JPS6031827A - 一酸化炭素ならびに水素の酸化に対する高活性触媒およびその製造法 - Google Patents

一酸化炭素ならびに水素の酸化に対する高活性触媒およびその製造法

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JPS6031827A
JPS6031827A JP58140498A JP14049883A JPS6031827A JP S6031827 A JPS6031827 A JP S6031827A JP 58140498 A JP58140498 A JP 58140498A JP 14049883 A JP14049883 A JP 14049883A JP S6031827 A JPS6031827 A JP S6031827A
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勲 持田
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藤津 博
Akihiro Yoshimoto
好本 昭洋
Masanori Ochiai
落合 正則
Yasuo Iwai
岩井 泰雄
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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】 本発明は、コバルトテトラフェニルポルフィリン(以下
0o−TPPと記す)を担持した水和酸化チタンからな
る一酸化炭素ならびに水素の酸化用触媒およびその製造
法に関するものである。
さらに詳しくは、0o−TPPを水和酸化チタンに対し
て1〜50重童%担持した水和酸化チタンを150〜3
50℃の温度で排気処理してなシ、−酸化窒素(No)
の−酸化炭素(00)ならびに水素(H2)による還元
反応(換言すればOOならびにH2の1ioによる酸化
反応)およびOOの酸素(02)による酸化反応に対し
て高活性な酸化用触媒およびその製造法に関するもので
ある。
窒素酸化物の無害化除去についてはすでに広く研究され
〔例えば0ata’1.Rev、、 11.1 (19
75) )(2) 自動車等の窒素酸化物の発生源に対して、貴金属担持触
媒による還元除去法が実用化されているが、バナジウム
触媒は、現在でも還元温度が高いなどの問題点が残って
お)低温で高い活性を有する触媒の開発が望まれている
またCOを環境から低温で取シ除く要求が多く、例えば
坑内等の密室からのCO除去あるいはタバコ喫煙の際に
生じるCOの除去等身えられ、このよりなCOの酸化反
応に対する触媒としては、ホプカ2イ) (1) (牛
丼化学薬品411 MnO250%・Ouo 30%・
0020515%・ムtOS%〕およびホプカライ) 
(1) (牛丼化学薬品製MnO260%・OuO40
%〕が高い活性を有する触媒としてよく知られているが
、この触媒は元素分析用試薬でsb、一般用途向として
はコスト面で必ずしも満足できるものではなく、さらに
高活性でコスト面でも有利な00酸化用触媒の開発が望
まれ−ている。
このような観点から本発明者らは、硫酸チタニルの加熱
加水分解生成物を500℃の温度で(5) 乾燥して得た水利酸化チタン(T−300と記す)に、
Co−TPP錯体を担持すると、強い電子的相互作用を
通してアニオンラジカルが形成され、N。
のCOならびにN2による還元反応、およびCOの02
による酸化反応に対して低温で高活性を示すことを見い
だし、すでに報告している( J、Phya。
Ohem、、旦4.,3159 (1980)、 、r
、0atal、、77.519(1982)、J、0.
8. Ohem、 Oommun、、凹、166、J、
Phys、 0hen+、、 87.1524 (19
83)参照〕。
しかしながら本発明者らは、さらに高い活性を有する酸
化用触媒の開発を目的として鋭意研究を行なった結果、
硫酸チタニル溶液の加熱加水分解生成物を500℃以下
の温度で乾燥して得た比表面積170 m2/f以上の
水利酸化チタンにテトラ−(ムdler )らの方法〔
J、工norg、 Nucl。
Ohem、 −52,2445(1970))によシ合
成したCo−TPP錯体を水和酸化チタンに対して1〜
30重量%担持し、しかるのち必要に応じて150〜3
50℃の温度で排気処理することによシ得たCo−TP
P担持水和酸化チタンは、NoおよびCOを著しく(4
) 活性化するとの新規知見を得た。本触媒は、NOの00
による還元反応およびCOの02による酸化反応に対し
てホブカライドおよびCo−TPP担持担持500よ多
数倍から数十倍も高い活性を示す。
また本触媒は、低温においても高い活性を発現するもの
であシ、NOのCOによる還元反応では50℃において
もかなシの活性を示し、COの02による酸化反応では
一79°0においても高い活性を示す。
さらに本触媒は、MOのN2による還元反応においても
かな如の高活性を示す。
なおNOのCOによる還元反応は、(1)式、(2)式
に示す完全逐次形式で進行し、NOのN2 Kよる還元
反応もまた同様に(3)式、(4)式に示す如く完全逐
次形式で進行するe t ft−OOの02による酸化
反応は(5)式に従って進行する。
2 No +00→N20 + co2 (1)N20
+OO→H2+ Co2(2) 2MO+ N2→1120−) H,0(5)N20−
)−H3→N2 + 120 (4)(5) 200+02→2ao2 (5) 本発明は、上記知見に基づいて開発したものであって、
0o−TPP錯体をベンゼン等の溶媒に溶かした溶液に
170 m79以上好ましくは200m’/f以上の比
表面積を有する水利酸化チタンの所定量を添加し充分撹
拌したのち、溶媒を減圧留去することによって、Co−
TPP担持率が1〜30重量%、好ましくは3〜10重
量%の水和酸化チタンを調製し、しかるのち必要に応じ
て150〜350℃、好ましくは200〜500℃の温
度で排気処理することを特徴とするaolらびに H2
の酸化用触媒およびその製造法に関するものである。
本発明において使用する0o−TPP錯体は、テトラ−
(Adl・r)らの方法によって次の如く合成される。
メソテトラフェールポルフィリンメタルフリーベース(
N2 Tl)F )は、ビp−ル10−とベンズアルデ
ヒド20−をプロピオン酸50〇−中で30分間加熱還
流し、放冷後、濾過、洗浄す(6) ることによシ合成される。
Co−TPP錯体は、H2TPP 5 iと5倍当量の
酢酸コバルトをジメチルフォルムアミド(DM?) 5
00−中で30分間加熱還流し、放冷後250m1のD
M’Pを減圧留去し、250s&の水を加えて濾過し、
メタノール水(1:1)およびメタノールで充分洗浄す
ることにより調製される。得られた錯体の純度は元素分
析および可視吸収スペクトルによシ確認できる。
本発明において00−T’PP錯体の担持率を1〜30
重量%に限定した理由は、1重量%以下では、COなら
びにH2の酸化反応に対する触媒としての活性が充分発
現せず、ま九担持率を30重量%以上にしても酸化用触
媒としての活性紘向上せずむしろ低下するためであシ、
更に0O−TPP錯体は、コスト的に高価であるため特
性的に問題なければ出来るだけ少ない担持率が推奨され
、この様な観点から水利酸化チタンに対するCo−TP
P錯体の担持率を1〜30重量%に限定した。
本発明者らは、0o−TPP担持水和酸化チタンに(7
) ついてその担体である水′IFl酸化チタンの表面組成
および表向構造が0o−TPP錯体に対する担持能に強
く寄与すると考え、水和酸化チタンの調製条件について
鋭意検討を行なった結果、チタンの酸性水溶液を加水分
解して得たチタン酸を30’0°0以下好ましくけ20
0℃以下の温度で乾燥したもので、その比表面積が17
0 m2/を以上好ましくは200 may以上を有す
る水利酸化チタンにCo−TPP錯体を担持したものか
らカる触媒は、Noの00ならびに■2による還元反応
およびCOの02による酸化反応に対して公知のホブカ
ライドおよび0o−TPP担持担持500よシ更に高活
性を発現するとの知見を得るに到った。
水利酸化チタンを調製するためのチタン酸としては、チ
タンの酸性水溶液を中和加水分解して生成するオルソチ
タン酸あるいはチタンの酸性水溶液を加熱加水分解して
生成するメタチタン酸が好ましいものとして使用される
。ここで中和加水分解は、チタンの酸性水溶液をアンモ
ニアなどのアルカリで中和することにょ多加水(8) 分解が起シ、特に加熱することなく、短時間で終了する
。水和酸化チタンの工業的製造は、チタンの硫酸酸性水
溶液の加熱加水分解によっているが、尚加熱加水分解は
常法に従ってチタンの硫酸酸性水溶液に種晶を添加し、
沸点付近の温度(普通110℃付近)に数時間加熱する
ここで得られる凝集沈殿線、粒径0.01μm程度のメ
タチタン酸の1次粒子が多数集合して2次粒子を形成し
ている。加熱加水分解の場合得られる水和酸化チタンの
比表面積を大きくするためには2次粒子径を小さくする
ことが望ましく、その条件としては、沈殿の生成がなる
べく急速にかつ完全に進行する条件が好ましく、例えば
種晶の添加量を多くすること、加水分解母液としてのチ
タン酸水溶液の酸性度を低くすること、反応温度を高く
することなどが有効である。
本発明においてCo−TPP担持水和酸化チタンの排気
処理温度を150〜550℃に限定した理由については
、600℃以下の温度で乾燥して得た比表面積170 
m2/f以上の水利酸化チタン(9) にCo−TPP錯体を担持した触媒は、150〜650
℃、好ましくけ200〜300℃の温度で真空排気処理
するととKよって、NOの還元反応およびCOならびに
xi2の酸化反応に対して著しく高い活性を発現すると
いう驚くべき知見を得たためであ夛、350℃以上の温
度ではCo−TPP錯体が分解するため350℃以下に
限定した。この高活性の発現は、Co−TPP担持水和
酸化チタンを150〜350’Oの温度下で排気処理す
ることによp、0o−TPPの構造が変化し、同時に水
利酸化チタンが好ましい状態に脱水乾燥されて、Oo−
’rppと水利酸化チタンの間に強い相互作用が発現す
るためであシ、この処理は高活性な触媒を得る上におい
て重要な手法の1つである。なお当排気処理によシ水和
酸化チタンに担持された0o−TPPは、ベンゼン等の
溶剤にもはや不溶となる。
本発明において排気処理温度が触媒活性を大きく左右す
る点について更に明確に説明するためNOのOOKよる
還元反応に対する活性と排気(10) 処理温度の関係についての一例を第1図に示した。
Co−TPPを5重量%担持した乾燥温度120°0の
水和酸化チタンを触媒とし触媒量4.9を用いた。No
−00反応条件は、NOO120anHt 、 00圧
20cmHf、反応温度100℃である。排気時間はい
ずれも2時間である。なお活性の度合はNOが減少する
初期速度で示した。第1図よシ明らかなように排気処理
温度120℃では活性は低く200℃まではほとんど活
性は変らない。200℃から活性が増加し250℃で極
大を示し、それ以上の温度になると活性はかえって低下
している。なお、排気処理温度が低((150℃)とも
長時間(例えば50時間)排気処理すれば高い活性がえ
られる。
以上の記載および下記実施例に示した触媒反応は、全ズ
ラス製の閉鎖循環系反応装置(内容積:約800−1循
環速度:500−/騙)を用いて行なった。No(jl
l鉄化学製、純度99%以上)はKOH層を室温で通し
た後、液化分留によθ1) すCO(製鉄化学展、純度99.9%)は液体窒素トラ
ップを通して精製した。又02は、−78℃トラップを
通して精製したものを用いた。反応は、反応管に触媒4
Iiを充填し下記に示した組成のガス圧条件で反応ガス
を系内に導入して開始し、気相をT、C,D型ガスクロ
マトグラフ(N20 。
C02:ボーラバツク(Porapak) Q、0℃、
No。
N2.Co : −1−Vキュラー、シープ(Mole
cular 5ieve)15X、室温)を用いて分析
することによシ追跡した。
ガス圧条件 No−Co系 No : 10cIILH
fCo : 20cmHtco−o2系 Co : 5
anHt 02 : 10cIILHrNO−N2系 
No =2CIILH1N2 、’ 60(:RHt以
下に実施例を挙けて本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明は勿論これらに限定される本のではない。
実施例 1 硫酸チタニルを加熱加水分解して得たメタチタン酸を濾
過、洗浄後120℃の温度で乾燥することにより、その
比表面積が241.7 m2/IIで02) ある水和酸化チタンを調製した。当水和酸化チタン1 
g fl t−Go−TPP錯体500ダを溶解したベ
ンゼン溶液500娯に徐々に加え1夜撹拌したのち、減
圧下でベンゼンを留去するととによって水利酸化チタン
を担体としたGo−TPPの担持率5重量%なる触媒を
調製した。
当触媒を250℃の温度で2時間真空排気処理したのち
にその411を触媒反応に供した。NOのCOによる還
元反応の結果を第1表に、COの02による酸化反応の
結果を第2表に、又NOのN2による還元反応の結果を
第3表に示した。
実施例 2 実施例1におけるco−’rpp担持率担持率5奢量弊
量%に変えた以外はすべて実施例1と同様にして調製し
た触媒4gを触媒反応に供しその結果を第1表に示した
実施例 3 実施例1における真空排気処理温度250℃を120℃
及び275℃に変えた以外はすべて実施例1と同様にし
て調製した触媒4gを触媒θ3) 反応に供しその結果を第1表に示した。
比較例 1 硫酸チタニルを加熱加水分解して得たメタチタン酸を濾
過、洗浄後300℃の温度で乾燥することによシその比
表面積が165.5m2/′!9である水利酸化チタン
を調製した。その後実施例1と同様にしてGo−TPP
の担持率5重量%なる触媒を調製し、当触媒を200℃
で1時間真空排気処理したのちその4Iを触媒反応に供
した。その結果を第1表、第2表および第3表に示した
比較例 2 比較例1における300℃の温度で乾燥する代シに50
0℃の温度で焼成することによシ、その比表面積が59
 m”/gである水利酸化チタンを調製した以外は比較
例1と全く同様にして調製した触媒4!iを触媒反応に
供しその結果を第1表および第3表に示した。
比較例 3 ホブカライド(1)を250℃の温度で2時間真空排気
処理し触媒反応に供した。その結果をθ4) 第2表に示した。
比較例1の場合、生成するH2Oによって活性低下が著
しいが、実施例1の場合は生成するH2Oによる活性低
下はほとんど紹められない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、NOのCOによる還元反応に対する触媒活性
と排気処理温度との関係を示す図表である。 代理人江崎光好 代理人江崎光史 θ8) 第1図 宕 1ω 1K) 200 250 3(X)111 九%
玉里 温度 (”C)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)チタンの酸性水溶液を加水分解して得た生成中を
    500℃以下の温度で乾燥し、その比表面積が170 
    m2/を以上でおる水和酸化チタンにコバルトテトラフ
    ェニルポルフィリンを水利酸化チタンに対して1〜50
    重量%担持したものからなる一酸化炭素および水素の酸
    化用触媒。
  2. (2) コバルトテトラフェニルポルフィリンを担 ′
    持した水利酸化チタンを、さらに150〜550℃の温
    度で排気処理してなる特許請求の範囲第(1)項記載の
    酸化用触媒。
  3. (3) コバルトテトラフェニルポルフィリンを溶解し
    た溶液に、170 rn”71以上の比表面積を有する
    水利酸化チタンの所定量を添加撹拌後、溶媒を減圧留去
    することによって水利酸化チ(1) タンに対して1〜30重量%のコバルトテトラフェニル
    ポルフィリンを担持した水利酸化チタンを11411し
    、しかるのち必要に応じて150〜350℃の温度で排
    気処理することを特徴とする酸化用触媒の製造法。
JP58140498A 1983-08-02 1983-08-02 一酸化炭素ならびに水素の酸化に対する高活性触媒およびその製造法 Granted JPS6031827A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS63279151A (ja) * 1987-05-11 1988-11-16 Nibetsukusu Kk 一酸化炭素センサ
WO2008111570A1 (ja) 2007-03-09 2008-09-18 Sumitomo Chemical Company, Limited 膜-電極接合体およびこれを用いた燃料電池

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JPS63279151A (ja) * 1987-05-11 1988-11-16 Nibetsukusu Kk 一酸化炭素センサ
WO2008111570A1 (ja) 2007-03-09 2008-09-18 Sumitomo Chemical Company, Limited 膜-電極接合体およびこれを用いた燃料電池
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