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JP2734480B2 - Nitrogen oxide decomposition catalyst - Google Patents
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JP2734480B2 - Nitrogen oxide decomposition catalyst - Google Patents

Nitrogen oxide decomposition catalyst

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JP2734480B2
JP2734480B2 JP2024388A JP2438890A JP2734480B2 JP 2734480 B2 JP2734480 B2 JP 2734480B2 JP 2024388 A JP2024388 A JP 2024388A JP 2438890 A JP2438890 A JP 2438890A JP 2734480 B2 JP2734480 B2 JP 2734480B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は窒素酸化物(以下、NOxと略称する)を含有
するガスからNOxを除去する触媒に関するものであり、
さらに詳しくは、NOxを直接分解する触媒を提供するも
のである。
The present invention relates to a catalyst for removing NOx from a gas containing nitrogen oxides (hereinafter abbreviated as NOx),
More specifically, the present invention provides a catalyst for directly decomposing NOx.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

工業プラント、自動車等から排出される燃焼排ガス中
のNOxは光化学スモッグの発生原因ともなり得る物質で
あり、環境保全の立場からその除去方法の開発は、重大
かつ緊急の社会的課題である。NOxの中でもNOは特に除
去が困難でありこれまでにも種々の方法が検討されてき
た。例えば接触還元法は有効な手段のひとつとして提案
され開発が進められているが、アンモニア,水素あるい
は一酸化炭素等の還元剤を必要とし、更に未反応還元剤
を回収あるいは分解するための特別の装置を必要とす
る。これに対して接触分解法は還元剤などの特別な添加
剤を必要とせず、触媒層を通すだけで窒素と酸素に分解
する方法であり、プロセスも単純であることから最も望
ましい方法である。従来の研究によれば、Pt,CuO,Co3O4
などにNO分解活性が認められたが、何れも分解生成物で
ある酸素の被毒作用を受けるため、実用触媒とはなり得
なかった{文献 内島俊雄、表面、Vol.18 No.3、(198
0)p.132}。
NOx in combustion exhaust gas emitted from industrial plants, automobiles and the like is a substance that can cause the generation of photochemical smog, and the development of a method for removing NOx is a serious and urgent social issue from the standpoint of environmental protection. Among NOx, it is particularly difficult to remove NO, and various methods have been studied so far. For example, the catalytic reduction method has been proposed as one of the effective means and is under development, but requires a reducing agent such as ammonia, hydrogen or carbon monoxide, and a special method for recovering or decomposing the unreacted reducing agent. Requires equipment. On the other hand, the catalytic cracking method does not require a special additive such as a reducing agent, is a method of decomposing into nitrogen and oxygen only by passing through a catalyst layer, and is the most desirable method because the process is simple. According to previous research, Pt, CuO, Co 3 O 4
Although NO decomposition activity was observed in any of them, they could not be used as a practical catalyst due to the poisoning of oxygen, which is a decomposition product.References Toshio Uchijima, Surface, Vol.18 No.3, (198
0) p.132}.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記触媒に代わる触媒としてシリカゲルやゼオライト
にCuをイオン交換する方法が提案されているが、次のよ
うな問題がある。
As a catalyst replacing the above catalyst, a method of ion-exchanging Cu with silica gel or zeolite has been proposed, but has the following problems.

(1) イオン交換法によってシリカゲル銅イオンを担
持した触媒は、初期活性はかなり高いが、時間とともに
活性が急激に低下する。
(1) The catalyst supporting silica gel copper ions by the ion exchange method has a considerably high initial activity, but the activity rapidly decreases with time.

(2) Y型ゼオライトやモルデナイトを用いて銅でイ
オン交換した触媒は酸素の存在下では分解活性が低い。
(2) A catalyst ion-exchanged with copper using Y-type zeolite or mordenite has a low decomposition activity in the presence of oxygen.

(3) ZSM−5型ゼオライトを用いて銅でイオン交換
した触媒が提案されているが、NO分解活性は高いがNOが
N2に転化する選択性(2NO→N2+O2)が低いという問題
がある。(特開昭60−125250号公報)。
(3) A catalyst in which ZSM-5 type zeolite is used for ion exchange with copper has been proposed.
There is a problem that the selectivity for conversion to N 2 (2NO → N 2 + O 2 ) is low. (JP-A-60-125250).

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は従来技術が有する上記の問題点を解決するこ
とを目的としたもであり、特定の組成、結晶構造を有す
る結晶性シリケートを用いて銅及びVIII族元素を含有さ
せた触媒がNOの接触分解触媒として極めて高い活性を示
すばかりでなく、NOのN2への選択性が高く、かつ酸素,S
Oxの共存下においても活性が安定していることを見出
し、本発明を完成するに至った。
An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and a catalyst in which copper and a Group VIII element are contained using a crystalline silicate having a specific composition and a crystal structure is used as an NO catalyst. not only a very high activity as catalytic cracking catalyst has high selectivity to N 2 NO, the and oxygen, S
They found that the activity was stable even in the presence of Ox, and completed the present invention.

すなわち、本発明は脱水された状態において、酸化物
のモル比で (1.0±0.4)R2O・〔aM2O3・bAl2O3〕・ySiO2 (上記式中、R:アルカリ金属イオン及び/又は水素イオ
ン、M:VIII族元素、希土類元素、チタン、バナジウム、
クロム、ニオブ、アンチモンからなる群の一種以上の元
素のイオン、a+b=1,a>0,b>0,y>12)の化学組成
を有する結晶性シリケートに銅及びVIII族元素を含有さ
せてなることを特徴とする窒素酸化物の分解触媒であ
る。
That is, according to the present invention, in the dehydrated state, the molar ratio of oxides is (1.0 ± 0.4) R 2 O · [aM 2 O 3 · bAl 2 O 3 ] · ySiO 2 (wherein R: alkali metal ion And / or hydrogen ion, M: Group VIII element, rare earth element, titanium, vanadium,
An ion of one or more elements of the group consisting of chromium, niobium, and antimony, a crystalline silicate having a chemical composition of a + b = 1, a> 0, b> 0, y> 12) containing copper and group VIII elements A catalyst for decomposing nitrogen oxides.

〔作用〕[Action]

本発明の触媒はNOの分解反応に極めて高い活性を示
し、またはその活性が長時間にわたって持続する。本発
明の触媒の作用については、イオン交換した銅イオンの
酸化還元サイクル(Cu2Cu+)が容易で、酸素を比較的
低温で放出する機構と、本発明の触媒の特異的結晶構造
とその構造安定性及び耐熱性等が複合的に作用してお
り、さらにVIII族元素を含有させることにより、NOの分
解反応が促進されるとともにVIII族元素によりイオン交
換した銅イオンが安定化され、耐熱性が向上するものと
考えられる。
The catalyst of the present invention shows extremely high activity in the decomposition reaction of NO, or its activity is maintained for a long time. Regarding the action of the catalyst of the present invention, the mechanism for easily performing the oxidation-reduction cycle (Cu 2 Cu + ) of ion-exchanged copper ions and releasing oxygen at a relatively low temperature, the specific crystal structure of the catalyst of the present invention, Structural stability and heat resistance are acting in a complex manner, and by further containing a Group VIII element, the decomposition reaction of NO is promoted and copper ions ion-exchanged by the Group VIII element are stabilized, and heat resistance is improved. It is thought that the property is improved.

以下、本発明で使用する触媒を詳細に説明する。 Hereinafter, the catalyst used in the present invention will be described in detail.

ゼオライトはギリシャ語の「沸騰する石」を語源とす
ることに示される如く沸石水を含む結晶性アルミノシリ
ケートであり、その組成は一般的に次の式で表わされ
る。
Zeolite is a crystalline aluminosilicate containing zeolite water as indicated by the Greek word "boiling stone", and its composition is generally represented by the following formula.

xM2/nO・Al2O3・ySiO2・zH2O (ここでnは陽イオンMの原子価、xは0.8〜2の範囲
の数、yは2以上の数、zは0以上の数である。) その基本構造は珪素を中心として4つの酸素がその頂
点に配位したSiO4四面体と、この珪素の代りにアルミニ
ウムがその中心にあるAlO4四面体とがO/(Al+Si)の原
子比が2となるように互いに酸素を共有して規則正しく
三次元的に結合したものである。その結果、この四面体
同士の結合方式の違いによって大きさ、形の異なる細孔
を有する三次元的網目構造が形成される。またAlO4四面
体の負電荷はアルカリ金属またはアルカリ土類金属等の
陽イオンと結合することにより電気的に中和されてい
る。一般にこのようにして形成される細孔は2〜3Åか
ら10数Åの大きさを有するが、AlO4四面体と結合してい
る金属陽イオンを、大きさまたは原子価の異なる他の金
属イオンと交換することによって細孔の大きさを変える
ことができる。
xM 2 / n O · Al 2 O 3 · ySiO 2 · zH 2 O ( where n is the valence of the cation M, x is a number in the range of 0.8 to 2, y is a number of 2 or more, z is 0 or more The basic structure is as follows: SiO 4 tetrahedron in which four oxygens are coordinated at its apex with silicon as the center, and AlO 4 tetrahedron in which aluminum is at the center instead of this silicon is O / ( It is one in which oxygen is shared with each other so that the atomic ratio of (Al + Si) becomes 2 and regularly and three-dimensionally bonded. As a result, a three-dimensional network structure having pores of different sizes and shapes is formed due to the difference in the bonding method between the tetrahedrons. The negative charge of the AlO 4 tetrahedron is electrically neutralized by combining with a cation such as an alkali metal or an alkaline earth metal. Generally, the pores thus formed have a size of a few to several tens of squares, but the metal cations associated with the AlO 4 tetrahedron are converted to other metal ions of different size or valence. The size of the pores can be changed by exchanging.

ゼオライトはこの細孔を利用した気体、液体の工業的
乾燥剤または2種以上の分子の混合物中の分子同士を吸
着分離する分子篩として、また、金属陽イオンを水素イ
オンと交換したものは固体酸として作用するため、この
性質を利用した工業用触媒としても広く用いられてい
る。
Zeolite is a gas or liquid industrial desiccant using these pores, or a molecular sieve that adsorbs and separates molecules in a mixture of two or more molecules, and a metal cation exchanged with hydrogen ions is a solid acid. It is widely used as an industrial catalyst utilizing this property.

ゼオライトには数多くの種類があり、X線回折図で特
徴づけられる結晶構造の違いによりそれぞれ異なるゼオ
ライト名が付けられている。天然に産出するものとして
はチャバサイト,エリオナイト,モルデナイト,クリノ
プチロライト等があり、また合成ゼオライトとしてはA,
X,Y,ラージ・ポートモルデナイト,ZSM−5などがよく知
られている。
There are many types of zeolites, and different zeolites are given different names depending on the crystal structure characterized by the X-ray diffraction diagram. Naturally occurring substances include chabazite, erionite, mordenite, clinoptilolite and the like, and synthetic zeolites A,
X, Y, large port mordenite, ZSM-5 and the like are well known.

これらの多くのゼオライトの中で、本発明に使用可能
なのは、特定の組成構造を有する結晶性シリケートに限
定される。本発明の結晶性シリケートは天然には存在し
ないが、次の方法で合成される。
Of these many zeolites, those usable in the present invention are limited to crystalline silicates having a specific compositional structure. The crystalline silicate of the present invention does not exist in nature, but is synthesized by the following method.

本発明で使用する上記結晶性シリケートは、シリカの
給源、VIII族元素、希土類元素、チタン、バナジウム、
クロム、ニオブ、アンチモンの酸化物の給源、アルミナ
の給源、アルカリの給源、水及び有機窒素含有化合物を
含有する反応混合物をつくり、この混合物を結晶性シリ
ケートが生成するのに至る時間及び温度で加熱すること
により合成される。
The crystalline silicate used in the present invention is a source of silica, a Group VIII element, a rare earth element, titanium, vanadium,
Create a reaction mixture containing a source of chromium, niobium, and antimony oxides, a source of alumina, a source of alkali, water and an organic nitrogen-containing compound, and heat the mixture for the time and temperature required to form a crystalline silicate. To be synthesized.

シリカの給源はゼオライト合成において普通に使用さ
れるシリカの化合物であれば、いずれのシリカの給源で
あってもよく、例えば固型シリカ粉末、コロイド状シリ
カ、又は水ガラス等のケイ酸塩などが用いられる。
The source of silica may be any silica source as long as it is a compound of silica commonly used in zeolite synthesis, such as solid silica powder, colloidal silica, or silicates such as water glass. Used.

VIII族元素、希土類元素、チタン、バナジウム、クロ
ム、ニオブ、アンチモンの給源は、これらの硫酸塩、硝
酸塩、塩化物などの化合物が用いられる。
Compounds such as sulfates, nitrates, and chlorides are used as the source of the Group VIII element, rare earth element, titanium, vanadium, chromium, niobium, and antimony.

VIII族元素の例としては、鉄、コバルト、ルテニウ
ム、ロジウム、白金、パラジウムなどがあり、また希土
類元素としては、ランタン、セリウム、ネオジウムなど
がある。
Examples of group VIII elements include iron, cobalt, ruthenium, rhodium, platinum, palladium and the like, and examples of rare earth elements include lanthanum, cerium, neodymium and the like.

アルミナの給源は、アルミン酸ソーダが最も適してい
るが、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酸化物又は水酸化物な
どの化合物が用いられる。
The source of alumina is most preferably sodium aluminate, but compounds such as chlorides, nitrates, sulfates, oxides or hydroxides are used.

アルカリの給源は、ナトリウムなどのアルカリ金属の
水酸化物、又はアルミン酸、ケイ酸との化合物などが用
いられる。
As a source of the alkali, a hydroxide of an alkali metal such as sodium or a compound with aluminate or silicic acid is used.

結晶性シリケートの水熱合成原料の一つである有機窒
素含有化合物としては、以下に示すものが使用できる。
The following compounds can be used as the organic nitrogen-containing compound, which is one of the raw materials for hydrothermal synthesis of crystalline silicate.

(1) 有機アミン類; n−プロピルアミン、モノエタノールアミンなどの第
1級アミン、 ジプロピルアミン、ジエタノールアミンなどの第2級
アミン、 トリプロピルアミン、トリエタノールアミンなどの第
3級アミン、 又はエチレンジアミン、ジグリコールアミンなど、 又は上記化合物とハロゲン化炭化水素(臭化プロピル
など)と混合物、 その他テトラプロピルアンモニウム塩などの第4級ア
ンモニウム塩など、 (2) 有機アミン以外の有機窒素化合物; ピリジン、ピラジン、ピラゾールなど、 これらの各種有機化合物は例示であって、本発明はこ
れらに何等限定されるものではない。
(1) Organic amines; primary amines such as n-propylamine and monoethanolamine; secondary amines such as dipropylamine and diethanolamine; tertiary amines such as tripropylamine and triethanolamine; or ethylenediamine Or a mixture of the above compound with a halogenated hydrocarbon (such as propyl bromide); and other quaternary ammonium salts such as tetrapropylammonium salt. (2) Organic nitrogen compounds other than organic amines; These various organic compounds such as pyrazine and pyrazole are merely examples, and the present invention is not limited thereto.

本発明で使用する結晶性シリケートは、従来のゼオラ
イトの構造中のAlの一部がVIII族元素、希土類元素、チ
タン、バナジウム、クロム、ニオブ、アンチモンに置き
かわったものであり、さらにSiO2/(M2O3+Al2O3)比が
12以上であることを特徴としており、下記のモル組成の
反応混合物から製造される。
In the crystalline silicate used in the present invention, a part of Al in the structure of the conventional zeolite is a group VIII element, a rare earth element, titanium, vanadium, chromium, niobium, antimony, and further SiO 2 / (M 2 O 3 + Al 2 O 3 ) ratio is
It is characterized by being 12 or more, and is produced from a reaction mixture having the following molar composition.

SiO2/(M2O3+Al2O3) 12〜3000(好ましくは、20〜20
0) OH-/SiO2 0〜1.0(好ましくは、0.2〜0.8) H2O/SiO2 2〜1000(好ましくは、10〜200) 有機窒素含有化合物/(M2O3+Al2O3)(好ましくは、
5〜50) 本発明で使用する結晶性シリケートは前記原料混合物
を結晶性シリケートが生成するに充分な温度と時間加熱
することにより合成されるが、水熱合成温度は80〜300
℃好ましくは130〜200℃の範囲であり、また水熱合成時
間は0.5〜14日好ましくは1〜10日である。圧力は特に
制限を受けないが、自圧で実施するのが望ましい。
SiO 2 / (M 2 O 3 + Al 2 O 3 ) 12 to 3000 (preferably 20 to 20
0) OH / SiO 2 0 to 1.0 (preferably 0.2 to 0.8) H 2 O / SiO 2 2 to 1000 (preferably 10 to 200) Organic nitrogen-containing compound / (M 2 O 3 + Al 2 O 3 ) (Preferably,
5 to 50) The crystalline silicate used in the present invention is synthesized by heating the raw material mixture at a temperature and for a time sufficient to produce a crystalline silicate, and the hydrothermal synthesis temperature is 80 to 300.
° C, preferably in the range of 130 to 200 ° C, and the hydrothermal synthesis time is 0.5 to 14 days, preferably 1 to 10 days. The pressure is not particularly limited, but it is preferable to carry out the operation under its own pressure.

水熱合成反応は所望の温度に原料混合物を加熱し、必
要であれば撹拌下に結晶性シリケートが形成されるまで
継続される。かくして結晶が形成さた後、反応混合物を
室温まで冷却し、ろ過し、水洗を行い、結晶を分別す
る。さらに普通は100℃以上で5〜24時間程度乾燥が行
われる。
The hydrothermal synthesis reaction is continued by heating the raw material mixture to the desired temperature and, if necessary, stirring to form a crystalline silicate. After the crystals have thus formed, the reaction mixture is cooled to room temperature, filtered, washed with water and the crystals are separated. Further, drying is usually performed at 100 ° C. or higher for about 5 to 24 hours.

前述した方法で製造された結晶性シリケートは、周知
の技術により、そのままで、あるいは従来から触媒成型
用として用いられている粘結剤等と混合して適当な大き
さに成型して、触媒として使用されうる。
The crystalline silicate produced by the above-described method can be used as is, by a well-known technique, as it is, or by mixing it with a binder or the like conventionally used for catalyst molding to form an appropriate size to form a catalyst. Can be used.

本発明で使用する結晶性シリケートは、一定の結晶構
造を有する規則正しい多孔性の結晶性物質であり、一般
に表1に示すX線回折パターンを示す。
The crystalline silicate used in the present invention is a regular porous crystalline material having a certain crystal structure, and generally shows an X-ray diffraction pattern shown in Table 1.

上記の水熱合成で得られる結晶性シリケートは、Na+
などのアルカリ金属イオン、(C3H74N+などの有機窒
素含有化合物のイオンを含有している。これらのイオン
の一部又は全部を水素イオンに置換するためには、空気
中で400〜700℃の範囲の温度で2〜48時間焼成すること
により有機化合物を除去した後、塩酸などの強酸に浸漬
して直接H型にする方法、又はアンモニウム化合物の水
溶液に浸漬してNH4型にした後、焼成によりH型にする
方法などがある。
The crystalline silicate obtained by the above hydrothermal synthesis is Na +
Contains alkali metal ions such as (C 3 H 7 ) 4 N + and organic nitrogen-containing compound ions. In order to replace some or all of these ions with hydrogen ions, the organic compounds are removed by baking in air at a temperature in the range of 400 to 700 ° C. for 2 to 48 hours, and then the mixture is treated with a strong acid such as hydrochloric acid. There is a method of immersing directly in an H-type, or a method of immersing in an aqueous solution of an ammonium compound to obtain an NH 4 type, followed by baking to obtain an H-type.

上記方法で得られる結晶性シリケート中のアルカリ金
属イオン、水素イオンなどのイオン交換サイトは、次の
方法によって銅イオンさらにはVIII族元素のイオンに交
換され、また銅イオン交換後、VIII族元素の金属又は酸
化物を担持され、本発明の触媒が得られる。
Ion exchange sites such as alkali metal ions and hydrogen ions in the crystalline silicate obtained by the above method are exchanged for copper ions and further ions of group VIII elements by the following method. The catalyst of the present invention is obtained by supporting a metal or an oxide.

銅イオン交換は硫酸銅、硝酸銅などの鉱酸塩または酢
酸銅などの有機酸塩を溶解した水溶液中に結晶性シリケ
ートを浸漬するなどの通常の方法によって行われる。水
溶液中の銅イオンの濃度は、目的とする銅イオン交換率
によって任意に選ぶことができ、銅イオンはCu+,Cu2+,C
uOH+のいずれかの形で結晶性シリケート中の陽イオンと
交換している。イオン交換終了後は水で充分洗浄した
後、乾燥する。本発明で使用される触媒の銅イオン交換
率は、触媒基剤である結晶性シリケート中に含有される
交換可能な全陽イオンの少なくとも10%以上であること
が必須であり、交換率が高い程NO分解活性が高いので、
好ましくは40〜180%の範囲である。交換率は10%以下
では有効なNO分解活性を示さない。
Copper ion exchange is performed by a usual method such as immersing a crystalline silicate in an aqueous solution in which a mineral acid salt such as copper sulfate or copper nitrate or an organic acid salt such as copper acetate is dissolved. The concentration of copper ions in the aqueous solution can be arbitrarily selected according to the desired copper ion exchange rate, and the copper ions are Cu + , Cu 2+ , C
Any form of uOH + is exchanged with the cation in the crystalline silicate. After the completion of ion exchange, the substrate is sufficiently washed with water and dried. The copper ion exchange rate of the catalyst used in the present invention is essential to be at least 10% or more of all exchangeable cations contained in the crystalline silicate as a catalyst base, and the exchange rate is high. The higher the NO decomposition activity,
Preferably it is in the range of 40 to 180%. When the exchange rate is less than 10%, no effective NO decomposition activity is exhibited.

銅のイオン交換率は、イオン交換サイトの中の銅イオ
ンの割合を示すものであり、Na+2原子とCu2+1原子がイ
オン交換するとして計算している。
The ion exchange rate of copper indicates the ratio of copper ions in the ion exchange site, and is calculated assuming that Na +2 atoms and Cu 2 + 1 atoms exchange ions.

従って交換率200%とは、イオン交換サイト全部が銅
でイオン交換された状態(Cuが1個の状態でイオン交換
されている)を示す。銅イオン及びVIII族元素のイオン
をイオン交換する場合には、上記工程において銅の化合
物とVIII族元素の化合物の混合水溶液を用いる。
Therefore, an exchange rate of 200% indicates a state in which all ion exchange sites are ion-exchanged with copper (ion exchange is performed with one Cu). In the case of ion-exchanging copper ions and group VIII element ions, a mixed aqueous solution of a copper compound and a group VIII element compound is used in the above step.

銅イオン交換後の結晶性シリケートにVIII族元素の金
属又は酸化物を担持する方法としては、VIII族元素の化
合物の水溶液に上記結晶性シリケートを浸漬し、乾燥、
焼成する方法さらに還元する方法が用いられる。
As a method of supporting the metal or oxide of the Group VIII element on the crystalline silicate after the copper ion exchange, the crystalline silicate is immersed in an aqueous solution of a compound of the Group VIII element, dried,
A firing method and a reduction method are used.

結晶性シリケートにCuO及びVIII族元素を担持する場
合は、Cu及びVIII族元素の化合物を含有する水溶液に結
晶性シリケートを浸漬し、乾燥、焼成する方法が用いら
れる。
When CuO and a group VIII element are supported on the crystalline silicate, a method is used in which the crystalline silicate is immersed in an aqueous solution containing a compound of the Cu and the group VIII element, dried, and fired.

こゝでVIII族元素としては、Fe,Co,Ni,Pt,Pd,Rh,Os,I
rをさす。またVIII族金属の含有量としては0.1〜20重量
%(触媒全重量ベース)の範囲が好ましい。
Here, as Group VIII elements, Fe, Co, Ni, Pt, Pd, Rh, Os, I
Point to r. The content of the Group VIII metal is preferably in the range of 0.1 to 20% by weight (based on the total weight of the catalyst).

本発明のNO分解触媒は従来の触媒と比較して使用温度
範囲が広く、300〜1000℃の範囲、好ましくは、400〜70
0℃の範囲で用いられる。
The NO decomposition catalyst of the present invention has a wider use temperature range as compared with the conventional catalyst, in the range of 300 to 1000 ° C, preferably 400 to 70 ° C.
Used in the range of 0 ° C.

本発明の触媒の工業的使用に際しては、適当な形に成
形して使用することが望ましい。例えば、シリカ、アル
ミナ等の無機酸化物または粘土をバインダーとし、場合
により有機物等の成型助剤を使用して球状、柱状、ハニ
カム状に成形する。銅イオンで交換する前の結晶性シリ
ケートをあらかじめ成形してもよく、成形体の大きさは
特に制限されない。
When the catalyst of the present invention is used industrially, it is desirable to mold it into an appropriate shape before use. For example, it is formed into a spherical, columnar, or honeycomb shape by using an inorganic oxide such as silica or alumina or a clay as a binder and optionally using a molding aid such as an organic material. The crystalline silicate before exchange with the copper ions may be molded in advance, and the size of the molded body is not particularly limited.

〔実施例1〕 結晶性シリケートを次のようにして合成した。Example 1 A crystalline silicate was synthesized as follows.

水ガラス,硫酸第二鉄,硫酸アルミニウム,水を36Na
2O・(0.1Fe2O3・0.9Al2O3)・80SiO2・1600H2Oのモル
比になるように調合し、これに硫酸を適当量添加し、上
記混合物のpHが9前後になるようにした後、有機化合物
としてプロピルアミン、臭化プロピルをFe2O3、Al2O3
合計のモル数の20倍加え、よく混合し、500ccのステン
レス製オートクレーブにはり込んだ。
Water glass, ferric sulfate, aluminum sulfate, water 36Na
2 O · (0.1Fe 2 O 3 · 0.9Al 2 O 3) · 80SiO 2 · 1600H 2 O were blended so that the molar ratio of which was added an appropriate amount of sulfuric acid, pH of the mixture is 9 back and forth After that, propylamine and propyl bromide as organic compounds were added 20 times the total number of moles of Fe 2 O 3 and Al 2 O 3 , mixed well, and inserted into a 500 cc stainless steel autoclave.

上記混合物を約500rpmにて撹拌しながら160℃で3日
間反応させた。冷却後、固形分をろ過し、洗浄水のpHが
約8になるまで充分水洗し、110℃で12時間乾燥し、550
℃で3時間焼成した。
The mixture was reacted at 160 ° C. for 3 days while stirring at about 500 rpm. After cooling, the solid content was filtered, washed thoroughly with water until the pH of the washing water was about 8, dried at 110 ° C for 12 hours,
Calcination was performed at 3 ° C. for 3 hours.

この生成物の結晶粒径は、1μ前後であり、酸化物の
モル比で表わした組成は脱水の形態で表わして、(H,N
a)2O・(0.1Fe2O30.9Al2O3)・80SiO2であった。これ
を結晶性シリケート1と称する。
The crystal grain size of this product is about 1 μm, and the composition expressed by the molar ratio of oxide is expressed in the form of dehydration (H, N
a) was 2 O · (0.1Fe 2 O 3 0.9Al 2 O 3) · 80SiO 2. This is called crystalline silicate 1.

この結晶性シリケート1を合成する場合、原料の中で
硫酸の代わりに塩酸などを用いても、又、硫酸第二鉄の
代わりに塩化第二鉄を用いても、又水ガラスの代わりに
シリカゾルを用いても同様のシリケートが得られた。
When synthesizing this crystalline silicate 1, hydrochloric acid or the like may be used instead of sulfuric acid among the raw materials, ferric chloride may be used instead of ferric sulfate, and silica sol may be used instead of water glass. A similar silicate was obtained by using.

又、水熱合成条件として160℃で3日間反応させる代
わりに170℃または180℃で2日間反応させても同様のシ
リケートが得られた。
The same silicate was obtained by reacting at 170 ° C. or 180 ° C. for 2 days instead of reacting at 160 ° C. for 3 days as hydrothermal synthesis conditions.

結晶性シリケート1の原料調合時の硫酸第二鉄と硫酸
アルミニウムの添加量をFe2O3とAl2O3のモル比に換算し
て下記のように変えた以外は、結晶性シリケート1の場
合と同じ操作を繰り返して結晶性シリケート2〜4を調
整した。
Except that the addition amount of ferric sulfate and aluminum sulfate at the time of mixing the raw materials of the crystalline silicate 1 was changed as follows in terms of the molar ratio of Fe 2 O 3 and Al 2 O 3 , Crystal silicates 2 to 4 were prepared by repeating the same operation as in the case.

結晶性シリケート1の調合時において、硫酸の代わり
に塩酸を用い、また硫酸第二鉄の代わりに、塩化コバル
ト、塩化ルテニウム、塩化ロジウム、塩化ランタン、塩
化セリウム、塩化チタン、塩化バナジウム、塩化クロ
ム、塩化アンチモンを各々酸化物換算でFe2O3と同じモ
ル数だけ添加した以外は結晶性シリケート1と同じ操作
を繰返して結晶性シリケート5〜13を調製した。これら
の結晶性シリケートの有機化合物を除外した組成は、酸
化物のモル比(脱水の形態)で表わして、(H,Na)2O・
(0.1M2O3・0.9Al2O3)・80SiO2であった。ここでMはC
o,Ru,Rh,La,Ce,Ti,V,Cr,Sb(結晶性シリケート5〜13の
番号順)である。
In preparing the crystalline silicate 1, hydrochloric acid was used instead of sulfuric acid, and instead of ferric sulfate, cobalt chloride, ruthenium chloride, rhodium chloride, lanthanum chloride, cerium chloride, titanium chloride, vanadium chloride, chromium chloride, Crystalline silicates 5 to 13 were prepared by repeating the same operation as for crystalline silicate 1 except that antimony chloride was added in the same mole number as Fe 2 O 3 in terms of oxide. The composition excluding the organic compounds of these crystalline silicates is expressed in terms of the molar ratio of oxides (form of dehydration), and is expressed as (H, Na) 2 O ·
(0.1M 2 O 3 · 0.9Al 2 O 3 ) · 80SiO 2 . Where M is C
o, Ru, Rh, La, Ce, Ti, V, Cr, and Sb (in numerical order of crystalline silicates 5 to 13).

また結晶性シリケート1において調合時のSiO2/(0.1
Fe2O3+0.9Al2O3)比を20,200とした以外は結晶性シリ
ケート1と同じ操作を繰り返して各々結晶性シリケート
14,15を調製した。
In the crystalline silicate 1, SiO 2 /(0.1
Fe 2 O 3 +0.9 Al 2 O 3 ) Except that the ratio was 20,200, the same operation as that of the crystalline silicate 1 was repeated, and each crystalline silicate was
14,15 were prepared.

以上の結晶性シリケート1〜15の粉末X線回折パター
ンは表1に示すパターンを示すことが確認された。
It was confirmed that the powder X-ray diffraction patterns of the above crystalline silicates 1 to 15 showed the patterns shown in Table 1.

以上の結晶性シリケート1〜15のそれぞれ10gを酢酸
銅1gを500ccの水に溶解した水溶液の中に入れ、室温に
て12時間撹拌するイオン交換操作を行った。このイオン
交換操作を3回繰返し行った後、水洗し、さらに所定濃
度の塩化白金水溶液に浸漬した後、100℃で12時間乾燥
し、300℃で3時間水素還元を行い、白金を0.5重量%
(触媒全量ベース)担持した触媒1〜15(結晶性シリケ
ートの番号に対応)を調製した。
An ion exchange operation was performed in which 10 g of each of the above crystalline silicates 1 to 15 was placed in an aqueous solution in which 1 g of copper acetate was dissolved in 500 cc of water, and stirred at room temperature for 12 hours. After repeating this ion exchange operation three times, washing with water, further immersing in a predetermined concentration of platinum chloride aqueous solution, drying at 100 ° C. for 12 hours, hydrogen reduction at 300 ° C. for 3 hours, platinum 0.5% by weight
(Based on the total amount of catalyst) Supported catalysts 1 to 15 (corresponding to the number of crystalline silicate) were prepared.

触媒1〜15を16〜32メッシュに整粒し、触媒0.5gを常
圧固定床流通式反応器に充填し、次の反応条件下で活性
評価試験を行った。その結果を表2に示す。
Catalysts 1 to 15 were sized to 16 to 32 mesh, and 0.5 g of the catalyst was charged into a fixed-bed flow reactor under normal pressure, and an activity evaluation test was performed under the following reaction conditions. Table 2 shows the results.

ガス組成:NO:0.5%,O2:1%, He:バランス ガス流量:1Nl/h,反応温度500℃ 〔実施例2〕 実施例1の結晶性シリケート1を実施例1と同じ方法
でCuイオン交換(Cuイオン交換率120%)したものを用
い、以下の水溶液に浸漬し、乾燥した後、所定の焼成、
水素還元処理を行い、触媒16〜23を調製した。
Gas composition: NO: 0.5%, O 2 : 1%, He: balance gas flow rate: 1 Nl / h, a reaction temperature of 500 ° C. Example 2 The crystalline silicate 1 of Example 1 was subjected to Cu ion exchange (Cu ion exchange rate: 120%) in the same manner as in Example 1, and was immersed in the following aqueous solution, dried, and then dried. Firing,
Hydrogen reduction treatment was performed to prepare Catalysts 16 to 23.

○触媒16〜18:硝酸鉄、硝酸コバルト、硝酸ニッケルの
各水溶液にそれぞれ浸漬した後、乾燥し、500℃で3時
間焼成し、触媒16〜18を調製した。
○ Catalysts 16 to 18: Catalysts 16 to 18 were prepared by immersing in respective aqueous solutions of iron nitrate, cobalt nitrate and nickel nitrate, drying and calcining at 500 ° C for 3 hours.

○触媒19〜23:硝酸パラジウム、塩化ロジウム、塩化ル
テニウムの各水溶液、また塩化白金と塩化パラジウムの
混合水溶液、塩化白金、塩化パラジウムと塩化ロジウム
の混合水溶液にそれぞれ浸漬した後、300℃で水素還元
を行い、触媒19〜23を調製した。
○ Catalysts 19 to 23: After immersion in aqueous solutions of palladium nitrate, rhodium chloride and ruthenium chloride, mixed aqueous solutions of platinum chloride and palladium chloride, and mixed aqueous solutions of platinum chloride and palladium chloride and rhodium chloride, respectively, then reduced at 300 ° C with hydrogen To prepare catalysts 19 to 23.

これらの触媒を、実施例1と同じ方法で活性評価を行
った。結果を表3に示す。
The activity of these catalysts was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 3 shows the results.

〔実施例3〕 実施例1の触媒1を0.5g、常圧固定床流通式反応器に
充填し、反応条件を変えて、活性評価試験を行った。そ
の結果を表4に示す。
Example 3 0.5 g of the catalyst 1 of Example 1 was packed in a fixed-bed flow reactor under normal pressure, and an activity evaluation test was conducted while changing the reaction conditions. Table 4 shows the results.

なお反応したNOは全てN2,O2に転化していた。 All the reacted NO was converted to N 2 and O 2 .

以上のように本発明の触媒は、SO2が含有したガスを
用いても活性が高いこと、また活性の経時変化が少ない
ことがわかった。
As described above, it was found that the catalyst of the present invention had high activity even when a gas containing SO 2 was used, and that the change in activity with time was small.

〔実施例4〕 実施例1の結晶性シリケート1の原料調合時の硫酸第
二鉄の代わりに塩化第2鉄と塩化クロムと混合物を用
い、36Na2O・(0.09Fe2O3・0.01Cr2O3・0.9Al2O3)・80
SiO2・1600H2Oのモル比になるように調合した点以外
は、結晶性シリケート1と同じ方法で結晶性シリケート
16を得、同じ方法でCuイオン交換を行った(ただしイオ
ン交換操作2回繰返した)後、同じ方法で白金を0.5重
量担持した触媒24(Cuイオン交換率110%)を得た。
Example 4 A mixture of ferric chloride and chromium chloride was used instead of ferric sulfate at the time of preparing the raw material of the crystalline silicate 1 of Example 1, and a mixture of 36Na 2 O · (0.09Fe 2 O 3 · 0.01Cr 2 O 3 · 0.9 Al 2 O 3 ) · 80
A crystalline silicate is prepared in the same manner as the crystalline silicate 1 except that the molar ratio of SiO 2 and 1600H 2 O is adjusted.
16 was obtained and subjected to Cu ion exchange by the same method (however, the ion exchange operation was repeated twice), and then a catalyst 24 (Cu ion exchange rate 110%) carrying 0.5 weight of platinum was obtained by the same method.

実施例1と同じ活性評価を行った結果、NO転化率は81
%であった。
As a result of performing the same activity evaluation as in Example 1, the NO conversion rate was 81.
%Met.

〔比較例〕(Comparative example)

実施例1の結晶シリケート1の原料調合時の硫酸第二
鉄を添加せず36Na2O・Al2O3・80SiO2・1600H2Oのモル比
になるように調合し、これに塩酸を適当量添加し、上記
混合物のpHが9前後になるようにした後、有機化合物と
して臭化テトラプロピルアンモニウムをAl2O3の20倍加
えた以外は実施例1と同じ操作を繰返した。
Ferric sulfate was not added at the time of preparing the raw material of the crystalline silicate 1 of Example 1, but the molar ratio of 36Na 2 O · Al 2 O 3 · 80SiO 2 · 1600H 2 O was prepared. Then, the same operation as in Example 1 was repeated except that the mixture was adjusted to have a pH of about 9, and then tetrapropylammonium bromide was added as an organic compound 20 times that of Al 2 O 3 .

実施例1と同様、銅でイオン交換し(Cuイオン交換率
105%)た後、白金を0.5重量%担持し同じ条件活性評価
を行った結果、NO転化率は76%と高かったが、反応した
NOのN2への転化率は、73%と低く、NO2などの副生が多
いことがわかった。
In the same manner as in Example 1, ion exchange was performed with copper (Cu ion exchange rate).
105%), 0.5% by weight of platinum was loaded, and the same condition activity evaluation was performed. As a result, the NO conversion was high at 76%, but reacted.
The conversion of NO to N 2 was as low as 73%, indicating that there were many by-products such as NO 2 .

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上、実施例に示したように、本発明の結晶性シリケ
ートに銅を含有させた触媒は、排ガス中のNOxをN2,O2
分解する触媒として使用できる。
As described above, as shown in the examples, the catalyst containing copper in the crystalline silicate of the present invention can be used as a catalyst for decomposing NOx in exhaust gas into N 2 and O 2 .

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01D 53/36 102H Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Reference number in the agency FI Technical display location B01D 53/36 102H

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】脱水された状態において、酸化物のモル比
で (1.0±0.4)R2O・〔aM2O3・bAl2O3〕・ySiO2 (上記式中、R:アルカリ金属イオン及び/又は水素イオ
ン、M:VIII族元素、希土類元素、チタン、バナジウム、
クロム、ニオブ、アンチモンからなる群の一種以上の元
素のイオン、a+b=1,a>0,b>0,y>12)の化学組成
を有する結晶性シリケートに銅及びVIII族元素を含有さ
せてなることを特徴とする窒素酸化物の分解触媒。
In the dehydrated state, the molar ratio of oxides is (1.0 ± 0.4) R 2 O · [aM 2 O 3 · bAl 2 O 3 ] · ySiO 2 (where R is an alkali metal ion And / or hydrogen ion, M: Group VIII element, rare earth element, titanium, vanadium,
An ion of one or more elements of the group consisting of chromium, niobium, and antimony, a crystalline silicate having a chemical composition of a + b = 1, a> 0, b> 0, y> 12) containing copper and group VIII elements A catalyst for decomposing nitrogen oxides.
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