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JP5177685B2 - Exhaust gas purification catalyst and exhaust gas purification honeycomb catalyst structure - Google Patents
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Description

本発明は、燃焼機関の排ガス中のNOx浄化用触媒及びNOx浄化用ハニカム触媒構造体に関する。 The present invention relates to a NOx purification catalyst and NOx purification honeycomb catalyst structure in exhaust gas of a combustion engine.

火力発電所、各種ボイラー、加熱炉等の工場における燃焼機関、及びガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃エンジンによる燃焼機関から排出されるガスに関し、近年の地球環境問題の深刻化に伴い、更なる排ガス浄化技術の向上が望まれている。   With regard to gases emitted from combustion engines in factories such as thermal power plants, various boilers, and heating furnaces, and combustion engines using internal combustion engines such as gasoline engines and diesel engines, as the global environmental problems become more serious in recent years, further exhaust gas Improvement of purification technology is desired.

例えば、自動車等の内燃エンジンの排ガス浄化では、その排出されるガス中には一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)、炭化水素(HC)が含まれており、それらを二酸化炭素(CO2)、窒素(N2)、水(H2O)に変換して、CO、NOx、及びHCの排出量を低減させる触媒技術が一般に知られている。 For example, in exhaust gas purification of internal combustion engines such as automobiles, the exhaust gas contains carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NO x ), and hydrocarbons (HC). Catalytic technology is generally known in which CO (NO 2 ), nitrogen (N 2 ), and water (H 2 O) are converted to reduce CO, NO x , and HC emissions.

自動車等のエンジンから排出されるガス中のCO、NOx、HCを全て浄化する触媒として三元触媒があり、前記触媒には、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)等の貴金属を組み合わせた金属触媒が広く使用されている。 There is a three-way catalyst as a catalyst that purifies all CO, NO x , and HC in the gas discharged from engines such as automobiles, and the catalyst includes platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), etc. Metal catalysts combined with precious metals are widely used.

また、NOxを選択的に還元浄化する触媒としては、吸蔵還元型NOx浄化用触媒やNOx選択還元触媒があり、リーンバーンエンジンやディーゼルエンジンの排ガス浄化で使用されている。吸蔵還元型NOx浄化用触媒では、NOxを一旦吸蔵し、リーンからリッチ状態に切り替えることで、吸蔵されたNOxが還元される。NOx選択還元触媒では、NOx還元剤として、尿素、アンモニア、炭化水素(HC)等が利用される。特に、ディーゼルエンジンの排ガスでは酸素濃度が高いので、排ガス中のNOx還元反応を酸化雰囲気で行わねばならず、その反応の進行が難しくなる。尿素を還元剤としたNOx選択還元触媒が実用化されつつあるが、前記触媒では、還元剤である尿素を定期的に補給しなければならないという問題がある。一方、炭化水素を還元剤とする場合は、燃料を還元剤として使用できるので、還元剤を定期的に補給する必要がいらない。しかしながら、炭化水素を還元剤とするNOx選択還元触媒(HC-SCR)は、ディーゼルエンジンの排ガスのような高酸素濃度(例えば、6〜16%)で低排気温度(例えば、160〜400℃)の条件では、NOxを十分還元浄化できないという問題がある。 As the catalyst to selectively reduce and purify NO x, there is storage reduction the NO x purification catalyst and the NO x selective reduction catalyst has been used in purification of exhaust gas lean-burn engines and diesel engines. In the storage-reduction type NO x purification catalyst, NO x is temporarily stored, and the stored NO x is reduced by switching from lean to rich. In the NO x selective reduction catalyst, urea, ammonia, hydrocarbon (HC) or the like is used as the NO x reducing agent. In particular, since the exhaust gas of a diesel engine has a high oxygen concentration, the NO x reduction reaction in the exhaust gas must be performed in an oxidizing atmosphere, and the progress of the reaction becomes difficult. A NO x selective reduction catalyst using urea as a reducing agent is being put into practical use. However, the catalyst has a problem that urea as a reducing agent must be periodically replenished. On the other hand, when hydrocarbon is used as the reducing agent, fuel can be used as the reducing agent, so there is no need to replenish the reducing agent periodically. However, the NO x selective reduction catalyst (HC-SCR) using hydrocarbon as a reducing agent has a high oxygen concentration (for example, 6 to 16%) like exhaust gas from a diesel engine and a low exhaust temperature (for example, 160 to 400 ° C). ) There is a problem that NO x cannot be sufficiently reduced and purified.

一般に、排ガス浄化用触媒は、比表面積の高い酸化物担体に貴金属を担持した状態で使用される。前記担体となる酸化物としては、γ−アルミナが使用されている。γ−アルミナの比表面積は、通常、100〜200m2/gである。貴金属を担持する担体の比表面積が大きければ、貴金属を高分散できるので、触媒活性向上や耐久性向上が期待できる。 In general, an exhaust gas purifying catalyst is used in a state where a noble metal is supported on an oxide carrier having a high specific surface area. As the oxide serving as the carrier, γ-alumina is used. The specific surface area of γ-alumina is usually 100 to 200 m 2 / g. If the specific surface area of the carrier supporting the noble metal is large, the noble metal can be highly dispersed, so that improvement in catalytic activity and durability can be expected.

γ−アルミナ以上に比表面積の高い酸化物としては、ゼオライト(アルミノ珪酸塩)やシリカメゾ多孔体が知られている。ここで、多孔体の細孔は、IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry) によると、細孔直径が2nm以下のミクロ細孔、2〜50nmのメゾ細孔(「メソ細孔」ともいう)、及び50nm以上のマクロ細孔に分類されている。特に、シリカメゾ多孔体は、数nmの位置に細孔ピークをもち、比表面積が例えば500〜1200m2/gという非常に大きな値を有する。 As an oxide having a specific surface area higher than that of γ-alumina, zeolite (aluminosilicate) and silica mesoporous material are known. Here, according to IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), the pores of the porous body are micropores having a pore diameter of 2 nm or less, and mesopores having 2 to 50 nm (also referred to as “mesopores”). And macropores of 50 nm or more. In particular, the silica mesoporous material has a pore peak at a position of several nm and a specific surface area of, for example, a very large value of 500 to 1200 m 2 / g.

したがって、ゼオライトやシリカメゾ多孔体を触媒担体として使用する試みが行われている。例えば、特許文献1〜13の中では、排ガス浄化触媒において、ゼオライトやシリカメゾ多孔体が使用されている。特に、特許文献2〜8、10〜11、13では、ディーゼルエンジン排ガス等のNOx浄化用触媒に、シリカメゾ多孔体(メソポーラスシリカ)が利用されている。NOx浄化用触媒等の排ガス浄化触媒でシリカメゾ多孔体を使用する場合、通常、シリカメゾ多孔体に、Pt、Pd、Rh等の貴金属が担持されて使用されることが多い。 Therefore, attempts have been made to use zeolite or silica mesoporous material as a catalyst carrier. For example, in Patent Documents 1 to 13, zeolite or silica mesoporous material is used in the exhaust gas purification catalyst. In particular, Patent Document 2~8,10~11,13, in the NO x purification catalyst such as a diesel engine exhaust, Shirikamezo porous body (mesoporous silica) is used. When a silica meso porous material is used in an exhaust gas purification catalyst such as a NO x purification catalyst, usually, a noble metal such as Pt, Pd, Rh is supported on the silica meso porous material.

また、貴金属に着目すると、Ptを使用したNOx浄化触媒の研究例としては、非特許文献1〜4が挙げられる。非特許文献1では、Ptの担体にゼオライト(ZSM-5)を使用したものであり、非特許文献2は、通常のシリカが担体として使用されている。Ptの担体にシリカメゾ多孔体を使用した研究例は、非特許文献3及び4である。 Further, focusing on precious metals, Non-Patent Documents 1 to 4 are listed as research examples of NO x purification catalysts using Pt. In Non-Patent Document 1, zeolite (ZSM-5) is used as a Pt carrier, and in Non-Patent Document 2, ordinary silica is used as a carrier. Non-patent documents 3 and 4 are examples of research using a silica meso porous material as a Pt support.

シリカメゾ多孔体に関しては、特許文献7では、ランタノイド族金属シリケートをメゾ多孔体にして、シリカメゾ多孔体の構成材料自体を改良することも行われている。特許文献9では、シリカメゾ多孔体(メソポーラスシリカ)の細孔の入口や内部に、シリカ、アルミニウム、チタン、ジルコニウム等を含む修飾物質を配置して、メソポーラスシリカの修飾も行われている。更に、シリカメゾ多孔体の細孔内に、金(Au)とイリジウム(Ir)とを配置したり(特許文献11)、触媒活性物質を担持したり(特許文献12)されている例もある。   Regarding the silica mesoporous material, in Patent Document 7, the lanthanoid group metal silicate is changed to a mesoporous material to improve the constituent material itself of the silica mesoporous material. In Patent Document 9, mesoporous silica is also modified by arranging a modifying substance containing silica, aluminum, titanium, zirconium, or the like at the entrance or inside of the pores of a silica mesoporous material (mesoporous silica). Furthermore, there are examples in which gold (Au) and iridium (Ir) are arranged in the pores of the silica mesoporous material (Patent Document 11) or a catalytically active substance is supported (Patent Document 12).

また、非特許文献4では、Pt/V/MCM-41として、MCM-41のシリカメゾ多孔体に、バナジウム(V)を担持し、更にその上にPtを担持して、NOx浄化用触媒としての特性が研究されている。 Further, in Non-Patent Document 4, as Pt / V / MCM-41, vanadium (V) is supported on the silica mesoporous material of MCM-41, and further Pt is supported thereon to serve as a NO x purification catalyst. The characteristics of have been studied.

特開平10-2022107号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-2022107 特開平8-257407号公報JP-A-8-257407 特開2008-161812号公報JP 2008-161812 A 特開2008-161811号公報JP 2008-161811 A 特開2007-244934号公報JP 2007-244934 A 特開2007-209866号公報JP 2007-209866 JP 特開2006-297348号公報JP 2006-297348 A 特開2006-081957号公報JP 2006-081957 A 特開2003-320245号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-320245 特開2008-279352号公報JP 2008-279352 A 特開2002-210369号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-210369 特開2002-320850号公報JP 2002-320850 A 特開2007-069095号公報JP 2007-069095 JP 特開2000-002111号公報JP 2000-002111 A

H. Hirabayashi, H. Yahiro, N. Mizuno, M. Iwamoto, Chem. Lett., 2235-2236(1992).H. Hirabayashi, H. Yahiro, N. Mizuno, M. Iwamoto, Chem. Lett., 2235-2236 (1992). R. Burch, P. K. Loader, F. J. Urbano, Catal. Today, 37, 37-42(1996).R. Burch, P. K. Loader, F. J. Urbano, Catal. Today, 37, 37-42 (1996). S. -C. Shen, S. Kawi, Appl. Catal. B, 45, 63-76(2003).S. -C. Shen, S. Kawi, Appl. Catal. B, 45, 63-76 (2003). J. Y. Jeon, H. Y. Kim, S. I. Woo, Appl. Catal. B, 44, 301-310(2003).J. Y. Jeon, H. Y. Kim, S. I. Woo, Appl. Catal. B, 44, 301-310 (2003).

シリカメゾ多孔体を排ガス浄化用触媒に利用した例は、上述のように数多くあり、NOx浄化用触媒にも、シリカメゾ多孔体が利用されている。 As described above, there are many examples in which a silica meso porous material is used as an exhaust gas purification catalyst, and a silica meso porous material is also used as a NO x purification catalyst.

また、シリカメゾ多孔体を構成するシリカ骨格にランタノイド族金属(例えば、ランタン、セリウム、サマリウム、ガドリニウム)を導入したランタノイド族金属珪酸塩とし、ディーゼルエンジン排ガスのNOx浄化用触媒に使用されている(特許文献7)。また、シリカメゾ多孔体の細孔入口や内部に、アルミニウム、チタン、ジルコニウム等を酸化物形態で含ませることで、排気ガス中のHC吸着材として使用することが開示されている(特許文献9)。このように、シリカメゾ多孔体をシリカ以外の酸化物で修飾することが行われている。 Further, lanthanide metals in the silica framework constituting the Shirikamezo porous body (e.g., lanthanum, cerium, samarium, gadolinium) and lanthanoid metal silicate was introduced, it has been used in the NO x purification catalyst for exhaust gas from a diesel engine ( Patent Document 7). Also, it is disclosed that aluminum, titanium, zirconium, or the like is contained in the form of an oxide in the pore inlet or inside of a silica mesoporous body so as to be used as an HC adsorbent in exhaust gas (Patent Document 9). . In this way, the silica mesoporous material is modified with an oxide other than silica.

一方、シリカメゾ多孔体に担持する貴金属等の触媒活物質を、細孔内部に配置することも行われている(特許文献11、12)。   On the other hand, a catalyst active material such as a noble metal supported on a silica meso porous body is also disposed inside the pores (Patent Documents 11 and 12).

更には、非特許文献4では、NOx浄化触媒として、シリカメゾ多孔体にVを担持して修飾し、更に、Ptを担持した研究も行われている。 Further, in Non-Patent Document 4, as a NO x purification catalyst, a silica mesoporous material is modified by supporting V and further, Pt is supported.

以上のように、シリカメゾ多孔体及び貴金属の担持に関し、種々の工夫が行われているが、排ガス浄化用触媒では環境規制の強化等に伴い、更なる触媒性能向上が求められているが、現行技術では十分な性能を有する触媒が開発されていないという問題がある。   As described above, various devices have been made for supporting the silica mesoporous material and the noble metal, but the catalyst for exhaust gas purification is required to further improve the catalyst performance along with the strengthening of environmental regulations. The technology has a problem that a catalyst having sufficient performance has not been developed.

また、現在の排ガス規制の対象にはないが、NOx浄化用触媒でNOxを還元浄化する際に中間生成物として発生する一酸化二窒素(N2O)も低減できる排ガス浄化用触媒の開発が課題となっており、その課題解決策として、特許文献14では、NOx浄化用触媒とN2O分解触媒とを組み合わせた排ガス浄化触媒が開示されている。しかしながら、NOx浄化用触媒のみでN2Oの発生割合も低減した高性能の排ガス浄化用触媒が開発されていないという問題がある。すなわち、NOx浄化用触媒では、N2収率の高い排ガス浄化用触媒が望まれる。 Further, although not subject to current emission regulations, dinitrogen monoxide (N 2 O) which occurs as an intermediate product during the reduction purification of NO x in the NO x purification catalyst even in an exhaust gas purifying catalyst capable of reducing Development is an issue, and as a solution to that problem, Patent Document 14 discloses an exhaust gas purification catalyst that combines an NO x purification catalyst and an N 2 O decomposition catalyst. However, there is a problem that a high-performance exhaust gas purifying catalyst having only a NO x purifying catalyst and reducing the generation ratio of N 2 O has not been developed. That is, as the NO x purification catalyst, an exhaust gas purification catalyst having a high N 2 yield is desired.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シリカメゾ多孔体を使用した排ガス中のNOx浄化用触媒について、触媒性能を向上させて効率よく排ガス中のNOx浄化できるNOx浄化用触媒、及びNOx浄化用ハニカム触媒構造体を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to improve the catalyst performance of the NOx purification catalyst in the exhaust gas using the silica meso porous material, and efficiently improve the NOx in the exhaust gas. purifying it a catalyst for NOx purification, and to provide a NOx purification honeycomb catalyst structure.

本発明者らは、シリカメゾ多孔体の細孔内壁に、特定の金属イオンを含み、かつ該細孔の外壁に白金が担持されたものとすることで、高酸素雰囲気でもN2収率が高いNOx浄化能を有するという優れたNOx浄化ができることを見出し、本発明を完成した。 The inventors include a specific metal ion on the pore inner wall of the silica mesoporous material, and platinum is supported on the outer wall of the pore, so that NOx having a high N2 yield even in a high oxygen atmosphere. The present invention has been completed by finding out that it is possible to perform excellent NOx purification having a purification ability.

すなわち、本発明は、以下の要旨とするものである。
(1)シリカメゾ多孔体の細孔内壁に、Al、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Ce、Mg、Fe、又はLaの中から選らばれる1種以上の金属イオンを含み、前記シリカメゾ多孔体の細孔外壁に白金が担持されていることを特徴とする排ガス中のNOx浄化用触媒。
(2)前記金属イオンが、Al、V、Nb、Mo、Ce、Mg、Fe、又はLaの中から選らばれる1種以上であることを特徴とする上記(1)記載の排ガス中のNOx浄化用触媒。
(3)前記金属イオンが、Al、V、Zr、Nb、Mo、Ce、又はMgの中から選らばれる1種以上であることを特徴とする上記(1)記載の排ガス中のNOx浄化用触媒。
(4)前記金属イオンが、Al、V、Nb、Ce、又はMgの中から選らばれる1種以上であることを特徴とする上記(1)記載の排ガス中のNOx浄化用触媒。
(5)上記(1)〜(4)のいずれかに記載の排ガス中のNOx浄化触媒を、金属又はセラミックスハニカム内壁に被覆したことを特徴とする排ガス中のNOx浄化用ハニカム触媒構造体。
That is, the present invention has the following gist.
(1) The silica mesoporous material includes one or more metal ions selected from Al, Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ce, Mg, Fe, or La on the pore inner wall of the silica mesoporous material, A catalyst for purifying NOx in exhaust gas, characterized in that platinum is supported on the outer walls of the pores.
(2) The NOx purification in exhaust gas according to (1), wherein the metal ion is at least one selected from Al, V, Nb, Mo, Ce, Mg, Fe, or La. Catalyst.
(3) The catalyst for purifying NOx in exhaust gas according to (1), wherein the metal ion is one or more selected from Al, V, Zr, Nb, Mo, Ce, or Mg. .
(4) The catalyst for purifying NOx in exhaust gas according to the above (1), wherein the metal ion is at least one selected from Al, V, Nb, Ce, or Mg.
(5) A honeycomb catalyst structure for NOx purification in exhaust gas , characterized in that the NOx purification catalyst in exhaust gas according to any one of (1) to (4) is coated on the inner wall of a metal or ceramic honeycomb.

以上のように、本発明によれば、排ガス中のNOx浄化触媒として、優れた触媒性能を有し、効率よくNOxを浄化できるという顕著な作用効果が得られる。 As described above, according to the present invention, as a NOx purification catalyst in exhaust gas, a remarkable effect is obtained that it has excellent catalytic performance and can efficiently purify NOx .

シリカメゾ多孔体の細孔断面の模式図。The schematic diagram of the pore cross section of a silica meso porous body. 本発明に係る構成のシリカメゾ多孔体の細孔断面の模式図。The schematic diagram of the pore cross section of the silica meso porous body of the structure based on this invention. テンプレートイオン交換法の説明図。Explanatory drawing of a template ion exchange method.

本発明の排ガス中のNOx浄化用触媒は、シリカメゾ多孔体の細孔内壁に、Al、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Ce、Mg、Fe、又はLaの中から選らばれる1種以上の金属イオンを含み、細孔外壁に白金が担持されたものである。このような構成とすることで、高酸素濃度におけるNOx浄化に関し、高いN2収率が得られるものである。ここで、N2収率とは、NOx中のNOxはほぼNO(一酸化窒素)であるとして反応式[1]に基づいて、
2NO → N2 + O2 ・・・・[1]
処理前の排ガス中のNOx中のNO濃度(NO導入量)に対する処理後の排ガス中のNOx中のN2増加濃度(N2生成量)の2倍とする。即ち、次式{1}で表されるものである。
The catalyst for purifying NOx in the exhaust gas of the present invention has at least one kind selected from Al, Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ce, Mg, Fe, or La on the inner wall of the pores of the silica mesoporous material. It contains metal ions and platinum is supported on the pore outer wall. With such a configuration, a high N 2 yield can be obtained for NOx purification at a high oxygen concentration. Here, the N 2 yield is based on the reaction formula [1] assuming that NOx in NOx is almost NO (nitrogen monoxide).
2NO → N 2 + O 2 ... [1]
The N 2 increase concentration (N 2 generation amount) in NOx in the exhaust gas after treatment is twice the NO concentration (NO introduction amount) in NOx in the exhaust gas before treatment. That is, it is represented by the following expression {1}.

Figure 0005177685
Figure 0005177685

よって、単にNOxを浄化(分解)してどの程度NOxを減らすことができるかというこれまでの規制の視点で触媒の能力を判断するのではなく、NOxをN2にまで完全に反応を進行させることができるかという視点で触媒の能力を判断するものである。 Therefore, simply purify NO x (decomposition) and instead of determining the ability of the catalyst from the viewpoint of regulation so far that it can reduce the extent NO x, the complete reaction of the NO x to a N 2 The ability of the catalyst is judged from the viewpoint of whether the catalyst can be advanced.

本発明者らは、シリカメゾ多孔体に単に白金や上記金属イオンを担持した従来と同様の触媒に比べて、上記金属イオンをシリカメゾ多孔体の細孔内壁に配置し、白金を同細孔外壁に担持された構成にすることで、高いN2収率が得られることを見出した。 Compared to a conventional catalyst in which platinum or the above metal ions are simply supported on a silica mesoporous material, the present inventors have arranged the above metal ions on the inner wall of the pore of the silica mesoporous material, and placed the platinum on the outer wall of the same pore. It has been found that a high N 2 yield can be obtained by using a supported structure.

また、上記金属イオンの中で、Al、V、Nb、Mo、Ce、Mg、Fe、又はLaの中から選らばれる1種以上である金属イオンが、シリカメゾ多孔体の細孔内壁に含まれ、同細孔外壁に白金が担持されたものにすることで、優れたN2選択率を得ることことができる。ここで、N2選択率とは、N2収率とN2O収率の合計に対するN2収率とする。即ち、次式{2}で表されるものである。 In addition, among the above metal ions, one or more metal ions selected from Al, V, Nb, Mo, Ce, Mg, Fe, or La are included in the pore inner wall of the silica mesoporous material, By making platinum supported on the outer wall of the same pore, an excellent N 2 selectivity can be obtained. Here, the N 2 selectivity is defined as the N 2 yield relative to the sum of the N 2 yield and the N 2 O yield. That is, it is represented by the following expression {2}.

Figure 0005177685
Figure 0005177685

式{2}中のN2O収率とは、排ガス中のNOxはほぼNO(一酸化窒素)であるとして反応式[2]に基づいて、
2NO → N2O + 1/2O2・・・[2]
処理前の排ガス中のNO濃度(NO導入量)に対する処理後の排ガス中のN2O生成量(N2O濃度)の2倍とする。即ち、次式{3}で表されるものである。
The N 2 O yield in the formula {2} is based on the reaction formula [2] on the assumption that NO x in the exhaust gas is almost NO (nitrogen monoxide).
2NO → N 2 O + 1 / 2O 2 ... [2]
The N 2 O generation amount (N 2 O concentration) in the exhaust gas after the treatment is doubled with respect to the NO concentration (NO introduction amount) in the exhaust gas before the treatment. That is, it is represented by the following expression {3}.

Figure 0005177685
Figure 0005177685

したがって、N2選択率に優れているということは、処理過程で減少したNOxの内、N2まで還元される割合が高いことを意味するものである。 Therefore, being excellent in the N 2 selectivity means that the ratio of reduction to N 2 is high in the NO x decreased in the process.

また、上記金属イオンの中で、Al、V、Zr、Nb、Mo、Ce、又はMgの中からから選らばれる1種以上である金属イオンが、シリカメゾ多孔体の細孔内壁に含まれ、同細孔外壁に白金が担持されたものにすることで、高いNO転化率(NOx転化率)を得ることことができる。ここで、NO転化率とは、N2収率とN2O収率の和であり、NO導入量に対する処理後のNO減少量の割合に相当するものである。即ち、次式{4}で表されるものである。 In addition, among the above metal ions, one or more metal ions selected from Al, V, Zr, Nb, Mo, Ce, or Mg are contained in the pore inner wall of the silica mesoporous material. A high NO conversion rate (NO x conversion rate) can be obtained by making platinum supported on the pore outer walls. Here, the NO conversion rate is the sum of the N 2 yield and the N 2 O yield, and corresponds to the ratio of the NO reduction amount after the treatment to the NO introduction amount. That is, it is represented by the following expression {4}.

Figure 0005177685
Figure 0005177685

したがって、NO転化率が高いことは、多量のNOxを処理できることを意味するものである。 Therefore, a high NO conversion means that a large amount of NO x can be treated.

上述のように、上記金属イオンの中からから選らばれる1種以上である金属イオンが、シリカメゾ多孔体の細孔内壁に含まれ、同細孔外壁に白金が担持されたものにすることで、優れた排ガス中のNOx浄化性能が得られる理由は、明確ではないが、例えば、以下のような理由が考えられる。 As described above, one or more metal ions selected from the above metal ions are included in the pore inner wall of the silica mesoporous material, and platinum is supported on the outer wall of the pore, The reason why the NOx purification performance in the exhaust gas is excellent is not clear, but for example, the following reasons can be considered.

シリカメゾ多孔体の細孔は、細孔径が数nm〜数十nmと非常に小さくなるので、細孔壁を形成しているシリカは、通常のシリカのシロキサン結合角や結合距離とは異なってくる。図1で模式的に示したように、細孔外側では、シロキサン結合角と結合距離が大きくなる傾向にあり、その結果、電子密度が低くなるとともにSiとOの分極δが大きくなる。一方、細孔内側では、シロキサン結合角と結合距離は小さくなる傾向にあり、電子密度が高くなる。シリカメゾ多孔体を利用した触媒設計に関し、これまでは、通常のシリカ表面より電子密度の高くなった(塩基性側にシフトした表面性状)細孔内壁の性質とナノ空間という特殊反応空間を利用するというものであった。NOx浄化触媒では、酸性ガスであるNOxを吸着するという観点から塩基性の固体表面が好ましい。通常のシリカ表面は酸性であるが、前記のようにシリカメゾ多孔体の細孔内壁は塩基性側にシフトしている(酸性が弱まる)ので、高比表面積であるという理由とともに、シリカメゾ多孔体がNOx浄化触媒に利用されている。よって、特許文献3や4では、シリカメゾ多孔体にアニオンを加えてさらに塩基性を高める例が示されている。 The pores of the silica mesoporous material have a very small pore diameter of several nanometers to several tens of nanometers. Therefore, the silica forming the pore walls differs from the usual silica siloxane bond angle and bond distance. . As schematically shown in FIG. 1, outside the pores, the siloxane bond angle and bond distance tend to increase, and as a result, the electron density decreases and the Si and O polarization δ increases. On the other hand, inside the pores, the siloxane bond angle and the bond distance tend to decrease, and the electron density increases. Regarding catalyst design using silica mesoporous materials, the special reaction space of nano-space and the properties of the inner wall of the pore, which has higher electron density than the normal silica surface (surface properties shifted to the basic side), have been used so far. It was that. In the NO x purification catalyst, a basic solid surface is preferable from the viewpoint of adsorbing NO x which is an acidic gas. Although the normal silica surface is acidic, as described above, the inner wall of the pores of the silica mesoporous material is shifted to the basic side (acidity is weakened), so that the silica mesoporous material has a high specific surface area, Used as NO x purification catalyst. Therefore, Patent Documents 3 and 4 show examples in which an anion is added to the silica mesoporous material to further increase the basicity.

しかしながら、本発明の触媒では、主に、シリカメゾ多孔体の細孔外壁で担持した白金とともにNOx浄化反応が起こっているものと考える。すなわち、メゾ細孔の外側は、上述のように、シロキサン結合角と結合距離が大きくなって電子密度が低くなっているが、SiとOのそれぞれの分極が大きくなり、Siでは正の分極(δ+)が大きくなり、Oでは負の分極(δ-)が大きくなっている。更に、図2に示したように、本発明に係る上記金属イオン(Mn+)が細孔内壁に存在すると、細孔内壁のシロキサン結合の電子が金属イオン側に引き寄せられる(金属イオンによる電子吸引)。シリカメゾ多孔体では細孔壁厚が薄いので、細孔内壁のシロキサン結合の電子が金属イオンによって引き寄せられると、細孔壁のシロキサン結合を経由して細孔外側のシロキサン結合の分極まで影響される。つまり、SiとOの分極δがより大きくなり、Oでは負の分極が更に大きくなって塩基点として作用し、酸性ガスであるNOxが吸着しやすくなる。吸着したNOxは、細孔外壁に担持されている白金のもとでN-O結合が解離し、還元分解される。また、シロキサン結合の分極がより大きくなると、Siでは正の分極が更に大きくなって酸点として作用する。酸点では、還元剤である炭化水素が活性化されるので、N-O結合が解離して生成するOを効率よく除去できることになる。以上のように、本発明の構成によって、NOx浄化が効率よく起こっているものと推測される。本発明に係る金属イオンの中でも、価数が4以上の大きな金属イオンで前記作用が顕著になり、高いNO転化率を有する触媒とすることができると考える。 However, in the catalyst of the present invention, it is considered that the NO x purification reaction occurs mainly with the platinum supported on the pore outer wall of the silica mesoporous material. That is, outside the mesopores, as described above, the siloxane bond angle and bond distance are increased and the electron density is decreased, but the polarization of each of Si and O is increased, and in Si, positive polarization ( (δ +) increases, and in O, negative polarization (δ−) increases. Further, as shown in FIG. 2, when the metal ion (M n + ) according to the present invention is present on the inner wall of the pore, the siloxane bond electrons on the inner wall of the pore are attracted to the metal ion side (electron attraction by the metal ion). ). Since the pore wall thickness is thin in the silica mesoporous material, when the electrons of the siloxane bond on the inner wall of the pore are attracted by the metal ions, the polarization of the siloxane bond outside the pore is affected through the siloxane bond on the pore wall. That is, the polarization δ of Si and O becomes larger, and in O, the negative polarization becomes larger and acts as a base point, so that NO x that is an acid gas is easily adsorbed. The adsorbed NO x is reductively decomposed by the dissociation of NO bonds under platinum supported on the outer wall of the pore. Further, when the polarization of the siloxane bond is further increased, the positive polarization is further increased in Si and acts as an acid point. At the acid point, the hydrocarbon as the reducing agent is activated, so that O generated by dissociation of NO bonds can be efficiently removed. As described above, it is presumed that NO x purification occurs efficiently by the configuration of the present invention. Among the metal ions according to the present invention, a large metal ion having a valence of 4 or more makes the above effect remarkable, and it is considered that a catalyst having a high NO conversion rate can be obtained.

したがって、上記金属イオンの中で、Al、V、Nb、Ce、又はMgの中から選らばれる1種以上である金属イオンが、シリカメゾ多孔体の細孔内壁に含まれ、同細孔外壁に白金が担持されたものにすることで、N2収率がより高くなり、より優れた排ガス中のNOx浄化性能が得られるものである。 Accordingly, among the above metal ions, one or more metal ions selected from Al, V, Nb, Ce, or Mg are contained in the pore inner wall of the silica mesoporous material, and platinum is present in the pore outer wall. By supporting the catalyst, the N 2 yield is further increased, and the NOx purification performance in the exhaust gas can be improved.

本発明の触媒で、白金が使用されるのは、パラジウムやロジウム等の他の貴金属に比べて、NOxが分解して生ずる酸素を解離して金属表面を再生しやすいからである。白金のシンタリング抑制等の目的で、本発明の効果を損なわせない範囲で、パラジウム等を添加してもよい。シリカメゾ多孔体に担持される白金の担持量は、特に限定されないが、処理ガス量や触媒コンバータ体積等の触媒の使用される条件に合わせて、適宜決ればよい。例えば、白金担持量が少なければ、触媒量を多く使用すれば十分なNOx浄化ができるし、白金担持量を多くすれば、触媒量を少なくでき触媒コンバータの体積を小さくできる。通常、白金担持量は、0.2mass%〜20mass%とされる場合が多い。白金担持量が0.2mass%未満では、白金量が少なすぎて大量の触媒を必要とする場合があるからである。白金担持量が20mass%を超えると、白金担持量を増やしても処理効率が大きく上がらず経済的でない場合がある。白金担持量の特に好ましい範囲は、効率と経済性の観点から、0.5mass%〜5mass%である。また、前記条件を満たせば、本発明の効果を損なわない範囲で、白金がシリカメゾ多孔体の細孔内部に存在していても構わない。 The reason why platinum is used in the catalyst of the present invention is that, compared with other noble metals such as palladium and rhodium, oxygen generated by decomposition of NO x is dissociated to easily regenerate the metal surface. For the purpose of suppressing platinum sintering, palladium or the like may be added as long as the effects of the present invention are not impaired. The amount of platinum supported on the silica mesoporous material is not particularly limited, but may be appropriately determined according to the conditions under which the catalyst is used, such as the amount of processing gas and the volume of the catalytic converter. For example, if the amount of platinum supported is small, sufficient NOx purification can be achieved if a large amount of catalyst is used, and if the amount of platinum supported is large, the amount of catalyst can be reduced and the volume of the catalytic converter can be reduced. Usually, the platinum loading is often 0.2 mass% to 20 mass%. This is because if the amount of platinum supported is less than 0.2 mass%, the amount of platinum is too small and a large amount of catalyst may be required. If the amount of platinum supported exceeds 20 mass%, the treatment efficiency may not be greatly increased even if the amount of platinum supported is increased, which may not be economical. A particularly preferable range of the amount of platinum supported is 0.5 mass% to 5 mass% from the viewpoint of efficiency and economy. Moreover, if the said conditions are satisfy | filled, platinum may exist in the inside of the pore of a silica meso porous body in the range which does not impair the effect of this invention.

本発明に係る上記金属イオンMの量は、本発明の上記作用が得られるものであればよいが、好ましくは、Si/Mモル比で5〜500である。Si/Mモル比が5未満では、メゾ多孔体を構成するシリカの量に対して金属イオンが多くなり過ぎて、細孔中から溢れる金属イオンが出てくる場合がある。Si/Mモル比が500を超えると、シリカメゾ多孔体の細孔内壁の金属イオンが少な過ぎて、上述の作用が十分起こらない場合がある。Si/Mモル比のより好ましい範囲は、効率的に金属イオンによる触媒性能向上効果を得るという観点から、10〜50である。   The amount of the metal ion M according to the present invention is not particularly limited as long as the above-described action of the present invention is obtained, but is preferably 5 to 500 in terms of Si / M molar ratio. When the Si / M molar ratio is less than 5, the metal ions may increase excessively with respect to the amount of silica constituting the mesoporous material, and metal ions overflowing from the pores may come out. If the Si / M molar ratio exceeds 500, the metal ion on the inner wall of the pores of the silica mesoporous material is too small, and the above-described action may not occur sufficiently. A more preferable range of the Si / M molar ratio is 10 to 50 from the viewpoint of efficiently obtaining the catalyst performance improvement effect by metal ions.

本発明のシリカメゾ多孔体(メソポーラスシリカ)とは、IUPACによるメゾ細孔を有するシリカ(SiO2)の多孔体である。即ち、細孔直径が2〜50nmの細孔を有するシリカ多孔体である。 The silica mesoporous material (mesoporous silica) of the present invention is a porous material of silica (SiO 2 ) having mesopores by IUPAC. That is, it is a silica porous body having pores having a pore diameter of 2 to 50 nm.

シリカメゾ多孔体の合成法は特に限定しないが、例えば、界面活性剤とシリカ前駆体を原料として合成する公知の方法を使用することができる。前記界面活性剤は、従来のシリカメゾ多孔体の作製に使用されているミセル形成の界面活性剤、例えば、長鎖の4級アンモニウム塩、長鎖のアルキルアミンN-オキシド、長鎖のスルフホン酸塩、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル等のいずれであってもよい。具体的な例としては、CH3(CH2)nN(CH3)3・X (nは7〜21の整数、Xはハロゲンイオン)で表されるハロゲン化アルキルトリメチルアンモニウム系陽イオン界面活性剤である、n-オクチルトリメチルアンモニウムブロミド、n-デシルトリメチルアンモニウムブロミド、n-ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、n-テトラデシルトリメチルアンモニウムブロミド、n-オクタデシルトリメチルアンモニウムブロミド等が挙げられる。 The method for synthesizing the silica mesoporous material is not particularly limited. For example, a known method for synthesizing a surfactant and a silica precursor as raw materials can be used. The surfactant is a micelle-forming surfactant used in the preparation of conventional silica mesoporous materials, such as a long-chain quaternary ammonium salt, a long-chain alkylamine N-oxide, and a long-chain sulfonate. , Polyethylene glycol alkyl ether, polyethylene glycol fatty acid ester and the like. As a specific example, alkyltrimethylammonium halide cationic surface activity represented by CH 3 (CH 2 ) n N (CH 3 ) 3 .X (n is an integer of 7 to 21, X is a halogen ion) Examples thereof include n-octyltrimethylammonium bromide, n-decyltrimethylammonium bromide, n-dodecyltrimethylammonium bromide, n-tetradecyltrimethylammonium bromide, and n-octadecyltrimethylammonium bromide.

シリカ前駆体の種類としては、コロイダルシリカ、シリカゲル、ケイ酸ナトリウムやケイ酸カリウム等のケイ酸アルカリ、テトラメチルオルソシリケートやテトラエチルオルソシリケート等のシリコンのアルコキシド、前記シリコンのアルコキシドのオリゴマーを、単独または混合して使用することができる。   Types of silica precursors include colloidal silica, silica gel, alkali silicates such as sodium silicate and potassium silicate, silicon alkoxides such as tetramethyl orthosilicate and tetraethyl orthosilicate, oligomers of the above silicon alkoxides, alone or Can be used as a mixture.

シリカメゾ多孔体の比表面積は特別な事情がない限り高ければ高いほどよい。本発明に好適に用いることのできるシリカメゾ多孔体の比表面積は100〜1400m2/gであり、好ましくは200〜1200m2/g、さらに好ましくは400〜1200m2/gである。比表面積が100m2/g未満では、白金の担持分散性が小さくなり、十分な触媒性能が得られない場合がある。比表面積が1400m2/gを越えると多孔体材料強度が不十分になる場合がある。本発明における比表面積とは、アルゴンや窒素のガスの物理吸着を利用してBET式から求められる物質1g当たりの表面積のことである。 The specific surface area of the silica mesoporous material is preferably as high as possible unless there are special circumstances. The specific surface area of the silica mesoporous material that can be suitably used in the present invention is 100 to 1400 m 2 / g, preferably 200 to 1200 m 2 / g, and more preferably 400 to 1200 m 2 / g. When the specific surface area is less than 100 m 2 / g, platinum dispersibility becomes small, and sufficient catalyst performance may not be obtained. If the specific surface area exceeds 1400 m 2 / g, the porous material strength may be insufficient. The specific surface area in the present invention is a surface area per 1 g of a substance obtained from the BET equation using physical adsorption of argon or nitrogen gas.

本発明のシリカメゾ多孔体として、前記細孔が六方晶構造や立方晶構造に規則的配列している(規則性)シリカメゾ多孔体が好適に使用できる。例えば、「MCM(Mobil Catalytic Material−41)」と呼ばれるタイプの六方構造に規則配列した貫通型細孔を有するシリカメゾ多孔体である。MCM-41シリカメゾ多孔体では、通常、細孔直径(開口径)が2〜10nmである。   As the silica mesoporous material of the present invention, a silica mesoporous material in which the pores are regularly arranged in a hexagonal structure or a cubic structure (regularity) can be preferably used. For example, a silica mesoporous material having through-type pores regularly arranged in a hexagonal structure of a type called “MCM (Mobil Catalytic Material-41)”. In the MCM-41 silica mesoporous material, the pore diameter (opening diameter) is usually 2 to 10 nm.

本発明の排ガス中のNOx浄化用触媒では、上述のように、前記シリカメゾ多孔体の細孔内壁に、Al、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Ce、Mg、Fe、又はLaの中から選らばれる1種以上の金属イオンを含むものである。前記金属イオンをシリカメゾ多孔体の細孔内壁に含ませるには、図3に模式的に示したように、シリカメゾ多孔体の製造過程にテンプレートイオン交換法で行う。具体的には、次のようにする。シリカ前駆体、界面活性剤、及び溶媒が含まれる溶液中で、界面活性剤がミセルを形成させ、界面活性剤のミセル構造をテンプレートとしてシリカ前駆体がメゾ多孔体構造をとる。通常のシリカメゾ多孔体は、前記界面活性剤を含むメゾ多孔体構造を焼成して界面活性剤を除くことにより得られるのであるが、本発明では、前記界面活性剤を含むメゾ多孔体構造に上記金属イオンを添加して界面活性剤(テンプレート)とイオン交換させる。イオン交換させた後に焼成することで、細孔内壁に上記金属イオンを含むシリカメゾ多孔体を得ることができる。 In the catalyst for purifying NOx in the exhaust gas of the present invention, as described above, the inner wall of the pores of the silica meso porous body is selected from Al, Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ce, Mg, Fe, or La. It contains one or more selected metal ions. In order to include the metal ions in the pore inner walls of the silica mesoporous material, a template ion exchange method is used in the production process of the silica mesoporous material, as schematically shown in FIG. Specifically: In a solution containing a silica precursor, a surfactant, and a solvent, the surfactant forms micelles, and the silica precursor takes a mesoporous structure using the micelle structure of the surfactant as a template. A normal silica mesoporous material is obtained by firing a mesoporous structure containing the surfactant and removing the surfactant. In the present invention, the mesoporous structure containing the surfactant is added to the mesoporous structure. Metal ions are added to exchange ions with the surfactant (template). By firing after ion exchange, a silica mesoporous material containing the metal ions on the pore inner walls can be obtained.

上記金属イオンとして添加する原料には、金属イオンの無機酸塩、有機酸塩、金属オキソ酸塩、又は金属錯体が使用できる。例えば、硝酸塩、酢酸塩、塩化物、臭化物、硫酸塩、水酸化物、シュウ酸塩、アンモニウム塩等が挙げられる。これらの原料を単独または2以上を混合して使用することができる。   As a raw material to be added as the metal ion, an inorganic acid salt, an organic acid salt, a metal oxo acid salt, or a metal complex of a metal ion can be used. For example, nitrate, acetate, chloride, bromide, sulfate, hydroxide, oxalate, ammonium salt and the like can be mentioned. These raw materials can be used alone or in admixture of two or more.

前記溶媒として、通常、水、アルコール類、ジオールの1種以上が用いられるが、水系溶媒が好ましい。   As the solvent, one or more of water, alcohols, and diols are usually used, and an aqueous solvent is preferable.

細孔内壁に上記金属イオンを含むシリカメゾ多孔体の作製手順は、例えば、以下のようにする。   The procedure for producing the silica mesoporous material containing the metal ions on the pore inner walls is, for example, as follows.

まず、界面活性剤と溶媒を含む溶液を調製する。一方、シリカ前駆体と溶媒を含む溶液を調製し、前記溶液に、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機アルカリを溶解したアルカリ溶液を加える。なお、このアルカリ溶液の代わりに、塩酸、硫酸、硝酸などの無機酸、クエン酸などの有機酸を用い、pHを1〜4に調整した酸溶液を用いることもできる。また、溶液中のシリカ源の濃度は、特に限定されるものではないが、通常0.1〜3モル/Lが好ましく、0.4〜1.5モル/Lがより好ましい。   First, a solution containing a surfactant and a solvent is prepared. On the other hand, a solution containing a silica precursor and a solvent is prepared, and an alkali solution in which an inorganic alkali such as sodium hydroxide or potassium hydroxide is dissolved is added to the solution. Instead of the alkaline solution, an acid solution having an inorganic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid, an organic acid such as citric acid, and the pH adjusted to 1 to 4 can be used. The concentration of the silica source in the solution is not particularly limited, but is usually preferably 0.1 to 3 mol / L, more preferably 0.4 to 1.5 mol / L.

更に、前記両溶液の混合して、常温(20℃)〜60℃で1時間〜50時間攪拌する。ここで、界面活性剤は、シリカ(SiO2)1モルに対して、通常2.0〜6.0モル、好ましくは2.5〜4.0モルである。 Further, the two solutions are mixed and stirred at room temperature (20 ° C.) to 60 ° C. for 1 hour to 50 hours. Here, the surfactant is usually 2.0 to 6.0 mol, preferably 2.5 to 4.0 mol, with respect to 1 mol of silica (SiO 2 ).

攪拌した後、加熱処理して構造の規則性を向上させる。具体的な加熱条件としては、前記混合液を80〜160℃、好ましくは100〜150℃で、30〜60時間、好ましくは40〜50時間、水熱処理を行う。この水熱処理で、メゾ多孔体構造の沈殿核が形成される。   After stirring, heat treatment is performed to improve the regularity of the structure. As specific heating conditions, the mixed liquid is subjected to hydrothermal treatment at 80 to 160 ° C., preferably 100 to 150 ° C., for 30 to 60 hours, preferably 40 to 50 hours. Precipitation nuclei having a mesoporous structure are formed by this hydrothermal treatment.

次いで、沈殿生成物を濾別し、水洗後、常温から150℃の範囲にて乾燥する。   Next, the precipitated product is filtered off, washed with water, and dried in the range of room temperature to 150 ° C.

該乾燥物を溶媒に分散して懸濁液とし、前記懸濁液に、上記金属イオンの原料を溶媒に溶解した溶液に加え、0.5〜5時間攪拌した後、常温〜95℃の間で1〜48時間静置する。これにより、メゾ多孔体構造の細孔内にある界面活性剤と金属イオンがイオン交換する。イオン交換させる量は、溶液中の金属イオン量、濃度、放置する温度と時間を調整することで可変できる。イオン交換量が飽和に達するまでは、金属イオン量が多いほど、金属イオン濃度が高いほど金属イオン交換量が多くなる。また、放置する温度が高いほど、放置する時間が長いほど、金属イオン交換量が多くなる。金属イオン交換量は、溶液中に残存する金属イオンを分析することで算出できる。   The dried product is dispersed in a solvent to form a suspension, and the suspension is added to a solution obtained by dissolving the above metal ion raw material in a solvent, and stirred for 0.5 to 5 hours. Leave for 1 to 48 hours. Thereby, the surfactant and metal ions in the pores of the mesoporous structure are ion-exchanged. The amount of ion exchange can be varied by adjusting the amount of metal ions in the solution, the concentration, and the temperature and time of standing. Until the amount of ion exchange reaches saturation, the amount of metal ion exchange increases as the amount of metal ions increases and the concentration of metal ions increases. In addition, the higher the temperature to be left and the longer the time to be left, the greater the amount of metal ion exchange. The amount of metal ion exchange can be calculated by analyzing the metal ions remaining in the solution.

さらに、前記処理後の固形物を濾別して洗浄した後、残存している界面活性剤を除去する。界面活性剤の除去は、高温で熱分解(燃焼)することによって行うことができる。残存する界面活性剤の燃焼によって除去する場合には、酸素が存在する雰囲気下で加熱処理を施すことが好ましい。   Further, the solid material after the treatment is separated by filtration and washed, and then the remaining surfactant is removed. The surfactant can be removed by thermal decomposition (combustion) at a high temperature. When the remaining surfactant is removed by combustion, it is preferable to perform a heat treatment in an atmosphere in which oxygen is present.

加熱処理温度は、界面活性剤が除去できる限り、特に限定されるものではないが、好ましくは200〜800℃で、より好ましくは300〜600℃で行われる。加熱処理温度が200℃以上であると、界面活性剤の燃焼が促進されて除去しやすくなる。加熱処理温度が300℃以上であると、この効果がより顕著になる。加熱処理温度が800℃以下であると、細孔壁を構成しているシリカの崩壊を防ぐことができる。加熱処理温度が600℃以下であると、この効果がより顕著になる。   Although heat processing temperature is not specifically limited as long as surfactant can be removed, Preferably it is 200-800 degreeC, More preferably, it is performed at 300-600 degreeC. When the heat treatment temperature is 200 ° C. or higher, the combustion of the surfactant is promoted to facilitate removal. This effect becomes more remarkable when the heat treatment temperature is 300 ° C. or higher. When the heat treatment temperature is 800 ° C. or lower, the silica constituting the pore walls can be prevented from collapsing. This effect becomes more remarkable when the heat treatment temperature is 600 ° C. or lower.

加熱処理時間は、界面活性剤が除去できる限り、特に限定されるものではないが、通常、4〜20時間程度、好ましくは4〜10時間程度である。酸素が存在する雰囲気であればよいが、空気中(21%酸素)〜酸素中(純度95%以上)の間で行うのが好ましい。   The heat treatment time is not particularly limited as long as the surfactant can be removed, but is usually about 4 to 20 hours, preferably about 4 to 10 hours. Any atmosphere in which oxygen is present may be used, but it is preferably performed in air (21% oxygen) to oxygen (purity 95% or more).

上述のようにして得られたシリカメゾ多孔体は、化学分析法、ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析法等で金属イオンを分析して含有量を決定できる。また、シリカメゾ多孔体の孔は、TEM(透過型電子顕微鏡)で観察でき、TEM像とXRD(X線回折法)により、細孔の規則性を判断できる。また、細孔内壁に存在する金属イオンは、STEM(走査透過電子顕微鏡)によって確認できる。後述の実施例における金属イオンの存在は、STEMによって確認している。   The content of the silica mesoporous material obtained as described above can be determined by analyzing metal ions by chemical analysis, ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis, or the like. In addition, the pores of the silica mesoporous material can be observed with a TEM (transmission electron microscope), and the regularity of the pores can be determined by a TEM image and XRD (X-ray diffraction method). Moreover, the metal ion which exists in the pore inner wall can be confirmed by STEM (scanning transmission electron microscope). The presence of metal ions in the examples described later has been confirmed by STEM.

金属イオンを細孔内壁に含むシリカメゾ多孔体に白金の前駆体を用いて含浸処理することで、白金を細孔外壁に担持した本発明の排ガス中のNOx浄化用触媒を作製できる。白金の前駆体としては、例えば、H2PtCl4、(NH4)2PtCl4、H2PtCl6、(NH4)2PtCl6、Pt(NH3)4(NO3)2、Pt(NH3)4(OH)2、PtCl4、白金のアセチルアセトナート、Ptコロイド等を用いることができる。前記含浸処理は、前記シリカメゾ多孔体を溶媒に分散して懸濁液を調製する。一方、白金の前駆体を溶媒に溶解した溶液を調製する。前記懸濁液に、白金前駆体の溶液を加え、常温〜95℃で攪拌する。その後、溶媒を蒸発除去する。残った固形分を300〜800℃で熱処理することで白金を担持することができ、本発明のNOx浄化用触媒とすることができる。前記熱処理は、空気中、不活性雰囲気中、又は還元雰囲気中で行う。 By impregnating a silica mesoporous material containing metal ions in the pore inner wall with a platinum precursor, the catalyst for purifying NOx in the exhaust gas of the present invention in which platinum is supported on the outer wall of the pore can be produced. Examples of platinum precursors include H 2 PtCl 4 , (NH 4 ) 2 PtCl 4 , H 2 PtCl 6 , (NH 4 ) 2 PtCl 6 , Pt (NH 3 ) 4 (NO 3 ) 2 , Pt (NH 3 ) 4 (OH) 2 , PtCl 4 , platinum acetylacetonate, Pt colloid, and the like can be used. In the impregnation treatment, the silica mesoporous material is dispersed in a solvent to prepare a suspension. On the other hand, a solution in which a platinum precursor is dissolved in a solvent is prepared. A platinum precursor solution is added to the suspension and stirred at room temperature to 95 ° C. Thereafter, the solvent is removed by evaporation. The remaining solid content is heat-treated at 300 to 800 ° C., whereby platinum can be supported, and the NOx purification catalyst of the present invention can be obtained. The heat treatment is performed in air, in an inert atmosphere, or in a reducing atmosphere.

前記溶媒として、通常、水、アルコール類、ジオールの1種以上が用いられるが、水又はアルコール系溶媒が好ましい。   As the solvent, one or more of water, alcohols, and diols are usually used, and water or alcohol solvents are preferable.

本発明の排ガス中のNOx浄化用触媒は、金属又はセラミックスハニカム内壁に被覆してNOx浄化用ハニカム触媒構造体にすることができる。前記ハニカム内壁に被覆する方法としては、例えば、ウォッシュコートで行うことができる。本発明で使用できるセラミックスハニカムは、特に限定されないが、例えば、コージエライトハニカム、炭化珪素ハニカム等が挙げられる。また、本発明で使用できる金属ハニカムも、特に限定されないが、例えば、ステンレスハニカムやAl富化ステンレスハニカム等が挙げられる。 The NOx purification catalyst in the exhaust gas of the present invention can be coated on the inner wall of a metal or ceramic honeycomb to form a NOx purification honeycomb catalyst structure. As a method for coating the inner wall of the honeycomb, for example, wash coating can be performed. The ceramic honeycomb that can be used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a cordierite honeycomb and a silicon carbide honeycomb. The metal honeycomb that can be used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a stainless steel honeycomb and an Al-enriched stainless steel honeycomb.

本発明の排ガス中のNOx浄化用触媒をハニカムにウォッシュコートする場合には、まず、触媒及び結合材等が分散するスラリーを調製し、その中にハニカムを浸漬する。結合剤としては、例えば、硝酸アルミニウム、コロイダルアルミナ、有機バインダー等が挙げられる。次いで、ハニカム表面の余剰スラリーを吹き飛ばす等の方法で取り除き、乾燥した後、500〜800℃の温度で大気中数時間熱処理する。尚、前記スラリーがハニカム内壁にのみ塗布されるよう、ハニカムを装着する治具を工夫して、前記スラリーを吸い上げることも可能である。 When the NOx purification catalyst in the exhaust gas of the present invention is wash-coated on the honeycomb, first, a slurry in which the catalyst, the binder and the like are dispersed is prepared, and the honeycomb is immersed in the slurry. Examples of the binder include aluminum nitrate, colloidal alumina, and an organic binder. Next, excess slurry on the honeycomb surface is removed by a method such as blowing off, and after drying, heat treatment is performed at a temperature of 500 to 800 ° C. in the atmosphere for several hours. It is also possible to suck up the slurry by devising a jig for mounting the honeycomb so that the slurry is applied only to the inner wall of the honeycomb.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
225.00gのn-ドデシルトリメチルアンモニウムブロミドC12H25N(CH3)Br(界面活性剤)と644.94gのイオン交換水を40℃で均一な溶液となるまで攪拌した。前記溶液に、11.6gの水酸化ナトリウムを126.30gのイオン交換水に溶解した溶液と、306.32gのコロイダルシリカ(日産化学社製、スノーテックス20、SiO2:20mass%、粒子径10〜20nm)とを加え、混合溶液を2時間攪拌した。前記混合溶液をオートクレーブで、140℃で48時間水熱処理した。水熱処理後、内容物の固形分をろ過し、更に、イオン交換水で洗浄及び80℃で乾燥した。乾燥後に得られた固形部分は、87.15gであった。
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
Example 1
225.00 g of n-dodecyltrimethylammonium bromide C 12 H 25 N (CH 3 ) Br (surfactant) and 644.94 g of ion-exchanged water were stirred at 40 ° C. until a uniform solution was obtained. A solution prepared by dissolving 11.6 g of sodium hydroxide in 126.30 g of ion-exchanged water and 306.32 g of colloidal silica (manufactured by Nissan Chemical Co., Snowtex 20, SiO 2 : 20 mass%, particle size 10 ˜20 nm) and the mixture was stirred for 2 hours. The mixed solution was hydrothermally treated at 140 ° C. for 48 hours in an autoclave. After hydrothermal treatment, the solid content of the contents was filtered, washed with ion-exchanged water, and dried at 80 ° C. The solid part obtained after drying was 87.15 g.

このようにして得られた固形分(粉末)を、CuKαのX線源の粉末X線回折装置で測定したところ、回折パターンの2θ=2.54度(100)、4.40度(110)、及び5.05度(200)に、メゾ細孔構造による回折ピークが認められ、シリカメゾ多孔体が形成されていることが確認された。   The solid content (powder) thus obtained was measured with a powder X-ray diffractometer of CuKα X-ray source. The diffraction pattern 2θ = 2.54 degrees (100), 4.40 degrees (110). At 5.05 degrees (200), a diffraction peak due to the mesopore structure was observed, confirming the formation of a silica mesoporous material.

前記固形分粉末は、乾燥した状態であるので、テンプレートである界面活性剤が細孔内に残っている。前記固形分粉末20gを30倍質量のイオン交換水に分散させ、攪拌しながら2N塩酸を加え、懸濁液のpHを6.5±0.5に調整した。常温で1時間攪拌後、80℃の水浴中で20時間放置した。その後、ろ過及びイオン交換水にて洗浄した(pHスイング)。前記固形分粉末を、空気中、600℃で6時間焼成した。焼成後の粉末を、窒素吸着法によって細孔径を求めたところ、平均2.24nm(BET比表面積:979m2/g)であった。 Since the solid content powder is in a dry state, the surfactant as a template remains in the pores. 20 g of the solid powder was dispersed in 30 times mass of ion-exchanged water, and 2N hydrochloric acid was added with stirring to adjust the pH of the suspension to 6.5 ± 0.5. After stirring at room temperature for 1 hour, it was left in a water bath at 80 ° C. for 20 hours. Then, it washed with filtration and ion-exchange water (pH swing). The solid powder was fired in air at 600 ° C. for 6 hours. When the pore diameter of the baked powder was determined by a nitrogen adsorption method, the average was 2.24 nm (BET specific surface area: 979 m 2 / g).

前記未焼成の粉末(乾燥粉末)1gに対し10mLのイオン交換水を加え攪拌し、懸濁させた。所定量の金属塩を10mLのイオン交換水に溶解して金属イオンの水溶液を調製した。前記懸濁液を攪拌しながら、前記金属イオンの水溶液を加え、常温で1時間攪拌した。攪拌後の該容器を、80℃に設定した水浴中に浸し、20時間保持した。その後、溶液を吸引ろ過して固体粉末を分離し、イオン交換水で洗浄及び80℃で乾燥した。乾燥後の固体粉末を、空気中、1℃/minで昇温し、600℃で6時間焼成した。このようにして、各種金属イオンを細孔内壁に含まれるシリカメゾ多孔体をそれぞれ調製した。
ここで、各金属塩は、硝酸塩(Al(NO3)2・6H2O、ZrO(NO3)2・2H2O、Ce(NO2)3・6H2O、Mg(NO3)2・6H2O、Fe(NO3)2・9H2O、Ni(NO3)2・6H2O、Cu(NO3)2・3H2O、Co(NO3)2・6H2O、La(NO3)3・6H2O、Cr(NO3)3・9H2O)、硫酸塩(VOSO4・nH2O)、シュウ酸塩((NH4)2TiO(C2O4)2・2H2O)、酢酸塩(Mn(CH3COO)2・4H2O)使用した。
To 1 g of the unfired powder (dry powder), 10 mL of ion-exchanged water was added, stirred and suspended. A predetermined amount of metal salt was dissolved in 10 mL of ion exchange water to prepare an aqueous solution of metal ions. While stirring the suspension, an aqueous solution of the metal ions was added and stirred at room temperature for 1 hour. The container after stirring was immersed in a water bath set at 80 ° C. and held for 20 hours. Thereafter, the solution was suction filtered to separate a solid powder, washed with ion-exchanged water and dried at 80 ° C. The solid powder after drying was heated in air at 1 ° C./min and calcined at 600 ° C. for 6 hours. In this manner, silica mesoporous materials containing various metal ions in the pore inner walls were prepared.
Here, each metal salt is nitrate (Al (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, ZrO (NO 3 ) 2 · 2H 2 O, Ce (NO 2 ) 3 · 6H 2 O, Mg (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, Fe (NO 3 ) 2・ 9H 2 O, Ni (NO 3 ) 2・ 6H 2 O, Cu (NO 3 ) 2・ 3H 2 O, Co (NO 3 ) 2・ 6H 2 O, La ( NO 3 ) 3・ 6H 2 O, Cr (NO 3 ) 3・ 9H 2 O), Sulfate (VOSO 4・ nH 2 O), Oxalate ((NH 4 ) 2 TiO (C 2 O 4 ) 2・2H 2 O) and acetate (Mn (CH 3 COO) 2 · 4H 2 O) were used.

NH4NbO(C2O4)2・xH2Oシュウ酸塩、(NH4)6Mo7O24・4H2Oアンモニウム塩、WCl6塩化物の各金属塩については、溶液中でアニオンであるので、上記600℃で6時間焼成して得られたシリカメゾ多孔体を使用して金属イオンを細孔内に含ませた。前記シリカメゾ多孔体1.5gに対し30mLのイオン交換水を加え攪拌し、懸濁させた。所定量の金属塩を15mLのイオン交換水に溶解して金属イオンの水溶液を調製した。前記懸濁液を攪拌しながら、室温で前記金属イオンの水溶液を加えた。その後、80℃で2時間攪拌後、同温度で攪拌しながら蒸発乾固させた。その後、80℃で12時間乾燥し、空気中、1℃/minで昇温し、600℃で6時間焼成した。前記WCl6の場合については、WCl6が水に不溶であるため、イオン交換水の代わりに溶媒としてエタノールを使用した。溶液中でアニオンとなる金属種については、このようにして金属イオンを細孔内壁に含まれるシリカメゾ多孔体を調製した。 NH 4 NbO (C 2 O 4 ) 2 · xH 2 O oxalate, (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 · 4H 2 O ammonium salt, WCl 6 chloride metal salts are anions in solution. Therefore, a metal ion was included in the pores using the silica mesoporous material obtained by firing at 600 ° C. for 6 hours. 30 mL of ion exchange water was added to 1.5 g of the silica mesoporous material, and the mixture was stirred and suspended. A predetermined amount of metal salt was dissolved in 15 mL of ion exchange water to prepare an aqueous solution of metal ions. While stirring the suspension, an aqueous solution of the metal ions was added at room temperature. Thereafter, the mixture was stirred at 80 ° C. for 2 hours and then evaporated to dryness while stirring at the same temperature. Then, it dried at 80 degreeC for 12 hours, heated up at 1 degree-C / min in the air, and baked at 600 degreeC for 6 hours. For the case of the WCl 6, because WCl 6 is insoluble in water, ethanol was used as solvent instead of ion-exchanged water. With respect to the metal species that become anions in the solution, a silica mesoporous material containing metal ions in the pore inner walls was prepared in this way.

また、比較例として、Ce(NO2)3・6H2Oを使用して、上記600℃で6時間焼成して得られたシリカメゾ多孔体を使用して、前記と同様に処理した。この場合、セリウムは、水溶液中ではカチオンであって、置換できる界面活性剤がシリカメゾ多孔体の細孔内に無いので、細孔外にセリウムが存在したシリカメゾ多孔体が調製できる。 Further, as a comparative example, Ce (NO 2 ) 3 · 6H 2 O was used, and a silica mesoporous material obtained by firing at 600 ° C. for 6 hours was used in the same manner as described above. In this case, cerium is a cation in an aqueous solution, and since there is no replaceable surfactant in the pores of the silica mesoporous material, a silica mesoporous material in which cerium is present outside the pores can be prepared.

シリカメゾ多孔体に含まれる金属イオンは、ICPで分析し、Si/Mモル比を算出した。   The metal ions contained in the silica mesoporous material were analyzed by ICP, and the Si / M molar ratio was calculated.

前記金属イオンを含む焼成後のシリカメゾ多孔体、及び、上記金属イオンを含まない焼成後のシリカメゾ多孔体に、Ptを含浸法で担持した。含浸法に用いたPt原料は、塩化白金酸H2PtCl6・6H2Oである。塩化白金酸1gをイオン交換水100gに溶解した。一方、上記各シリカメゾ多孔体粉末1.5gをイオン交換水30mLに加えて攪拌し、懸濁させた。該懸濁液を攪拌しながら、前記塩化白金酸水溶液を室温で添加し、更に、80℃で2時間攪拌した。ここで、塩化白金酸とシリカメゾ多孔体粉末との割合は、Pt担持量で2mass%となるようにした。その後、前記溶液を、同温で攪拌しなら蒸発乾固させた。得られた粉末を、空気中、1℃/minで昇温し、600℃で6時間焼成し、触媒粉末を作製した。 Pt was supported by an impregnation method on the fired silica mesoporous material containing the metal ions and the fired silica mesoporous material not containing the metal ions. The Pt raw material used in the impregnation method is chloroplatinic acid H 2 PtCl 6 · 6H 2 O. 1 g of chloroplatinic acid was dissolved in 100 g of ion-exchanged water. On the other hand, 1.5 g of each silica mesoporous material powder was added to 30 mL of ion-exchanged water, stirred and suspended. While stirring the suspension, the chloroplatinic acid aqueous solution was added at room temperature, and further stirred at 80 ° C. for 2 hours. Here, the ratio of chloroplatinic acid and silica mesoporous material powder was set to 2 mass% in terms of the amount of Pt supported. The solution was then evaporated to dryness if stirred at the same temperature. The obtained powder was heated in air at 1 ° C./min and calcined at 600 ° C. for 6 hours to prepare a catalyst powder.

上述のようにして作製した触媒粉末を、常圧固定床流通式反応装置の反応管に充填し、Heガス流通下(ガス単位時間空間速度(GHSV、Gas Hourly Space Velocity):5,000h-1)で、500℃、4時間の前処理を行った後、触媒活性の評価を行った。反応ガスは、NO:0.1%、C2H4:0.3%、O2:14%、Heバランスである。この時のGHSVは、10,000h-1とした。測定温度は、100℃〜600℃である。ガスの分析には、TCD(Thermal Conductivity Detector, 熱伝導度型検出器)−FID(Flame Ionization Detector, 水素炎イオン化型検出器)付ガスクロマトグラフを使用した。前記分析結果より、上記式{1}に基づいてN2収率を求め、上記式{2}に基づいてN2選択率を求め、上記式{3}に基づいてNO転化率を求めた。 The catalyst powder produced as described above is filled in a reaction tube of a normal pressure fixed bed flow type reactor, and under He gas flow (GHS, Gas Hourly Space Velocity): 5,000 h −1. The catalyst activity was evaluated after pre-treatment at 500 ° C. for 4 hours. The reaction gas is NO: 0.1%, C 2 H 4 : 0.3%, O 2 : 14%, and He balance. The GHSV at this time was set to 10,000 h- 1 . The measurement temperature is 100 ° C to 600 ° C. A gas chromatograph with TCD (Thermal Conductivity Detector) -FID (Flame Ionization Detector) was used for gas analysis. From the analysis results, the N 2 yield was determined based on the above formula {1}, the N 2 selectivity was determined based on the above formula {2}, and the NO conversion rate was determined based on the above formula {3}.

各触媒の評価結果を表1に示す。表1では、金属イオンを含まないシリカメゾ多孔体に白金を担持したサンプル(No.1−18)のN2収率、N2選択率、NO転換率を基準して、No.1−1〜17までの各サンプルの触媒性能評価結果を示している。N2収率に関しては、金属イオンを含まないシリカメゾ多孔体に白金を担持したサンプル(No.1−18)のN2収率に対して、1.0倍以下を「×」、1.0倍超1.1倍未満を「△」、1.1倍以上1.2倍未満を「○」、1.2倍以上を「◎」で示した。N2選択率に関しては、金属イオンを含まないシリカメゾ多孔体に白金を担持したサンプル(No.1−18)のN2選択率に対して、1.0倍以下を「×」、1.0倍超1.3倍未満を「△」、1.3倍以上1.5倍未満を「○」、1.5倍以上を「◎」で示した。NO転化率に関しては、金属イオンを含まないシリカメゾ多孔体に白金を担持したサンプル(No.1−18)のNO転化率に対して、0.8倍以下を「×」、0.8倍超1.0倍未満を「△」、1.0倍以上1.05倍未満を「○」、1.05倍以上を「◎」で示した。 The evaluation results of each catalyst are shown in Table 1. In Table 1, on the basis of N 2 yield, N 2 selectivity, and NO conversion rate of a sample (No. 1-18) in which platinum is supported on a silica mesoporous material containing no metal ions, No. 1-1 to The catalyst performance evaluation result of each sample up to 17 is shown. For the N 2 yield, relative to N 2 yields samples which carries platinum Shirikamezo porous body containing no metal ions (No.1-18), "×" 1.0 times or less, 1.0 More than double and less than 1.1 times are indicated by “Δ”, 1.1 times or more and less than 1.2 times are indicated by “◯”, and 1.2 times or more are indicated by “◎”. For the N 2 selectivity for N 2 selectivity of the sample supporting platinum on Shirikamezo porous body containing no metal ions (No.1-18), "×" 1.0 times or less, 1.0 More than double and less than 1.3 times are indicated by “Δ”, 1.3 times or more and less than 1.5 times are indicated by “◯”, and 1.5 times or more are indicated by “◎”. Concerning the NO conversion rate, 0.8 times or less is “x” and more than 0.8 times the NO conversion rate of the sample (No. 1-18) in which platinum is supported on a silica mesoporous material containing no metal ions. Less than 1.0 times are indicated by “Δ”, 1.0 times or more and less than 1.05 times are indicated by “◯”, and 1.05 times or more are indicated by “◎”.

表1に示したように、No.1−1〜1−10の実施例である、Al、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Ce、Mg、Fe、又はLaの金属イオンの場合に、優れたN2収率を示し、Al、V、Nb、Ce、又はMgの金属イオンの場合に、より優れたN2収率を示した。更に、No.1−1、1−3、1−5〜1−10の実施例である、Al、V、Nb、Mo、Ce、Mg、Fe、又はLaの金属イオンの場合には、優れたN2選択率を示し、Mg、Fe、又はLaの金属イオンの場合には、より優れたN2選択率を示した。No.1−1、1−3〜1−8の実施例である、Al、V、Zr、Nb、Mo、Ce、又はMgの金属イオンの場合に、優れたNO転化率を示し、Al、V、Zr、Nb、又はCeの金属イオンの場合には、より優れたNO転化率を示した。 As shown in Table 1, in the case of metal ions of Al, Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ce, Mg, Fe, or La, which are examples of Nos. 1-1 to 1-10, exhibited superior N 2 yields, Al, V, Nb, Ce, or in the case of Mg metal ions, exhibited superior N 2 yield. Furthermore, in the case of Al, V, Nb, Mo, Ce, Mg, Fe, or La metal ions, which are examples of No. 1-1, 1-3, 1-5 to 1-10, excellent N 2 selectivity was shown, and in the case of Mg, Fe, or La metal ions, better N 2 selectivity was shown. In the case of Al, V, Zr, Nb, Mo, Ce, or Mg metal ions, which are examples of Nos. 1-1 and 1-3 to 1-8, an excellent NO conversion rate is shown. In the case of metal ions of V, Zr, Nb, or Ce, better NO conversion was shown.

また、実施例1−7と比較例1−17は、金属イオンとして同じセリウムではあるが、実施例1−7ではシリカメゾ多孔体の細孔内壁に金属イオンが有し、比較例1−17ではシリカメゾ多孔体の細孔内壁に金属イオンが無く、細孔外にのみ金属イオンが有する場合である。表1より、実施例1−7の方が、N2収率に優れていることが分かる。 Moreover, although Example 1-7 and Comparative Example 1-17 are the same cerium as a metal ion, in Example 1-7, a metal ion has in the pore inner wall of a silica meso porous body, In Comparative Example 1-17, This is the case where there are no metal ions on the inner walls of the pores of the silica mesoporous material, and the metal ions are present only outside the pores. From Table 1, it can be seen that Example 1-7 is superior in N 2 yield.

以上の評価結果は、本発明の排ガス中のNOx浄化触媒が、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジン等の高酸素濃度の排ガス中のNOxにおいて優れた排ガス中のNOx浄化を可能にすることを示しているだけではなく、各種燃焼機関の排ガス中のNOx浄化に適用できることを示すものである。 The above evaluation results show that the NOx purification catalyst in exhaust gas of the present invention enables excellent NOx purification in exhaust gas in NOx in exhaust gas with high oxygen concentration such as diesel engine and lean burn gasoline engine. In addition, it shows that it can be applied to NOx purification in exhaust gas from various combustion engines.

Figure 0005177685
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(実施例2)
実施例1で調製したシリカメゾ多孔体の未焼成粉末又は焼成粉末を用いて、実施例1と同様の方法で表2に示した各種金属イオンを細孔内壁に含まれるシリカメゾ多孔体をそれぞれ調製した。但し、ここでは、金属イオンの量を表2のように変えて調製した。更に、白金を、実施例1と同様の方法で、Pt担持量が2mass%になるように含浸させて、担持した。
(Example 2)
Using the unfired powder or fired powder of the silica mesoporous material prepared in Example 1, silica mesoporous materials containing various metal ions shown in Table 2 in the pore inner wall were prepared in the same manner as in Example 1. . However, in this case, the amount of metal ions was changed as shown in Table 2. Further, platinum was impregnated and supported by the same method as in Example 1 so that the amount of Pt supported was 2 mass%.

触媒性能評価については、実施例1と同様に行い、その評価結果は、No.1−18の金属イオンを含まないシリカメゾ多孔体に白金を担持したサンプルを基準にして、実施例1(表1)と同様に表した。その結果を、表2に示す。   The catalyst performance evaluation was performed in the same manner as in Example 1. The evaluation result was based on a sample in which platinum was supported on a silica mesoporous material containing no metal ions No. 1-18 (Example 1) (Table 1). ). The results are shown in Table 2.

金属イオンの量に関し、表2の全て実施例で、本発明の効果が得られた。特に、Si/Mモル比が、5〜500の範囲では表1と差異はなく顕著な効果が得られた。   With respect to the amount of metal ions, the effects of the present invention were obtained in all examples in Table 2. In particular, when the Si / M molar ratio was in the range of 5 to 500, a remarkable effect was obtained with no difference from Table 1.

Figure 0005177685
Figure 0005177685

(実施例3)
実施例1で調製したシリカメゾ多孔体の未焼成粉末又は焼成粉末を用いて、実施例1と同様の方法で表3に示した各種金属イオンを細孔内壁に含まれるシリカメゾ多孔体をそれぞれ調製した。前記シリカメゾ多孔体、及び、実施例で調製した金属イオンを含まない焼成後のシリカメゾ多孔体を用いて、実施例1と同様にして白金を担持して触媒サンプルを作製した。但し、ここでは、Pt担持量を10mass%となるように含浸させて担持した。
(Example 3)
Using the unfired powder or fired powder of the silica mesoporous material prepared in Example 1, silica mesoporous materials containing various metal ions shown in Table 3 in the inner walls of the pores were prepared in the same manner as in Example 1. . Using the silica mesoporous material and the fired silica mesoporous material containing no metal ions prepared in the example, platinum was supported in the same manner as in Example 1 to prepare a catalyst sample. However, here, the Pt loading was impregnated so as to be 10 mass%.

得られた各触媒サンプルは、実施例1と同様の方法で触媒性能を評価した。各触媒サンプルの評価結果を表3に示す。表3では、金属イオンを含まないシリカメゾ多孔体に白金を担持したサンプル(No.3−17)のN2収率、N2選択率、NO転換率を基準して、No.3−1〜16までの各サンプルの触媒性能評価結果を示している。N2収率に関しては、金属イオンを含まないシリカメゾ多孔体に白金を担持したサンプル(No.3−17)のN2収率に対して、1.0倍以下を「×」、1.0倍超1.2倍未満を「○」、1.2倍以上を「◎」で示した。N2選択率に関しては、金属イオンを含まないシリカメゾ多孔体に白金を担持したサンプル(No.1−17)のN2選択率に対して、1.0倍以下を「×」、1.0倍超1.1倍未満を「△」、1.1倍以上1.2倍未満を「○」、1.2倍以上を「◎」で示した。NO転化率に関しては、金属イオンを含まないシリカメゾ多孔体に白金を担持したサンプル(No.3−18)のNO転化率に対して、0.8倍以下を「×」、0.8倍超1.0倍未満を「△」、1.0倍以上1.05倍未満を「○」、1.05倍以上を「◎」で示した。 Each catalyst sample obtained was evaluated for catalyst performance in the same manner as in Example 1. The evaluation results of each catalyst sample are shown in Table 3. In Table 3, on the basis of the N 2 yield, N 2 selectivity, and NO conversion rate of a sample (No. 3-17) in which platinum is supported on a silica mesoporous material containing no metal ions, No. 3-1 to The catalyst performance evaluation result of each sample up to 16 is shown. For the N 2 yield, relative to N 2 yields samples which carries platinum Shirikamezo porous body containing no metal ions (No.3-17), "×" 1.0 times or less, 1.0 Over double and less than 1.2 times are indicated by “◯”, and 1.2 times or more are indicated by “◎”. For the N 2 selectivity for N 2 selectivity of the sample supporting platinum on Shirikamezo porous body containing no metal ions (No.1-17), "×" 1.0 times or less, 1.0 More than double and less than 1.1 times are indicated by “Δ”, 1.1 times or more and less than 1.2 times are indicated by “◯”, and 1.2 times or more are indicated by “◎”. Concerning the NO conversion rate, 0.8 times or less is “x” and 0.8 times or more than the NO conversion rate of the sample (No. 3-18) in which platinum is supported on a silica mesoporous material containing no metal ions. Less than 1.0 times are indicated by “Δ”, 1.0 times or more and less than 1.05 times are indicated by “◯”, and 1.05 times or more are indicated by “◎”.

表3に示しているように、Pt担持量を10mass%としても、実施例1(表1)の結果と同様であり、本発明の効果が認められた。更に、Pt担持量に関しては、白金を担持しない場合は十分な触媒性能が得られなかったが、少なくとも0.2mass%〜20mass%の範囲で、同じPt担持量であれば金属イオンを含まないシリカメゾ多孔体に比べて優れているという同様の効果が認められた。   As shown in Table 3, even when the Pt loading was 10 mass%, it was the same as the result of Example 1 (Table 1), and the effect of the present invention was recognized. Furthermore, with respect to the amount of Pt supported, sufficient catalyst performance was not obtained when platinum was not supported, but the silica meso containing no metal ions at least in the range of 0.2 mass% to 20 mass% with the same Pt supported amount. The same effect of being superior to the porous body was recognized.

また、上記各触媒粉末をスラリーにして、ハニカムにウォッシュコートしてハニカム触媒構造体を作製して、その触媒性能を評価した。ここで、使用したハニカムは、所定形状直径が25mm、高さが60mm、ハニカムのセル密度として1インチ(25.4mm)平方当たり300セルである円筒型のステンレス鋼製ハニカムを用いた。触媒性能結果は、表3の粉末状での評価結果と同様に、金属イオンを含まないシリカメゾ多孔体に比べて優れていた。   Further, each catalyst powder was made into a slurry and washed on the honeycomb to prepare a honeycomb catalyst structure, and the catalyst performance was evaluated. Here, the used honeycomb was a cylindrical stainless steel honeycomb having a predetermined shape diameter of 25 mm, a height of 60 mm, and a cell density of the honeycomb of 300 cells per inch (25.4 mm) square. Similar to the evaluation results in the powder form of Table 3, the catalyst performance results were superior to the silica mesoporous material containing no metal ions.

Figure 0005177685
Figure 0005177685

1 シリカメゾ多孔体のシリカ壁
2 界面活性剤(テンプレート)イオン
3 プロトン
4 金属イオン
1 Silica wall of silica mesoporous material 2 Surfactant (template) ion 3 Proton 4 Metal ion

Claims (5)

シリカメゾ多孔体の細孔内壁に、Al、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Ce、Mg、Fe、又はLaの中から選らばれる1種以上の金属イオンを含み、前記シリカメゾ多孔体の細孔外壁に白金が担持されていることを特徴とする排ガス中のNOx浄化用触媒。 The inner wall of pores of the silica mesoporous material contains one or more metal ions selected from Al, Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ce, Mg, Fe, or La, and the pores of the silica mesoporous material A catalyst for purifying NOx in exhaust gas , characterized in that platinum is supported on the outer wall. 前記金属イオンが、Al、V、Nb、Mo、Ce、Mg、Fe、又はLaの中から選らばれる1種以上であることを特徴とする請求項1記載の排ガス中のNOx浄化用触媒。 2. The catalyst for purifying NOx in exhaust gas according to claim 1, wherein the metal ion is one or more selected from Al, V, Nb, Mo, Ce, Mg, Fe, or La. 前記金属イオンが、Al、V、Zr、Nb、Mo、Ce、又はMgの中から選らばれる1種以上であることを特徴とする請求項1記載の排ガス中のNOx浄化用触媒。 2. The catalyst for purifying NOx in exhaust gas according to claim 1, wherein the metal ion is one or more selected from Al, V, Zr, Nb, Mo, Ce, or Mg. 前記金属イオンが、Al、V、Nb、Ce、又はMgの中から選らばれる1種以上であることを特徴とする請求項1記載の排ガス中のNOx浄化用触媒。 2. The catalyst for purifying NOx in exhaust gas according to claim 1, wherein the metal ion is at least one selected from Al, V, Nb, Ce, or Mg. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の排ガス中のNOx浄化触媒を、金属又はセラミックスハニカム内壁に被覆したことを特徴とする排ガス中のNOx浄化用ハニカム触媒構造体。 A honeycomb catalyst structure for purifying NOx in exhaust gas, wherein the NOx purification catalyst in exhaust gas according to any one of claims 1 to 4 is coated on a metal or ceramic honeycomb inner wall.
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