効果を示す
が、これよりアルギニンの添加効果は低い。
表面積は大きいが細孔径は小さく、吸着速度を低下させ
ない比表面積当たりの限界担持量は固体酸担体より低
い。
性炭を担体として、 それに塩基性アミノ酸と、有機アミン化合物またはア
ルカリ水酸化物を担持する、 ことにより発現され、担体の詳細な表面構造(結晶型、
細孔分布、酸強度、表面電子密度分布、酸化物表面配位
数など)によって大きくは影響されない。また塩基性ア
ミノ酸、有機アミン化合物の種類によっても本質的な変
化はない。
方法およびその性能・特性を実施例で具体的に示す。
活性炭としてピッチ系活性炭を使用しているが、本発明
によるNO2 吸収剤はこれら担体からなるものに限定さ
れない。
製)を固形分濃度34重量%のチタニア(TiO2 )コ
ロイド溶液に浸漬し、ついで空気中120℃で乾燥し
た。こうして、ペーパーを構成するセラミックス繊維間
の隙間にチタニアを保持させた。
液への浸漬および乾燥操作を再度行い、セラミックペー
パーにアナターゼ型チタニアが分散保持された固体酸担
体保持板状物を得た。
坪量当たり420g/m2 であった。
ン(Mn(NO3 )2 )水溶液に30分浸漬し、ついで
空気中120℃で乾燥し、通気中400℃で3時間焼成
し、NO2 変性の触媒活性を有するMn添加板状担体を
得た。この担体のMn担持量は3.2mモル/g(Ti
O2 )、比表面積は87m2 /gであった。
アニジン1.5モル/リットルの混合水溶液を調製し、
上記担体を30分浸漬し、通気中60℃で乾燥し、板状
のNO2 吸収剤(A) を得た。
した吸収管に表1に示す組成の標準ガスを2リットル/
分の流量で通し、吸収剤の前流および後流においてNO
2 濃度を分析し、下記計算式によりNO2 吸収率を所定
時間計測した。ついで、表2に示す、大量のNO2 を含
む加速ガスを所定時間通し、その時のNO2 吸収率と積
算吸収量を計測した。
域のNO2 吸収率を測定した。
吸収率の関係を求めた。この結果を図7に示す。
ル/m2 に達するまでほぼ100%の吸収率を示し、そ
の後吸収率が低下し吸収量が7リットル/m2 に達した
時の吸収率は約90%であった。
NO2 濃度)/入口NO2 濃度]×100
燥した後、0.8モル/リットルのグアニジン水溶液に
30分浸漬し、60℃で乾燥し、グアニジン担持活性炭
ハニカム(B) を得た。
m2 /gであった。
ットし、カット片を吸収管に充填し、6リットル/分の
流量で表1に示す組成の標準ガスを通した。
い、NO2 吸収量と吸収率の関係を求めた。この結果を
図8に示す。
担体NO2 吸収剤と同様に、NO2吸収量が5リットル
/m2 に達するまでは、ほぼ100%の吸収率が得ら
れ、その後NO2 吸収量の増加に従って吸収率が低下し
約10リットル/m2 に達したときに吸収率が90%程
度となる。
び変性触媒性能 添加する金属塩を表3に示すものに代えた点を除いて、
実施例1のa)と同様の操作で各種金属添加担体NO2
吸収剤(C) 〜(I) を得た。
5mm)の各1枚を吸収管に充填し、表1に示す組成の
標準ガスを4リットル/分の流量で通し、吸収率(初期
性能)を計測した。この結果を表3に示す。硝酸マグネ
シウムの添加はNO2 吸収速度の向上には効果を示さな
かった。
・アルカリ水酸化物の共存効果(固体酸担体使用) 実施例1のMn添加板状担体と同じ担体に各種濃度のア
ルギニン、有機アミン化合物および/またはアルカリ水
酸化物を共担持させ、実施例1と同じ手順でNO2 吸収
剤(K) 〜(T) を得た。これら吸収剤の性能を実施例1の
b)と同様な方法で計測した。表4に浸漬液濃度および
NO2 吸収性能の一例を示す。
・アルカリ水酸化物の共存効果(活性炭担体使用) 実施例2と同様な手順で、活性炭担体にアルギニンなら
びに有機アミン化合物・アルカリ水酸化物を担持させ、
NO2 吸収剤AC-1〜AC-7を得、これら吸収剤の特性を計
測した。但し、特性差をより明確にするために、NO2
吸収剤のカット片のサイズを20mm×20mm×25
mmとし、NO2 吸収率を低く押さえた条件で計測を行
った。この結果を表5に示す。
・アルカリ水酸化物の共存効果(粒状担体使用) 各種固体酸粒状担体(8〜14メッシュ)を3.0モル
/リットルの硝酸マンガン水溶液に30分浸漬し、空気
中120℃で3時間乾燥後、400℃で5時間焼成し
て、マンガン添加固体酸担体を得た。これをL−アルギ
ニン1.3モル/リットル、グアニジン1.5モル/リ
ットルを含む混合水溶液に30分浸漬し、空気中60℃
で5時間乾燥して、各種の粒状NO2 吸収剤PP-1〜PP-7
を得た。
し、2リットル/分で表1に示す組成の標準ガスを通
し、吸収剤前流および後流においてNO2 濃度を分析
し、初期性能を計測した。その後表2に示す組成の加速
ガスを通してNO2 吸収量が250mlに達した時点
で、再び表1の標準ガス組成に切り替え、NO2 吸収後
の性能を計測した。計測結果を表6に示す。
係を示すグラフである。
を示すグラフである。
示すグラフである。
現象を示す概念図である。
を示すグラフである。
す概念図である。
示すグラフである。
示すグラフである。
Claims (19)
- 【請求項1】 多孔質担体に、塩基性アミノ酸および/
または有機アミン化合物が担持されていることを特徴と
する二酸化窒素吸収剤。 - 【請求項2】 さらにアルカリ水酸化物が担持されてい
ることを特徴とする請求項1記載の二酸化窒素吸収剤。 - 【請求項3】 多孔質担体に、塩基性アミノ酸と、有機
アミン化合物および/またはアルカリ水酸化物とが担持
されていることを特徴とする二酸化窒素吸収剤。 - 【請求項4】 多孔質担体が固体酸性を有する多孔質酸
化物であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1
項記載の二酸化窒素吸収剤。 - 【請求項5】 固体酸性を有する多孔質酸化物が、アル
ミナ、シリカ・アルミナ、チタニアおよびゼオライトか
らなる群から選ばれる物質またはこれらの組合せである
ことを特徴とする請求項4記載の二酸化窒素吸収剤。 - 【請求項6】 多孔質担体が、多孔質酸化物にMn、C
o、FeおよびNiからなる群から選ばれる物質または
これらの組合せを担持して得られる金属添加担体である
ことを特徴とする請求項5記載の二酸化窒素吸収剤。 - 【請求項7】 金属添加担体が、Mn、Co、Feおよ
びNiからなる群から選ばれる物質またはこれらの組合
せの、硫酸塩以外の無機酸塩または有機酸塩の0.5〜
5モル/リットルの水溶液を多孔質酸化物に同時または
逐次に含浸させて得られることを特徴とする請求項6記
載の二酸化窒素吸収剤。 - 【請求項8】 多孔質酸化物の比表面積が30〜500
m2 /gであることを特徴とする請求項4〜7のいずれ
か1項記載の二酸化窒素吸収剤。 - 【請求項9】 多孔質酸化物が、板状またはハニカム状
のプレフォーム体の繊維間の隙間に保持されていること
を特徴とする請求項4〜8のいずれか1項記載の二酸化
窒素吸収剤。 - 【請求項10】 多孔質担体が活性炭であることを特徴
とする請求項1〜3のいずれか1項記載の二酸化窒素吸
収剤。 - 【請求項11】 活性炭の比表面積が100〜2000
m2 /gであることを特徴とする請求項10記載の二酸
化窒素吸収剤。 - 【請求項12】 活性炭がハニカム状であることを特徴
とする請求項10または11記載の二酸化窒素吸収剤。 - 【請求項13】 塩基性アミノ酸がアルギニンであるこ
とを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項記載の二
酸化窒素吸収剤。 - 【請求項14】 有機アミン化合物がグアニジンである
ことを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項記載の
二酸化窒素吸収剤。 - 【請求項15】 アルカリ水酸化物が、水酸化リチウ
ム、水酸化カリウムおよび水酸化ナトリウムからなる群
から選ばれる物質またはこれらの組合せであることを特
徴とする請求項2〜14のいずれか1項記載の二酸化窒
素吸収剤。 - 【請求項16】 0.5〜3.0モル/リットルの塩基
性アミノ酸および0.5〜3.0モル/リットルの有機
アミン化合物をそれぞれ別々に含む2つの水溶液を多孔
質担体に逐次含浸させるか、0.5〜3.0モル/リッ
トルの塩基性アミノ酸および/または0.5〜3.0モ
ル/リットルの有機アミン化合物を含む1つの水溶液を
多孔質担体に含浸させることを特徴とする請求項1記載
の二酸化窒素吸収剤の製造方法。 - 【請求項17】 0.5〜2.0モル/リットルの塩基
性アミノ酸と、0.5〜3.0当量(アミノ酸のカルボ
ン酸に対する当量)の有機アミン化合物および/または
0.5〜3.0当量(アミノ酸のカルボン酸に対する当
量)のアルカリ水酸化物とを含む混合水溶液を多孔質担
体に含浸させることを特徴とする請求項3記載の二酸化
窒素吸収剤の製造方法。 - 【請求項18】 含浸後の多孔質担体を150℃以下で
乾燥することを特徴とする請求項16または17記載の
二酸化窒素吸収剤の製造方法。 - 【請求項19】 請求項1〜15のいずれか1項記載の
二酸化窒素吸収剤に道路トンネルの換気ガスを流速0.
05〜10.0Nm/s(空塔基準)で通し、換気ガス
中のNO2 を吸収除去する道路トンネル換気ガス浄化方
法。
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JP2007022887A (ja) * | 2005-07-21 | 2007-02-01 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | 一酸化窒素精製方法 |
JP5795423B1 (ja) * | 2014-12-19 | 2015-10-14 | 株式会社西部技研 | 吸収式除去・濃縮装置 |
-
1998
- 1998-10-12 JP JP28857798A patent/JP3752579B2/ja not_active Expired - Fee Related
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