JPWO2021044687A1 - 排気ガス浄化用組成物及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
BJH法により測定される細孔径2nm以上100nm以下の範囲であるメソ細孔容積V1に対する、SF法により測定される細孔径2nm以下の範囲であるマイクロ細孔容積V2の細孔容積比(V2/V1)が1.8以上であるBEA型ゼオライトを準備する工程と、
前記BEA型ゼオライトと、リンを含有する化合物とを接触させて、リンを含有する化合物を前記BEA型ゼオライトに付着させる工程と、
リンを含有する化合物を含む前記BEA型ゼオライトを熱処理し、リンを含有するBEA型ゼオライトを得る工程と、を含む、排気ガス浄化用組成物の製造方法を提案する。
BEA型ゼオライトとして、BJH法により測定される細孔径2nm以上100nm以下の範囲であるメソ孔容積V1に対する、細孔径2nm以下の範囲であるマイクロ細孔容積V2の細孔容積比(V2/V1)が1.8以上であるBEA型ゼオライトを準備する。準備するBEA型ゼオライトの細孔容積比(V2/V1)は、好ましくは2.0以上、より好ましくは2.2以上、さらに好ましくは2.4以上、特に好ましくは2.5以上である。準備するBEA型ゼオライトの細孔容積比(V2/V1)は、8.0以下でもよく、7.0以下でもよい。リンを含有させるBEA型ゼオライトして、細孔容積比(V2/V1)が1.8以上であれば、メソ細孔にリンを修飾させて、メソ細孔の孔径を小さくしてマイクロ細孔とし、骨格構造の欠損の起因となるメソ細孔を低減して、耐熱性をより向上することができる。BEA型ゼオライトは、リンを含有する化合物と接触させる前に乾燥させて用いてもよい。BEA型ゼオライトを乾燥させる場合には、乾燥温度は80℃以上200℃以下とすることができ、乾燥時間は0.5時間以上5時間以内とすることができる。また、乾燥時の圧力は、特に制限されず、大気圧(0.1MPa)であってもよく、0.1MPa以下の減圧下であってもよい。
BEA型ゼオライトとリンを含有する化合物とを接触させて、リンを含有する化合物をBEA型ゼオライトに付着させる方法としては、蒸着法、含浸法、沈殿法、イオン交換法等が挙げられる。蒸着法としては、BEA型ゼオライトと、リンを含有する化合物を容器に入れて、常温又は加熱してリンを含有する化合物を蒸発させて、BEA型ゼオライトに付着させる方法が挙げられる。含浸法としては、リンを含有する化合物と溶媒とを混合した液体にBEA型ゼオライトを浸漬し、常圧又は減圧下で混合液を加熱乾燥させて、リンを含有させる化合物をBEA型ゼオライトに付着させる方法が挙げられる。ここで、BEA型ゼオライトに付着させたリンを含有する化合物は、リンであってもよく、リンを含むイオンであってもよい。含浸法としては、インシピエントウェットネス(incipientwetness)法、蒸発乾固法、ポアフィリング(pore−filling)法、スプレー法、平衡吸着法等が挙げられる。沈殿法としては、混錬法、沈着法等が挙げられる。
蒸着法又は含浸法によりBEA型ゼオライトにリンを含有する化合物を付着させた後、熱処理し、リンを含むBEA型ゼオライトを得る。熱処理温度は、BEA型ゼオライトの骨格構造を維持して、メソ細孔にリンを修飾させるために、200℃以上800℃以下の範囲内であることが好ましく、400℃以上700℃以下の範囲内であることがより好ましい。熱処理する雰囲気は、大気雰囲気、窒素等の不活性ガス雰囲気であってもよい。
BEA型ゼオライトにリンを含有する化合物を付着させた後、熱処理することによって、メソ細孔にリンが修飾され、メソ細孔の細孔径が小さくなってマイクロ細孔となり、骨格構造の欠損の起因となるメソ細孔を低減して、耐熱性をより向上することができる。
0.01MPaの大気雰囲気中、150℃で8時間乾燥したプロトン型BEA型ゼオライトaを準備した。後述する方法により測定したプロトン型BEA型ゼオライトaのSiO2/Al2O3モル比は37.5であり、細孔容積比V2/V1は2.9であった。蒸着法により、リンを含有する化合物を準備したプロトン型BEA型ゼオライトaに付着させた。具体的には、乾燥したプロトン型BEA型ゼオライト3.00g(乾燥重量)と、99質量%のリン酸トリメチル0.31gとを密閉容器に入れ、0.01MPaまで減圧したのち、80℃で8時間静置し、リンを含有する化合物を蒸着させたBEA型ゼオライトを得た。得られたリンを含有する化合物を含むBEA型ゼオライトの粉末を、0.1MPaの大気雰囲気中、120℃で2時間乾燥させた。乾燥させたリンを含有する化合物を含むBEA型ゼオライトの粉末を、0.1MPaの大気雰囲気中、600℃で3時間熱処理し、リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末を製造し、リンを含有するBEA型ゼオライトからなる排気ガス浄化用組成物を得た。
使用したリン酸トリメチルの量を0.37gに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末を製造し、リンを含有するBEA型ゼオライトからなる排気ガス浄化用組成物を得た。
0.1MPaの大気雰囲気中、室温で8時間乾燥したプロトン型BEA型ゼオライトaを準備した。インシピエントウェットネス法により、リンを含有する化合物を準備したプロトン型BEA型ゼオライトaに付着させた。具体的には、準備したプロトン型BEA型ゼオライト3.00g(乾燥重量)を、リン酸トリメチル0.26gを溶媒である脱イオン水2.7mLに溶解させた混合液に含侵して0.1MPaの大気雰囲気中、120℃で2時間乾燥させた。乾燥させたリンを含有する化合物を付着させたBEA型ゼオライトの固体を、0.1MPaの大気雰囲気中、600℃で1時間熱処理して、リンを含有するBEA型ゼオライトの固体を得た。得られた固体を粉砕して、リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末を製造し、リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末からなる排気ガス浄化用組成物を得た。
リン酸水素二アンモニウム0.24gを脱イオン水2.7mLに溶解させた混合液を用いたこと以外は、実施例3と同様にして、インシピエントウェットネス法によりリンを含有する化合物をBEA型ゼオライトに付着させて、リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末を製造し、リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末からなる排気ガス浄化用組成物を得た。
蒸発乾固法により、リンを含有する化合物をプロトン型BEA型ゼオライトに付着させたこと以外は、実施例4と同様にした。具体的には、準備したプロトン型BEA型ゼオライト3.00g(乾燥重量)を、リン酸水素二アンモニウム0.24gを脱イオン水2.7mLに溶解させた混合液に含侵添加して、BEA型ゼオライトを含むスラリーを得た。得られたスラリーを、0.1MPaの大気雰囲気中、ビーカー中で撹拌下で加熱し乾燥させたこと以外は、実施例4と同様にして、リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末を得た。リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末を、排気ガス浄化用組成物とした。
0.1MPaの大気雰囲気中、150℃で8時間乾燥したプロトン型BEA型ゼオライトaを準備した。85%オルトリン酸0.24gを脱イオン水2.7mLに溶解させた混合液を用いたこと以外は、実施例3と同様にして、インシピエントウェットネス法によりリンを含有する化合物をBEA型ゼオライトに付着させて、リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末を製造し、リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末からなる排気ガス浄化用組成物を得た。
0.1MPaの大気雰囲気中、150℃で8時間乾燥したプロトン型BEA型ゼオライトbを準備した。後述する方法により測定したプロトン型BEA型ゼオライトbのSiO2/Al2O3モル比は37.4であり、細孔容積比V2/V1は6.9であった。プロトン型BEA型ゼオライトbを用いたこと以外は、実施例3と同様にして、インシピエントウェットネス法によりリンを含有する化合物をBEA型ゼオライトに付着させて、リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末を製造し、リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末からなる排気ガス浄化用組成物を得た。
0.1MPaの大気雰囲気中、150℃で8時間乾燥したプロトン型BEA型ゼオライトcを準備した。後述する方法により測定したプロトン型BEA型ゼオライトcのSiO2/Al2O3モル比は32.0であり、細孔容積比V2/V1は1.6であった。なお、プロトン型BEA型ゼオライトcとしては、国際公開第2018/131195号の実施例1で用いたプロトン型BEA型ゼオライトと同じものを用いた。プロトン型BEA型ゼオライトcを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、蒸着法によりリンを含有する化合物をBEA型ゼオライトに付着させて、リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末を製造し、リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末からなる排気ガス浄化用組成物を得た。
使用したリン酸トリメチルの量を0.73gに変更したこと以外は、比較例1と同様にして、リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末を製造し、リンを含有するBEA型ゼオライトの粉末からなる排気ガス浄化用組成物を得た。
リンを含有させることなく、実施例1で準備したプロトン型BEA型ゼオライトaの粉末を、排気ガス浄化用組成物とした。
リンを含有させることなく、実施例7で準備したプロトン型BEA型ゼオライトbの粉末を、排気ガス浄化用組成物とした。
リンを含有させることなく、比較例1で準備したプロトン型BEA型ゼオライトcの粉末を、排気ガス浄化用組成物とした。
走査型蛍光X線分析装置(型番:ZSX PrimusII、株式会社リガク製)を用いて、BEA型ゼオライト及び排気ガス浄化用組成物中のSi量及びAl量を測定し、得られたSi量及びAl量からSiO2/Al2O3モル比を算出した。測定試料の調製方法は、以下のようにした。
測定試料の調製方法
BEA型ゼオライト又は排気ガス浄化用組成物を直径30mmの塩化ビニル管に詰め、圧縮成型して測定試料を調製した。
走査型蛍光X線分析装置(型番:ZSX PrimusII、株式会社リガク製)を用いて、BEA型ゼオライト及び排気ガス浄化用組成物中のP量及びAl量を測定し、得られたP量及びAl量からP/Alモル比を算出した。測定試料の調製方法は、以下のようにした。
測定試料の調製方法
BEA型ゼオライト又は排気ガス浄化用組成物を直径30mmの塩化ビニル管に詰め、圧縮成型して測定試料を調製した。
窒素吸着等温線測定
メソ細孔容積V1、マイクロ細孔容積V2は、窒素吸着等温線から算出した。
BEA型ゼオライト又は排気ガス浄化用組成物の窒素吸着等温線は、高精度ガス/蒸気吸着量測定装置(型番:BELSORP−maxII、マイクロトラックベル株式会社製)を用いて、高純度窒素ガスを77Kで試料に吸着させ、容量法により測定した。測定試料は、乾燥重量で0.1g〜0.2gを試料管に秤量した。測定前処理は、510℃で真空排気(1×10−5kPa)を8時間以上行った。窒素吸着等温線は、相対圧(P/P0)10.5以下から測定した。
メソ細孔容積V1は、ISO 15901−2に記載のBarrett,Joyner及びHalendaによるメソ細孔分布の決定法(BJH法)により、測定して得られた窒素吸着等温線から算出した。算出には、脱離曲線を使用し、窒素分子の吸着断面積は0.1620nm2として算出した。細孔径が2nm以上100nm以下の範囲の細孔容積をメソ細孔容積V1とした。なお、実施例1及び比較例3の排気ガス浄化用組成物については、BJH法の測定により得られた細孔分布及び累積細孔分布のグラフを図1に示す。グラフ中において、左の縦軸は細孔面積分布を示し、右の縦軸は2nm以上の細孔の累積細孔面容積を示す。
マイクロ細孔容積V2は、SF法(Saito−Foley法)に従い、測定して得られた窒素吸着等温線から、マイクロ細孔分布及び容積を算出した(A.Saito,H.C.Foley,Microporous Materials,3(1995)531)。マイクロ細孔容積の算出に使用した物理定数、吸着材及び吸着質ガスのパラメータは、Physical Parameters for Microporo Size Calculation(ISO 15901−3、JIS Z8831−3)に記載の定数を使用した。窒素分子の吸着断面積は0.1620nm2として算出した。細孔径が0nm以上2nm以下の範囲の細孔容積をマイクロ細孔容積V2とした。
ISO 9277(JIS Z8330:2013)に準拠して測定した窒素吸着等温線からBET法により比表面積を算出した。
各実施例及び比較例の排気ガス浄化用組成物を、1000℃で25時間、10体積%H2O雰囲気にて、下記サイクルで熱耐久試験を行った。
サイクル:下記組成のモデルガスを流量3L/minで時間80sec、Airを流量3L/minで時間20secを交互に流した。
モデルガス組成:C3H6を70mL/min、O2を70mL/min、N2をBalanceとした。
モデルガス及びAirには、それぞれ、10体積%H2Oとなるように水入りタンクより気化させた水蒸気を混入させた。温度により飽和水蒸気圧を調整し、上記体積%の水蒸気量とした。
熱耐久試験前後の排気ガス浄化用組成物のBET比表面積を測定し、熱耐久試験前のBET比表面積に対する熱耐久試験後のBET比表面積の割合を、BET比表面積維持率として算出した。具体的には、下記式(1)により、BET比表面積維持率を算出した。
(1)比表面積維持率(%)=(熱耐久試験後のBET比表面積/熱耐久試験前のBET比表面積)×100
熱耐久試験前後の排気ガス浄化用組成物のX線回折スペクトルを、X線回折装置(型番:MiniFlex600、株式会社リガク製)を用いて測定した。熱耐久試験前後の排気ガス浄化用組成物のX線回折スペクトルにおける回折角度2θが22.4°付近の最強ピークのピーク強度をXRD結晶度とし、下記式(2)によりXRD維持率を算出した。
(2)XRD維持率=(熱耐久試験後のXRD結晶度/熱耐久試験前のXRD結晶度)×100
熱耐久試験前後の排気ガス浄化用組成物200mgを、それぞれ流通反応装置に充填し、下記に示す組成の評価用ガス50℃にて、流量30L/minで30分間流通しトルエンを吸着させた。昇温脱離法によりトルエンを脱離させ、質量分析計によりトルエン脱離量を測定した。比較例3の熱耐久試験後の排気ガス浄化用組成物のトルエン吸着量を1.0とした任意単位の量を、表1に示す。なお、トルエン昇温脱離の測定はマイクロトラック・ベル社製の触媒評価装置(BELCATおよびBELMass)を用い、脱離したトルエンの量(すなわち、排気ガス浄化用組成物のトルエン吸着量)の測定はマイクロトラック・ベル社製のChemMasterを用いて行った。なお、トルエン吸着性能の測定は、実施例1,4,7及び比較例1から4の排気ガス浄化用組成物についてのみ行った。
評価用ガスの組成:トルエン0.1体積%、へリウム99.9体積%
Claims (8)
- リンを含有するBEA型ゼオライトを含む排気ガス浄化用組成物であって、
前記リンを含有するBEA型ゼオライトは、BJH法により測定される細孔径2nm以上100nm以下の範囲であるメソ細孔容積V1に対する、SF法により測定される細孔径2nm以下の範囲であるマイクロ細孔容積V2の細孔容積比(V2/V1)が2.0以上である、排気ガス浄化用組成物。 - 前記リンを含有するBEA型ゼオライトのマイクロ細孔容積V2が0.1cm3/g以上0.3cm3/g以下の範囲内である、請求項1に記載の排気ガス浄化用組成物。
- 前記リンを含有するBEA型ゼオライトのメソ細孔容積V1が0.001cm3/g以上0.08cm3/g以下の範囲内である、請求項1又は2に記載の排気ガス浄化用組成物。
- 前記リンを含有するBEA型ゼオライトのP/Alモル比が0.7以上1.0以下の範囲内である、請求項1から3のいずれか1項に記載の排気ガス浄化用組成物。
- 前記リンを含有するBEA型ゼオライトのSiO2/Al2O3モル比が10以上100以下の範囲内である、請求項1から4のいずれか1項に記載の排気ガス浄化用組成物。
- リンを含有するBEA型ゼオライトを含む排気ガス浄化用組成物の製造方法であって、
BJH法により測定される細孔径2nm以上100nm以下の範囲であるメソ孔容積V1に対する、SF法により測定される細孔径2nm以下の範囲であるマイクロ細孔容積V2の細孔容積比(V2/V1)が1.8以上であるBEA型ゼオライトを準備する工程と、
前記BEA型ゼオライトと、リンを含有する化合物を接触させて、リンを含有する化合物を前記BEA型ゼオライトに付着させる工程と、
リンを含有する化合物を含む前記BEA型ゼオライトを熱処理し、リンを含有するBEA型ゼオライトを得る工程と、を含む、排気ガス浄化用組成物の製造方法。 - 前記リンを含有する化合物が、リン酸、リン酸トリメチル、リン酸二水素アンモニウム及びリン酸水素二アンモニウムからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項6に記載の排気ガス浄化用組成物の製造方法。
- 前記熱処理する温度が、200℃以上800℃以下の範囲内である、請求項6又は7に記載の排気ガス浄化用組成物の製造方法。
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