JP5901038B2 - 白金／パラジウム−ゼオライト触媒 - Google Patents

Description

本発明は、ゼオライト系担体材料上にパラジウム及び白金を含むバイメタル触媒の製造方法、この方法によって得ることができるバイメタル触媒、並びに酸化触媒反応での該触媒の使用に関する。

比較的小さな貴金属粒子が、固形の担体の表面上に堆積した担持型貴金属触媒は、特に、非常に様々な原料を所望の中間生成物もしくは最終生成物に添加するためにまたは石油の加工処理の様々な留分を化学的に精製するために合成化学プロセス及び石油化学プロセスに使用されている。更に、担持型貴金属触媒は、大概は有機系の化合物の酸化のための排気ガス精製における酸化触媒としても使用されている。

貴金属で負荷された担持型触媒は、一般的に、多段階方法を用いて製造される。この際、例えば第一ステップにおいて、担体材料を、所望の貴金属の貴金属塩溶液で含浸する。後続のステップで担体材料から溶媒を除去した後、次いで、更なるステップにおいて担体材料をか焼し、その際、貴金属が、熱処理によって、金属形態にまたは酸化物形態（しばしば両者の混合相）に転化され得る。多くの場合に、この酸化物形態は既に触媒活性種であり、そのため触媒はこの形態で使用することができる。更に、酸化物型貴金属種を更なるステップで、例えば水素、一酸化炭素または湿式化学的還元剤を用いて、酸化状態０の高分散貴金属に転化することができ、これも同様に触媒活性種として働き得る。

担持型貴金属触媒の活性は、一般的に、貴金属粒子または貴金属酸化物粒子の大きさに依存する。技術水準で既知の担持型貴金属触媒は、使用しているうちに、より大きな単位を招く貴金属粒子または貴金属酸化物粒子の焼結、及びそれに伴う触媒活性表面の減少を原因として、活性を失うという欠点を持つ。この際、いわゆる熱老化プロセスの速度は、触媒が使用される温度の高さに依存する。確かに使用温度が高まるにつれ、上記の老化プロセスの速度が高まり、その原因は、恐らくは、担体材料表面上での貴金属粒子／貴金属酸化物粒子の高められた可動性及びそれに伴う高められた焼結傾向にあると考えられる。

技術水準では既に、高温用途において高い活性を示しかつ僅かな熱老化プロセスしか起こさない貴金属触媒を製造する試みが為されている。

ＤＥ１０２００９０５３９１９（特許文献１）及びＤＥ１０２００９０５３９４４（特許文献２）は、貴金属が優先的にゼオライトの孔中に存在する触媒を開示している。それから、触媒の非常に高い活性及び老化安定性が生ずる。欠点は、使用する亜硫酸塩前駆体化合物の分解のために７００℃を超える高いか焼温度が必要であることである。更に、上記触媒の他の欠点は、低い硫黄寛容度であり、これは、亜硫酸塩前駆体化合物の使用によって更に低められる。加えて、技術水準で既知の、特に白金含有触媒は、アルカン類の酸化に関しての活性が低すぎる。

それ故、本発明の課題は、酸化反応、特にアルカン類の酸化において、高い活性並びに高い老化及び硫黄耐性を示す触媒を提供することにあった。

上記の課題は、バイメタル触媒の製造方法であって、次のステップ：
ａ）ゼオライト系担体材料を硫黄不含のＰｔ及びＰｄ前駆体化合物で含浸するステップ、
ｂ）含浸されたゼオライト系担体材料を空気中で乾燥するステップ、
ｃ）含浸及び乾燥されたゼオライト系担体材料を保護ガス下にか焼するステップ、
を含む前記方法によって解消された。

驚くべきことに、技術水準において既知の触媒と比べて、上記の改修された製造方法によって、酸化反応、特にアルカン類の転化において、慣用の触媒系と比べて活性が（パラジウム含有率を基準にして）二倍高く、しかもこの際、老化及び硫黄耐性の劣化がない、バイメタルＰｔ／Ｐｄゼオライト触媒を製造できることが見出された。

本発明の意味において、保護ガスは、例えば影響を受けやすい物質から酸素及び／または水素を遠ざけておくために、不活性の保護雰囲気として使用されそして不所望な化学反応を避けるために使用されるガスまたはガス混合物である。保護ガスとしては、好ましくは希ガス、例えばアルゴン、ヘリウム、ネオンまたは窒素が使用される。

本発明方法の一実施形態によれば、Ｐｔ及びＰｄ前駆体化合物を用いたゼオライト系材料の含浸は、ゼオライト系材料を、Ｐｔ前駆体化合物とＰｄ前駆体化合物の両方を含む溶液で含浸することによって行われる。そうすることで、ゼオライト系材料の表面が、Ｐｔ及びＰｄ前駆体材料でおおかた均一に覆われることが保証される。Ｐｔ及びＰｄ前駆体化合物でのゼオライト材料の本質的に均一な被覆は、Ｐｔ及びＰｄ前駆体化合物の分解をもたらす後続のか焼ステップにおいて、あるいは対応する金属または金属酸化物への金属化合物の転化において、ゼオライト材料がほぼ均一にＰｔ及びＰｄ粒子で覆われることの基礎となる。

ゼオライト系担体材料の含浸は、当業者に既知の全ての方法を用いて行うことができる。特に好ましくは、ゼオライト材料の含浸は、当業者に既知の「インシピエント・ウェットネス」法に従い行われる。Ｐｔ及びＰｄ前駆体化合物としては、例えば、然るべき貴金属の硝酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、酒石酸塩、ギ酸塩、アミン、硫化物、炭酸塩、ハロゲン化物または水酸化物を使用することができ、硝酸塩が好ましい。この際、前駆体化合物は、本質的に硫黄を含むべきではない。本発明の意味において、Ｐｔ及びＰｄ前駆体化合物が、同じアニオン、例えば硝酸アニオンを有することも好ましくあり得る。

含浸されたゼオライト系担体材料の乾燥は、好ましくは、Ｐｔ及びＰｄ前駆体化合物の分解点未満の温度で行われる。乾燥は好ましくは空気中で行われる。乾燥温度は、大概は５０〜１５０℃の範囲、好ましくは８０〜１２０℃の範囲である。

乾燥の後、か焼ステップが行われる。か焼は、好ましくは３００〜６００℃の温度で、より好ましくは４００〜５５０℃で行われる。か焼時間は、好ましくは１〜８時間、より好ましくは２〜６時間、特に約３〜５時間である。

本方法の他の実施形態の一つでは、該方法は、次の他のステップ、すなわち：
ｄ）含浸及びか焼されたゼオライト系担体材料からウォッシュコートを製造するステップ、
ｅ）担体を前記ウォッシュコートでコーティングするステップ、
ｆ）コーティングされた担体を空気中で乾燥及びか焼するステップ、
を含む。

本発明の方法では、含浸ステップのための担体材料として、ゼオライト系担体材料またはゼオライト材料が使用される。これらの二つの用語は、本発明の枠内において同義語として使用される。

本発明の枠内において、ゼオライト材料とは、国際鉱物学連合の定義（Ｄ．Ｓ．Ｃｏｏｍｂｓ ｅｔ ａｌ．，Ｃａｎ．Ｍｉｎｅｒａｌｏｇｉｓｔ，３５，１９９７，１５７１（非特許文献１））に従い、互いに結合した四面体からなる骨格を特徴とする構造を持つ結晶性物質と理解される。この際、各々の四面体は、中心原子を囲っている四つの酸素原子からなり、この際、この骨格は、交換され得る水分子及び骨格外カチオンから通常は占められているチャネルまたは籠の形態の開口の空洞を含む。この際、材料のチャネルは、ゲスト化合物へのアクセスができるように十分な大きさを持つ。水和された材料では、脱水は、大概は約４００℃未満の温度で行われ、そして大部分は可逆性である。

本発明による方法の実施形態の一つでは、前記のゼオライト材料が、好ましくはマイクロ孔性またはメソ孔性ゼオライト材料であることが企図される。この際、「マイクロ孔性ゼオライト材料」及び「メソ孔性ゼオライト材料」という用語は、ＩＵＰＡＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、国際純粋・応用化学連合）による多孔性固形物の分類に従い、その孔が、２ｎｍ未満の直径または２ｎｍ〜５０ｎｍの直径を有するゼオライト材料と理解されるべきである。

本発明の方法において使用できるゼオライト材料は、好ましくは、次に述べる構造タイプの一つに相当することができる：ＡＢＷ、ＡＣＯ、ＡＥＩ、ＡＥＬ、ＡＥＮ、ＡＥＴ、ＡＦＧ、ＡＦＩ、ＡＦＮ、ＡＦＯ、ＡＦＲ、ＡＦＳ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＦＹ、ＡＨＴ、ＡＮＡ、ＡＰＣ、ＡＰＤ、ＡＳＴ、ＡＳＶ、ＡＴＮ、ＡＴＯ、ＡＴＳ、ＡＴＴ、ＡＴＶ、ＡＷＯ、ＡＷＷ、ＢＣＴ、ＢＥＡ、ＢＥＣ、ＢＩＫ、ＢＯＧ、ＢＰＨ、ＢＲＥ、ＣＡＮ、ＣＡＳ、ＣＤＯ、ＣＦＩ、ＣＧＦ、ＣＧＳ、ＣＨＡ、ＣＨＩ、ＣＬＯ、ＣＯＮ、ＣＺＰ、ＤＡＣ、ＤＤＲ、ＤＦＯ、ＤＦＴ、ＤＯＨ、ＤＯＮ、ＥＡＢ、ＥＤＩ、ＥＭＴ、ＥＯＮ、ＥＰＩ、ＥＲＩ、ＥＳＶ、ＥＴＲ、ＥＵＯ、ＥＺＴ、ＦＡＲ、ＦＡＵ、ＦＥＲ、ＦＲＡ、ＧＩＳ、ＧＩＵ、ＧＭＥ、ＧＯＮ、ＧＯＯ、ＨＥＵ、ＩＦＲ、ＩＨＷ、ＩＳＶ、ＩＴＥ、ＩＴＨ、ＩＴＷ、ＩＷＲ、ＩＷＶ、ＩＷＷ、ＪＢＷ、ＫＦＩ、ＬＡＵ、ＬＥＶ、ＬＩＯ、ＬＩＴ、ＬＯＳ、ＬＯＶ、ＬＴＡ、ＬＴＬ、ＬＴＮ、ＭＡＲ、ＭＡＺ、ＭＥＩ、ＭＥＬ、ＭＥＰ、ＭＥＲ、ＭＦＩ、ＭＦＳ、ＭＯＮ、ＭＯＲ、ＭＯＺ、ＭＳＥ、ＭＳＯ、ＭＴＦ、ＭＴＮ、ＭＴＴ、ＭＴＷ、ＭＷＷ、ＮＡＢ、ＮＡＴ、ＮＥＳ、ＮＯＮ、ＮＰＯ、ＮＳＩ、ＯＢＷ、ＯＦＦ、ＯＳＩ、ＯＳＯ、ＯＷＥ、ＰＡＲ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＰＯＮ、ＲＨＯ、ＲＯＮ、ＲＲＯ、ＲＳＮ、ＲＴＥ、ＲＴＨ、ＲＵＴ、ＲＷＲ、ＲＷＹ、ＳＡＯ、ＳＡＳ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＳＢＥ、ＳＢＳ、ＳＢＴ、ＳＦＥ、ＳＦＦ、ＳＦＧ、ＳＦＨ、ＳＦＮ、ＳＦＯ、ＳＧＴ、ＳＩＶ、ＳＯＤ、ＳＯＳ、ＳＳＹ、ＳＴＦ、ＳＴＩ、ＳＴＴ、ＳＺＲ、ＴＥＲ、ＴＨＯ、ＴＯＮ、ＴＳＣ、ＴＵＮ、ＵＥＩ、ＵＦＩ、ＵＯＺ、ＵＳＩ、ＵＴＬ、ＶＥＴ、ＶＦＩ、ＶＮＩ、ＶＳＶ、ＷＥＩ、ＷＥＮ、ＹＵＧ及びＺＯＮ。この際、１２環孔系を持つゼオライト材料（ＢＥＡ、ＦＡＵ）及びベータ構造タイプのゼオライト材料（ＢＥＡ）が特に好ましい。この際、上記の三つの文字からなるコードの命名法は、「ＩＵＰＡＣ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｎｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅ（ＩＵＰＡＣゼオライト命名法委員会）」に相当する。

本発明においては、文献中で「ＭＣＭ」の名称で要約されるファミリーのメソ孔性ゼオライト材料のメンバーも同様に好ましい。この際、この名称は、特定の構造タイプのことではない（参考ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｚａ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｏｒｇ／ｄａｔａｂａｓｅｓ）。本発明においては、ＭＣＭ−４１またはＭＣＭ−４８と称されるメソ孔性シリケートが特に好ましい。ＭＣＭ−４８は、メソ孔からなる３Ｄ構造を有し、それによって孔中にある触媒活性金属に簡単にアクセス可能である。ＭＣＭ−４１が就中特に好ましく、これは、均一な大きさを持つメソ孔の六角形の配列を有する。ＭＣＭ−４１ゼオライト材料は特に非常に好ましく、これは、均一な大きさのメソ孔の六角形の配置を有する。ＭＣＭ−４１ゼオライト材料は、好ましくは１００超、より好ましくは２００超、最も好ましくは３００超のＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有する。本発明の枠内において使用することができる他の好ましいメソ孔性ゼオライト材料は、文献中でＭＣＭ−１、ＭＣＭ−２、ＭＣＭ−３、ＭＣＭ−４、ＭＣＭ−５、ＭＣＭ−９、ＭＣＭ−１０、ＭＣＭ−１４、ＭＣＭ−２２、ＭＣＭ−３５、ＭＣＭ−３７、ＭＣＭ−４９、ＭＣＭ−５８、ＭＣＭ−６１、ＭＣＭ−６５またはＭＣＭ−６８と称される材料である。

どのゼオライト系担体材料またはゼオライト材料を本発明の方法において使用するべきかは、第一には、本発明の方法を用いて製造するべき触媒の使用目的に依存する。技術水準では、例えば構造タイプ、孔径、チャネル径、化学組成、イオン交換能並びに活性化特性などのゼオライト材料の性質を、然るべき使用目的に合わせて仕立てるための多くの方法が知られている。

本発明方法において使用するべきゼオライト材料は、例えば、シリケート、アルミニウムシリケート、アルミニウムホスフェート、ケイ素アルミニウムホスフェート、金属アルミニウムホスフェート、金属アルミニウムホスホシリケート、ガリウムアルミニウムシリケート、ガリウムシリケート、ホウ素アルミニウムシリケート、ホウシリケート、チタンシリケート、チタノ−アルミニウムホスフェート（ＴＡＰＯ）またはチタノ−ケイ素アルミニウムシリケート（ＴＡＰＳＯ）であることができ、この際、アルミニウムシリケート及びチタンシリケートが特に好ましい。

「アルミニウムシリケート」という用語は、国際鉱物学連合の定義（Ｄ．Ｓ．Ｃｏｏｍｂｓ ｅｔ ａｌ．，Ｃａｎ．Ｍｉｎｅｒａｌｏｇｉｓｔ，３５，１９９７，１５７１（非特許文献１））に従い、共通の酸素原子によって結合して規則的な三次元網状体を形成しているＳｉＯ_４／２四面体及びＡｌＯ_４／２四面体から構成される一般式Ｍ^ｎ＋［（ＡｌＯ_２）_ｘ（ＳｉＯ_２）_ｙ］ｘＨ_２Ｏの三次元網状構造を有する結晶性物質と理解される。Ｓｉ／Ａｌ＝ｙ／ｘの原子比は、所謂「レーウェンシュタイン規則（Ｌｏｅｗｅｎｓｔｅｉｎ−Ｒｅｇｅｌ）」に従い常に１以上であり、これは、隣接する負に荷電した二つのＡｌＯ_４／２四面体が隣接して出現することを禁ずる。この際、Ｓｉ／Ａｌ原子比が小さい場合には、確かに、金属のためのより多くの交換場所が利用可能であるが、ゼオライトはますます親水性が高くなり、熱的に不安定となる。

上記のゼオライト材料は、本発明の枠内において、アルカリ金属形態、例えばＮａ及び／またはＫ形態でも、並びにアルカリ土類金属形態、アンモニウム形態またはＨ形態でも本方法に使用することができる。更に、ゼオライト材料を混合形態で使用すること、例えばアルカリ金属／アルカリ土類金属混合形態で使用することも可能である。

本発明の更に別の対象は、本発明による方法に従い製造された触媒であって、ゼオライト系担体材料上にＰｔ及びＰｄを含む触媒活性バイメタル組成物を含む、前記触媒である。

好ましくは、前記の触媒活性バイメタル組成物、すなわち貴金属が負荷されたゼオライト系材料は、４００ｍ^２／ｇ超のＢＥＴ表面積を有する。

前記の触媒活性バイメタル組成物は、好ましくは、触媒活性組成物を基準にして０．２〜１．５重量％のＰｔ含有率を有する。

更に、前記の触媒活性バイメタル組成物は、好ましくは、触媒活性組成物を基準にして０．８〜４．０重量％のＰｄ含有率を有する。

前記の触媒活性組成物は、好ましくは、（好ましくはシリケート系バインダーを用いて）ウォッシュコートに加工することができ、そしてウォッシュコートコーティングとして担体上に施与することができる。この際、バインダー／触媒活性組成物の質量比は、それぞれバインダー及び触媒活性組成物の固形分を基準として、０．０５〜０．５、好ましくは０．１〜０．３、特に好ましくは０．１５〜０．２５である。

触媒活性組成物は、同様に、非担持型触媒として、例えば貴金属でコーティングされたゼオライトの押出物として構成することもできる。

更に、コーティング触媒または非担持型触媒の形態の触媒は、非担持型触媒またはコーティングされたウォッシュコートの固形分を基準にして０．５〜３．０重量％のＰｔ及び／または１〜５重量％のＰｄ、好ましくは０．１５〜１．４５重量％のＰｔ、並びに１〜５重量％のＰｔ、好ましくは０．６〜３．８重量％のＰｄを有する。

触媒活性バイメタル組成物またはウォッシュコートコーティング中のＰｄ／Ｐｔ重量比は、好ましくは６：１〜１：１の範囲、特に好ましくは約４：１〜２：１の範囲である。

この際、Ｐｔ及びＰｄは、本質的に、ゼオライト系担体材料の孔中に存在する。

この際、Ｐｔ及びＰｄは、好ましくは＜５ｎｍの集合体中に存在する。

貴金属集合体サイズ／クラスターサイズは、本質的に、孔交差の大きさによって決定される。最大７．７オングストローム（０．７７ｎｍ）の孔からできた三次元系を有するＢＥＡゼオライトの場合には、孔交差の直径は約１２オングストローム、すなわち１．２ｎｍである。これは、約１００個の原子のクラスターサイズに相当する。

更に、本発明の対象は、酸化触媒としての、特にアルカン類、例えばエタン、メタン、プロパンなどの酸化、並びにオレフィン類及び溶媒蒸気の酸化のための触媒としての、上記触媒の使用である。

本発明を、例に基づいてより詳しく説明するが、これらは、保護範囲に関して制限的と見なすべきではない。この際、追加的に図面を参照する。

本発明に従い製造されたＰｔＰｄ−ＢＥＡ １５０−ゼオライト（下）及び比較例１（上）のＸＲＤスペクトルを示す。 アダマンタンカルボニトリルを添加しない場合と添加した場合での、ＣＯ化学吸着後の本発明によるＰｔＰｄ−ＢＥＡ１５０ゼオライトのＩＲスペクトルを示す。 アダマンタンカルボニトリルを添加しない場合と添加した場合での、ＣＯ化学吸着後の比較例１のＩＲスペクトルを示す。 それぞれ新鮮な状態で、異なる貴金属負荷量を有する本発明によるＰｔＰｄ−ＢＥＡ１５０ゼオライトの並びに比較例１及び２のアルカン類（メタン、エタン）の酸化における性能データを示す。 それぞれ新鮮な状態で、異なる貴金属負荷量を有する本発明によるＰｔＰｄ−ＢＥＡ１５０ゼオライトの並びに比較例１及び２のアルカン類（メタン、エタン）の酸化における性能データを示す。 新鮮な状態の、熱老化後の及びＳＯ_２での被毒化の後の、異なる貴金属負荷量を有する本発明によるＰｔＰｄ−ＢＥＡ１５０ゼオライトの並びに比較例２のアルカン類（メタン、エタン）の酸化における性能データを示す。 新鮮な状態の、熱老化後の及びＳＯ_２での被毒化の後の、異なる貴金属負荷量を有する本発明によるＰｔＰｄ−ＢＥＡ１５０ゼオライトの並びに比較例２のアルカン類（メタン、エタン）の酸化における性能データを示す。 それぞれ新鮮な状態の、熱老化後の及びＳＯ_２での被毒化の後の、本発明によるＰｔＰｄ−ＢＥＡ１５０ゼオライトの並びに比較例２のエチレン及び酢酸エチルの酸化における性能データを示す。 それぞれ新鮮な状態の、熱老化後の及びＳＯ_２での被毒化の後の、本発明によるＰｔＰｄ−ＢＥＡ１５０ゼオライトの並びに比較例２のエチレン及び酢酸エチルの酸化における性能データを示す。 本発明の触媒と比較触媒との性能比較を示す。

例１：
本発明による触媒を、２ステッププロセスで製造した。第一のステップでは、ＢＥＡ１５０−ゼオライトを、硝酸白金と硝酸パラジウムとを含む溶液で、「インシピエントウェットネス」技術を用いて処理した。処理されたゼオライトを次いで空気中９０℃で１６時間乾燥し、その後、アルゴン下に５５０℃で５時間か焼した。

比較例１：
比較例１として、ＢＥＡ１５０−ゼオライトを同様にして「インシピエントウェットネス」技術を用いて硝酸白金及び硝酸パラジウムで処理し、９０℃で乾燥し、次いで空気中で５５０℃で５時間か焼した。

表１は、本調査の枠内で製造したゼオライトサンプル（本発明の処方及び比較例１）の性質を纏めて記す。

例２：ウォッシュコートの製造
第二のステップにおいて、本発明によるか焼されたＰｔＰｄゼオライト並びに比較例１のゼオライトを、Ｂｉｎｄｚｉｌ（バインダー）及び水を用いてウォッシュコートに加工し、そしてこれらのウォッシュコートを、次いでコーディエライトハニカム上にコーティングした。これらのコーティングされたコーディエライトハニカムに圧縮空気を吹き付け、次いで一晩１５０℃で空気中で乾燥し、次いで３時間、５５０℃でか焼した。

図１は、上記の指示に従い製造された本発明によるＰｔＰｄ−ＢＥＡ１５０ゼオライトの並びに比較処方のゼオライトのＸＲＤスペクトルを示す。両方の試料において、金属Ｐｔ及びＰｄの反射は存在しない。貴金属酸化物のシグナルも、ほとんど検出できない。全ての大きな反射は、ほとんど排他的にＢＥＡ１５０−ゼオライトのシグナル成分を含む。それから、ＰｔとＰｄの両方は、性能に有利な高分散形態で存在することが推量できる。それ故、＞５ｎｍの貴金属集塊物が無いことが、明らかに示される。

図２及び３は、アダマンタンカルボニトリルを添加しない場合と添加した場合とでの、ＣＯ化学吸着の後の本発明によるＰｔＰｄ−ＢＥＡ１５０ゼオライトの並びに比較例１のＩＲスペクトルを示す。ＣＯ化学吸着後のＩＲスペクトルの測定は、貴金属含有触媒中での貴金属種の性質及び分散の調査のための広く普及した技術である。この際、ＣＯは、孔の内側、外側の両方で貴金属種に達することができ、それらと相互作用し、そしてこのようにしてＩＲ分光分析で評価可能なシグナルを発する。

アダマンタンカルボニトリルなどのニトリル類は、貴金属種とより強い相互作用を起こし、それ故、それらによって優先的に吸着される。それ故、ニトリル類の助けを借りることで、ＣＯ化学吸着のために貴金属種をマスキングすることができる。ゼオライトの孔以上の直径を有するニトリル分子は、ゼオライト孔中に入り込むことができず、それ故、孔の外側で選択的に貴金属種をマスキングすることができる。アダマンタンカルボニトリルは、＞０．６ｎｍの分子径を有する。これは、ＢＥＡゼオライトの孔開口の直径（０．５６〜０．７ｎｍ）に匹敵し、よって、ゼオライト孔の外側の貴金属種を、ＣＯ化学吸着のために選択的にマスキングするためにアダマンタンカルボニトリルを利用できる。この際、アダマンタンカルボニトリル自体のＩＲ吸収バンドは、貴金属種上でのＣＯ化学吸着のＩＲ吸収バンドの邪魔にならない。

以下に記載のＩＲ調査のためには、本発明によるＰｔＰｄ−ＢＥＡ１５０ゼオライトの試料及び比較例１の試料を、先ず、１０^−６ｍｂａｒで３時間、４００℃で脱ガスし、その後、３０分間、ＩＲ測定セル内で水素で還元した。その後、これらの試料を２０ｍｂａｒのＣＯで処理し、そして第一のＩＲスペクトルを記録した。次いで、ＣＯを、真空下に４００℃で３０〜６０分間脱ガスして、再び除去した。冷却後、アダマンタンカルボニトリル蒸気を試料上に供給して、ゼオライト孔の外側の貴金属種をマスキングし、その後、２０ｍｂａｒのＣＯで更に処理した。次いで、第二のＩＲスペクトルを記録した。二つのＩＲスペクトルの差は、ゼオライト孔の外側に存在し、それ故、アダマンタンカルボニトリル蒸気によってマスキングできる貴金属種を示す。全てのスペクトル自体は、４ｃｍ^−１の解像度でＴｈｅｒｍｏ ４７００ＦＴＩＲ−分光器を用いて記録した。

図２及び図３は、それぞれゼオライト孔の外側の貴金属種をアダマンタンカルボニトリルで選択的にマスキングする前とマスキングした後での、本発明によるＰｔ−Ｐｄ−ＢＥＡ１５０ゼオライトのＣＯ化学吸着のＩＲスペクトルと、比較例１のＩＲスペクトルを示す。両方の試料について、先ず、２０００ｃｍ^−１辺りの主バンド（Ｐｄに帰属可能）及び２１００ｃｍ^−１辺りの主バンド（Ｐｔに帰属可能）の二つを認めることができる。両バンドは、アダマンタンカルボニトリルの添加によって弱められ、この際、本発明によるＰｔ−Ｐｄ−ＢＥＡ１５０ゼオライトの場合の弱化は、比較例１の時の場合よりも顕著でない。すなわち、本発明によるＰｔ−Ｐｄ−ＢＥＡ１５０ゼオライトでは、比較例１の場合よりも、ゼオライト孔中により多くの貴金属種が存在する。比較例１では、１９００ｃｍ^−１において、アダマンタンカルボニトリルの添加によってほぼ完全にマスク可能な吸収バンドが更に存在し、これは、本発明によるＰｔ−Ｐｄ−ＢＥＡ１５０ゼオライトでは存在しない。

より強く負荷（「超負荷」）されたＰｔＰｄ−ＢＥＡ１５０／Ａｒゼオライトの場合でも、例えば１．１３％Ｐｔ及び３．４％Ｐｄにおいて１９００ｃｍ^−１バンドが生じ得るが、０．９２％Ｐｔ／２．８％Ｐｄでは生じない。しかし、前者の材料は、アルカン酸化において明らかにより低い性能を示す。

表２は、それらから製造された触媒サンプル（比較サンプルも含む）を示す。

図４ａ〜ｃ及び５ａ、５ｂには、窒素中１０％の酸素及び３％の水素からなるキャリアガス中の８００ｐｐｍｖのＣＯ、１０００ｐｐｍｖのメタン、３６０ｐｐｍｖのエタン、２００ｐｐｍｖのエチレン、及び１８０ｐｐｍｖのプロパンの同時酸化で測定された、得られた性能データをまとめて記す。これらの測定は、４００００ｈ^−１のＧＨＳＶで行った。次いで、触媒サンプルを、更に、４００００ｈ^−１のＧＨＳＶで空気中で２００ｐｐｍｖの酢酸エチルの酸化で試験した。老化は、新たな試験のサンプルを用いて行った。これらのサンプルは、マッフル炉中で６５０℃で２４時間処理し、次いで再び試験した。硫化のためには、新鮮なサンプルを、１００ｐｐｍのＳＯ_２、２５０ｐｐｍのＣ_３Ｈ_８及び５％のＨ_２Ｏの混合物に、空気中で１２５時間、５００℃で曝した。ＥｎｖｉＣａｔ５０３００の活性損失は、アルカン類の酸化において、これらの条件下に典型的には約６０〜７５％である。

図４ａ、４ｂ及び５ａ、５ｂに記載のデータは、本発明による処方をベースとする触媒ハニカムが、アルカン類の酸化において、比較例２（Ｅｎｖｉｃａｔ ５０３００）と比べて明らかに向上した性能を有し、この際、半分の貴金属含有率しか持たない本発明による処方において、Ｅｎｖｉｃａｔ ５０３００と比べて同等の転化率レベルが達成されることを示している。これは、新鮮な触媒サンプル、老化した触媒サンプル及び硫黄で被毒化された触媒サンプルでも同様である。これに対し、比較例１は、有意な活性を殆ど示さない。図６ａ及び６ｂから分かるように、本発明による触媒の利点は、酢酸エチルの酸化でも与えられる。エチレンの酸化では、本発明による触媒と比較触媒は、ほと同じ性能を示す。

更なる結果を図７に示す。この表では、次の様々な本発明による触媒及び既知の触媒のメタン転化率を比較する：
ａ） 空気中で貴金属−ゼオライト粉体をか焼したＰｔＰｄ−ＢＥＡ１５０ハニカム（ＢＥＥＺ ００６６４−１）；
ｂ） 先ず空気中でか焼し、次いで５時間、５００℃で、窒素中約１％の水素の混合物で処理したＰｔＰｄ−ＢＥＡ１５０ハニカム（ＢＥＥＺ ００６６４−３）；及び
ｃ） 比較例と比べて同等の貴金属含有率を有するもの（ＢＥＥＺ ００３８７−２）と、明らかに少ない貴金属含有率を有するもの（ＢＥＥＺ ００８１２−１）との二つの本発明によるアルゴンか焼されたＰｔＰｄ−ＢＥＡ１５０ハニカム。

明らかに認め得るように、水素還元は、非本質的にしか活性に影響を及ぼさない。低いメタン酸化活性を有する空気か焼された触媒を、還元によって、本発明によるアルゴンか焼された触媒のような高いメタン酸化活性を有するものに変換することは可能ではない。

Claims (17)

1. バイメタル触媒の製造方法であって、次のステップ：
   ａ）ゼオライト系担体材料を、硫黄不含のＰｔ及びＰｄ前駆体化合物で含浸するステップ、
   ｂ）含浸されたゼオライト系担体材料を空気中で乾燥するステップ、
   ｃ）含浸及び乾燥されたゼオライト系担体材料を保護ガス下にか焼するステップ、
   を含む前記方法。
2. Ｐｔ及びＰｄ前駆体化合物として、硝酸塩の溶液が使用される、請求項１に記載の方法。
3. か焼が３５０〜６５０℃の温度で行われる、請求項１または２に記載の方法。
4. 含浸されたゼオライト系担体材料の乾燥が、Ｐｔ及びＰｄ前駆体化合物の分解温度未満の温度で行われる、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
5. 更に次のステップ：
   ｄ）含浸及びか焼されたゼオライト系担体材料からウォッシュコートを調製するステップ、
   ｅ）担体をウォッシュコートでコーティングするステップ、
   ｆ）コーティングされた担体を空気中で乾燥及びか焼するステップ、
   を含む、請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
6. か焼が、３００〜６００℃の温度で行われる、請求項５に記載の方法。
7. ゼオライト系担体材料上にＰｔ及びＰｄを含む触媒活性バイメタル組成物を含む、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法に従い製造された触媒。
8. 触媒活性バイメタル組成物が、４００ｍ^２／ｇ超のＢＥＴ表面積を有する、請求項７に記載の触媒。
9. 触媒活性バイメタル組成物が、触媒活性組成物を基準に０．２〜１．５重量％のＰｔ含有率を有する、請求項７または８に記載の触媒。
10. 触媒活性バイメタル組成物が、触媒活性組成物を基準に０．８〜４．０重量％のＰｄ含有率を有する、請求項７〜９のいずれか一つに記載の触媒。
11. 触媒活性組成物が、担体上にウォッシュコートコーティングとして施与されている、請求項７〜１０のいずれか一つに記載の触媒。
12. コーティングされたウォッシュコートを基準に０．５〜３重量％のＰｔを有する、請求項１１に記載の触媒。
13. コーティングされたウォッシュコートを基準に１〜５重量％のＰｄを有する、請求項１１または１２に記載の触媒。
14. 触媒活性バイメタル組成物またはウォッシュコートコーティングが、６：１〜１：１のＰｄ／Ｐｔ重量比を有する、請求項７〜１３のいずれか一つに記載の触媒。
15. Ｐｔ及びＰｄが、本質的に、ゼオライト系担体材料の孔中に存在する、請求項７〜１４のいずれか一つに記載の触媒。
16. Ｐｔ及びＰｄが、＜５ｎｍの集塊物中に存在する、請求項７〜１５のいずれか一つに記載の触媒。
17. 酸化触媒としての、請求項７〜１６のいずれか一つに記載の触媒の使用。