JP5573453B2 - Nitrogen oxide purification catalyst and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は窒素酸化物浄化用触媒、特にディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中に含まれる窒素酸化物を浄化することができる、ゼオライトを含む触媒、及び該ゼオライト触媒を効率よく製造する方法に関する。 The present invention relates to a catalyst for purifying nitrogen oxides, particularly a catalyst containing zeolite capable of purifying nitrogen oxides contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine, and the zeolite catalyst efficiently. Regarding the method.
内燃機関からの排ガスや工場排ガス等に含まれる窒素酸化物は、V2O5-TiO2触
媒とアンモニアとを用いた選択的触媒還元(SCR:SelectiveCatalytic Reduction)により浄化されてきた。しかし、V2O5-TiO2触媒は
高温において昇華し、排ガスから触媒成分が排出される可能性があるため、特に自動車等の移動体の排ガス浄化には適していない。
Nitrogen oxides contained in exhaust gas from an internal combustion engine, factory exhaust gas, and the like have been purified by selective catalytic reduction (SCR) using a V 2 O 5 —TiO 2 catalyst and ammonia. However, since the V 2 O 5 —TiO 2 catalyst sublimes at high temperatures and the catalyst component may be discharged from the exhaust gas, it is not particularly suitable for exhaust gas purification of moving bodies such as automobiles.
そこで近年自動車、特に窒素酸化物の浄化が難しいディーゼル車において、前記選択的触媒還元を行う触媒(以下、「SCR触媒」と称することがある)として、金属を担持したゼオライト触媒が提案されている。担持する金属としては銅や鉄が一般的に用いられるが、日本など、銅の使用が制限された国や地域については鉄が一般的に用いられる。
また、近年排ガス規制の強化に従い、排ガス中に含まれる粒子状物質(Particulate Matter、以下PMという)を除去するために、DPF(Diesel particulate filter)というフィルターをSCR触媒と同時に用いる必要がある。DPFに捕捉されたPMは、通常600〜700℃の高温下において燃焼することにより除かれる。SCR触媒をDPF直後に装着する、またはDPF上にSCR触媒を担持するといった検討が行われている。しかしその場合PMの燃焼時にはSCR触媒も700℃近い温度まで上昇するため、従来SCR触媒に用いられているβ型、MFI型のアルミノシリケートゼオライト触媒は耐熱性が不十分であり、使用することが困難である。
Therefore, in recent years, a metal-supported zeolite catalyst has been proposed as a catalyst for performing the selective catalytic reduction (hereinafter sometimes referred to as “SCR catalyst”) in automobiles, particularly diesel cars in which it is difficult to purify nitrogen oxides. . Copper and iron are generally used as the supported metal, but iron is generally used in countries and regions where the use of copper is restricted, such as Japan.
In recent years, in accordance with stricter exhaust gas regulations, it is necessary to use a filter called DPF (Diesel particulate filter) together with the SCR catalyst in order to remove particulate matter (hereinafter referred to as PM) contained in exhaust gas. PM trapped in the DPF is usually removed by burning at a high temperature of 600 to 700 ° C. Studies are being made to mount the SCR catalyst immediately after the DPF or to carry the SCR catalyst on the DPF. In this case, however, the SCR catalyst also rises to a temperature close to 700 ° C. during PM combustion. Therefore, β-type and MFI-type aluminosilicate zeolite catalysts used for conventional SCR catalysts have insufficient heat resistance and can be used. Have difficulty.
近年ゼオライトとして、骨格構造に少なくともアルミニウム原子とリン原子とケイ素原子を含むゼオライト(以下、「シリコアルミノフォスフェート」または「SAPO」ということがある。)を用い、金属を担持した触媒を用いると高温での耐久性が高い触媒が得られることが知られている。例えば、非特許文献1では、SAPOに銅、鉄等金属を担持した炭化水素を還元剤とした窒素酸化物浄化触媒が提案されている。また、特許文献1では、700から900℃水蒸気下処理を行っても比表面積が低下しないSAPOに金属を担持した窒素酸化物浄化用触媒が提案されている。 In recent years, as a zeolite, a zeolite containing at least an aluminum atom, a phosphorus atom and a silicon atom in its skeleton structure (hereinafter sometimes referred to as “silicoaluminophosphate” or “SAPO”) and a metal-supported catalyst are used. It is known that a catalyst having a high durability can be obtained. For example, Non-Patent Document 1 proposes a nitrogen oxide purification catalyst using a hydrocarbon in which a metal such as copper or iron is supported on SAPO as a reducing agent. Further, Patent Document 1 proposes a nitrogen oxide purifying catalyst in which a metal is supported on SAPO which does not decrease the specific surface area even if it is subjected to steam treatment at 700 to 900 ° C.
また、鉄担持ゼオライト触媒の製造方法としては、アルミノシリケートゼオライトに関して特許文献2などにあるように、硝酸塩、硫酸塩等の無機酸塩を用いてイオン交換法で鉄を担持する方法が一般的に用いられる。
さらに浄化性能を向上させるために、鉄担持アルミノシリケートゼオライト触媒の製造方法として、特許文献3などにあるように塩化鉄とゼオライトにより固体イオン交換し、還元雰囲気又は不活性雰囲気下において熱処理する方法が開示されている。
In addition, as a method for producing an iron-supported zeolite catalyst, a method of supporting iron by an ion exchange method using an inorganic acid salt such as nitrate or sulfate is generally used as disclosed in Patent Document 2 regarding aluminosilicate zeolite. Used.
In order to further improve the purification performance, as a method for producing an iron-supported aluminosilicate zeolite catalyst, there is a method in which solid ion exchange is performed with iron chloride and zeolite and heat treatment is performed in a reducing atmosphere or an inert atmosphere as described in Patent Document 3, etc. It is disclosed.
しかし、非特許文献1に記載のSAPO触媒は700℃以上の水蒸気下での耐久試験で性能が低下してしまうという問題点があった。これは、SAPOの結晶性が悪いことに加えて、鉄の分散が不十分で、高温水蒸気下において、SAPOの構造が分解してしまうことが原因と考えられる。また特許文献1に記載のSAPO触媒では、銅を担持した場合は良好な性能と高温水蒸気下の耐久性を有するものの、鉄を担持した場合、一般的なイオン交換法を用いていることから、鉄の担持量が0.4重量%以下と非常に低く、実用的に使用するには窒素酸化物浄化性能が不十分であるという問題があった。 However, the SAPO catalyst described in Non-Patent Document 1 has a problem in that the performance deteriorates in an endurance test under steam at 700 ° C. or higher. This is considered to be caused by the fact that the structure of SAPO is decomposed under high-temperature steam in addition to the poor crystallinity of SAPO and the insufficient dispersion of iron. The SAPO catalyst described in Patent Document 1 has good performance when copper is supported and durability under high-temperature steam, but when iron is supported, a general ion exchange method is used. The iron loading was very low at 0.4% by weight or less, and there was a problem that the nitrogen oxide purification performance was insufficient for practical use.
また、SAPOは一般的にアルミノシリケートに比べ酸性状態においておくと、不安定で、従来用いられている酸性の無機塩を鉄源として用いると十分な性能が得られないという問題があった。
さらに、鉄源として塩化鉄を使用する場合には、腐食性の塩素ガスが発生し、また水素等還元雰囲気下での焼成は爆発の危険性があり、工業化が非常に困難であるという問題があった。
Further, SAPO is generally unstable when it is in an acidic state as compared with aluminosilicate, and there has been a problem that sufficient performance cannot be obtained when an acidic inorganic salt conventionally used is used as an iron source.
Furthermore, when iron chloride is used as an iron source, corrosive chlorine gas is generated, and firing in a reducing atmosphere such as hydrogen has a risk of explosion, and industrialization is very difficult. there were.
本発明は、規制物質である銅を使用することなく、高温水蒸気下の耐久性が高い窒素酸化物浄化触媒の提供、および前記窒素酸化物浄化触媒の製造方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a nitrogen oxide purification catalyst having high durability under high-temperature steam without using copper, which is a regulated substance, and to provide a method for producing the nitrogen oxide purification catalyst.
本発明者らは鋭意検討の結果、鉄を担持したシリコアルミノフォスフェートのうち、鉄の担持量がゼオライトの総重量の1重量%以上であり、X線回折測定において、特定のピークの高さ比が特定の範囲に入っているものが窒素酸化物の浄化性能が高く、また高水蒸気下の耐久性も良好であり、窒素酸化物浄化用SCR触媒として好適であることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that the amount of iron supported on iron-supported silicoaluminophosphate is 1% by weight or more of the total weight of the zeolite, and the height of a specific peak in X-ray diffraction measurement. When the ratio is within a specific range, the nitrogen oxide purification performance is high, the durability under high steam is good, and it is found that the present invention is suitable as an SCR catalyst for nitrogen oxide purification. It came to complete.
すなわち本発明の第一の要旨は、骨格構造に少なくともアルミニウム原子とリン原子とケイ素原子を含むゼオライトに鉄を担持した窒素酸化物浄化用触媒であって、
(1)鉄の担持量がゼオライトの総重量の1重量%以上であり、
(2)該触媒をCuKαをX線源に用いたX線回折測定したときに、回折角(2θ)が21.2〜21.6度の範囲に観察される回折ピーク高さが0.01以上であり、
(3)該触媒を800℃で5時間水蒸気処理した後にCuKαをX線源に用いたX線回折測定したときに、回折角(2θ)が20.6〜21.0度の範囲に観察される回折ピーク高さに対する、回折角(2θ)が21.2〜21.6度の範囲に観察される回折ピーク高さの比が0.01以上1.0以下であり、
(4)前記骨格構造に少なくともアルミニウム原子とリン原子とケイ素原子を含むゼオライトの構造が、IZAで表されるコードでCHAである、窒素酸化物浄化用触媒(以下、これを「本発明の窒素酸化物浄化用触媒」と称することがある)に存する。
That is, the first gist of the present invention is a nitrogen oxide purification catalyst in which iron is supported on a zeolite containing at least an aluminum atom, a phosphorus atom, and a silicon atom in a skeleton structure,
(1) The amount of iron supported is 1% by weight or more of the total weight of the zeolite,
(2) When the catalyst is measured by X-ray diffraction using CuKα as an X-ray source, the diffraction peak height observed at a diffraction angle (2θ) in the range of 21.2 to 21.6 degrees is 0.01. That's it,
(3) When the catalyst was steamed at 800 ° C. for 5 hours and then subjected to X-ray diffraction measurement using CuKα as an X-ray source, the diffraction angle (2θ) was observed in the range of 20.6 to 21.0 degrees. that for the diffraction peak height state, and are the ratio of the diffraction peak height is 0.01 to 1.0 the diffraction angle (2 [Theta]) is observed in the range of 21.2 to 21.6 degrees,
(4) structure of the zeolite containing at least aluminum atom and a phosphorus atom and a silicon atom in the skeleton structure, CHA Ru der code represented by IZA, nitrogen oxide purification catalyst (hereinafter, "the present invention Sometimes referred to as “catalyst for nitrogen oxide purification”.
本発明により、規制物質である銅を使用することなく、窒素酸化物の浄化性能が高く、高温水蒸気下の耐久性が高い窒素酸化物浄化触媒が提供される。また前記窒素酸化物浄化触媒の簡便な方法での製造が可能となる。 The present invention provides a nitrogen oxide purification catalyst having high nitrogen oxide purification performance and high durability under high-temperature steam without using copper, which is a regulated substance. Also, the nitrogen oxide purification catalyst can be produced by a simple method.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、これらの内容に特定はされない。
(1)窒素酸化物とその浄化
本発明の窒素酸化物浄化用触媒により浄化される窒素酸化物としては、一酸化窒素、二酸化窒素、亜酸化窒素等が挙げられる。なお以下これらをまとめてNOx類と呼ぶことがある。本明細書において窒素酸化物を浄化するとは、窒素酸化物を触媒上で反応させ、窒素と酸素等に転化することをいう。
この場合、窒素酸化物が直接反応してもよいが、浄化効率を上げる目的で触媒中に還元剤を共存させてもよい。還元剤としては、アンモニア、尿素、有機アミン類、一酸化炭素、炭化水素、アルコール、水素等が用いられ、好ましくはアンモニア、尿素が用いられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the following description is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the contents thereof are not specified.
(1) Nitrogen oxide and purification thereof Nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, nitrous oxide and the like are listed as nitrogen oxides purified by the nitrogen oxide purification catalyst of the present invention. Hereinafter, these may be collectively referred to as NOxs. In this specification, purifying nitrogen oxides means that nitrogen oxides are reacted on a catalyst and converted to nitrogen, oxygen, or the like.
In this case, nitrogen oxides may react directly, but a reducing agent may coexist in the catalyst for the purpose of increasing purification efficiency. As the reducing agent, ammonia, urea, organic amines, carbon monoxide, hydrocarbons, alcohol, hydrogen and the like are used, and preferably ammonia and urea are used.
(2)窒素酸化物浄化用触媒
本発明の窒素酸化物浄化用触媒触媒とは、上記に記載した、窒素酸化物を浄化することができる触媒をいい、具体的には以下の性質を有するものである。
(I)鉄の担持量がゼオライトの総重量の1重量%以上であり、
(II)該触媒をCuKαをX線源に用いたX線回折測定したときに、回折角(2θ)が21.2〜21.6度の範囲に観察される回折ピーク高さが0.01以上であり、
(III)該触媒を800℃で5時間水蒸気処理した後にCuKαをX線源に用いたX線回
折測定したときに、回折角(2θ)が20.6〜21.0度の範囲に観察される回折ピーク高さに対する、回折角(2θ)が21.2〜21.6度の範囲に観察される回折ピーク高さの比が0.01以上1.0以下である。
(2) Nitrogen oxide purifying catalyst The nitrogen oxide purifying catalyst catalyst of the present invention refers to the above-described catalyst capable of purifying nitrogen oxide, and specifically has the following properties. It is.
(I) The iron loading is 1% by weight or more of the total weight of the zeolite,
(II) When the catalyst is measured by X-ray diffraction using CuKα as an X-ray source, the diffraction peak height observed at a diffraction angle (2θ) in the range of 21.2 to 21.6 degrees is 0.01. That's it,
(III) When the X-ray diffraction measurement using CuKα as an X-ray source was performed after steaming the catalyst at 800 ° C. for 5 hours, the diffraction angle (2θ) was observed in the range of 20.6 to 21.0 degrees. The ratio of the diffraction peak height observed in the diffraction angle (2θ) range of 21.2 to 21.6 degrees with respect to the diffraction peak height is 0.01 or more and 1.0 or less.
上記ゼオライトとは、International Zeolite Association (以下IZA)の規定によるゼオライト類をいい、具体的なゼオライトとしては、骨格構造を構成する原子として、少なくとも酸素、アルミニウム(Al)、リン(P)、ケイ素(Si)を含むもの(以下、シリコアルミホスフェート類ということがある。)である。
シリコアルミノフォスフェート類の骨格構造を構成しているSi、Al及びPの構成割合(モル比)は、特に限定されるものではないが、ゼオライト中の骨格構造に含まれるケイ素原子、アルミニウム原子、リン原子の合計に対するケイ素原子の存在割合をx1、アルミニウム原子の存在割合をy1、リン原子の存在割合をz1としたとき、x1が通常0.06以上、0.15以下、かつy1が通常0.3以上、0.6以下であり、かつz1が通常0.3以上、0.6以下であるゼオライトであることが好ましい。さらにx1は好ましくは0.07以上、より好ましくは0.08以上であり、通常0.14以下、好ましくは0.13以下、より好ましくは0.12以下であるゼオライトであることが好ましい。
The above-mentioned zeolite refers to zeolites defined by International Zeolite Association (hereinafter referred to as IZA). Specific zeolites include at least oxygen, aluminum (Al), phosphorus (P), silicon (as atoms constituting the framework structure) Si) -containing materials (hereinafter sometimes referred to as silicoaluminum phosphates).
The composition ratio (molar ratio) of Si, Al, and P constituting the skeleton structure of silicoaluminophosphates is not particularly limited, but silicon atoms, aluminum atoms included in the skeleton structure in the zeolite, X1 is usually 0.06 or more and 0.15 or less, and y1 is usually 0, where x1 is the silicon atom content ratio relative to the total phosphorus atoms, y1 is the aluminum atom content ratio, and z1 is the phosphorus atom content ratio. 0.3 or more and 0.6 or less and z1 is usually 0.3 or more and 0.6 or less. Further, x1 is preferably 0.07 or more, more preferably 0.08 or more, and it is preferably a zeolite that is usually 0.14 or less, preferably 0.13 or less, more preferably 0.12 or less.
また、本発明におけるゼオライトのゼオライト骨格内にはケイ素、アルミニウム、リン以外の元素が含まれていても良い。他の元素としては、リチウム、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、砒素、スズ、カルシウム、硼素などがあげられる。好ましくは、鉄、銅、ガリウムがあげられる。他の元素の含有量はゼオライト骨格中にケイ素とアルミニウムとリンの合計に対するモル比で、0.3以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.1以下である。 In the zeolite framework of the present invention, elements other than silicon, aluminum, and phosphorus may be contained. Examples of other elements include lithium, magnesium, titanium, zirconium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, palladium, copper, zinc, gallium, germanium, arsenic, tin, calcium, and boron. Preferably, iron, copper, and gallium are used. The content of other elements is preferably 0.3 or less, and more preferably 0.1 or less, in terms of the molar ratio to the total of silicon, aluminum and phosphorus in the zeolite skeleton.
なお、上記の元素の割合は元素分析により決定するが、本発明における元素分析は試料を塩酸水溶液で加熱溶解させ、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma、以下ICP)発光分光分析により求めることができる。
上記ゼオライトの構造は、X線回折法(例えばAtlas of Zeolite framework types, Ch.Baerlocher et.al 2007, Elsevier に記載されている測定方法)(X-ray diffraction、以下「XRD」と称することがある)により決定する。上記ゼオライトの構造は、特に限定されるものではないが、International Zeolite Association(IZA)が定めるコードで示すと、通常、AEI、AFR、AFS、AFT、AFX、AFY、AHT、CHA、DFO、ERI、FAU、GIS、LEV、LTA、VFIのいずれかであり、AEI、AFX、GIS、CHA、VFI、AFS、LTA、FAU、AFYのいずれかが好ましく、燃料由来の炭化水素を吸着しにくいことからCHA構造を有するゼオライトがより好ましい。
The ratio of the above elements is determined by elemental analysis. Elemental analysis in the present invention can be obtained by inductively coupled plasma (hereinafter referred to as ICP) emission spectroscopic analysis by heating a sample with an aqueous hydrochloric acid solution.
The structure of the zeolite is an X-ray diffraction method (for example, a measurement method described in Atlas of Zeolite framework types, Ch. Baerlocher et.al 2007, Elsevier) (X-ray diffraction, hereinafter sometimes referred to as “XRD”). ) The structure of the zeolite is not particularly limited, but when indicated by a code defined by the International Zeolite Association (IZA), it is usually AEI, AFR, AFS, AFT, AFX, Afy, AHT, CHA, DFO, ERI, Any of FAU, GIS, LEV, LTA, and VFI, and any of AEI, AFX, GIS, CHA, VFI, AFS, LTA, FAU, and AFY is preferred, and CHA is less likely to adsorb fuel-derived hydrocarbons. Zeolite having a structure is more preferable.
XRDで測定した場合、全てが上記のゼオライト構造であることが好ましいが、CHA構造が主成分であればアモルファス成分や少量の他の骨格構造が含まれてもよい。これらのゼオライト類含めて、本明細書では「ゼオライト」と称する。
上記ゼオライトは、基本単位として有する骨格構造を構成する成分とは別に、他のカチオンとイオン交換可能なカチオン種を持つものを含んでいてもよい。その場合のカチオンは特に限定されないが、プロトン、Li、Na、Kなどのアルカリ元素、Mg、Caなどのアルカリ土類元素、La、Ce等の希土類元素などが挙げられ、中でも、プロトン、アルカリ元素、アルカリ土類元素が好ましい。
When measured by XRD, it is preferable that all have the above-mentioned zeolite structure, but if the CHA structure is the main component, an amorphous component or a small amount of other skeleton structures may be included. These zeolites are referred to herein as “zeolite”.
The zeolite may contain a cation species that can be ion-exchanged with other cations, in addition to the component constituting the skeleton structure as a basic unit. The cations in that case are not particularly limited, and examples include protons, alkaline elements such as Li, Na, and K, alkaline earth elements such as Mg and Ca, and rare earth elements such as La and Ce. Among them, protons and alkaline elements Alkaline earth elements are preferred.
上記ゼオライトのフレームワーク密度は(以下、FDと略すことがある。)、特に限定されるものではないが、通常13.0T/nm3以上、好ましくは、13.5T/nm3以上、より好ましくは14.0T/nm3以上であり、通常20.0T/nm3以下、好ましくは19.0T/nm3以下、より好ましくは17.5T/nm3以下である。なお、フレームワーク密度(T/nm3)は、ゼオライトの単位体積nm3あたり存在するT原子(ゼオライトの骨格を構成する酸素以外の元素の原子)の数を意味し、この値はゼオライトの構造により決まるものである。前記下限値未満では、構造が不安定となる場合があったり、耐久性が低下する傾向があり、一方、前記上限値を超過すると吸着量、触媒活性が小さくなる場合があったり、触媒としての使用に適さない場合がある。 The framework density of the zeolite (hereinafter sometimes abbreviated as FD) is not particularly limited, but is usually 13.0 T / nm 3 or more, preferably 13.5 T / nm 3 or more, more preferably Is 14.0 T / nm 3 or more, usually 20.0 T / nm 3 or less, preferably 19.0 T / nm 3 or less, more preferably 17.5 T / nm 3 or less. The framework density (T / nm 3 ) means the number of T atoms (atoms of elements other than oxygen constituting the skeleton of the zeolite) present per unit volume nm 3 of the zeolite, and this value is the structure of the zeolite. It is determined by. If the amount is less than the lower limit value, the structure may become unstable or the durability tends to decrease. On the other hand, if the upper limit value is exceeded, the amount of adsorption, the catalytic activity may decrease, May not be suitable for use.
上記ゼオライトは、水蒸気の吸着特性としてある特定の相対蒸気圧の範囲内で大きく水の吸着量が変化する特徴を持つものが好ましい。吸着等温線で評価すると、通常、25℃の水蒸気吸着等温線では、相対蒸気圧0.03以上、0.25以下の範囲で相対蒸気圧が0.05変化したときに水の吸着量変化が0.10g/g以上となるものであり、好ましくは0.15g/g以上となるものである。相対蒸気圧の好ましい範囲は、0.035以上、0.15以下であり、更に好ましくは0.04以上、0.09以下である。また水の吸着量変化は、大きいほど吸着量差が大きく好ましいが、通常1.0g/g以下である。 The zeolite preferably has a characteristic that the adsorption amount of water largely changes within a specific relative vapor pressure range as the adsorption characteristic of water vapor. When evaluated by the adsorption isotherm, the water adsorption amount change is usually observed in the water vapor adsorption isotherm at 25 ° C. when the relative vapor pressure changes by 0.05 within the range of the relative vapor pressure of 0.03 or more and 0.25 or less. It is 0.10 g / g or more, and preferably 0.15 g / g or more. A preferable range of the relative vapor pressure is 0.035 or more and 0.15 or less, more preferably 0.04 or more and 0.09 or less. Further, the greater the change in the amount of adsorption of water, the greater the difference in the amount of adsorption, which is preferable, but it is usually 1.0 g / g or less.
本発明の窒素酸化物浄化用触媒は、ゼオライトに鉄をゼオライトの総重量の1重量%以上担持させたものであることを特徴の1つとする。本発明において用いられる鉄の担持量は、ゼオライトに対しての重量比で通常1%以上、好ましくは1.5%以上、さらに好ましくは2%以上であり、上限は特に限定されるものではないが、通常10%以下、好ましくは8%以下、さらに好ましくは5%以下である。前記下限値未満では活性点が少なくなる傾向があり、充分な触媒性能を発現しない。前記上限値超過では金属の凝集が著しくなる傾向があり、触媒性能が低下する場合がある。 One feature of the nitrogen oxide purifying catalyst of the present invention is that the iron is supported on the zeolite at 1% by weight or more of the total weight of the zeolite. The supported amount of iron used in the present invention is usually 1% or more, preferably 1.5% or more, more preferably 2% or more by weight ratio to the zeolite, and the upper limit is not particularly limited. However, it is usually 10% or less, preferably 8% or less, and more preferably 5% or less. If it is less than the lower limit, the active sites tend to decrease, and sufficient catalytic performance is not exhibited. If the upper limit is exceeded, metal agglomeration tends to be remarkable, and the catalyst performance may be lowered.
本発明の窒素酸化物浄化用触媒に担持される鉄の割合は、ゼオライト中の元素組成と同様、鉄を担持した触媒を溶解させ、ICP発光分光分析により、元素分析することにより求められる。
担持金属は鉄のみでもよいが、鉄以外の金属と組合せ使用してもよい。その場合金属は特に限定されるものではないが、好ましくはアルミニウム、ガリウム、インジウム等の周期表の13族金属、コバルト、パラジウム、イリジウム、白金、銅、銀、金、セリウム、ランタン、プラセオジウム、チタン、ジルコニア等の中の群から選ばれる。このうち好ましくは、周期表の13族金属、さらに好ましくはアルミニウムである。
The ratio of iron supported on the catalyst for purifying nitrogen oxides of the present invention can be determined by dissolving an iron-supported catalyst and conducting elemental analysis by ICP emission spectroscopic analysis, similarly to the elemental composition in zeolite.
The supported metal may be iron only, but may be used in combination with a metal other than iron. In that case, the metal is not particularly limited, but is preferably a group 13 metal of the periodic table such as aluminum, gallium, indium, cobalt, palladium, iridium, platinum, copper, silver, gold, cerium, lanthanum, praseodymium, titanium. , Selected from the group among zirconia and the like. Of these, a group 13 metal of the periodic table is preferable, and aluminum is more preferable.
なお本発明において「金属」とは、必ずしも元素状のゼロ価の状態にあることをいうものに限られない。「金属」という場合、触媒中に担持された存在状態、例えばイオン性のまたはその他の種としての存在状態を含む。
本発明の窒素酸化物浄化用触媒は、(II)該触媒をCuKαをX線源に用いたX線回折測定したときに、回折角(2θ)が21.2〜21.6度の範囲に観察される回折ピーク高さが0.01以上であり、(III)該触媒を800℃で5時間水蒸気処理した後にCu
KαをX線源に用いたX線回折測定したときに、回折角(2θ)が20.6〜21.0度の範囲に観察される回折ピーク高さに対する、回折角(2θ)が21.2〜21.6度の範囲に観察される回折ピーク高さの比が0.01以上1.0以下であることを特徴の1つとする。
In the present invention, the term “metal” is not necessarily limited to an element having a zero-valent state. Reference to “metal” includes the presence state supported in the catalyst, eg, the presence state as ionic or other species.
The catalyst for purifying nitrogen oxides according to the present invention comprises (II) a diffraction angle (2θ) in the range of 21.2 to 21.6 degrees when X-ray diffraction measurement is performed using CuKα as an X-ray source. The observed diffraction peak height is 0.01 or more, and (III) Cu is treated with water vapor at 800 ° C. for 5 hours and then Cu is added.
When X-ray diffraction measurement is performed using Kα as an X-ray source, the diffraction angle (2θ) is 21.21 with respect to the diffraction peak height observed in the diffraction angle (2θ) range of 20.6 to 21.0 degrees. One of the characteristics is that the ratio of the diffraction peak heights observed in the range of 2 to 21.6 degrees is 0.01 or more and 1.0 or less.
上記800℃で5時間水蒸気処理(以下、「高温水蒸気処理」と称することがある)の、水蒸気濃度とは、ディーゼルエンジン排ガス中の水蒸気濃度である5体積%から20体積%であることが好ましく、最も好ましいのは10体積%である。上記高温水蒸気処理の方法は特に限定されず、一般的な焼成炉を用いることができるが、上記気体を流通させて水蒸気処理する方法が望ましい。気体の流通速度は特に限定されないが、通常粉体1gあたりの気体の流通量は、0.1ml/分以上、好ましくは5ml/分以上、通常100ml/分以下、好ましくは20ml/分以下の気体の流通速度である。 The water vapor concentration of the steam treatment at 800 ° C. for 5 hours (hereinafter sometimes referred to as “high temperature steam treatment”) is preferably 5% by volume to 20% by volume which is the water vapor concentration in diesel engine exhaust gas. Most preferred is 10% by volume. The method of the high-temperature steam treatment is not particularly limited, and a general firing furnace can be used, but a method of steam treatment by circulating the gas is desirable. The gas flow rate is not particularly limited, but the gas flow rate per gram of powder is usually 0.1 ml / min or more, preferably 5 ml / min or more, usually 100 ml / min or less, preferably 20 ml / min or less. Distribution speed.
上記高温水蒸気処理は、以下の状況を想定したものである。窒素酸化物浄化用触媒はDPFでPMを燃焼した場合に出る排ガスの温度以上での耐久性が必要となる。PMの燃焼時には排ガスが600〜700℃になる。触媒をDPF上に塗布し、触媒上でPMが燃焼する場合、局所的には800℃にまで温度が上昇する可能性がある。それに加えて、排ガス中には水蒸気が含まれるが、ゼオライトは水蒸気下高温条件では分解が進みやすいので、この条件での耐熱性を有することが重要となる。 The high-temperature steam treatment assumes the following situation. The nitrogen oxide purifying catalyst needs to have durability at a temperature equal to or higher than the temperature of exhaust gas emitted when PM is burned with DPF. At the time of PM combustion, the exhaust gas becomes 600 to 700 ° C. When the catalyst is applied onto the DPF and PM burns on the catalyst, the temperature may locally rise to 800 ° C. In addition, although the exhaust gas contains water vapor, zeolite is likely to decompose under high temperature conditions under water vapor, so it is important to have heat resistance under these conditions.
本発明の窒素酸化物浄化用触媒について、X線源としてCuKαを用いてXRD測定を行った際、ゼオライト由来のピークに加えて、回折角(2θ)21.2〜21.6度に回折ピークが観察される。ゼオライト由来の20.6〜21.0度の範囲に観察される回折ピークのピーク高さに対して、21.2〜21.6度の範囲に観察される回折ピーク高さの比が0.01以上、好ましくは0.02以上、更に好ましくは0.05、1.0以下、好ましくは0.6以下、更に好ましくは0.3以下である。ここで、「回折ピーク高さ」とは、回折ピークが存在しないベースラインより、ピークトップまでの高さを指す。 When the nitrogen oxide purification catalyst of the present invention was subjected to XRD measurement using CuKα as the X-ray source, in addition to the peak derived from zeolite, the diffraction peak at a diffraction angle (2θ) of 21.2 to 21.6 degrees Is observed. The ratio of the diffraction peak height observed in the range of 21.2 to 21.6 degrees to the peak height of the diffraction peak observed in the range of 20.6 to 21.0 degrees derived from zeolite is 0. 01 or more, preferably 0.02 or more, more preferably 0.05, 1.0 or less, preferably 0.6 or less, more preferably 0.3 or less. Here, “diffraction peak height” refers to the height from the baseline where no diffraction peak exists to the peak top.
上記回折ピーク高さの比は、本発明の窒素酸化物浄化用触媒中の以下の状態を表している。ゼオライト中に鉄をゼオライトの総重量の1重量%以上担持させ鉄の分散をさせた場合、鉄がゼオライト中を分散するのに加えて一部の鉄がゼオライトと反応する。鉄が一部ゼオライトと反応した場合、反応した物質の量として21.2〜21.6度に回折ピークが現れる。一方、20.6〜21.0度に観察される回折ピークのピーク高さはゼオライト量を表すので、このピークの高さの、ゼオライト由来の20.6〜21.0度に観察される回折ピークのピーク高さに対する比が0.01以下であるとは、鉄の分散が不十分であるため、窒素酸化物浄化性能が不十分であることを意味する。また、前記ピーク高さの比が1.0以上の場合、ゼオライト構造が大きく破壊されていることを意味し、ゼオライトのアンモニア等の還元剤の吸着力が低下し、窒素酸化物浄化性能が低下する。 The ratio of the diffraction peak heights represents the following state in the nitrogen oxide purifying catalyst of the present invention. When iron is supported in zeolite at 1% by weight or more of the total weight of the zeolite to disperse the iron, in addition to the iron being dispersed in the zeolite, some iron reacts with the zeolite. When iron partially reacts with zeolite, a diffraction peak appears at 21.2 to 21.6 degrees as the amount of the reacted material. On the other hand, since the peak height of the diffraction peak observed at 20.6 to 21.0 degrees represents the amount of zeolite, the diffraction observed at 20.6 to 21.0 degrees derived from the zeolite at the height of this peak. The ratio of the peak to the peak height being 0.01 or less means that the nitrogen oxide purification performance is insufficient because the iron dispersion is insufficient. In addition, when the ratio of the peak height is 1.0 or more, it means that the zeolite structure is largely destroyed, the adsorption power of the reducing agent such as ammonia in the zeolite is lowered, and the nitrogen oxide purification performance is lowered. To do.
また、本発明の窒素酸化物浄化用触媒は、前記X線回折測定を行った際、800℃で5
時間水蒸気処理した後の回折角(2θ)21.2度以上、21.6度以下の範囲に観察される回折ピーク高さの水蒸気処理前の同ピーク高さに対する比が2以下であるものが好ましい。ピーク高さ比が前記上限超過の場合、高温水蒸気下で大きくゼオライト構造が壊れ、回折角(2θ)が21.2〜21.6度の範囲に観察される回折ピークが増加しているため、浄化性能が大きく低下する。回折角(2θ)が21.2〜21.6度の回折ピークは高温水蒸気下の処理では減少することはないので、通常1以上である。
Further, the nitrogen oxide purifying catalyst of the present invention is 5 at 800 ° C. when the X-ray diffraction measurement is performed.
The ratio of the diffraction peak height observed in the diffraction angle (2θ) range of 21.2 degrees or more and 21.6 degrees or less after the time steam treatment to the peak height before the steam treatment is 2 or less. preferable. When the peak height ratio exceeds the upper limit, the zeolite structure is greatly broken under high-temperature steam, and the diffraction peak observed in the diffraction angle (2θ) range of 21.2 to 21.6 degrees increases. The purification performance is greatly reduced. A diffraction peak having a diffraction angle (2θ) of 21.2 to 21.6 degrees is usually 1 or more because it does not decrease by treatment under high-temperature steam.
本発明の窒素酸化物浄化用触媒の粒子径は、電子顕微鏡で触媒を観察した際の、任意の10〜30点のゼオライト粒子の一次粒子径の平均値をいい、通常1μm以上であり、さらに好ましくは2μm以上、より好ましくは2.5μm以上であり、通常15μm以下であり、好ましくは10μm以下である。粒子径が小さい場合は、結晶性が低くなり、高温水蒸気下での耐久性が低下する。粒径が大きすぎる場合は、金属の担持が困難となり、また触媒を使用するとき基材等への塗布等が難しくなるので好ましくない。必要に応じて、ジェットミル等の乾式粉砕またはボールミル等の湿式粉砕を行っても良い。 The particle diameter of the catalyst for purifying nitrogen oxides of the present invention means an average value of primary particle diameters of arbitrary 10 to 30 zeolite particles when the catalyst is observed with an electron microscope, and is usually 1 μm or more. Preferably it is 2 micrometers or more, More preferably, it is 2.5 micrometers or more, Usually, 15 micrometers or less, Preferably it is 10 micrometers or less. When the particle size is small, the crystallinity is low and the durability under high-temperature steam is lowered. When the particle size is too large, it becomes difficult to support the metal, and when a catalyst is used, it is difficult to apply the catalyst to a substrate or the like. If necessary, dry pulverization such as a jet mill or wet pulverization such as a ball mill may be performed.
(2)本発明の窒素酸化物浄化用触媒の高水蒸気下の耐久性
本発明の窒素酸化物浄化用触媒は、高水蒸気下の耐久性に優れるという効果を有する。詳細には、以下に述べる90℃で測定した水蒸気繰り返し吸脱着試験において、吸着維持率が高い、つまり、吸着維持率は80%以上であり、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上であり、上限は特に制限されるものではないが、通常100%以下の維持率を示す。
(2) Durability under high steam of the catalyst for purifying nitrogen oxides of the present invention The catalyst for purifying nitrogen oxides of the present invention has an effect of being excellent in durability under high steam. Specifically, in the water vapor repeated adsorption / desorption test measured at 90 ° C. described below, the adsorption maintenance rate is high, that is, the adsorption maintenance rate is 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more. Yes, the upper limit is not particularly limited, but usually shows a maintenance rate of 100% or less.
本発明の窒素酸化物浄化用触媒は、90℃で測定した水蒸気繰り返し吸脱着試験後における水吸着量が、相対蒸気圧0.2の際の水吸着量に対して70%以上であることが好ましく、より好ましくは80%以上、更に好ましくは90%以上である。上限は特に制限されるものではないが、通常100%以下であり、好ましくは95%以下である。
水蒸気繰り返し吸脱着試験としては、試料をT℃に保たれた真空容器内に保持し、T1℃の飽和水蒸気雰囲気とT2℃ 飽和水蒸気雰囲気にそれぞれ90秒曝す操作を繰り返す(T1<T<T2)。このときT2℃の飽和水蒸気雰囲気に曝されたときに試料に吸着した水は、T1℃の飽和水蒸気雰囲気で一部が脱着し、T1℃に保った水だめに移動する。m 回目の吸着からn 回目の脱着で、5℃の水だめに移動した水の総量(Q n;m(g ))と試料の乾燥重量(W(g ))から一回あたりの平均吸着量(Cn;m( g / g ))を以下のようにして求める。
The nitrogen oxide purification catalyst of the present invention has a water adsorption amount after a water vapor repeated adsorption / desorption test measured at 90 ° C. of 70% or more with respect to the water adsorption amount at a relative vapor pressure of 0.2. Preferably, it is 80% or more, more preferably 90% or more. The upper limit is not particularly limited, but is usually 100% or less, preferably 95% or less.
In the repeated water vapor adsorption / desorption test, the sample is held in a vacuum vessel maintained at T ° C. and subjected to a 90 ° C. saturated water vapor atmosphere and a T 2 ° C. saturated water vapor atmosphere for 90 seconds each (T1 <T <T2). . At this time, part of the water adsorbed on the sample when exposed to the saturated water vapor atmosphere at T2 ° C. is desorbed in the saturated water vapor atmosphere at T1 ° C. and moves to the water reservoir maintained at T1 ° C. From the m-th adsorption to the n-th desorption, the average amount of adsorption per one time based on the total amount of water (Qn; m (g)) transferred to the 5 ° C sump and the dry weight of the sample (W (g)) (Cn; m (g / g)) is determined as follows.
[Cn;m]=[Qn;m]/ (n−m+1)/W
通常吸収、脱着の繰り返しは1000回以上行い、好ましくは2000回以上であり、上限は特に限定されるものではない。
(以上の工程を「T−T2−T1の水蒸気繰り返し吸脱着試験」という。)
本発明において用いられるゼオライトの水蒸気繰り返し吸脱着試験としては、ゼオライト試料を90℃に保たれた真空容器内に保持し、5℃の飽和水蒸気雰囲気と80℃ 飽和
水蒸気雰囲気にそれぞれ90秒曝す操作を繰り返す。それによって得られた上記数値より、一回あたりの平均吸着量(Cn;m(g / g )を求める。(90−80−5の水蒸気繰り返し吸脱着試験)
(以上の工程を「90℃で測定した際の水蒸気繰り返し吸脱着試験」ということがある。)
[Cn; m] = [Qn; m] / (n−m + 1) / W
Usually, absorption and desorption are repeated 1000 times or more, preferably 2000 times or more, and the upper limit is not particularly limited.
(The above process is referred to as “T-T2-T1 water vapor repeated adsorption / desorption test”.)
In the water vapor repeated adsorption / desorption test of the zeolite used in the present invention, the operation of holding the zeolite sample in a vacuum vessel maintained at 90 ° C. and exposing it to a 5 ° C. saturated water vapor atmosphere and an 80 ° C. saturated water vapor atmosphere for 90 seconds respectively. repeat. The average adsorption amount per time (Cn; m (g / g)) is determined from the above-obtained numerical values (90-80-5 water vapor repeated adsorption / desorption test).
(The above process may be referred to as “water vapor repeated adsorption / desorption test when measured at 90 ° C.”.)
脱着試験の維持率とは、前記の水蒸気繰り返し吸脱着試験の1回から1000回の平均吸着量に対する1001回から2000回の平均吸着量の比を求めたものである。平均吸着量の維持率が高いということは、水の吸脱着の繰り返しが行われてもゼオライトが劣化しないことを示す。維持率は80%以上、好ましくは90%以上、更に好ましくは95%以上が好ましい。上限は全く劣化が起こらない100%である。 The maintenance rate of the desorption test is a ratio of the average adsorption amount from 1001 to 2000 times to the average adsorption amount from 1 to 1000 times in the water vapor repeated adsorption / desorption test. A high retention rate of the average adsorption amount indicates that the zeolite does not deteriorate even if the adsorption / desorption of water is repeated. The maintenance ratio is 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more. The upper limit is 100% at which no deterioration occurs.
水蒸気の繰り返し吸脱着によるゼオライトの変化は、試験前後においてのゼオライトの
水蒸気吸着等温線の変化により観察できる。
水の吸脱着の繰り返しにより、ゼオライトの構造に変化がなければ、水蒸気吸着等温線には変化がなく、ゼオライトの構造が壊れるなど変化した場合は吸着量の低下が観察される。90℃での2000回の水蒸気繰り返し吸脱着試験を行い、試験前に対して試験後での25℃の相対蒸気圧が0.2の時の水吸着量が通常70%以上、好ましくは80%以上、更に好ましくは90%以上である。
Changes in zeolite due to repeated adsorption and desorption of water vapor can be observed by changes in the water vapor adsorption isotherm of the zeolite before and after the test.
If there is no change in the structure of the zeolite due to repeated adsorption and desorption of water, there is no change in the water vapor adsorption isotherm, and a decrease in the amount of adsorption is observed when the structure of the zeolite is changed. Water vapor adsorption is usually 70% or more, preferably 80% when the relative vapor pressure at 25 ° C. after the test is 0.2 after the test is repeated 2000 times at 90 ° C. More preferably, it is 90% or more.
上記の構造を有するゼオライトは水蒸気繰り返し吸脱着試験の吸着維持率が高いことにより、窒素酸化物の浄化に優れる。本発明の触媒は、自動車等に搭載され使用されるときは、実際には水の吸脱着が繰り返し行われ、窒素酸化物の浄化が行われると考えられ、そのため水の繰り返し吸脱着時に劣化しないものが、排ガス浄化能力に優れた構造を有し、実用上優れた窒素酸化物の浄化能力を有するものと考えられる。 Zeolite having the above structure is excellent in the purification of nitrogen oxides because of its high adsorption retention rate in the water vapor repeated adsorption / desorption test. When the catalyst of the present invention is mounted and used in an automobile or the like, it is considered that water adsorption / desorption is actually repeated and purification of nitrogen oxides is performed, so that it does not deteriorate during repeated adsorption / desorption of water. Is considered to have a structure excellent in exhaust gas purification ability and practically superior nitrogen oxide purification ability.
本発明に使用されるゼオライトも本発明の触媒と同様に、90℃で測定した水蒸気繰り返し吸脱着試験において、吸着維持率が高い方が好ましく、通常、吸着維持率は80%以上であり、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上であり、上限は特に制限されるものではないが、通常100%以下である。 As with the catalyst of the present invention, the zeolite used in the present invention preferably has a higher adsorption maintenance rate in the repeated vapor adsorption / desorption test measured at 90 ° C., and usually the adsorption maintenance rate is 80% or more, preferably Is 90% or more, more preferably 95% or more, and the upper limit is not particularly limited, but is usually 100% or less.
また、本発明に使用されるゼオライトは、90℃で測定した水蒸気繰り返し吸脱着試験後における水吸着量が、相対蒸気圧0.2の際の水吸着量に対して70%以上であることが好ましく、より好ましくは80%以上、更に好ましくは90%以上である。上限は特に制限されるものではないが、通常100%以下であり、好ましくは95%以下である。 Further, the zeolite used in the present invention has a water adsorption amount after a water vapor repeated adsorption / desorption test measured at 90 ° C. of 70% or more with respect to the water adsorption amount at a relative vapor pressure of 0.2. Preferably, it is 80% or more, more preferably 90% or more. The upper limit is not particularly limited, but is usually 100% or less, preferably 95% or less.
(3)本発明の窒素酸化物浄化用触媒の製造方法
本発明の窒素酸化物浄化用触媒は、上記ゼオライトと、含炭素鉄塩とを混合する混合工程、混合工程で得られた混合物を乾燥する乾燥工程、及び乾燥工程で得られる乾燥物を焼成する焼成工程を含むものである。
(3) Nitrogen oxide purifying catalyst production method of the present invention The nitrogen oxide purifying catalyst of the present invention is a mixing step of mixing the zeolite and the carbon-containing iron salt, and drying the mixture obtained in the mixing step. And a baking step of baking the dried material obtained in the drying step.
含炭素鉄塩としては、構造中に炭素と鉄を含む塩であれば、特に限定されないが、好ましくは酢酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩などの鉄の有機酸塩が好ましい。具体的には、塩基性酢酸鉄、シュウ酸鉄、シュウ酸鉄アンモニウム、クエン酸鉄、オクチル酸鉄、フマル酸鉄、乳酸鉄、マフテン酸鉄、ステアリン酸鉄、酒石酸鉄等が挙げられる。鉄原料は、後述する分散媒に可溶であっても不溶であってもよい。 The carbon-containing iron salt is not particularly limited as long as it contains carbon and iron in the structure, but preferably an organic acid salt of iron such as acetate, oxalate, or citrate. Specific examples include basic iron acetate, iron oxalate, ammonium iron oxalate, iron citrate, iron octylate, iron fumarate, iron lactate, iron maftenate, iron stearate, and iron tartrate. The iron raw material may be soluble or insoluble in the dispersion medium described later.
上記含炭素鉄塩は、最終的に触媒の鉄担持量がゼオライトの総重量の1重量%以上、10重量%以下となるように添加する。具体的には、ゼオライト骨格中のケイ素に対する鉄のモル比で0.1以上2.0以下、好ましくは0.2以上1.0以下である。
通常アルミノシリケートのゼオライトに鉄を担持する場合、入手が容易なことから、硝酸鉄、硫酸鉄といった鉄原料を用いてイオン交換により担持する。しかし、SAPO類に鉄を担持する場合は、SAPO類が酸性に弱いため、酸強度の強い硝酸塩、硫酸塩等を用いると担持の際にゼオライト構造にダメージを与え、十分な触媒性能が出ない。このことから酸強度の弱い含炭素鉄原料を用いることが重要である。
The carbon-containing iron salt is added so that the amount of iron supported on the catalyst finally becomes 1% by weight or more and 10% by weight or less of the total weight of the zeolite. Specifically, the molar ratio of iron to silicon in the zeolite skeleton is 0.1 or more and 2.0 or less, preferably 0.2 or more and 1.0 or less.
In general, when iron is supported on zeolite of aluminosilicate, it is easily available, so it is supported by ion exchange using an iron raw material such as iron nitrate or iron sulfate. However, when iron is supported on SAPOs, since SAPOs are weakly acidic, if strong acid strength nitrates, sulfates, etc. are used, the zeolite structure will be damaged during loading, and sufficient catalytic performance will not be achieved. . For this reason, it is important to use a carbon-containing iron raw material with low acid strength.
また、通常の硝酸塩、硫酸塩を用いゼオライトの総重量の1重量%以上鉄を担持した場合、鉄が凝集物として担持され、分散が不十分となり、十分な浄化性能が発揮されない。これは鉄が熱処理時に酸化されてしまい、それ以上分散しないことが原因と考えられる。これに対し、含炭素鉄塩を鉄原料として用い熱処理を行った場合、含炭素部分が燃焼するときに鉄を還元することにより分散しやすい状態にすることができると考えられる。 In addition, when iron is supported in an amount of 1% by weight or more of the total weight of the zeolite using ordinary nitrates and sulfates, the iron is supported as aggregates, resulting in insufficient dispersion and insufficient purification performance. This is considered to be because iron is oxidized during heat treatment and does not disperse any more. On the other hand, when a carbon-containing iron salt is used as an iron raw material and heat treatment is performed, it is considered that the carbon-containing portion can be easily dispersed by reducing iron when the carbon-containing portion burns.
本発明の触媒の製造方法としては、上記含炭素鉄塩に加えて、アルミニウム、ガリウム、インジウム等の周期表の13族金属を添加することが好ましい。好ましくは、アルミニウム、ガリウム、より好ましくはアルミニウムである。本発明におけるゼオライトに担持させる第13族金属の原料としては、特に限定されないが、金属塩、金属錯体、金属単体、金属酸化物等が用いられ、好ましくは硝酸塩、硫酸塩、塩酸塩などの無機酸塩または酢酸塩などの有機酸塩が用いられる。アルミニウムの場合、具体的には、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アンモニウムアルミニウム、酢酸アルミニウム、塩基性酢酸アルミニウム、塩化アルミニウム、乳酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、オレイン酸アルミニウム、シュウ酸アルミニウム、ラウリン酸アルミニウム、安息香酸アルミニウム等が挙げられる。金属源は、後述する分散媒に可溶であっても不溶であってもよい。 As a method for producing the catalyst of the present invention, it is preferable to add a Group 13 metal of the periodic table such as aluminum, gallium and indium in addition to the carbon-containing iron salt. Aluminum and gallium are preferable, and aluminum is more preferable. The raw material of the Group 13 metal to be supported on the zeolite in the present invention is not particularly limited, but metal salts, metal complexes, simple metals, metal oxides and the like are used, and preferably inorganic such as nitrates, sulfates, and hydrochlorides. Organic acid salts such as acid salts or acetates are used. In the case of aluminum, specifically, aluminum nitrate, aluminum sulfate, polyaluminum chloride, ammonium aluminum sulfate, aluminum acetate, basic aluminum acetate, aluminum chloride, aluminum lactate, aluminum stearate, aluminum oleate, aluminum oxalate, lauric acid Examples thereof include aluminum and aluminum benzoate. The metal source may be soluble or insoluble in the dispersion medium described below.
13族金属原料は、最終的に製造された触媒における13族金属触媒の担持量が、ゼオライトの総重量の1重量%以上、10重量%以下となるように添加する。好ましくは1.5重量%以上、8重量%以下で更に好ましくは2重量%以上、5重量%以下である。具体的な混合比率は、ゼオライト骨格中にケイ素対する添加した13族金属のモル比で0.3以上4以下、好ましくは0.5以上、3.5以下、更に好ましくは0.7以上、2以下である。 The Group 13 metal raw material is added so that the supported amount of the Group 13 metal catalyst in the finally produced catalyst is 1% by weight or more and 10% by weight or less of the total weight of the zeolite. Preferably they are 1.5 weight% or more and 8 weight% or less, More preferably, they are 2 weight% or more and 5 weight% or less. The specific mixing ratio is 0.3 or more and 4 or less, preferably 0.5 or more and 3.5 or less, more preferably 0.7 or more, in terms of the molar ratio of the group 13 metal added to silicon in the zeolite skeleton. It is as follows.
鉄を担持させる場合、13族金属を同時に担持させ、熱処理した場合、鉄元素がゼオライトと反応し拡散するときに鉄が13族元素とコンプレックスを作り、鉄の分散を促進するが、鉄の過剰なゼオライトへの攻撃を抑える効果があると考えられる。そのため、ゼオライト合成時の熱処理において、過度なゼオライトと鉄の反応を抑えるとともに、耐久試験で用いられる高温水蒸気下による熱処理においても、ゼオライトに損傷を与えることなく耐久性に優れた窒素酸化物浄化用触媒を製造することが可能となる。 When iron is supported, when a group 13 metal is simultaneously supported and heat-treated, when iron element reacts and diffuses with zeolite, iron forms a complex with group 13 element and promotes the dispersion of iron. It is thought that it has the effect of suppressing attacks on new zeolite. Therefore, in the heat treatment at the time of zeolite synthesis, while suppressing excessive reaction of zeolite and iron, even in the heat treatment under high temperature steam used in the durability test, nitrogen oxide purification with excellent durability without damaging the zeolite A catalyst can be produced.
本発明の触媒を製造する際のゼオライトへの金属種の担持方法としては、特に限定されないが、一般的に用いられるイオン交換法、含浸担持法、沈殿担持法、固相イオン交換法、CVD法等が用いられる。好ましくは、イオン交換法、含浸担持法である。鉄をゼオライト中に分散担持させることは困難であり、通常のイオン交換法では非常に少量しか担持されない場合があるため、含浸担持が好ましい。
含浸担持を行うとき、スラリー状態から、短時間で乾燥させることが好ましく、下記する噴霧乾燥法を用いて乾燥することがより好ましい。
The method for supporting the metal species on the zeolite when producing the catalyst of the present invention is not particularly limited, but generally used ion exchange method, impregnation support method, precipitation support method, solid phase ion exchange method, CVD method Etc. are used. The ion exchange method and the impregnation support method are preferable. It is difficult to disperse and support iron in zeolite, and impregnation support is preferable because only a very small amount may be supported by a normal ion exchange method.
When performing impregnation support, it is preferable to dry in a short time from the slurry state, and it is more preferable to dry using the spray drying method described below.
まず、ゼオライト、金属源、分散媒の混合物(以下、単に混合物ということがある)を調製する。本発明における分散媒とは、ゼオライトを分散させるための液体、をいう。本発明において用いられる混合物は、通常スラリー状あるいはケーキ状であるが、操作上の適用性からスラリー状が好ましい。本製造方法において用いられる分散媒の種類は、特に限定されるものではないが、通常、水、アルコール、ケトンなどが使用され、加熱時の安全性の観点から、分散媒は水を使用することが望ましい。 First, a mixture of zeolite, metal source, and dispersion medium (hereinafter sometimes simply referred to as a mixture) is prepared. The dispersion medium in the present invention refers to a liquid for dispersing zeolite. The mixture used in the present invention is usually in the form of a slurry or cake, but is preferably in the form of a slurry in view of operational applicability. The type of the dispersion medium used in this production method is not particularly limited, but usually water, alcohol, ketone, etc. are used, and from the viewpoint of safety during heating, the dispersion medium should use water. Is desirable.
本製造方法の混合工程の混合物の混合順序は、特に制限されるものではないが、通常、まず分散媒に金属源を溶解または分散し、これにゼオライトを混合する。上記の成分を混合して調製されるスラリー中の固形分の割合は、5質量%〜60質量%、好ましくは10質量%〜50質量%である。固形分の割合が前記下限値未満では、除去すべき分散媒の量が多くて、分散媒除去工程に支障をきたす場合がある。また、固形分の割合が前記上限値超過では、金属がゼオライト上に均一に分散しにくくなる傾向がある。 The mixing order of the mixture in the mixing step of the production method is not particularly limited, but usually, a metal source is first dissolved or dispersed in a dispersion medium, and zeolite is mixed therewith. The ratio of the solid content in the slurry prepared by mixing the above components is 5% by mass to 60% by mass, preferably 10% by mass to 50% by mass. When the ratio of the solid content is less than the lower limit, the amount of the dispersion medium to be removed is large, which may hinder the dispersion medium removal step. Moreover, when the ratio of solid content exceeds the said upper limit, there exists a tendency for a metal to become difficult to disperse | distribute uniformly on a zeolite.
本発明において用いられる混合物の調合温度は通常0℃以上、好ましくは10℃以上、通常80℃以下、好ましくは60℃以下である。
ゼオライトは通常、分散媒と混合すると発熱することがあり、調合温度を前記上限値超過とするとゼオライト自身が酸またはアルカリにより分解する可能性がある。調合温度の下限は分散媒の融点である。
The preparation temperature of the mixture used in the present invention is usually 0 ° C. or higher, preferably 10 ° C. or higher, usually 80 ° C. or lower, preferably 60 ° C. or lower.
Zeolite usually generates heat when mixed with a dispersion medium, and if the blending temperature exceeds the upper limit, the zeolite itself may be decomposed by acid or alkali. The lower limit of the preparation temperature is the melting point of the dispersion medium.
本発明において用いられる混合物の、調合時のpHは特に限定されないが、通常3以上、好ましくは4以上、さらに好ましくは5以上であり、通常10以下、好ましくは9以下、さらに好ましくは8以下である。pHを前記下限値未満あるいは上限値超過として調合するとゼオライトが破壊される可能性がある。 The pH of the mixture used in the present invention is not particularly limited, but is usually 3 or more, preferably 4 or more, more preferably 5 or more, usually 10 or less, preferably 9 or less, more preferably 8 or less. is there. If the pH is adjusted to be lower than the lower limit or higher than the upper limit, the zeolite may be destroyed.
本発明において用いられる混合物には、混合物の粘度調整、あるいは分散媒の除去後の粒子形状、粒径制御のために各種の添加剤を加えてもよい。添加剤の種類は特に限定されないが、無機添加剤が好ましく、無機ゾル、粘土系添加剤等が挙げられる。無機ゾルではシリカゾル、アルミナゾル、チタニアゾルなどが用いられるが、シリカゾルが好ましい。無機ゾルの平均粒子径は4〜60nm、好ましくは10〜40nmである。粘土系添加剤としては、セピオライト、モンモリナイト、カオリンなどが用いられる。 Various additives may be added to the mixture used in the present invention for adjusting the viscosity of the mixture or controlling the particle shape and particle size after removal of the dispersion medium. The type of the additive is not particularly limited, but an inorganic additive is preferable, and examples thereof include an inorganic sol and a clay-based additive. As the inorganic sol, silica sol, alumina sol, titania sol and the like are used, and silica sol is preferable. The average particle size of the inorganic sol is 4 to 60 nm, preferably 10 to 40 nm. Sepiolite, montmorillonite, kaolin and the like are used as the clay additive.
添加剤の添加量は、特に限定されるものではないが、ゼオライトに対して重量比で50%以下、好ましくは20%以下、更に好ましくは10%以下である。重量比を前記上限値超過とすると、触媒性能が低下する場合がある。
本発明において用いられる混合物の混合の方法としては、十分にゼオライトと金属源が混合あるいは分散する方法であればよく、各種公知の方法が用いられるが、具体的には攪拌、超音波、ホモジナイザー等が用いられる。
The addition amount of the additive is not particularly limited, but is 50% or less, preferably 20% or less, more preferably 10% or less by weight ratio to the zeolite. If the weight ratio exceeds the upper limit, the catalyst performance may be reduced.
As a method for mixing the mixture used in the present invention, any method that sufficiently mixes or disperses the zeolite and the metal source may be used, and various known methods can be used. Specifically, stirring, ultrasonic waves, homogenizer, etc. Is used.
次に、本発明において用いられる混合物から分散媒を除去する(乾燥工程)。分散媒の除去の方法としては、短時間で分散媒を除去できる方法であれば特に限定されないが、好ましくは均一に噴霧した状態を経て、短時間に除去できる方法であり、より好ましくは均一に噴霧した状態を経て、高温の熱媒体と接触させて除去する方法であり、更に好ましくは均一に噴霧した状態を経て、高温の熱媒体として、熱風と接触させ乾燥させて除去することにより、均一な粉体を得ることのできる方法、「噴霧乾燥」である。噴霧乾燥を適用する場合、噴霧の方法としては、回転円盤による遠心噴霧、圧力ノズルによる加圧噴霧、二流体ノズル、四流体ノズル等による噴霧などを用いることができる。 Next, the dispersion medium is removed from the mixture used in the present invention (drying step). The method for removing the dispersion medium is not particularly limited as long as it can remove the dispersion medium in a short time, but it is preferably a method that can be removed in a short time after being uniformly sprayed, and more preferably uniformly. It is a method of removing by contacting with a high-temperature heat medium through a sprayed state, and more preferably by uniformly removing by removing it by contacting with hot air as a high-temperature heat medium after spraying uniformly. It is a method that can obtain a fine powder, “spray drying”. When spray drying is applied, as a spraying method, centrifugal spraying using a rotating disk, pressurized spraying using a pressure nozzle, spraying using a two-fluid nozzle, four-fluid nozzle, or the like can be used.
噴霧したスラリーは、加熱した金属板や、高温ガスなどの熱媒体と接触することにより分散媒が除去される。いずれの場合も、熱媒体の温度は特に限定されないが、通常80℃以上、350℃以下である。前記下限値未満ではスラリーから十分に分散媒が除去できない場合があり、また前記上限値超過では金属源が分解し金属酸化物が凝集する場合がある。 The dispersion medium is removed from the sprayed slurry by coming into contact with a heated metal plate or a heat medium such as a high-temperature gas. In either case, the temperature of the heat medium is not particularly limited, but is usually 80 ° C. or higher and 350 ° C. or lower. If the amount is less than the lower limit, the dispersion medium may not be sufficiently removed from the slurry, and if the upper limit is exceeded, the metal source may decompose and the metal oxide may aggregate.
噴霧乾燥を用いる場合には、その乾燥条件については特に限定されないが、通常ガス入口温度を約200〜300℃、ガス出口温度を約60〜200℃として実施する。
本発明における混合物から分散媒を除去するために要する時間は、混合物中の分散媒の量が1質量%以下になるまでの時間をいい、水が分散媒の場合の乾燥時間は、混合物の温度が80℃以上になった時点から、混合物に含有する水の量が、得られた混合物中の1質量%以下になるまでの時間をいう。水以外の分散媒の場合の乾燥時間は、その分散媒の常圧における沸点より20℃低い温度になった時点から、混合物に含有する分散媒の量が、得られた混合物中の1質量%以下になるまでの時間をいう。分散媒の除去時間は60分以下であり、好ましくは10分以下、より好ましくは1分以下、更に好ましくは10秒以下であり、より短時間で乾燥することが望ましいので下限は特に限定されるものではないが、通常0.1秒以上である。
In the case of using spray drying, the drying conditions are not particularly limited. Usually, the gas inlet temperature is about 200 to 300 ° C, and the gas outlet temperature is about 60 to 200 ° C.
The time required for removing the dispersion medium from the mixture in the present invention refers to the time until the amount of the dispersion medium in the mixture becomes 1% by mass or less, and the drying time when water is the dispersion medium is the temperature of the mixture. Refers to the time from when the temperature becomes 80 ° C. or higher until the amount of water contained in the mixture becomes 1% by mass or less in the obtained mixture. The drying time in the case of a dispersion medium other than water is 1% by mass of the dispersion medium contained in the mixture from the time when the temperature becomes 20 ° C. lower than the boiling point at normal pressure of the dispersion medium. Time until the following. The removal time of the dispersion medium is 60 minutes or less, preferably 10 minutes or less, more preferably 1 minute or less, still more preferably 10 seconds or less, and it is desirable to dry in a shorter time, so the lower limit is particularly limited. Although it is not a thing, it is 0.1 second or more normally.
前記上限値超過の時間をかけて混合物より分散媒を除去すると、金属を担持させるゼオライトの表面に金属源が凝集し不均一に担持されるため、触媒活性低下の原因となる。また一般的に金属源は酸性、またはアルカリ性を呈するため、分散媒の存在下でそれらの金属を含んだ状態で高温条件に長時間曝されると、金属原子を担持させたゼオライトの構造の分解が促進されると考えられる。そのため乾燥時間が長くなるほど触媒活性が低下すると考えられる。 If the dispersion medium is removed from the mixture over a time exceeding the upper limit, the metal source is aggregated and supported unevenly on the surface of the zeolite on which the metal is supported, which causes a decrease in catalyst activity. In general, metal sources are acidic or alkaline, so if they are exposed to high-temperature conditions for a long time in the presence of a dispersion medium, the structure of the zeolite loaded with metal atoms is decomposed. Will be promoted. Therefore, it is considered that the catalyst activity decreases as the drying time becomes longer.
また、分散媒の除去後に得られる乾燥粉体の平均粒径は、特に限定されないが、乾燥を短時間で終了させることができるよう、通常1mm以下、好ましくは200μm以下、通常2μm以上となるように分散媒を除去するのが好ましい。
噴霧乾燥によって金属を担持させた場合、金属担持量を上げることが容易になるという利点がある。特に鉄のようにイオン交換法等の手法ではゼオライト中に分散させることが困難な金属の場合、イオン交換法のみでは金属担持量を上げることは困難である。噴霧乾燥法を用いると、乾燥時間が早いために、金属担持量をあげた場合でも金属源由来の酸によりゼオライト骨格が損傷を受けたり、金属が凝集したりすることがなく、より高結晶性で金属の分散のよい触媒が得られる。
The average particle size of the dry powder obtained after removal of the dispersion medium is not particularly limited, but is usually 1 mm or less, preferably 200 μm or less, and usually 2 μm or more so that drying can be completed in a short time. It is preferable to remove the dispersion medium.
When a metal is supported by spray drying, there is an advantage that it is easy to increase the amount of metal supported. In particular, in the case of a metal that is difficult to disperse in zeolite by a technique such as an ion exchange method such as iron, it is difficult to increase the amount of metal supported only by the ion exchange method. When spray drying is used, the drying time is fast, so even if the metal loading is increased, the acid from the metal source does not damage the zeolite skeleton or the metal is agglomerated, resulting in higher crystallinity. Thus, a catalyst with good metal dispersion can be obtained.
乾燥工程の除去後、得られた乾燥粉体(乾燥物)を、焼成することによって本発明の触媒を得る。焼成の雰囲気は、特に限定はないが、低酸素雰囲気下が好ましい。低酸素雰囲気下としては、酸素濃度10体積%以下が好ましく、更に好ましくは5体積%以下である。下限は特に限定されるものではなく、酸素濃度が0%である不活性雰囲気下でもよい。不活性雰囲気下としては、酸素が含まれていなければ特にガスは限定しないが、窒素下、アルゴン下が好ましい。雰囲気中に水蒸気が含まれてもよい。酸素濃度が高すぎると、前述の含炭素鉄塩が燃焼する場合に鉄を分散しにくい状態まで酸化してしまうため、鉄の分散が不十分となり浄化性能が低下してしまう。低酸素雰囲気下、または不活性雰囲気下で焼成を行うとより鉄の酸化が進まずに鉄が分散しやすい状態となり鉄の分散が進み、良好な浄化性能を示す。 After removing the drying step, the obtained dry powder (dried product) is calcined to obtain the catalyst of the present invention. The firing atmosphere is not particularly limited, but a low oxygen atmosphere is preferable. In a low oxygen atmosphere, the oxygen concentration is preferably 10% by volume or less, more preferably 5% by volume or less. The lower limit is not particularly limited, and may be an inert atmosphere where the oxygen concentration is 0%. The inert atmosphere is not particularly limited as long as oxygen is not included, but nitrogen and argon are preferable. Water vapor may be contained in the atmosphere. If the oxygen concentration is too high, when the carbon-containing iron salt is burned, the iron is oxidized to a state where it is difficult to disperse, so that the iron is not sufficiently dispersed and the purification performance is lowered. When firing in a low oxygen atmosphere or in an inert atmosphere, the iron is more easily dispersed without further iron oxidation, and the iron dispersion progresses and exhibits good purification performance.
低酸素雰囲気下、または不活性雰囲気下で焼成を行った後、一部の炭素成分が触媒中に残存していることがあるため、空気下において追加で熱処理を行ってもよい。
本発明における焼成を行う温度は特に限定されないが、金属の分散を高め、ゼオライト表面との相互作用を高めるため、通常500℃以上、好ましくは700℃以上、通常1000℃以下、好ましくは900℃以下で実施する。前記下限値未満では金属源が分解しないことがあり、前記上限値超過ではゼオライトの構造が破壊される可能性がある。
Since some carbon components may remain in the catalyst after firing in a low oxygen atmosphere or in an inert atmosphere, an additional heat treatment may be performed in air.
The temperature at which the calcination is carried out in the present invention is not particularly limited, but is usually 500 ° C. or higher, preferably 700 ° C. or higher, usually 1000 ° C. or lower, preferably 900 ° C. or lower, in order to increase metal dispersion and enhance the interaction with the zeolite surface. To implement. If it is less than the lower limit, the metal source may not be decomposed, and if it exceeds the upper limit, the structure of the zeolite may be destroyed.
焼成の方法は特に限定されず、マッフル炉、キルン、流動焼成炉などを用いることができるが、上記気体を流通させて焼成する方法が望ましい。気体の流通速度は特に限定されないが、通常粉体1gあたりの気体の流通量は、0.1ml/分以上、好ましくは5ml
/分以上、通常100ml/分以下、好ましくは20ml/分以下の気体の流通下、熱処理して本発明によって得られる触媒を得る。
There are no particular limitations on the firing method, and a muffle furnace, kiln, fluidized firing furnace, or the like can be used, but a method of firing by circulating the above gas is desirable. The flow rate of the gas is not particularly limited, but the flow rate of the gas per 1 g of the powder is usually 0.1 ml / min or more, preferably 5 ml.
/ Min or more, usually 100 ml / min or less, preferably 20 ml / min or less, and heat treatment under a gas flow to obtain a catalyst obtained by the present invention.
粉体1gあたりの気体の流通量が前記下限値未満の流通量では乾燥粉体中に残存する酸が加熱時に除去されずゼオライトが破壊される可能性があり、前記上限値超過以上の流通量では粉体が飛散することがある。
焼成時間は1秒〜24時間、好ましくは10秒〜8時間、さらに好ましくは30分〜4時間である。また焼成後、触媒を粉砕してもよい。
If the flow rate of gas per gram of powder is less than the lower limit value, the acid remaining in the dry powder may not be removed during heating and the zeolite may be destroyed, and the flow rate exceeds the upper limit value. Then, powder may be scattered.
The firing time is 1 second to 24 hours, preferably 10 seconds to 8 hours, and more preferably 30 minutes to 4 hours. The catalyst may be pulverized after calcination.
本発明において用いられるゼオライトはそれ自体既知の化合物であり、通常用いられる方法に準じて製造することができる。本発明におけるゼオライトの製造方法は、特に限定されないが、例えば日本国特公平4−37007号公報、日本国特公平5−21844号公報、日本国特公平5−51533号公報、米国特許第4440871号公報、日本国特開2003−183020号公報等に記載の方法に準じて製造することができる。 The zeolite used in the present invention is a compound known per se, and can be produced according to a commonly used method. The method for producing zeolite in the present invention is not particularly limited. For example, Japanese Patent Publication No. 4-37007, Japanese Patent Publication No. 5-21844, Japanese Patent Publication No. 5-51533, US Pat. No. 4,440,871. It can manufacture according to the method as described in gazette, Japan Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-183020, etc.
本発明において用いられるゼオライトは、通常、アルミニウム原子原料、リン原子原料、シリコン原子原料(他の原子Meを含む場合は、さらに他の原子(Me)原子原料)およびテンプレートを混合した後、水熱合成し、テンプレートを除去して得る。
以下ゼオライトの製造方法の具体例について説明する。
The zeolite used in the present invention is usually mixed with an aluminum atom raw material, a phosphorus atom raw material, a silicon atomic raw material (if other atomic Me is included, another atomic (Me) atomic raw material) and a template, and then hydrothermally. It is obtained by synthesizing and removing the template.
Hereinafter, specific examples of the method for producing zeolite will be described.
<アルミニウム原子原料>
本発明におけるゼオライトのアルミニウム原子原料は特に限定されず、通常、擬ベーマイト、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムトリエトキシド等のアルミニウムアルコキシド、水酸化アルミニウム、アルミナゾル、アルミン酸ナトリウムなどであって、擬ベーマイトが好ましい。
<Aluminum atomic material>
The aluminum atom raw material of the zeolite in the present invention is not particularly limited, and is usually pseudoboehmite, aluminum alkoxide such as aluminum isopropoxide, aluminum triethoxide, aluminum hydroxide, alumina sol, sodium aluminate, etc. preferable.
<リン原子原料>
本発明に用いられるゼオライトのリン原子原料は通常リン酸であるが、リン酸アルミニウムを用いてもよい。
<ケイ素原子原料>
本発明におけるゼオライトのケイ素原子原料は特に限定されず、通常、ヒュームドシリカ、シリカゾル、コロイダルシリカ、水ガラス、ケイ酸エチル、ケイ酸メチルなどであって、ヒュームドシリカが好ましい。
<テンプレート>
本発明のゼオライトの製造に用いられるテンプレート(構造規定剤)としては、公知の方法で使用される種々のテンプレートが使用でき、特に限定されるものではないが、以下に示すテンプレートを用いることが好ましい。
<Raw material>
The phosphorus atom raw material of the zeolite used in the present invention is usually phosphoric acid, but aluminum phosphate may be used.
<Raw material of silicon atoms>
The silicon atom raw material of zeolite in the present invention is not particularly limited, and is usually fumed silica, silica sol, colloidal silica, water glass, ethyl silicate, methyl silicate, etc., and fumed silica is preferable.
<Template>
As a template (structure directing agent) used in the production of the zeolite of the present invention, various templates used in a known method can be used, and are not particularly limited, but the following templates are preferably used. .
本発明に用いるテンプレートは(1)ヘテロ原子として窒素を含む脂環式複素環化合物、(2)アルキルアミン、の2つの群から各群につき1種以上の化合物を選択して用いる。
(1)ヘテロ原子として窒素を含む脂環式複素環化合物
ヘテロ原子として窒素を含む脂環式複素環化合物の複素環は通常5〜7員環であって、好ましくは6員環である。複素環に含まれるヘテロ原子の個数は通常3個以下、好ましくは2個以下である。窒素以外のヘテロ原子は任意であるが、窒素に加えて酸素を含むものが好ましい。ヘテロ原子の位置は特に限定されないが、ヘテロ原子が相互に隣り合わないものが好ましい。
また、ヘテロ原子として窒素を含む脂環式複素環化合物の分子量は、通常、250以下、好ましくは200以下、さらに好ましくは150以下であり、また通常30以上、好ましくは40以上、さらに好ましくは50以上である。
As the template used in the present invention, one or more compounds are selected and used from each of two groups: (1) an alicyclic heterocyclic compound containing nitrogen as a heteroatom, and (2) an alkylamine.
(1) Alicyclic heterocyclic compound containing nitrogen as a heteroatom The heterocyclic ring of an alicyclic heterocyclic compound containing nitrogen as a heteroatom is usually a 5- to 7-membered ring, and preferably a 6-membered ring. The number of heteroatoms contained in the heterocycle is usually 3 or less, preferably 2 or less. Heteroatoms other than nitrogen are optional, but those containing oxygen in addition to nitrogen are preferred. The positions of the heteroatoms are not particularly limited, but those where the heteroatoms are not adjacent to each other are preferable.
The molecular weight of the alicyclic heterocyclic compound containing nitrogen as a hetero atom is usually 250 or less, preferably 200 or less, more preferably 150 or less, and usually 30 or more, preferably 40 or more, and more preferably 50. That's it.
このようなヘテロ原子として窒素を含む脂環式複素環化合物として、モルホリン、N−メチルモルホリン、ピペリジン、ピペラジン、N,N‘−ジメチルピペラジン、1,4−ジアザビシクロ(2,2,2)オクタン、N−メチルピペリジン、3−メチルピペリジン、キヌクリジン、ピロリジン、N−メチルピロリドン、ヘキサメチレンイミンなどが挙げられ、モルホリン、ヘキサメチレンイミン、ピペリジンが好ましく、モルホリンが特に好ましい。 Examples of the alicyclic heterocyclic compound containing nitrogen as a hetero atom include morpholine, N-methylmorpholine, piperidine, piperazine, N, N′-dimethylpiperazine, 1,4-diazabicyclo (2,2,2) octane, N-methylpiperidine, 3-methylpiperidine, quinuclidine, pyrrolidine, N-methylpyrrolidone, hexamethyleneimine and the like can be mentioned, morpholine, hexamethyleneimine and piperidine are preferable, and morpholine is particularly preferable.
(2)アルキルアミン
アルキルアミンのアルキル基は、通常、鎖状アルキル基であって、アミン1分子中に含まれるアルキル基の数は特に限定されるものではないが、3個が好ましい。また本発明のアルキルアミンのアルキル基は一部水酸基等の置換基を有していてもよい。本発明のアルキルアミンのアルキル基の炭素数は4以下が好ましく、1分子中の全アルキル基の炭素数
の合計が10以下がより好ましい。また、分子量で通常、250以下、好ましくは200以下、さらに好ましくは150以下である。
(2) Alkylamine The alkyl group of the alkylamine is usually a chain alkyl group, and the number of alkyl groups contained in one amine molecule is not particularly limited, but three is preferable. Moreover, the alkyl group of the alkylamine of the present invention may partially have a substituent such as a hydroxyl group. The number of carbon atoms in the alkyl group of the alkylamine of the present invention is preferably 4 or less, and the total number of carbon atoms of all alkyl groups in one molecule is more preferably 10 or less. The molecular weight is usually 250 or less, preferably 200 or less, more preferably 150 or less.
このようなアルキルアミンとしては、ジーn−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−イソプロピルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−メチルエタノールアミン、ジ−n−ブチルアミン、ネオペンチルアミン、ジーn−ペンチルアミン、イソプロピルアミン、t−ブチルアミン、エチレンジアミン、ジ−イソプロピル−エチルアミン、N−メチル−n−ブチルアミン等があげられ、ジーn−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−イソプロピルアミン、トリエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン、イソプロピルアミン、t−ブチルアミン、エチレンジアミン、ジ−イソプロピル−エチルアミン、N−メチル−n−ブチルアミンが好ましく、トリエチルアミンが特に好ましい。 Examples of such alkylamines include di-n-propylamine, tri-n-propylamine, tri-isopropylamine, triethylamine, triethanolamine, N, N-diethylethanolamine, N, N-dimethylethanolamine, N- Examples include methyldiethanolamine, N-methylethanolamine, di-n-butylamine, neopentylamine, di-n-pentylamine, isopropylamine, t-butylamine, ethylenediamine, di-isopropyl-ethylamine, N-methyl-n-butylamine. Di-n-propylamine, tri-n-propylamine, tri-isopropylamine, triethylamine, di-n-butylamine, isopropylamine, t-butylamine, ethylenediamine, diisopropyl-ethyl Amine, N- methyl -n- butylamine are preferred, triethylamine being particularly preferred.
(1)〜(2)のテンプレートの好ましい組み合わせとしては、モルホリン、トリエチルアミンを含む組合せである。テンプレートの混合比率は、条件に応じて選択する必要がある。
2種のテンプレートを混合させるときは、通常、混合させる2種のテンプレートのモル比が1:20から20:1、好ましくは1:10から10:1、さらに好ましくは1:5から5:1である。
A preferred combination of the templates (1) to (2) is a combination containing morpholine and triethylamine. The mixing ratio of the templates needs to be selected according to conditions.
When mixing two templates, the molar ratio of the two templates to be mixed is usually 1:20 to 20: 1, preferably 1:10 to 10: 1, more preferably 1: 5 to 5: 1. It is.
3種のテンプレートを混合させるときは、通常、3つ目のテンプレートのモル比は、上記で混合された(1)と(2)の2種のテンプレートの合計に対して1:20から20:1、好ましくは1:10から10:1、さらに好ましくは1:5から5:1である。
また、2種以上のテンプレートの混合比は特に限定されるものではなく、条件に応じて適宜選ぶことができるが、例えば、モルホリンとトリエチルアミンを用いる場合、モルホリン/トリエチルアミンのモル比は通常0.05以上、好ましくは0.1以上、さらに好ましくは0.2以上であり、通常20以下、好ましくは10以下、さらに好ましくは9以下である。
When mixing three templates, the molar ratio of the third template is usually from 1:20 to 20: 2 with respect to the sum of the two templates (1) and (2) mixed above. 1, preferably 1:10 to 10: 1, more preferably 1: 5 to 5: 1.
The mixing ratio of the two or more templates is not particularly limited and can be appropriately selected according to the conditions. For example, when morpholine and triethylamine are used, the molar ratio of morpholine / triethylamine is usually 0.05. Above, preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, usually 20 or less, preferably 10 or less, more preferably 9 or less.
その他のテンプレートが入っていても良いが、その他のテンプレートはテンプレート全体に対してモル比で通常20%以下であり、10%以下が好ましい。
本発明におけるテンプレートを用いるとゼオライト中のSi含有量をコントロールすることが可能であり、窒素酸化物浄化用触媒として好ましいSi含有量、Si存在状態にすることができる。その理由は明らかではないが、以下のような事が推察される。
Other templates may be contained, but the other templates are usually 20% or less in molar ratio to the whole template, and preferably 10% or less.
When the template in the present invention is used, the Si content in the zeolite can be controlled, and the Si content and Si existing state preferable as a catalyst for purifying nitrogen oxides can be obtained. The reason is not clear, but the following can be inferred.
例えば、CHA型構造のSAPOを合成する場合、ヘテロ原子として窒素を含む脂環式複素環化合物、例えばモルホリンはSi含有量の多いSAPOを比較的容易に合成しうる。しかしながら、Si含有量の少ないSAPOを合成しようとすると、デンス成分やアモルファス成分が多く、結晶化が困難である。また、アルキルアミン、例えばトリエチルアミンは、CHA構造のSAPOも限られた条件では合成可能であるが、通常、種々の構造のSAPOが混在しやすい。しかし逆に言えば、デンス成分やアモルファス成分では無く、結晶構造のものにはなりやすい。すなわち、それぞれのテンプレートはCHA構造を導くための特徴、SAPOの結晶化を促進させる特徴などを有している。これらの特徴を組み合わせる事により、相乗効果を発揮させ、単独では実現できなかった効果があらわれたと考えられる。 For example, when synthesizing a SAPA having a CHA type structure, an alicyclic heterocyclic compound containing nitrogen as a hetero atom, such as morpholine, can synthesize a SAPO having a high Si content relatively easily. However, when trying to synthesize SAPO with a low Si content, there are many dense components and amorphous components, and crystallization is difficult. Further, alkylamines such as triethylamine can be synthesized under limited conditions, but SAPOs with various structures are usually mixed together. However, conversely, it is not a dense component or an amorphous component, and tends to have a crystalline structure. That is, each template has characteristics for deriving a CHA structure, characteristics for promoting SAPO crystallization, and the like. By combining these features, it seems that a synergistic effect was exhibited, and an effect that could not be realized by itself was exhibited.
<水熱合成によるゼオライトの合成>
上述のケイ素原子原料、アルミニウム原子原料、リン原子原料、テンプレートおよび水を混合して水性ゲルを調合する。混合順序は制限がなく、用いる条件により適宜選択すれ
ばよいが、通常は、まず水にリン原子原料、アルミニウム原子原料を混合し、これにケイ素原子原料、テンプレートを混合する。
<Synthesis of zeolite by hydrothermal synthesis>
The above silicon atom raw material, aluminum atom raw material, phosphorus atom raw material, template and water are mixed to prepare an aqueous gel. The order of mixing is not limited and may be appropriately selected depending on the conditions to be used. Usually, however, a phosphorus atom raw material and an aluminum atomic raw material are first mixed with water, and then a silicon atom raw material and a template are mixed therewith.
水性ゲルの組成は、ケイ素原子原料、アルミニウム原子原料およびリン原子原料を酸化物のモル比であらわすと、SiO2/Al2O3の値は通常、0より大きく、好ましくは0
.02以上であり、また通常0.7以下であり、好ましくは0.6以下、さらに好ましくは0.4以下である。また同様の基準でのP2O5/Al2O3の比は通常0.6以上、好ましくは0.7以上、さらに好ましくは0.8以上であり、通常1.3以下、好ましくは1.2以下、さらに好ましくは1.1以下である。
The composition of the aqueous gel is such that when the silicon atom raw material, the aluminum atom raw material and the phosphorus atom raw material are represented by the molar ratio of the oxide, the value of SiO 2 / Al 2 O 3 is usually greater than 0, preferably 0
. 02 or more, and usually 0.7 or less, preferably 0.6 or less, more preferably 0.4 or less. Further, the ratio of P2O5 / Al2O3 on the same basis is usually 0.6 or more, preferably 0.7 or more, more preferably 0.8 or more, usually 1.3 or less, preferably 1.2 or less, more preferably Is 1.1 or less.
水熱合成によって得られるゼオライトの組成は水性ゲルの組成と相関があり、所望の組成のゼオライトを得るためには水性ゲルの組成を適宜設定すればよい。テンプレートの総量は、水性ゲル中のアルミニウム原子原料を酸化物で表したときAl2O3に対するテンプレートのモル比で、通常0.2以上、好ましくは0.5以上、さらに好ましくは1以上であって、通常4以下、好ましくは3以下、さらに好ましくは2.5以下である。 The composition of the zeolite obtained by hydrothermal synthesis has a correlation with the composition of the aqueous gel, and the composition of the aqueous gel may be appropriately set in order to obtain a zeolite having a desired composition. The total amount of the template is usually 0.2 or more, preferably 0.5 or more, more preferably 1 or more in terms of the molar ratio of the template with respect to Al2O3 when the aluminum atom raw material in the aqueous gel is represented by an oxide. 4 or less, preferably 3 or less, more preferably 2.5 or less.
前記2つ以上の群から各群につき1種以上選択されたテンプレートを混合する順番は特に限定されず、テンプレートを調製した後その他の物質と混合してもよいし、各テンプレートをそれぞれ他の物質と混合してもよい。
また水の割合は、アルミニウム原子原料に対して、モル比で通常3以上、好ましくは5以上、さらに好ましくは10以上であって、通常200以下、好ましくは150以下、さらに好ましくは120以下である。
The order of mixing one or more templates selected from each of the two or more groups is not particularly limited, and after preparing the template, it may be mixed with other substances, and each template may be mixed with other substances. May be mixed with.
The proportion of water is usually 3 or more, preferably 5 or more, more preferably 10 or more, and usually 200 or less, preferably 150 or less, more preferably 120 or less, in molar ratio with respect to the aluminum atom raw material. .
水性ゲルのpHは通常5以上、好ましくは6以上、さらに好ましくは6.5以上であって、通常10以下、好ましくは9以下、さらに好ましくは8.5以下である。
なお、水性ゲル中には、所望により、上記以外の成分を含有していても良い。このような成分としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物や塩、アルコール等の親水性有機溶媒があげられる。含有する量は、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物や塩は、アルミニウム原子原料に対してモル比で通常0.2以下、好ましくは0.1以下であり、アルコール等の親水性有機溶媒は、水に対してモル比で通常0.5以下、好ましくは0.3以下である。
The pH of the aqueous gel is usually 5 or more, preferably 6 or more, more preferably 6.5 or more, and is usually 10 or less, preferably 9 or less, more preferably 8.5 or less.
In addition, the aqueous gel may contain components other than the above as desired. Examples of such components include hydrophilic organic solvents such as hydroxides and salts of alkali metals and alkaline earth metals, and alcohols. The amount of hydroxide or salt of alkali metal or alkaline earth metal is usually 0.2 or less, preferably 0.1 or less, in terms of molar ratio with respect to the aluminum atom raw material. A solvent is 0.5 or less normally by molar ratio with respect to water, Preferably it is 0.3 or less.
得られた水性ゲルを耐圧容器に入れ、自己発生圧力下、または結晶化を阻害しない程度の気体加圧下で、攪拌または静置状態で所定温度を保持する事により水熱合成する。水熱合成の反応温度は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、さらに好ましくは150℃以上であって、通常300℃以下、好ましくは250℃以下、さらに好ましくは220℃以下である。この温度範囲のうち、最も高い温度である最高到達温度まで昇温する過程において、80℃から120℃までの温度域に1時間以上置かれることが好ましく、2時間以上置かれることがより好ましい。この温度範囲での昇温時間が1時間未満であると、得られたテンプレート含有ゼオライトを焼成して得られるゼオライトの耐久性が不十分となる場合がある。また、80℃から120℃ までの温度範囲内に1時間以上おかれることが耐久性の面で好ましい。更に好ましくは2時間以上である。 The obtained aqueous gel is put into a pressure vessel, and hydrothermal synthesis is performed by maintaining a predetermined temperature under stirring or standing under self-generated pressure or gas pressurization that does not inhibit crystallization. The reaction temperature of hydrothermal synthesis is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher, and is usually 300 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower, more preferably 220 ° C. or lower. In this temperature range, in the process of raising the temperature to the highest temperature which is the highest temperature, it is preferably placed in a temperature range from 80 ° C. to 120 ° C. for 1 hour or more, and more preferably for 2 hours or more. If the temperature rising time in this temperature range is less than 1 hour, the durability of the zeolite obtained by calcining the obtained template-containing zeolite may be insufficient. Further, it is preferable in terms of durability that the temperature is in the temperature range from 80 ° C. to 120 ° C. for 1 hour or longer. More preferably, it is 2 hours or more.
一方、上記時間の上限は特に制限はないが、長すぎると生産効率の面で不都合な場合があり、通常50時間以下、生産効率の点で好ましくは24時間以下である。
前記温度領域の間の昇温方法は、特に制限はなく、例えば、単調に増加させる方法、階段状に変化させる方法、振動等上下に変化させる方法、およびこれらを組み合わせて行う方式など様々の方式を用いることができる。通常、制御の容易さから、昇温速度をある値以下に保持して、単調に昇温する方式が好適に用いられる。
On the other hand, the upper limit of the time is not particularly limited, but if it is too long, it may be inconvenient in terms of production efficiency, and is usually 50 hours or less, and preferably 24 hours or less in terms of production efficiency.
The temperature raising method between the temperature regions is not particularly limited. For example, various methods such as a method of increasing monotonously, a method of changing in a stepped manner, a method of changing up and down such as vibration, and a method of combining these methods. Can be used. Usually, from the viewpoint of ease of control, a method of monotonically increasing the temperature while maintaining the temperature increase rate below a certain value is preferably used.
又、本発明では、最高到達温度付近に所定時間保持するのが好ましく、最高到達温度付近とは、該温度より5℃ 低い温度乃至最高到達温度を意味し、最高到達温度に保持する
時間は、所望のものの合成しやすさに影響し、通常0.5時間以上、好ましくは3時間以上、さらに好ましくは5時間以上であって、通常30日以下、好ましくは10日以下、さらに好ましくは4日以下である。
Further, in the present invention, it is preferable to hold for a predetermined time in the vicinity of the highest temperature, and the vicinity of the highest temperature means a temperature 5 ° C. lower than the temperature or the highest temperature, and the time for holding at the highest temperature is: It affects the ease of synthesis of the desired product, and is usually 0.5 hours or more, preferably 3 hours or more, more preferably 5 hours or more, usually 30 days or less, preferably 10 days or less, more preferably 4 days. It is as follows.
最高到達温度に達した後の温度の変化の方法は、特に制限はなく、階段状に変化させる方法、最高到達温度以下で、振動等上下に変化させる方法、およびこれらを組み合わせて行う方式など様々の方式を用いることができる。通常、制御の容易さ、得られるゼオライトの耐久性の観点から、最高到達温度を保持した後、100℃から室温までの温度に降温するのが好適である。 The method of changing the temperature after reaching the maximum temperature is not particularly limited, and there are various methods such as a method of changing in steps, a method of changing up and down such as vibration below the maximum temperature, and a combination of these. This method can be used. Usually, from the viewpoint of ease of control and durability of the obtained zeolite, it is preferable to lower the temperature from 100 ° C. to room temperature after maintaining the maximum temperature.
<テンプレートを含有したゼオライト>
水熱合成後、生成物であるテンプレートを含有したゼオライトを水熱合成反応液より分離するが、テンプレートを含有したゼオライトの分離方法は特に限定されない。通常、濾過またはデカンテーション等により分離し、水洗、室温から150℃以下の温度で乾燥して生成物を得ることができる。
<Zeolite containing template>
After hydrothermal synthesis, the product-containing template-containing zeolite is separated from the hydrothermal synthesis reaction solution, but the template-containing zeolite separation method is not particularly limited. Usually, the product can be obtained by separation by filtration or decantation, washing with water, and drying at room temperature to 150 ° C. or lower.
次いで、通常テンプレートを含有したゼオライトからテンプレートを除去するが、その方法は特に限定されない。通常、空気または酸素含有の不活性ガス、あるいは不活性ガスの雰囲気下に400℃から700℃の温度で焼成したり、エタノール水溶液、HCl含有エーテル等の抽出溶剤による抽出等の方法により、含有する有機物を除去することができる。好ましくは製造性の面で焼成による除去が好ましい。 Next, the template is usually removed from the zeolite containing the template, but the method is not particularly limited. Usually contained in air or oxygen-containing inert gas, or by baking in an atmosphere of inert gas at a temperature of 400 ° C. to 700 ° C. or by extraction with an extraction solvent such as an ethanol aqueous solution or HCl-containing ether. Organic matter can be removed. Preferably, removal by firing is preferable in terms of productivity.
前述した本発明の触媒の製造においては、テンプレートを除去したゼオライトに金属を担持しても、テンプレートを含有したゼオライトに金属を担持した後にテンプレートを除去してもよいが、テンプレートを含有したゼオライトに金属を担持した後にテンプレートを除去することが、製造面で有利なため好ましい。 In the production of the catalyst of the present invention described above, the metal may be supported on the zeolite from which the template is removed, or the template may be removed after the metal is supported on the zeolite containing the template. It is preferable to remove the template after supporting the metal because it is advantageous in terms of manufacturing.
ゼオライトに金属を担持する場合、一般的に用いられるイオン交換法ではテンプレートを焼成除去したゼオライトを用いる。これは、テンプレートが除去された細孔に金属がイオン交換することにより、イオン交換ゼオライトを製造するためであり、テンプレートを含有したゼオライトはイオン交換ができないため、触媒の製造には不向きである。本発明の製造方法ではイオン交換法を行なわず、テンプレートを含有したゼオライトを用い、金属との混合分散液から分散媒を除去し、下記する焼成を、テンプレート除去と同時にすることで触媒を製造することができるため、製造面で有利である。 When a metal is supported on zeolite, a generally used ion exchange method uses zeolite from which the template has been removed by baking. This is because an ion exchange zeolite is produced by ion exchange of metal into the pores from which the template has been removed, and the zeolite containing the template cannot be ion exchanged, and thus is not suitable for the production of a catalyst. In the production method of the present invention, the catalyst is produced by using the zeolite containing the template without removing the ion exchange method, removing the dispersion medium from the mixed dispersion with the metal, and performing the following calcination simultaneously with the template removal. This is advantageous in terms of manufacturing.
また、焼成時にテンプレートが燃焼するときに還元雰囲気になるが、これは鉄を還元し鉄がより分散しやすくなるため、浄化性能が向上する。
テンプレートを除去してから金属担持を行う場合は、通常、空気または酸素含有の不活性ガス、あるいは不活性ガスの雰囲気下において、通常400℃以上700℃以下の温度で焼成する方法、エタノール水溶液、HCl含有エーテル等の抽出剤により抽出する方法等の種々の方法により、含有するテンプレートを除去することができる。
In addition, a reducing atmosphere is created when the template is combusted during firing, and this reduces iron and makes it easier to disperse the iron, thus improving purification performance.
When carrying the metal after removing the template, usually a method of firing at a temperature of usually 400 ° C. or more and 700 ° C. or less in an atmosphere of air or oxygen-containing inert gas or inert gas, an aqueous ethanol solution, The contained template can be removed by various methods such as extraction with an extracting agent such as HCl-containing ether.
本発明の窒素酸化物除去用触媒は、通常ゼオライトに、触媒活性能を有する金属を担持させることにより得られる。
上記の本発明の窒素酸化物浄化用触媒の製造方法は、一般に、鉄の担持量がゼオライトの全量に対して1〜10重量%の高担持量を実現するのにも有効である。
(4)本発明の窒素酸化物浄化用触媒の使用方法
本発明の窒素酸化物浄化用触媒は、そのまま粉末状で用いても、シリカ、アルミナ、粘
土鉱物等のバインダーと混合し、造粒や成形をして使用することもできる。また、自動車用等の排ガス触媒として用いられる場合、塗布法や、成形法を用い成形して用いることができ、好ましくはハニカム状に成形して用いることができる。
The catalyst for removing nitrogen oxides of the present invention is usually obtained by supporting a metal having catalytic activity on zeolite.
The above-described method for producing a catalyst for purifying nitrogen oxides of the present invention is generally effective in realizing a high supported amount of 1 to 10% by weight with respect to the total amount of zeolite.
(4) Method of using the catalyst for purifying nitrogen oxides of the present invention The catalyst for purifying nitrogen oxides of the present invention can be used as it is in a powder form, or mixed with a binder such as silica, alumina, clay mineral, etc. It can also be used after molding. Further, when used as an exhaust gas catalyst for automobiles or the like, it can be formed by using a coating method or a forming method, and preferably formed into a honeycomb shape.
本発明の窒素酸化物浄化用触媒の成形体(以下、単に素子ということがある。)を塗布法によって得る場合、通常ゼオライト触媒とシリカ、アルミナ等の無機バインダーとを混合し、スラリーを作製し、コージェライト等の無機物で作製された成形体の表面に塗布し、焼成することとにより作成され、好ましくはこのときハニカム形状の成形体に塗布することによりハニカム状の触媒を得る。 When obtaining a molded article of a nitrogen oxide purification catalyst of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as an element) by a coating method, a zeolite catalyst is usually mixed with an inorganic binder such as silica or alumina to prepare a slurry. The honeycomb-shaped catalyst is obtained by applying to a surface of a molded body made of an inorganic material such as cordierite and firing, and preferably applying to the honeycomb-shaped molded body at this time.
本発明の窒素酸化物浄化用触媒触媒の成形体を成形法により得る場合、通常ゼオライトをシリカ、アルミナ等の無機バインダーやアルミナ繊維、ガラス繊維等の無機繊維と混練し、押出法や圧縮法等の成形を行い、引き続き焼成を行うことにより作成され、好ましくはこのときハニカム形状に成形することによりハニカム状の素子を得る。
本発明の窒素酸化物浄化用触媒は、窒素酸化物を含む排ガスを接触させて窒素酸化物を浄化する。該排ガスには窒素酸化物以外の成分が含まれていてもよく、例えば炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素、酸素、硫黄酸化物、水が含まれていてもよい。具体的には、本発明の方法ではディーゼル自動車、ガソリン自動車、定置発電・船舶・農業機械・建設機械・二輪車・航空機用の各種ディーゼルエンジン、ボイラー、ガスタービン等から排出される多種多様の排ガスに含まれる窒素酸化物を浄化することができる。
When the molded product of the catalyst catalyst for nitrogen oxide purification of the present invention is obtained by a molding method, usually zeolite is kneaded with inorganic binders such as silica and alumina, inorganic fibers such as alumina fibers and glass fibers, an extrusion method, a compression method, etc. The honeycomb-shaped element is obtained by forming into a honeycomb shape, and preferably by forming into a honeycomb shape at this time.
The catalyst for purifying nitrogen oxides of the present invention purifies nitrogen oxides by contacting exhaust gas containing nitrogen oxides. The exhaust gas may contain components other than nitrogen oxides, and may contain, for example, hydrocarbons, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, nitrogen, oxygen, sulfur oxides, and water. Specifically, in the method of the present invention, diesel vehicles, gasoline vehicles, stationary power generation / ships / agricultural machinery / construction machinery / motorcycles / various diesel engines for aircraft, boilers, gas turbines, etc. Nitrogen oxide contained can be purified.
本発明の窒素酸化物浄化用触媒を使用する際の、触媒と排ガスの接触条件としては特に限定されるものではないが、空間速度は通常100/h以上、好ましくは1000/h以上であり、通常500000/h以下、好ましくは100000/h以下であり、温度は通常100℃以上、好ましくは150℃以上、通常700℃以下、好ましくは500℃以下で用いられる。 The contact condition between the catalyst and the exhaust gas when using the catalyst for purifying nitrogen oxides of the present invention is not particularly limited, but the space velocity is usually 100 / h or more, preferably 1000 / h or more, The temperature is usually 500,000 / h or less, preferably 100,000 / h or less, and the temperature is usually 100 ° C. or higher, preferably 150 ° C. or higher, usually 700 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or lower.
本発明の窒素酸化物浄化用触媒を使用して、窒素酸化物の浄化を行った後段の工程に、窒素酸化物浄化で消費されなかった余剰の還元剤を酸化する触媒を搭載し、排ガス中の還元剤を減少させることができる。その場合、酸化触媒として還元剤を吸着させるためのゼオライト等の担体に白金族等の金属を担持した触媒を用いることができるが、そのゼオライト、及び酸化触媒として本発明のゼオライト、及び触媒を用いることができる。 Using the catalyst for purifying nitrogen oxides of the present invention, a catalyst that oxidizes excess reducing agent that has not been consumed in the purification of nitrogen oxides is mounted in the subsequent stage of purifying the nitrogen oxides, and in the exhaust gas The reducing agent can be reduced. In that case, a catalyst in which a metal such as a platinum group is supported on a support such as a zeolite for adsorbing a reducing agent as an oxidation catalyst can be used, and the zeolite of the present invention and the catalyst are used as the zeolite and the oxidation catalyst. be able to.
以下に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
(水蒸気処理)
触媒を800℃、10体積%の水蒸気に、空間速度SV=3000/hの雰囲気下、5時間通じ、水熱処理を行った。
(XRDの測定方法)
X線源:Cu−Kα線
出力設定:40kV・30mA
測定時光学条件:
発散スリット=1°
散乱スリット=1°
受光スリット=0.2mm
回折ピークの位置:2θ(回折角)
測定範囲:2θ=3〜50度
スキャン速度:3.0°(2θ/sec)、連続スキャン
試料の調製:めのう乳鉢を用いて人力で粉砕した試料約100mgを、同一形状のサン
プルホルダーを用いて試料量が一定となるようにした。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
(Steam treatment)
The catalyst was hydrothermally treated at 800 ° C. and 10% by volume of water vapor for 5 hours in an atmosphere having a space velocity of SV = 3000 / h.
(Measurement method of XRD)
X-ray source: Cu-Kα ray output setting: 40 kV, 30 mA
Optical conditions during measurement:
Divergent slit = 1 °
Scattering slit = 1 °
Receiving slit = 0.2mm
Diffraction peak position: 2θ (diffraction angle)
Measurement range: 2θ = 3 to 50 degrees Scan speed: 3.0 ° (2θ / sec), continuous scan Sample preparation: About 100 mg of a sample pulverized manually using an agate mortar using a sample holder of the same shape The sample amount was made constant.
ピーク高さは、回折ピークが存在しないベースラインよりピークの高さとした。
回折角(2θ)が20.6度以上21.0度以下の範囲の回折ピーク高さに対しての、21.2度以上、21.6度以下の範囲に観察される回折ピークのピーク高さの比を求めた。また、800℃で5時間水蒸気処理した後の回折角(2θ)21.2度以上、21.6度以下の範囲に観察される回折ピーク高さの水蒸気処理前の同ピーク高さに対する比を求めた。
(組成分析、および鉄の担持量の測定方法)
試料をアルカリ融解後、酸溶解し、得られた溶液を誘導結合プラズマ発光分析法(ICP−AES法)により分析した。
The peak height is the peak height from the baseline where no diffraction peak exists.
The peak height of the diffraction peak observed in the range of 21.2 degrees or more and 21.6 degrees or less with respect to the diffraction peak height of the diffraction angle (2θ) in the range of 20.6 degrees or more and 21.0 degrees or less. The ratio was calculated. Further, the ratio of the diffraction peak height observed in the range of diffraction angle (2θ) of 21.2 degrees or more and 21.6 degrees or less after steam treatment at 800 ° C. for 5 hours to the peak height before steam treatment is Asked.
(Composition analysis and measuring method of iron loading)
The sample was alkali-melted and then dissolved in acid, and the resulting solution was analyzed by inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP-AES method).
<水蒸気繰り返し吸脱着試験(「90−80−5の繰り返し耐久性試験」)>
水蒸気繰り返し吸脱着試験は、試料を90℃に保たれた真空容器内に保持し、5℃ の
飽和水蒸気雰囲気と80℃ 飽和水蒸気雰囲気にそれぞれ90秒曝す操作を繰り返す。こ
のとき80℃の飽和水蒸気雰囲気に曝されたときに試料に吸着した水は、5℃ の飽和水
蒸気雰囲気で一部が脱着し、5℃ に保った水だめに移動する。m 回目の吸着からn 回
目の脱着で、5℃の水だめに移動した水の総量(Q n;m(g ))と試料の乾燥重量(W(g ))から一回あたりの平均吸着量(Cn;m( g / g ))を以下のようにして求める。
<Water vapor repeated adsorption / desorption test ("90-80-5 repeated durability test")>
In the water vapor repeated adsorption / desorption test, an operation of holding a sample in a vacuum vessel maintained at 90 ° C. and exposing each sample to a 5 ° C. saturated water vapor atmosphere and an 80 ° C. saturated water vapor atmosphere for 90 seconds is repeated. At this time, part of the water adsorbed on the sample when exposed to a saturated water vapor atmosphere at 80 ° C. is desorbed in a saturated water vapor atmosphere at 5 ° C. and moves to a water reservoir maintained at 5 ° C. From the m-th adsorption to the n-th desorption, the average amount of adsorption per one time based on the total amount of water (Qn; m (g)) transferred to the 5 ° C sump and the dry weight of the sample (W (g)) (Cn; m (g / g)) is determined as follows.
[Cn;m]=[Qn;m]/ (n−m+1)/W
通常吸収、脱着の繰り返しは1000回以上行い、好ましくは2000回以上であり、上限は特に限定されるものではない。
(以上の工程を「90℃で測定した際の水蒸気繰り返し吸脱着試験」という。)
(水蒸気吸着等温線)
試料を120℃で5時間、真空排気した後、25℃における水蒸気吸着等温線を水蒸気吸着量測定装置(ベルソーブ18:日本ベル(株)社製)により以下の条件で測定した。
[Cn; m] = [Qn; m] / (n−m + 1) / W
Usually, absorption and desorption are repeated 1000 times or more, preferably 2000 times or more, and the upper limit is not particularly limited.
(The above process is referred to as “repeated adsorption / desorption test of water vapor at 90 ° C.”)
(Water vapor adsorption isotherm)
The sample was evacuated at 120 ° C. for 5 hours, and then a water vapor adsorption isotherm at 25 ° C. was measured with a water vapor adsorption measuring device (Belsorb 18: manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.) under the following conditions.
空気恒温槽温度 :50℃
吸着温度 :25 ℃
初期導入圧力 :3.0torr
導入圧力設定点数 :0
飽和蒸気圧 :23.755torr
平衡時間 :500秒
Air temperature chamber temperature: 50 ° C
Adsorption temperature: 25 ° C
Initial introduction pressure: 3.0 torr
Introduced pressure setting points: 0
Saturated vapor pressure: 23.755 torr
Equilibrium time: 500 seconds
(耐久試験後の触媒活性の評価方法)
調製した触媒は以下の方法に基づき触媒活性を評価した。
調製した触媒をプレス成型後、破砕して篩を通し、0.6〜1mmに整粒した。整流した触媒を上記の800℃水蒸気処理の条件で、耐久試験を行った。
耐久試験後の各触媒1mlを常圧固定床流通式反応管に充填した。触媒層に表1の組成のガスを空間速度SV=100000/hで流通させながら、触媒層を加熱した。250℃において、出口NO濃度が一定となったとき、
(NO浄化率)={(入口NO濃度)―(出口NO濃度)}/(入口NO濃度)
の値によって触媒の窒素酸化物除去活性を評価した。
(Method for evaluating catalytic activity after endurance test)
The catalyst activity of the prepared catalyst was evaluated based on the following method.
The prepared catalyst was press-molded, crushed, passed through a sieve, and sized to 0.6 to 1 mm. The rectified catalyst was subjected to an endurance test under the conditions of the above-described 800 ° C. steam treatment.
After completion of the durability test, 1 ml of each catalyst was filled into a normal pressure fixed bed flow type reaction tube. The catalyst layer was heated while flowing the gas having the composition shown in Table 1 through the catalyst layer at a space velocity SV = 100000 / h. When the outlet NO concentration becomes constant at 250 ° C,
(NO purification rate) = {(Inlet NO concentration) − (Outlet NO concentration)} / (Inlet NO concentration)
The value of the catalyst was used to evaluate the nitrogen oxide removal activity of the catalyst.
(実施例1)
水253gに85%リン酸101gおよび擬ベーマイト(25%水含有、サソール社製)68gをゆっくりと加え、攪拌した。これをA液とした。A液とは別にヒュームドシリカ(アエロジル200:日本アエロジル社製)7.5g、モルホリン43.5g、トリエチルアミン55.7g、水253gを混合した液を調製した。これをA液にゆっくりと加えて、3時間攪拌し、水性ゲルを得た。該水性ゲルをフッ素樹脂内筒の入った1Lのステンレス製オートクレーブに仕込み、攪拌させながら30℃から190℃まで、16℃/時の昇温速度で直線的に昇温し、最高到達温度190℃で50時間反応させた。最高到達温度に昇温する過程で、80℃から120℃の範囲におかれた時間は2.5時間であった。反応後冷却して、デカンテーションにより上澄みを除いて沈殿物を回収した。沈殿物を水で3回洗浄した後濾別し、120℃で乾燥した。得られたゼオライトはジェットミルによりメジアン径3μmとなるよう粉砕し、テンプレートを含有したゼオライトを得た。
このテンプレートを含有したゼオライトを、560℃で空気気流下焼成を行い、テンプレートを除去した。
Example 1
To 253 g of water, 101 g of 85% phosphoric acid and 68 g of pseudo boehmite (containing 25% water, manufactured by Sasol) were slowly added and stirred. This was designated as liquid A. Separately from Liquid A, a liquid was prepared by mixing 7.5 g of fumed silica (Aerosil 200: manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), 43.5 g of morpholine, 55.7 g of triethylamine, and 253 g of water. This was slowly added to the liquid A and stirred for 3 hours to obtain an aqueous gel. The aqueous gel is charged into a 1 L stainless steel autoclave containing a fluororesin inner cylinder, and is heated linearly from 30 ° C. to 190 ° C. at a heating rate of 16 ° C./hour while being stirred. For 50 hours. In the process of raising the temperature to the highest temperature, the time in the range of 80 ° C. to 120 ° C. was 2.5 hours. After the reaction, the reaction mixture was cooled and the supernatant was removed by decantation to collect a precipitate. The precipitate was washed with water three times, filtered off and dried at 120 ° C. The obtained zeolite was pulverized to a median diameter of 3 μm by a jet mill to obtain a zeolite containing a template.
The zeolite containing the template was calcined at 560 ° C. in an air stream to remove the template.
こうして得られたゼオライトのXRDを、前記測定方法に基づき測定したところ、CHA構造(フレームワーク密度=14.6T/1,000Å3)であった。また、塩酸水溶液で加熱溶解させ、ICP分析により元素分析を行ったところ、骨格構造のケイ素とアルミニウムとリンの合計に対する各成分の構成割合(モル比)は、ケイ素が0.088、アルミニウムが0.500、リンが0.412であった。 The XRD of the zeolite thus obtained was measured based on the above-described measurement method, and was found to have a CHA structure (framework density = 14.6T / 1,000T 3 ). In addition, when elemental analysis was performed by ICP analysis after heating and dissolving in an aqueous hydrochloric acid solution, the composition ratio (molar ratio) of each component to the total of silicon, aluminum, and phosphorus in the skeleton structure was 0.088 for silicon and 0 for aluminum. .500 and phosphorus was 0.412.
このゼオライトの25℃における水蒸気吸着等温線を測定したところ、相対蒸気圧0.04から0.09においての吸着量変化量は0.17g/gであった。
また、25℃における水蒸気吸着等温線を測定したところ、相対蒸気圧が0.2の時の水吸着量は0.28g/gであった。
When the water vapor adsorption isotherm of this zeolite at 25 ° C. was measured, the amount of adsorption change at a relative vapor pressure of 0.04 to 0.09 was 0.17 g / g.
Further, when the water vapor adsorption isotherm at 25 ° C. was measured, the water adsorption amount when the relative vapor pressure was 0.2 was 0.28 g / g.
このゼオライトについて、90℃において2000回の水蒸気繰り返し吸脱着試験(90−80−5の水蒸気繰り返し吸脱着試験)を行ったところ、維持率が100%となった。また2000回終了後のサンプルの25℃における水蒸気吸着等温線を測定したところ、相対蒸気圧が0.2の時の水吸着量は0.27g/gであり、繰り返し吸脱着試験前の96%となった。 When this zeolite was subjected to repeated water vapor repeated adsorption / desorption tests (90-80-5 water vapor repeated adsorption / desorption test) at 90 ° C., the retention rate was 100%. Further, when the water vapor adsorption isotherm at 25 ° C. of the sample after 2000 times was measured, the water adsorption amount when the relative vapor pressure was 0.2 was 0.27 g / g, which was 96% before the repeated adsorption / desorption test. It became.
次に、4.6gのシュウ酸鉄アンモニウム三水和物(キシダ化学社製)に40gの純水を加え溶解し、20gの上記ゼオライトを加えてさらに攪拌し、水スラリーとした。この水スラリーを170℃金属板上に噴霧し乾燥させ、触媒前駆体とした。乾燥に要した時間は10秒以下であった。触媒前駆体を触媒1gあたり12ml/分の窒素流通中で、700℃で4時間焼成し、触媒1を得た。ICP分析で鉄の担持量を求めたところ2.8重量%であった。またゼオライト骨格中のケイ素に対する鉄のモル比は0.52であった。 Next, 40 g of pure water was added to and dissolved in 4.6 g of ammonium iron oxalate trihydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), 20 g of the zeolite was added, and the mixture was further stirred to obtain a water slurry. This water slurry was sprayed onto a 170 ° C. metal plate and dried to obtain a catalyst precursor. The time required for drying was 10 seconds or less. The catalyst precursor was calcined at 700 ° C. for 4 hours in a nitrogen flow of 12 ml / min per gram of catalyst to obtain Catalyst 1. The amount of iron supported was determined by ICP analysis and found to be 2.8% by weight. The molar ratio of iron to silicon in the zeolite skeleton was 0.52.
触媒1について、800℃の水蒸気処理を行い、XRDの測定を行い、上記の方法で各ピーク高さに対する比を求めた。水蒸気処理前後のXRDチャートを図1,2に示す。また、上記の触媒評価の条件に基づきNO浄化率を評価した。評価結果を表2に示す。 About the catalyst 1, the steam process of 800 degreeC was performed, the XRD measurement was performed, and ratio with respect to each peak height was calculated | required by said method. An XRD chart before and after the steam treatment is shown in FIGS. Further, the NO purification rate was evaluated based on the above-mentioned catalyst evaluation conditions. The evaluation results are shown in Table 2.
(実施例2)
実施例1と同様の方法により、テンプレート含有のゼオライトを合成した。テンプレート含有のゼオライトは、テンプレートを計20重量%含んでいた。
次に、4.6gのシュウ酸鉄アンモニウム三水和物(キシダ化学社製)に40gの純水を加え溶解し、上記テンプレート含有のシリコアルミノフォスフェートゼオライト25gを加えてさらに攪拌し、水スラリーとした。この水スラリーを170℃金属板上に噴霧し乾燥させ、触媒前駆体とした。触媒前駆体を触媒1gあたり6.7ml/分の5%酸素を含有酸素と窒素との混合ガス流通中で、700℃で4時間焼成し、触媒の焼成とともにテンプレートの除去を行い触媒2を得た。評価結果を表2に示す。
(Example 2)
A template-containing zeolite was synthesized by the same method as in Example 1. The template-containing zeolite contained a total of 20% by weight of the template.
Next, 40 g of pure water was added to 4.6 g of ammonium iron oxalate trihydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), dissolved, 25 g of the above-mentioned template-containing silicoaluminophosphate zeolite was added, and the mixture was further stirred, It was. This water slurry was sprayed onto a 170 ° C. metal plate and dried to obtain a catalyst precursor. The catalyst precursor is calcined at 700 ° C. for 4 hours in a mixed gas flow of oxygen and nitrogen containing 6.7 ml / min of 5% oxygen per gram of the catalyst, and the catalyst is removed while the catalyst is calcined to obtain the catalyst 2 It was. The evaluation results are shown in Table 2.
(実施例3)
4.6gのシュウ酸鉄アンモニウム三水和物(キシダ化学社製)に40gの純水を加え溶解し、さらに8.3gの硝酸アルミニウム九水和物(キシダ化学社製)を添加して、鉄塩とアルミニウム塩の混合溶液を得た。実施例2に記載のテンプレート含有ゼオライト25gを前記の鉄塩とアルミニウム塩の混合溶液(以下、鉄アルミ塩混合液という)を加えてさらに攪拌し、水スラリーとした。この水スラリーを実施例2と同様に噴霧乾燥、焼成して触媒3を得た。評価結果を表2に示す。
(Example 3)
To 4.6 g of ammonium iron oxalate trihydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) 40 g of pure water was added and dissolved, and then 8.3 g of aluminum nitrate nonahydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was added. A mixed solution of iron salt and aluminum salt was obtained. 25 g of the template-containing zeolite described in Example 2 was added to the above mixed solution of iron salt and aluminum salt (hereinafter referred to as “iron aluminum salt mixed solution”) and further stirred to obtain a water slurry. This water slurry was spray-dried and calcined in the same manner as in Example 2 to obtain Catalyst 3. The evaluation results are shown in Table 2.
(実施例4)
7.7gのシュウ酸鉄アンモニウム三水和物(キシダ化学社製)に40gの純水を加え溶解し、さらに8.3gの硝酸アルミニウム九水和物(キシダ化学社製)を添加して、鉄アルミ塩混合液を得る。実施例2に記載のテンプレート含有ゼオライト25gを鉄アルミニウム塩の混合溶液を加えてさらに攪拌し、水スラリーとした。この水スラリーを実施例2と同様に噴霧乾燥、焼成して触媒4を得た。評価結果を表2に示す。
(Example 4)
To 7.7 g of ammonium iron oxalate trihydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) 40 g of pure water was added and dissolved, and then 8.3 g of aluminum nitrate nonahydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was added. An iron aluminum salt mixture is obtained. 25 g of the template-containing zeolite described in Example 2 was added with a mixed solution of iron aluminum salt and further stirred to obtain a water slurry. This water slurry was spray-dried and calcined in the same manner as in Example 2 to obtain catalyst 4. The evaluation results are shown in Table 2.
(実施例5)
7.7gのシュウ酸鉄アンモニウム三水和物(キシダ化学社製)に40gの純水を加え溶解し、さらに10.7gのポリ塩化アルミニウム(Al2O3:10.5%、大明化学社製)を添加して、鉄アルミ塩の混合溶液を得る。実施例2に記載のゼオライト25gを鉄アルミニウム塩の混合溶液を加えてさらに攪拌し、水スラリーとした。この水スラリーを実施例2と同様に噴霧乾燥、焼成して触媒5を得た。評価結果を表2に示す。
(Example 5)
40 g of pure water was added to 7.7 g of ammonium iron oxalate trihydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and dissolved, and then 10.7 g of polyaluminum chloride (Al2O3: 10.5%, manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd.) Addition to obtain a mixed solution of iron aluminum salt. A mixed solution of iron aluminum salt was added to 25 g of the zeolite described in Example 2, and the mixture was further stirred to obtain a water slurry. This water slurry was spray-dried and calcined in the same manner as in Example 2 to obtain catalyst 5. The evaluation results are shown in Table 2.
(実施例6)
2.0gの塩基性酢酸鉄(キシダ化学社製)および20gの実施例1に記載のゼオライトを40gの純水に加え、さらに攪拌し、水スラリーとした。この水スラリーを実施例1と同様に噴霧乾燥、焼成して触媒6を得た。評価結果を表2に示す。
(実施例7)
3.5gのクエン酸鉄(昭和化工社製、Fe含有量17.2wt%)および25gの実施例2に記載のゼオライトを40gの純水に加え、さらに攪拌し、水スラリーとした。
この水スラリーを実施例2と同様に噴霧乾燥、焼成して触媒7を得た。評価結果を表2に示す。
(Example 6)
2.0 g of basic iron acetate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and 20 g of the zeolite described in Example 1 were added to 40 g of pure water and further stirred to obtain a water slurry. This water slurry was spray-dried and calcined in the same manner as in Example 1 to obtain catalyst 6. The evaluation results are shown in Table 2.
(Example 7)
3.5 g of iron citrate (manufactured by Showa Kako Co., Ltd., Fe content: 17.2 wt%) and 25 g of the zeolite described in Example 2 were added to 40 g of pure water and further stirred to obtain a water slurry.
This water slurry was spray-dried and calcined in the same manner as in Example 2 to obtain catalyst 7. The evaluation results are shown in Table 2.
(比較例1)
Microporous and Mesoporous Materials 116(1-3), 2008, 188-195に記載された合成方
法でBEA型アルミノシリケートゼオライトを合成した。シリカ/アルミナ比は40であった。
上記のBEAゼオライトに25.7質量%硝酸鉄九水和物(キシダ化学社製)水溶液を加え含浸担持を行った。その後乾燥粉体を実施例1と同様に焼成して触媒8を得た。評価結果を表2に示す。
(Comparative Example 1)
BEA type aluminosilicate zeolite was synthesized by the synthesis method described in Microporous and Mesoporous Materials 116 (1-3), 2008, 188-195. The silica / alumina ratio was 40.
An aqueous solution of 25.7% by mass of iron nitrate nonahydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was added to the above BEA zeolite for impregnation. Thereafter, the dried powder was calcined in the same manner as in Example 1 to obtain catalyst 8. The evaluation results are shown in Table 2.
(比較例2)
4.3gの硝酸鉄九水和物(キシダ化学社製)に40gの純水を加え溶解し、20gの実施例1のゼオライトを加えてさらに攪拌し、水スラリーとした。実施例1と同様に噴霧乾燥、焼成して触媒9を得た。評価結果を表2に示す。
(Comparative Example 2)
To 4.3 g of iron nitrate nonahydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), 40 g of pure water was added and dissolved, and 20 g of the zeolite of Example 1 was added and further stirred to obtain a water slurry. The catalyst 9 was obtained by spray drying and calcining in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 2.
(比較例3)
7.2gの硫酸鉄七水和物(キシダ化学社製)に40gの純水を加え溶解し、15gの実施例1のゼオライトを加えてさらに攪拌し、水スラリーとした。実施例1と同様に噴霧乾燥、焼成して触媒10を得た。触媒10について、実施例1と同様の条件でNO浄化率を評価した。結果を表2に示す。
(Comparative Example 3)
40 g of pure water was added and dissolved in 7.2 g of iron sulfate heptahydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), 15 g of the zeolite of Example 1 was added and further stirred to obtain a water slurry. The
(比較例4)
米国特許第7645718号明細書のexample2に記載の方法に基づき、テンプレートにTEAOHを使用し、焼成を行いテンプレートを除去したSAPOを合成した。このゼオライトについて、90℃において2000回の水蒸気繰り返し吸脱着試験(90−80−5の水蒸気繰り返し吸脱着試験)を行ったところ、維持率が63%となった。
(Comparative Example 4)
Based on the method described in example 2 of US Pat. No. 7,645,718, SAPO was synthesized using TEAOH as a template and calcination to remove the template. When this zeolite was subjected to repeated water vapor repeated adsorption / desorption tests (90-80-5 water vapor repeated adsorption / desorption test) at 90 ° C., the retention rate was 63%.
得られたゼオライトに4.3gの硝酸鉄九水和物(キシダ化学社製)に40gの純水を加え溶解した溶液に6gのSAPOを加えてイオン交換を行った。その後実施例1同様に焼成し触媒11を得た。鉄担持量は0.1重量%であった。評価結果を表2に示す。 Ion exchange was performed by adding 6 g of SAPO to a solution obtained by adding 40 g of pure water to 4.3 g of iron nitrate nonahydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.). Thereafter, the catalyst 11 was obtained by firing in the same manner as in Example 1. The iron loading was 0.1% by weight. The evaluation results are shown in Table 2.
(比較例5)
18.4gのシュウ酸鉄アンモニウム三水和物(キシダ化学社製)に40gの純水を加え溶解し、25gの実施例2のゼオライトを加えてさらに攪拌し、水スラリーとした。この水スラリーを実施例2と同様に噴霧乾燥、焼成して触媒13を得た。評価結果を表2に示す。
(Comparative Example 5)
To 18.4 g of ammonium iron oxalate trihydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) 40 g of pure water was added and dissolved, and 25 g of the zeolite of Example 2 was added and further stirred to obtain a water slurry. This water slurry was spray-dried and calcined in the same manner as in Example 2 to obtain catalyst 13. The evaluation results are shown in Table 2.
本発明の窒素酸化物浄化触媒を用いれば、ディーゼルエンジン等から排出される排ガス中に含まれる窒素酸化物を効率よく浄化することができ、また高温排ガス中でも劣化することがないため触媒量を軽減することができる。
また、本発明の窒素酸化物浄化用触媒の製造方法は、活性の高い窒素酸化物浄化用触媒を簡便な方法で提供することができる。
If the nitrogen oxide purification catalyst of the present invention is used, the nitrogen oxide contained in the exhaust gas discharged from a diesel engine or the like can be efficiently purified, and the amount of catalyst is reduced because it does not deteriorate even in high temperature exhaust gas. can do.
Moreover, the manufacturing method of the catalyst for nitrogen oxide purification of this invention can provide a highly active catalyst for nitrogen oxide purification by a simple method.
Claims (8)
(1)鉄の担持量がゼオライトの総重量の1重量%以上であり、
(2)該触媒をCuKαをX線源に用いたX線回折測定したときに、回折角(2θ)が21.2〜21.6度の範囲に観察される回折ピーク高さが0.01以上であり、
(3)該触媒を800℃で5時間水蒸気処理した後にCuKαをX線源に用いたX線回折測定したときに、回折角(2θ)が20.6〜21.0度の範囲に観察される回折ピーク高さに対する、回折角(2θ)が21.2〜21.6度の範囲に観察される回折ピーク高さの比が0.01以上1.0以下であり、
かつ、
(4)前記骨格構造に少なくともアルミニウム原子とリン原子とケイ素原子を含むゼオライトの構造が、IZAで表されるコードでCHAである、
窒素酸化物浄化用触媒。 A catalyst for purifying nitrogen oxides in which iron is supported on a zeolite containing at least an aluminum atom, a phosphorus atom and a silicon atom in a skeleton structure,
(1) The amount of iron supported is 1% by weight or more of the total weight of the zeolite,
(2) When the catalyst is measured by X-ray diffraction using CuKα as an X-ray source, the diffraction peak height observed at a diffraction angle (2θ) in the range of 21.2 to 21.6 degrees is 0.01. That's it,
(3) When the catalyst was steamed at 800 ° C. for 5 hours and then subjected to X-ray diffraction measurement using CuKα as an X-ray source, the diffraction angle (2θ) was observed in the range of 20.6 to 21.0 degrees. that for the diffraction peak height state, and are the ratio of the diffraction peak height is 0.01 to 1.0 the diffraction angle (2 [Theta]) is observed in the range of 21.2 to 21.6 degrees,
And,
(4) The structure of the zeolite containing at least an aluminum atom, a phosphorus atom and a silicon atom in the skeleton structure is CHA in a code represented by IZA.
Nitrogen oxide purification catalyst.
(1)鉄の担持量がゼオライトの総重量の1重量%以上であり、
(2)該触媒をCuKαをX線源に用いたX線回折測定したときに、回折角(2θ)が21.2〜21.6度の範囲に観察される回折ピーク高さが0.01以上であり、
(3)該触媒を800℃で5時間水蒸気処理した後にCuKαをX線源に用いたX線回折測定したときに、回折角(2θ)が20.6〜21.0度の範囲に観察される回折ピーク高さに対する、回折角(2θ)が21.2〜21.6度の範囲に観察される回折ピーク高さの比が0.01以上1.0以下であり、
(4)前記骨格構造に少なくともアルミニウム原子とリン原子とケイ素原子を含むゼオライトの構造が、IZAで表されるコードでCHAであり、
かつ、
(5)該触媒を800℃で5時間水蒸気処理した前後で、CuKαをX線源に用いたX線回折測定したときに、回折角(2θ)が21.2〜21.6度の範囲に観察される回折ピーク高さが、前記水蒸気処理前の測定で観察される回折ピーク高さに対する、前記水蒸気処理後の測定で観察される回折ピーク高さの比が2以下である、
窒素酸化物浄化用触媒。 A catalyst for purifying nitrogen oxides in which iron is supported on a zeolite containing at least an aluminum atom, a phosphorus atom and a silicon atom in a skeleton structure,
(1) The amount of iron supported is 1% by weight or more of the total weight of the zeolite,
(2) When the catalyst is measured by X-ray diffraction using CuKα as an X-ray source, the diffraction peak height observed at a diffraction angle (2θ) in the range of 21.2 to 21.6 degrees is 0.01. That's it,
(3) When the catalyst was steamed at 800 ° C. for 5 hours and then subjected to X-ray diffraction measurement using CuKα as an X-ray source, the diffraction angle (2θ) was observed in the range of 20.6 to 21.0 degrees. The ratio of the diffraction peak height observed in the range of the diffraction angle (2θ) from 21.2 to 21.6 degrees with respect to the diffraction peak height of 0.01 to 1.0,
(4) The structure of the zeolite containing at least an aluminum atom, a phosphorus atom and a silicon atom in the skeleton structure is CHA in a code represented by IZA,
And,
( 5 ) When the X-ray diffraction measurement using CuKα as an X-ray source was performed before and after steaming the catalyst at 800 ° C. for 5 hours, the diffraction angle (2θ) was in the range of 21.2 to 21.6 degrees. The ratio of the diffraction peak height observed in the measurement after the water vapor treatment to the diffraction peak height observed in the measurement before the water vapor treatment is 2 or less.
Nitrogen oxide purification catalyst.
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