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JP7316766B2 - N2O decomposition catalyst structure, manufacturing method thereof, and N2O removal device having said N2O decomposition catalyst structure - Google Patents
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JP7316766B2 - N2O decomposition catalyst structure, manufacturing method thereof, and N2O removal device having said N2O decomposition catalyst structure - Google Patents

N2O decomposition catalyst structure, manufacturing method thereof, and N2O removal device having said N2O decomposition catalyst structure Download PDF

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Description

本発明は、多孔質構造の担体とNO分解触媒として機能する酸化鉄とを備えるNO分解用触媒構造体及びその製造方法、並びに該NO分解用触媒構造体を有するNO除去装置に関する。 The present invention provides an N 2 O decomposition catalyst structure comprising a carrier having a porous structure and iron oxide functioning as an N 2 O decomposition catalyst, a method for producing the same, and N 2 having the N 2 O decomposition catalyst structure. It relates to an O removal device.

下水汚泥焼却炉の排ガス、火力発電所からの排ガス、自動車の排ガス等には、NOが含まれている。NOは強い温室効果を有するガスであり、炭酸ガスの310倍の温室効果を有する。従って、大気中へのNO排出量の削減が要求されている。 N 2 O is contained in exhaust gas from sewage sludge incinerators, exhaust gas from thermal power plants, exhaust gas from automobiles, and the like. N 2 O is a gas with a strong greenhouse effect, and has 310 times the greenhouse effect of carbon dioxide. Therefore, there is a demand for reducing N 2 O emissions into the atmosphere.

O排出量の削減のために、NOを分解してから大気中に放出することが行われている。NO分解触媒として、酸化鉄、白金、コバルト、酸化コバルト、銅、酸化銅、ニッケル、酸化ニッケル等をはじめ、種々の金属や金属酸化物が挙げられる。 In order to reduce N 2 O emissions, N 2 O is decomposed before being released into the atmosphere. Examples of N 2 O decomposition catalysts include iron oxide, platinum, cobalt, cobalt oxide, copper, copper oxide, nickel, nickel oxide, and various other metals and metal oxides.

O分解触媒の構造体として、ペレット形状の鉄-ゼオライト系触媒が充填された触媒充填層が開示されている(特許文献1)。このように、NO分解触媒は、ゼオライト等の担体に担持されて使用されることがある。 As a structure of the N 2 O decomposition catalyst, a catalyst packed bed filled with a pellet-shaped iron-zeolite catalyst is disclosed (Patent Document 1). As described above, the N 2 O decomposition catalyst is sometimes used while supported on a carrier such as zeolite.

しかし、酸化鉄、白金等、従来のNO分解触媒は、高温環境下で、担体内で凝集して触媒活性が抑制されるという問題がある。また、白金触媒は、酸化鉄等の触媒と比較して、高価であるという問題がある。一方で、酸化鉄等の触媒は、白金触媒と比べて安価ではあるが、反応開始温度が、白金の100℃に対して、300℃と高く、反応開始温度において凝集しやすいという問題がある。 However, conventional N 2 O decomposition catalysts such as iron oxide and platinum have the problem that they aggregate within the carrier in a high-temperature environment, suppressing catalytic activity. In addition, platinum catalysts have the problem of being more expensive than catalysts such as iron oxide. On the other hand, a catalyst such as iron oxide is less expensive than a platinum catalyst, but has a reaction initiation temperature as high as 300° C., which is higher than 100° C. for platinum, and has the problem of agglomeration at the reaction initiation temperature.

国際公開第2011/114609号WO2011/114609

しかしながら、上記のような触媒構造体では、触媒粒子が担体の表面或いは表面近傍に担持されているため、NO分解中にNOを含む流体から受ける力や分解反応時の温度などの影響に因って触媒粒子が担体内で移動し、触媒粒子同士の凝集(シンタリング)が発生し易い。触媒粒子同士の凝集が生じると、触媒としての有効表面積が減少することで触媒活性が低下することから寿命が通常よりも短くなるため、触媒構造体自体を短期間で交換・再生しなければならず、交換作業が煩雑であると共に、省資源化を図ることができないという問題がある。また、触媒構造体の使用温度が低温状態の場合、NO分解触媒の活性が低下してしまうので、NO除去能が得られない。 However, in the catalyst structure as described above, since the catalyst particles are supported on the surface or near the surface of the carrier, the force received from the fluid containing N 2 O during N 2 O decomposition and the temperature during the decomposition reaction are affected. The catalyst particles move within the carrier due to the influence, and agglomeration (sintering) of the catalyst particles tends to occur. Agglomeration of catalyst particles reduces the effective surface area of the catalyst and reduces the catalytic activity, shortening the life of the catalyst. However, there is a problem that the replacement work is complicated and resource saving cannot be achieved. Further, when the catalyst structure is used at a low temperature, the activity of the N 2 O decomposition catalyst is lowered, so that the N 2 O removal ability cannot be obtained.

本発明の目的は、使用温度が高温状態でも、NO分解機能の低下を抑制して長寿命化を実現することができ、また、使用温度が低温状態でも、NO除去能を有するNO分解用触媒構造体及びその製造方法、並びに該NO分解用触媒構造体を有するNO除去装置を提供することにある。 An object of the present invention is to suppress deterioration of the N 2 O decomposition function even when the usage temperature is high and to achieve a long life, and to have N 2 O removal ability even when the usage temperature is low. An object of the present invention is to provide an N 2 O decomposition catalyst structure, a method for producing the same, and an N 2 O removal apparatus having the N 2 O decomposition catalyst structure.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体と、前記担体に内在する少なくとも1つの金属酸化物と、を備え、前記担体が、互いに連通する通路を有し、前記金属酸化物が、前記担体の少なくとも前記通路に存在していることによって、金属酸化物の触媒活性低下を抑制し、長寿命化を実現できるNO分解用触媒構造体が得られることを見出し、かかる知見に基づき本発明を完成させるに至った。 The present inventors have made intensive studies to achieve the above object, and as a result, provided a carrier with a porous structure composed of a zeolite-type compound and at least one metal oxide inherent in the carrier, The support has passages that communicate with each other, and the metal oxide is present in at least the passages of the support, thereby suppressing a decrease in the catalytic activity of the metal oxide and realizing a long service life. We have found that a catalyst structure for decomposing 2 O can be obtained, and have completed the present invention based on this finding.

すなわち、本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
[1]ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体と、
前記担体に内在する少なくとも1つの金属酸化物と、
を備え、
前記担体が、互いに連通する通路を有し、
前記金属酸化物が、前記担体の少なくとも前記通路に存在していることを特徴とするNO分解用触媒構造体。
[2]前記通路は、前記ゼオライト型化合物の骨格構造によって画定される一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかと、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれとも異なる拡径部とを有し、かつ
前記金属酸化物が、少なくとも前記拡径部に存在していることを特徴とする、上記[1]に記載のNO分解用触媒構造体。
[3]前記拡径部は、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれかを構成する複数の孔同士を連通している、上記[2]に記載のNO分解用触媒構造体。
[4]前記金属酸化物が、金属酸化物微粒子であることを特徴とする、上記[2]または[3]に記載のNO分解用触媒構造体。
[5]前記金属酸化物微粒子の平均粒径が、前記通路の平均内径よりも大きく、且つ前記拡径部の内径以下であることを特徴とする、上記[4]に記載のNO分解用触媒構造体。
[6]前記金属酸化物微粒子の金属元素(M)が、前記NO分解用触媒構造体に対して0.5~2.5質量%で含有されていることを特徴とする、上記[4]または[5]に記載のNO分解用触媒構造体。
[7]前記金属酸化物微粒子の平均粒径が、0.1nm~50nmであることを特徴とする、上記[4]~[6]のいずれかに記載のNO分解用触媒構造体。
[8]前記金属酸化物微粒子の平均粒径が、0.5nm~14.0nmであることを特徴とする、上記[7]に記載のNO分解用触媒構造体。
[9]前記通路の平均内径に対する前記金属酸化物微粒子の平均粒径の割合が、0.06~500であることを特徴とする、上記[4]~[8]のいずれかに記載のNO分解用触媒構造体。
[10]前記通路の平均内径に対する前記金属酸化物微粒子の平均粒径の割合が、0.1~45であることを特徴とする、上記[9]に記載のNO分解用触媒構造体。
[11]前記通路の平均内径に対する前記金属酸化物微粒子の平均粒径の割合が、1.7~4.5であることを特徴とする、上記[10]に記載のNO分解用触媒構造体。
[12]前記通路の平均内径は、0.1nm~1.5nmであり、
前記拡径部の内径は、0.5nm~50nmであることを特徴とする、上記[2]~[11]のいずれかに記載のNO分解用触媒構造体。
[13]前記担体の外表面に保持された少なくとも1つの他の金属酸化物を更に備えることを特徴とする、上記[1]~[12]のいずれかに記載のNO分解用触媒構造体。
[14]前記担体に内在する前記少なくとも1つの金属酸化物の含有量が、前記担体の外表面に保持された前記少なくとも1つの他の金属酸化物の含有量よりも多いことを特徴とする、上記[13]に記載のNO分解用触媒構造体。
[15]前記ゼオライト型化合物は、ケイ酸塩化合物であることを特徴とする、上記[1]~[14]のいずれかに記載のNO分解用触媒構造体。
[16]上記[1]~[15]のいずれかに記載のNO分解用触媒構造体を有する、NO除去装置。
[17]ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体を得るための前駆体材料(A)に金属含有溶液が含浸された前駆体材料(B)を焼成する焼成工程と、
前記前駆体材料(B)を焼成して得られた前駆体材料(C)を水熱処理する水熱処理工程と、
を有することを特徴とする、NO分解用触媒構造体の製造方法。
[18]前記焼成工程の前に、非イオン性界面活性剤を、前記前駆体材料(A)に対して50~500質量%添加することを特徴とする、上記[17]に記載のNO分解用触媒構造体の製造方法。
[19]前記焼成工程の前に、前記前駆体材料(A)に前記金属含有溶液を複数回に分けて添加することで、前記前駆体材料(A)に前記金属含有溶液を含浸させることを特徴とする、上記[17]または[18]に記載のNO分解用触媒構造体の製造方法。
[20]前記焼成工程の前に前記前駆体材料(A)に前記金属含有溶液を含浸させる際に、前記前駆体材料(A)に添加する前記金属含有溶液の添加量を、前記前駆体材料(A)に添加する前記金属含有溶液中に含まれる金属元素(M)に対する、前記前駆体材料(A)を構成するケイ素(Si)の比(原子数比Si/M)に換算して、10~1000となるように調整することを特徴とする、上記[17]~[19]のいずれかに記載のNO分解用触媒構造体の製造方法。
[21]前記水熱処理工程において、前記前駆体材料(C)と構造規定剤とを混合することを特徴とする、上記[17]に記載のNO分解用触媒構造体の製造方法。
[22]前記水熱処理工程が塩基性雰囲気下で行われることを特徴とする、上記[17]に記載のNO分解用触媒構造体の製造方法。
That is, the gist and configuration of the present invention are as follows.
[1] a carrier having a porous structure composed of a zeolite-type compound;
at least one metal oxide inherent in the support; and
with
the carrier has passages that communicate with each other;
A catalyst structure for decomposing N 2 O, wherein the metal oxide is present in at least the passages of the carrier.
[2] The passage is defined by the framework structure of the zeolite-type compound, and any of the one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional pores, and the one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional pores. The catalyst structure for decomposing N 2 O according to [1] above, characterized in that it has an enlarged diameter portion different from any of them, and the metal oxide is present at least in the enlarged diameter portion. body.
[3] The N 2 according to [2] above, wherein the enlarged diameter portion communicates with a plurality of holes that constitute any one of the one-dimensional hole, the two-dimensional hole, and the three-dimensional hole. Catalyst structure for O decomposition.
[4] The N 2 O decomposition catalyst structure according to the above [2] or [3], wherein the metal oxide is metal oxide fine particles.
[5] The N 2 O decomposition according to [4] above, wherein the average particle diameter of the metal oxide fine particles is larger than the average inner diameter of the passage and equal to or smaller than the inner diameter of the expanded diameter portion. catalyst structure for
[6] The above [ 4] or the N 2 O decomposition catalyst structure according to [5].
[7] The N 2 O decomposition catalyst structure according to any one of [4] to [6] above, wherein the metal oxide fine particles have an average particle size of 0.1 nm to 50 nm.
[8] The N 2 O decomposition catalyst structure according to [7] above, wherein the metal oxide fine particles have an average particle size of 0.5 nm to 14.0 nm.
[9] The N according to any one of [4] to [8] above, wherein the ratio of the average particle size of the metal oxide fine particles to the average inner diameter of the passage is 0.06 to 500. 2 O decomposition catalyst structure.
[10] The N 2 O decomposition catalyst structure according to [9] above, wherein the ratio of the average particle size of the metal oxide fine particles to the average inner diameter of the passage is 0.1 to 45. .
[11] The N 2 O decomposition catalyst according to [10] above, wherein the ratio of the average particle size of the metal oxide fine particles to the average inner diameter of the passage is 1.7 to 4.5. Structure.
[12] the passage has an average inner diameter of 0.1 nm to 1.5 nm;
The N 2 O decomposition catalyst structure according to any one of [2] to [11] above, wherein the inner diameter of the enlarged diameter portion is 0.5 nm to 50 nm.
[13] The N 2 O decomposition catalyst structure according to any one of [1] to [12] above, further comprising at least one other metal oxide held on the outer surface of the support. body.
[14] The content of the at least one metal oxide inherent in the support is higher than the content of the at least one other metal oxide retained on the outer surface of the support, The catalyst structure for N 2 O decomposition according to the above [13].
[15] The N 2 O decomposition catalyst structure according to any one of [1] to [14] above, wherein the zeolite-type compound is a silicate compound.
[16] An N 2 O removal device comprising the N 2 O decomposition catalyst structure according to any one of [1] to [15] above.
[17] A calcination step of calcining the precursor material (A) impregnated with a metal-containing solution for obtaining a carrier having a porous structure composed of a zeolite-type compound;
a hydrothermal treatment step of hydrothermally treating the precursor material (C) obtained by firing the precursor material (B);
A method for producing a catalyst structure for N 2 O decomposition, characterized by comprising:
[18] The N 2 according to [17] above, characterized in that 50 to 500% by mass of a nonionic surfactant is added to the precursor material (A) before the firing step. A method for producing an O decomposition catalyst structure.
[19] impregnating the precursor material (A) with the metal-containing solution by adding the metal-containing solution to the precursor material (A) in multiple portions before the firing step; A method for producing an N 2 O decomposition catalyst structure according to the above [17] or [18].
[20] When the precursor material (A) is impregnated with the metal-containing solution before the firing step, the amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A) is In terms of the ratio (atomic ratio Si/M) of silicon (Si) constituting the precursor material (A) to the metal element (M) contained in the metal-containing solution added to (A), The method for producing a catalyst structure for decomposition of N 2 O according to any one of [17] to [19] above, wherein the adjustment is made to be 10 to 1000.
[21] The method for producing a catalyst structure for decomposition of N 2 O according to [17] above, wherein the precursor material (C) and a structure-directing agent are mixed in the hydrothermal treatment step.
[22] The method for producing an N 2 O decomposition catalyst structure according to [17] above, wherein the hydrothermal treatment step is performed in a basic atmosphere.

本発明によれば、使用温度が高温状態でも、NO分解機能の低下を抑制して長寿命化を実現することができ、また、使用温度が低温状態でも、NO除去能を有するNO分解用触媒構造体及びその製造方法、並びに該NO分解用触媒構造体を有するNO除去装置を提供することができる。 According to the present invention, even when the operating temperature is high, it is possible to suppress deterioration of the N 2 O decomposition function and realize a long service life, and even when the operating temperature is low, it has the ability to remove N 2 O. It is possible to provide an N 2 O decomposition catalyst structure, a method for producing the same, and an N 2 O removal apparatus having the N 2 O decomposition catalyst structure.

図1は、本発明の実施形態に係るNO分解用触媒構造体の内部構造が分かるように概略的に示したものであって、図1(a)は斜視図(一部を横断面で示す。)、図1(b)は部分拡大断面図である。1A and 1B schematically show the internal structure of an N 2 O decomposition catalyst structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. ), and FIG. 1(b) is a partially enlarged sectional view. 図2は、図1のNO分解用触媒構造体の機能の一例を説明するための部分拡大断面図であり、図2(a)は篩機能、図2(b)は触媒能を説明する図である。FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining an example of the function of the N 2 O decomposition catalyst structure of FIG. 1, FIG. 2(a) explaining the sieve function, and FIG. It is a figure to do. 図3は、図1のNO分解用触媒構造体の製造方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flow chart showing an example of a method for manufacturing the N 2 O decomposition catalyst structure of FIG. 図4は、図1のNO分解用触媒構造体の変形例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a modification of the N 2 O decomposition catalyst structure of FIG.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[NO分解用触媒構造体の構成]
図1は、本発明の実施形態に係るNO分解用触媒構造体の構成を概略的に示す図であり、(a)は斜視図(一部を横断面で示す。)、(b)は部分拡大断面図である。なお、図1におけるNO分解用触媒構造体は、その一例を示すものであり、本発明に係る各構成の形状、寸法等は、図1のものに限られないものとする。
[Structure of catalyst structure for N 2 O decomposition]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an N 2 O decomposition catalyst structure according to an embodiment of the present invention, (a) being a perspective view (partially shown in cross section), (b). is a partially enlarged cross-sectional view. Note that the N 2 O decomposition catalyst structure in FIG. 1 shows an example thereof, and the shape, dimensions, etc. of each component according to the present invention are not limited to those in FIG. 1 .

図1(a)に示されるように、NO分解用触媒構造体1は、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体10と、該担体10に内在する、少なくとも1つのNO分解用触媒物質である金属酸化物、好ましくは金属酸化物微粒子20とを備える。 As shown in FIG. 1(a), the N 2 O decomposition catalyst structure 1 includes a carrier 10 having a porous structure made of a zeolite-type compound and at least one N 2 O It comprises a metal oxide, preferably metal oxide fine particles 20, which is a catalytic material for decomposition.

O分解用触媒構造体1において、複数の金属酸化物微粒子20,20,・・・は、担体10の多孔質構造の内部に包接されている。金属酸化物微粒子20については、詳しくは後述する。 In the N 2 O decomposition catalyst structure 1 , the plurality of metal oxide fine particles 20 , 20 , . . . Details of the metal oxide fine particles 20 will be described later.

担体10は、多孔質構造であり、図1(b)に示すように、好適には複数の孔11a,11a,・・・が形成されることにより、互いに連通する通路11を有する。ここで金属酸化物微粒子20は、担体10の少なくとも通路11に存在しており、好ましくは担体10の少なくとも通路11に保持されている。 The carrier 10 has a porous structure, and as shown in FIG. 1(b), preferably has a plurality of holes 11a, 11a, . Here, the metal oxide fine particles 20 are present in at least the passages 11 of the carrier 10 and preferably held in at least the passages 11 of the carrier 10 .

このような構成により、担体10内での金属酸化物微粒子20の移動が規制され、金属酸化物微粒子20、20同士の凝集が有効に防止されている。その結果、金属酸化物微粒子20としての有効表面積の減少を効果的に抑制することができ、NO分解用触媒物質である金属酸化物微粒子20の触媒活性は長期にわたって持続する。すなわち、NO分解用触媒構造体1によれば、金属酸化物微粒子20の凝集による触媒活性の低下を抑制でき、NO分解用触媒構造体1としての長寿命化を図ることができる。また、NO分解用触媒構造体1の長寿命化により、NO分解用触媒構造体1の交換頻度を低減でき、使用済みのNO分解用触媒構造体1の廃棄量を大幅に低減することができ、省資源化を図ることができる。 With such a configuration, movement of the metal oxide fine particles 20 within the carrier 10 is regulated, and aggregation of the metal oxide fine particles 20, 20 is effectively prevented. As a result, the reduction in the effective surface area of the metal oxide fine particles 20 can be effectively suppressed, and the catalytic activity of the metal oxide fine particles 20, which is the N 2 O decomposition catalyst material, is maintained over a long period of time. That is, according to the N 2 O decomposition catalyst structure 1, it is possible to suppress the deterioration of the catalytic activity due to aggregation of the metal oxide fine particles 20, and it is possible to extend the life of the N 2 O decomposition catalyst structure 1. . In addition, by extending the life of the N 2 O decomposition catalyst structure 1, the replacement frequency of the N 2 O decomposition catalyst structure 1 can be reduced, and the disposal amount of the used N 2 O decomposition catalyst structure 1 can be greatly reduced. can be reduced to 2, and resource saving can be achieved.

通常、NO分解用触媒構造体を、NOを含む流体中で用いる場合、流体から外力を受ける可能性がある。この場合、金属酸化物微粒子20が、担体10の外表面に付着状態で保持されているだけであると、流体からの外力の影響で担体10の外表面から離脱しやすいという問題がある。これに対し、NO分解用触媒構造体1では、金属酸化物微粒子20は担体10の少なくとも通路11に存在しているため、流体による外力の影響を受けたとしても、担体10から金属酸化物微粒子20が離脱しにくい。すなわち、NO分解用触媒構造体1が流体内にある場合、流体は担体10の孔11aから、通路11内に流入するため、通路11内を流れる流体の速さは、流路抵抗(摩擦力)により、担体10の外表面を流れる流体の速さに比べて、遅くなると考えられる。このような流路抵抗の影響により、通路11内に保持された金属酸化物微粒子20が流体から受ける圧力は、担体10の外部において金属酸化物微粒子が流体から受ける圧力に比べて低くなる。そのため、担体10に内在する金属酸化物微粒子20が離脱することを効果的に抑制でき、NO分解用触媒物質である金属酸化物微粒子20の触媒活性を長期的に安定して維持することが可能となる。なお、上記のような流路抵抗は、担体10の通路11が、曲がりや分岐を複数有し、担体10の内部がより複雑で三次元的な立体構造となっているほど、大きくなると考えられる。 Normally, when the N 2 O decomposition catalyst structure is used in a fluid containing N 2 O, it may receive an external force from the fluid. In this case, if the metal oxide fine particles 20 are only held on the outer surface of the carrier 10 in an adhered state, there is a problem that they tend to separate from the outer surface of the carrier 10 under the influence of the external force from the fluid. On the other hand, in the N 2 O decomposition catalyst structure 1, the metal oxide fine particles 20 are present at least in the passages 11 of the carrier 10, so even if the carrier 10 is affected by an external force, metal oxidation from the carrier 10 does not occur. The particles 20 are difficult to separate. That is, when the N 2 O decomposition catalyst structure 1 is in the fluid, the fluid flows into the passage 11 from the holes 11 a of the carrier 10 , so the speed of the fluid flowing in the passage 11 is reduced by the flow resistance ( It is thought that the speed of the fluid flowing on the outer surface of the carrier 10 becomes slower due to the frictional force). Due to the influence of such channel resistance, the pressure that the metal oxide fine particles 20 held in the passage 11 receive from the fluid is lower than the pressure that the metal oxide fine particles receive from the fluid outside the carrier 10 . Therefore, the separation of the metal oxide fine particles 20 inherent in the carrier 10 can be effectively suppressed, and the catalytic activity of the metal oxide fine particles 20, which is the catalyst material for decomposing N 2 O, can be stably maintained for a long period of time. becomes possible. It is believed that the flow path resistance as described above increases as the passage 11 of the carrier 10 has a plurality of bends and branches and the inside of the carrier 10 has a more complicated three-dimensional three-dimensional structure. .

また、通路11は、ゼオライト型化合物の骨格構造によって画定される一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかと、上記一次元孔、上記二次元孔及び上記三次元孔のうちのいずれとも異なる拡径部12とを有していることが好ましく、このとき、金属酸化物微粒子20は、少なくとも拡径部12に存在していることが好ましく、少なくとも拡径部12に包接されていることがより好ましい。ここでいう一次元孔とは、一次元チャンネルを形成しているトンネル型またはケージ型の孔、もしくは複数の一次元チャンネルを形成しているトンネル型またはケージ型の複数の孔(複数の一次元チャンネル)を指す。また、二次元孔とは、複数の一次元チャンネルが二次元的に連結された二次元チャンネルを指し、三次元孔とは、複数の一次元チャンネルが三次元的に連結された三次元チャンネルを指す。これにより、金属酸化物微粒子20の担体10内での移動がさらに規制され、金属酸化物微粒子20の離脱や、金属酸化物微粒子20、20同士の凝集をさらに有効に防止することができる。包接とは、金属酸化物微粒子20が担体10に内包されている状態を指す。このとき金属酸化物微粒子20と担体10とは、必ずしも直接的に互いが接触している必要はなく、金属酸化物微粒子20と担体10との間に他の物質(例えば、界面活性剤等)が介在した状態で、金属酸化物微粒子20が担体10に間接的に保持されていてもよい。 In addition, the passage 11 is defined by the framework structure of the zeolite-type compound, and any of the one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional pores, and the one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional pores It is preferable to have an enlarged diameter portion 12 different from any of them, and at this time, it is preferable that the metal oxide fine particles 20 are present at least in the enlarged diameter portion 12 and are enclosed by at least the enlarged diameter portion 12. more preferably. The one-dimensional pore here means a tunnel-shaped or cage-shaped pore that forms a one-dimensional channel, or a plurality of tunnel-shaped or cage-shaped pores that form a plurality of one-dimensional channels (a plurality of one-dimensional pores). channel). A two-dimensional pore refers to a two-dimensional channel in which a plurality of one-dimensional channels are two-dimensionally connected, and a three-dimensional pore refers to a three-dimensional channel in which a plurality of one-dimensional channels are three-dimensionally connected. Point. As a result, movement of the metal oxide fine particles 20 within the carrier 10 is further regulated, and detachment of the metal oxide fine particles 20 and aggregation of the metal oxide fine particles 20, 20 can be more effectively prevented. The inclusion refers to a state in which the metal oxide fine particles 20 are included in the carrier 10 . At this time, the metal oxide fine particles 20 and the carrier 10 do not necessarily have to be in direct contact with each other. The metal oxide fine particles 20 may be indirectly held by the carrier 10 with the intervening.

図1(b)では金属酸化物微粒子20が拡径部12に包接されている場合を示しているが、この構成だけには限定されず、金属酸化物微粒子20は、その一部が拡径部12の外側にはみ出した状態で通路11に保持されていてもよい。また、金属酸化物微粒子20は、拡径部12以外の通路11の部分(例えば通路11の内壁部分)に部分的に埋設され、または固着等によって保持されていてもよい。また、拡径部12は、上記一次元孔、上記二次元孔及び上記三次元孔のうちのいずれかを構成する複数の孔11a,11a同士を連通しているのが好ましい。これにより、担体10の内部に、一次元孔、二次元孔又は三次元孔とは異なる別途の通路が設けられるので、金属酸化物微粒子20の触媒機能をより発揮させることができる。 Although FIG. 1(b) shows the case where the metal oxide fine particles 20 are enclosed in the expanded diameter portion 12, the configuration is not limited to this, and the metal oxide fine particles 20 are partially expanded. It may be held in the passage 11 in a state of protruding outside the diameter portion 12 . Moreover, the metal oxide fine particles 20 may be partially embedded in a portion of the passage 11 other than the enlarged diameter portion 12 (for example, an inner wall portion of the passage 11), or may be held by adhesion or the like. Moreover, it is preferable that the diameter-enlarging portion 12 communicates with a plurality of holes 11a, 11a forming any one of the one-dimensional hole, the two-dimensional hole, and the three-dimensional hole. As a result, separate passages different from the one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional holes are provided inside the carrier 10, so that the catalytic function of the metal oxide fine particles 20 can be exhibited more effectively.

また、通路11は、担体10の内部に、分岐部または合流部を含んで三次元的に形成されており、拡径部12は、通路11の上記分岐部または合流部に設けられるのが好ましい。 Further, the passage 11 is formed three-dimensionally inside the carrier 10 including a branched portion or a confluence, and the enlarged diameter portion 12 is preferably provided at the branched portion or the confluence of the passage 11. .

担体10に形成された通路11の平均内径Dは、上記一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかを構成する孔11aの短径及び長径の平均値から算出され、例えば0.1nm~1.5nmであり、好ましくは0.5nm~0.8nmである。また、拡径部12の内径Dは、例えば0.5nm~50nmであり、好ましくは1.1nm~40nm、より好ましくは1.1nm~3.3nmである。拡径部12の内径Dは、例えば後述する前駆体材料(A)の細孔径、及び包接される金属酸化物微粒子20の平均粒径Dに依存する。拡径部12の内径Dは、金属酸化物微粒子20を包接し得る大きさである。 The average inner diameter D F of the passages 11 formed in the carrier 10 is calculated from the average value of the short diameter and long diameter of the holes 11a constituting any one of the one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional holes. It is 0.1 nm to 1.5 nm, preferably 0.5 nm to 0.8 nm. Further, the inner diameter D E of the expanded diameter portion 12 is, for example, 0.5 nm to 50 nm, preferably 1.1 nm to 40 nm, more preferably 1.1 nm to 3.3 nm. The inner diameter D E of the expanded diameter portion 12 depends, for example, on the pore diameter of the precursor material (A) described later and the average particle diameter D C of the enclosed metal oxide fine particles 20 . The inner diameter D E of the expanded diameter portion 12 is large enough to enclose the metal oxide fine particles 20 .

担体10は、ゼオライト型化合物で構成される。従って、NO分解用触媒構造体1の使用温度が低く、十分な触媒活性が得られない場合であっても、ゼオライト型化合物の有する吸着能によって、流体に含まれるNOはゼオライト型化合物に吸着され、流体からNOが除去される。 Carrier 10 is composed of a zeolite-type compound. Therefore, even if the operating temperature of the N 2 O decomposition catalyst structure 1 is low and sufficient catalytic activity is not obtained, the N 2 O contained in the fluid is zeolite type due to the adsorption ability of the zeolite type compound. The N 2 O is removed from the fluid by being adsorbed by the compound.

ゼオライト型化合物としては、例えば、ゼオライト(アルミノケイ酸塩)、陽イオン交換ゼオライト、シリカライト等のケイ酸塩化合物、アルミノホウ酸塩、アルミノヒ酸塩、ゲルマニウム酸塩等のゼオライト類縁化合物、リン酸モリブデン等のリン酸塩系ゼオライト類似物質などが挙げられる。中でも、ゼオライト型化合物はケイ酸塩化合物であることが好ましい。 Examples of zeolite-type compounds include zeolite (aluminosilicate), cation-exchanged zeolite, silicate compounds such as silicalite, zeolite-related compounds such as aluminoborates, aluminoarsenates, and germanates, and molybdenum phosphate. phosphate-based zeolite-like substances, and the like. Among them, the zeolite-type compound is preferably a silicate compound.

ゼオライト型化合物の骨格構造は、FAU型(Y型またはX型)、MTW型、MFI型(ZSM-5)、FER型(フェリエライト)、LTA型(A型)、MWW型(MCM-22)、MOR型(モルデナイト)、LTL型(L型)、BEA型(ベータ型)などの中から選択され、好ましくはMFI型であり、より好ましくはZSM-5である。ゼオライト型化合物には、各骨格構造に応じた孔径を有する孔が複数形成されており、例えばMFI型の最大孔径は0.636nm(6.36Å)、平均孔径0.560nm(5.60Å)である。 The skeleton structure of the zeolite type compound is FAU type (Y type or X type), MTW type, MFI type (ZSM-5), FER type (ferrierite), LTA type (A type), MWW type (MCM-22). , MOR type (mordenite), LTL type (L type), BEA type (beta type), etc., preferably MFI type, more preferably ZSM-5. A zeolite-type compound is formed with a plurality of pores having a pore size corresponding to each skeleton structure. be.

以下、NO分解用触媒物質である金属酸化物微粒子20について詳しく説明する。 The metal oxide fine particles 20, which are the N 2 O decomposition catalyst material, will be described in detail below.

金属酸化物微粒子20は一次粒子である場合と、一次粒子が凝集して形成した二次粒子である場合とがあるが、金属酸化物微粒子20の平均粒径Dは、好ましくは通路11の平均内径Dよりも大きく、且つ拡径部12の内径D以下である(D<D≦D)。このような金属酸化物微粒子20は、通路11内では、好適には拡径部12に存在しており、担体10内での金属酸化物微粒子20の移動が規制される。よって、金属酸化物微粒子20が流体から外力を受けた場合や、NO分解用触媒構造体1の使用温度が高い場合であっても、担体10内での金属酸化物微粒子20の移動が抑制され、担体10の通路11に分散配置された拡径部12、12、・・のそれぞれに存在する金属酸化物微粒子20、20、・・同士が接触するのを有効に防止することができる。 The metal oxide fine particles 20 may be primary particles or may be secondary particles formed by agglomeration of primary particles. It is larger than the average inner diameter D F and equal to or less than the inner diameter D E of the enlarged diameter portion 12 ( DF <D C ≤ D E ). Such metal oxide fine particles 20 preferably exist in the enlarged diameter portion 12 within the passage 11 , and the movement of the metal oxide fine particles 20 within the carrier 10 is restricted. Therefore, even when the metal oxide fine particles 20 receive an external force from the fluid or when the N 2 O decomposition catalyst structure 1 is used at a high temperature, the metal oxide fine particles 20 do not move within the carrier 10 . present in each of the enlarged diameter portions 12, 12, . .

また、金属酸化物微粒子20の平均粒径Dは、一次粒子および二次粒子のいずれの場合も、好ましくは0.1nm~50nmであり、より好ましくは0.1nm以上30nm未満であり、さらに好ましくは0.5nm~14.0nmであり、特に好ましくは1.0nm~3.3nmである。また、通路11の平均内径Dに対する金属酸化物微粒子20の平均粒径Dの割合(D/D)は、好ましくは0.06~500であり、より好ましくは0.1~45であり、更に好ましくは1.1~45であり、特に好ましくは1.7~4.5である。また、金属酸化物微粒子20の金属元素(M)は、NO分解用触媒構造体1に対して0.5~2.5質量%で含有されていることが好ましく、NO分解用触媒構造体1に対して0.5~1.5質量%で含有されていることがより好ましい。例えば、金属元素(M)がCoである場合、Co元素の含有量(質量%)は、{(Co元素の質量)/(NO分解用触媒構造体1の全元素の質量)}×100で表される。 In addition, the average particle diameter D C of the metal oxide fine particles 20 is preferably 0.1 nm to 50 nm, more preferably 0.1 nm or more and less than 30 nm, in both primary particles and secondary particles. It is preferably 0.5 nm to 14.0 nm, particularly preferably 1.0 nm to 3.3 nm. In addition, the ratio of the average particle diameter D C of the metal oxide fine particles 20 to the average inner diameter D F of the passage 11 (D C /D F ) is preferably 0.06 to 500, more preferably 0.1 to 45. , more preferably 1.1 to 45, and particularly preferably 1.7 to 4.5. The metal element (M) of the metal oxide fine particles 20 is preferably contained in an amount of 0.5 to 2.5% by mass with respect to the catalyst structure 1 for N 2 O decomposition. More preferably, it is contained in an amount of 0.5 to 1.5% by mass with respect to the catalyst structure 1. For example, when the metal element (M) is Co, the content (% by mass) of the Co element is {(mass of Co element)/(mass of all elements in N 2 O decomposition catalyst structure 1)}× It is represented by 100.

上記金属酸化物微粒子20は、金属酸化物で構成されていればよく、例えば、単一の金属酸化物で構成されていてもよく、あるいは2種以上の金属酸化物の混合物で構成されていてもよい。なお、本明細書において、金属酸化物微粒子20を構成する(材質としての)「金属酸化物」は、1種の金属元素(M)を含む酸化物と、2種以上の金属元素(M)を含む複合酸化物とを含む意味であり、1種以上の金属元素(M)を含む酸化物の総称である。 The metal oxide fine particles 20 may be composed of a metal oxide, for example, may be composed of a single metal oxide, or may be composed of a mixture of two or more metal oxides. good too. In this specification, the “metal oxide” (as a material) constituting the metal oxide fine particles 20 means an oxide containing one kind of metal element (M) and an oxide containing two or more kinds of metal elements (M). It is a generic term for oxides containing one or more metal elements (M).

このような金属酸化物としては、例えば酸化コバルト(CoO)、酸化ニッケル(NiO)、酸化鉄(FeO)、酸化銅(CuO)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化セリウム(CeO)、酸化アルミニウム(AlO)、酸化ニオブ(NbO)、酸化チタン(TiO)、酸化ビスマス(BiO)、酸化モリブデン(MoO)、酸化バナジウム(VO)、酸化クロム(CrO)、酸化亜鉛(ZnO) 等が挙げられ、上記のいずれか1種以上を主成分とすることが好ましい。 Examples of such metal oxides include cobalt oxide (CoO x ), nickel oxide (NiO x ), iron oxide (FeO x ) , copper oxide (CuO x ), zirconium oxide (ZrO x ), cerium oxide (CeO x ) , ), aluminum oxide (AlO x ), niobium oxide (NbO x ), titanium oxide (TiO x ), bismuth oxide (BiO x ), molybdenum oxide (MoO x ), vanadium oxide (VO x ), chromium oxide (CrO x ) , zinc oxide (ZnO x ), etc., and it is preferable to use at least one of the above as a main component.

また、金属酸化物微粒子20を構成する金属元素(M)に対する、担体10を構成するケイ素(Si)の割合(原子数比Si/M)は、10~1000であるのが好ましく、50~200であるのがより好ましい。上記割合が1000より大きいと、活性が低いなど、NO分解用触媒物質としての作用が十分に得られない可能性がある。一方、上記割合が10よりも小さいと、金属酸化物微粒子20の割合が大きくなりすぎて、担体10の強度が低下する傾向がある。なお、ここでいう金属酸化物微粒子20は、担体10の内部に保持され、または担持された金属酸化物微粒子をいい、担体10の外表面に付着した金属酸化物微粒子を含まない。 Further, the ratio of silicon (Si) constituting the carrier 10 to the metal element (M) constituting the metal oxide fine particles 20 (atomic ratio Si/M) is preferably 10 to 1000, more preferably 50 to 200. is more preferable. If the above ratio is more than 1000, there is a possibility that the activity as a catalytic substance for decomposition of N 2 O may not be sufficiently obtained, such as low activity. On the other hand, when the ratio is less than 10, the ratio of the metal oxide fine particles 20 becomes too large, and the strength of the carrier 10 tends to decrease. The metal oxide fine particles 20 referred to here refer to metal oxide fine particles held or supported inside the carrier 10 and do not include metal oxide fine particles adhering to the outer surface of the carrier 10 .

[NO分解用触媒構造体の触媒活性]
O分解用触媒構造体1は、上記のとおり、多孔質構造の担体10と、担体10に内在する少なくとも1つの金属酸化物微粒子20とを備える。NO分解用触媒構造体1は、担体10に内在する金属酸化物微粒子20が流体と接触することにより、金属酸化物微粒子20に応じた触媒活性を発揮する。具体的に、NO分解用触媒構造体1の外表面10aに接触した流体は、外表面10aに形成された孔11aから担体10内部に流入して通路11内に誘導され、通路11内を通って移動し、他の孔11aを通じてNO分解用触媒構造体1の外部へ出る。流体が通路11内を通って移動する経路において、通路11に存在している金属酸化物微粒子20と接触することによって、金属酸化物微粒子20の触媒活性に応じた反応(NO分解反応)が生じる。また、NO分解用触媒構造体1は、担体10が多孔質構造であることにより、分子篩能を有する。
[Catalytic activity of catalyst structure for N 2 O decomposition]
As described above, the N 2 O decomposition catalyst structure 1 includes the carrier 10 having a porous structure and at least one metal oxide fine particle 20 present in the carrier 10 . The N 2 O decomposition catalyst structure 1 exerts catalytic activity corresponding to the metal oxide fine particles 20 when the metal oxide fine particles 20 contained in the carrier 10 come into contact with the fluid. Specifically, the fluid coming into contact with the outer surface 10a of the N 2 O decomposition catalyst structure 1 flows into the carrier 10 through the holes 11a formed in the outer surface 10a, is guided into the passage 11, and is guided into the passage 11. , and exits the N 2 O decomposition catalyst structure 1 through another hole 11a. When the fluid comes into contact with the metal oxide fine particles 20 present in the passage 11 on the path along which the fluid moves through the passage 11, a reaction (N 2 O decomposition reaction) according to the catalytic activity of the metal oxide fine particles 20 occurs. occurs. Further, the N 2 O decomposition catalyst structure 1 has a molecular sieving ability due to the porous structure of the carrier 10 .

まず、NO分解用触媒構造体1の分子篩能について、図2(a)を用いて、流体がNOを含む気体である場合を例として説明する。図2(a)に示すように、孔11aの孔径以下、言い換えれば、通路11の内径以下の大きさを有するNO分子は、担体10内に流入することができる。一方、孔11aの孔径を超える大きさを有する非NO分子15は、担体10内へ流入することができない。このように、流体が複数種類の化合物を含んでいる場合に、担体10内に流入することができない化合物の反応は規制され、担体10内に流入することができる化合物を反応させることができる。 First, the molecular sieving ability of the N 2 O decomposition catalyst structure 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2( a ), N 2 O molecules having a size equal to or less than the diameter of the holes 11 a , in other words, equal to or less than the inner diameter of the passage 11 can flow into the carrier 10 . On the other hand, non-N 2 O molecules 15 having a size exceeding the pore diameter of the pores 11 a cannot flow into the carrier 10 . In this way, when the fluid contains multiple types of compounds, the reaction of the compounds that cannot flow into the carrier 10 is regulated, and the compounds that can flow into the carrier 10 can react.

反応によって担体10内で生成した化合物のうち、孔11aの孔径以下の大きさを有する分子で構成される化合物のみが孔11aを通じて担体10の外部へ出ることができ、反応生成物として得られる。一方、孔11aから担体10の外部へ出ることができない化合物は、担体10の外部へ出ることができる大きさの分子で構成される化合物に変換させれば、担体10の外部へ出すことができる。このように、NO分解用触媒構造体1を用いることにより、特定の反応生成物を選択的に得ることができる。 Among the compounds produced in the carrier 10 by the reaction, only compounds composed of molecules having a size equal to or smaller than the pore diameter of the pores 11a can exit the carrier 10 through the pores 11a and are obtained as reaction products. On the other hand, compounds that cannot exit the carrier 10 through the pores 11a can be expelled from the carrier 10 by converting them into compounds composed of molecules having a size that allows them to exit the carrier 10. . Thus, by using the N 2 O decomposition catalyst structure 1, a specific reaction product can be selectively obtained.

O分解用触媒構造体1では、図2(b)に示すように、通路11の拡径部12に金属酸化物微粒子20が包接されている。金属酸化物微粒子20の平均粒径Dが、通路11の平均内径Dよりも大きく、拡径部12の内径Dよりも小さい場合には(D<D<D)、金属酸化物微粒子20と拡径部12との間に小通路13が形成される。そこで、図2(b)中の矢印に示すように、小通路13に流入した流体が金属酸化物微粒子20と接触する。各金属酸化物微粒子20は、拡径部12に包接されているため、担体10内での移動が制限されている。これにより、担体10内における金属酸化物微粒子20、20同士の凝集が防止される。その結果、金属酸化物微粒子20と流体との大きな接触面積を安定して維持することができる。 In the N 2 O decomposition catalyst structure 1, as shown in FIG. 2(b), the metal oxide fine particles 20 are enclosed in the enlarged diameter portion 12 of the passage 11. As shown in FIG. When the average particle size D C of the metal oxide fine particles 20 is larger than the average inner diameter D F of the passage 11 and smaller than the inner diameter D E of the expanded diameter portion 12 (D F <D C <D E ), the metal A small passage 13 is formed between the oxide fine particles 20 and the enlarged diameter portion 12 . Therefore, as indicated by the arrows in FIG. 2B, the fluid flowing into the small passage 13 comes into contact with the metal oxide fine particles 20 . Since each metal oxide fine particle 20 is surrounded by the enlarged diameter portion 12 , movement within the carrier 10 is restricted. This prevents aggregation of the metal oxide fine particles 20 and 20 in the carrier 10 . As a result, a large contact area between the metal oxide fine particles 20 and the fluid can be stably maintained.

通路11に流入したNO分子が金属酸化物微粒子20に接触すると、金属酸化物微粒子20中の酸素による酸化分解反応によってNO分子がNとOに分解される。例えば、金属酸化物微粒子20に含まれる酸化鉄を触媒とする場合、通路11に流入したNO分子が酸化鉄微粒子に接触すると、酸化鉄微粒子中の酸素による酸化反応によってNO分子がNとOに分解されて、気体中に含まれるNO濃度を低減できる。 When the N 2 O molecules flowing into the passage 11 come into contact with the metal oxide fine particles 20 , the N 2 O molecules are decomposed into N 2 and O 2 by an oxidative decomposition reaction caused by oxygen in the metal oxide fine particles 20 . For example, when the iron oxide contained in the metal oxide fine particles 20 is used as a catalyst, when the N 2 O molecules flowing into the passage 11 come into contact with the iron oxide fine particles, the N 2 O molecules are converted into N 2 O molecules by an oxidation reaction caused by oxygen in the iron oxide fine particles. It is decomposed into N 2 and O 2 and can reduce the concentration of N 2 O contained in the gas.

上記から、酸化鉄等の金属酸化物微粒子20の触媒反応開始温度が300℃と高いことからNO分解用触媒構造体1の使用温度を高温状態となっても、金属酸化物微粒子20の凝集が防止されることから、金属酸化物微粒子のNO分解機能の低下を抑制できる。すなわち、NO分解用触媒構造体1の使用温度が低い条件下で十分な触媒活性が得られない場合であっても、ゼオライト型化合物の有する吸着能によって、流体に含まれるNOはゼオライト型化合物に吸着されることで流体から除去され、また、NO分解用触媒構造体1の使用温度が高くなってもNO分解機能の低下を抑制できるので、低温時にゼオライト型化合物に吸着されたNO及び高温時に供給された流体に含まれるNOを分解除去できる。 From the above, since the catalytic reaction initiation temperature of the metal oxide fine particles 20 such as iron oxide is as high as 300° C., even if the N 2 O decomposition catalyst structure 1 is used at a high temperature, the metal oxide fine particles 20 can be produced. Since agglomeration is prevented, deterioration of the N 2 O decomposition function of the metal oxide fine particles can be suppressed. That is, even if sufficient catalytic activity cannot be obtained under conditions where the operating temperature of the N 2 O decomposition catalyst structure 1 is low, the N 2 O contained in the fluid is reduced by the adsorption capacity of the zeolite-type compound. It is removed from the fluid by being adsorbed by the zeolite type compound, and even if the operating temperature of the catalyst structure 1 for N 2 O decomposition becomes high, the deterioration of the N 2 O decomposition function can be suppressed. It is possible to decompose and remove the N 2 O adsorbed to and the N 2 O contained in the fluid supplied at a high temperature.

また、NO分解用触媒構造体1を用いて、NO除去装置が形成されてもよい。上記実施形態例に係るNO分解用触媒構造体1を用いることで、上記と同様の効果を奏するNO除去装置を得ることができる。 Further, an N 2 O removal device may be formed using the N 2 O decomposition catalyst structure 1 . By using the N 2 O decomposition catalyst structure 1 according to the above-described embodiment, it is possible to obtain an N 2 O removal device that exhibits the same effects as described above.

[NO分解用触媒構造体の製造方法]
図3は、図1のNO分解用触媒構造体1の製造方法を示すフローチャートである。以下、担体に内在する触媒物質が金属酸化物微粒子である場合を例に、NO分解用触媒構造体の製造方法の一例を説明する。
[Method for producing catalyst structure for N 2 O decomposition]
FIG. 3 is a flow chart showing a method of manufacturing the N 2 O decomposition catalyst structure 1 of FIG. An example of a method for producing a catalyst structure for decomposing N 2 O will be described below, taking as an example the case where the catalytic substance inherent in the carrier is metal oxide fine particles.

(ステップS1:準備工程)
図3に示すように、先ず、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体を得るための前駆体材料(A)を準備する。前駆体材料(A)は、好ましくは規則性メソ細孔物質であり、NO分解用触媒構造体の担体を構成するゼオライト型化合物の種類(組成)に応じて適宜選択できる。
(Step S1: preparation process)
As shown in FIG. 3, first, a precursor material (A) for obtaining a carrier having a porous structure composed of a zeolite-type compound is prepared. The precursor material (A) is preferably a regular mesoporous material, and can be appropriately selected according to the type (composition) of the zeolite compound that constitutes the carrier of the N 2 O decomposition catalyst structure.

ここで、NO分解用触媒構造体の担体を構成するゼオライト型化合物がケイ酸塩化合物である場合には、規則性メソ細孔物質は、細孔径1~50nmの細孔が1次元、2次元または3次元に均一な大きさかつ規則的に発達したSi-O骨格からなる化合物であることが好ましい。このような規則性メソ細孔物質は、合成条件によって様々な合成物として得られるが、合成物の具体例としては、例えばSBA-1、SBA-15、SBA-16、KIT-6、FSM-16、MCM-41等が挙げられ、中でもMCM-41が好ましい。なお、SBA-1の細孔径は10~30nm、SBA-15の細孔径は6~10nm、SBA-16の細孔径は6nm、KIT-6の細孔径は9nm、FSM-16の細孔径は3~5nm、MCM-41の細孔径は1~10nmである。また、このような規則性メソ細孔物質としては、例えばメソポーラスシリカ、メソポーラスアルミノシリケート、メソポーラスメタロシリケート等が挙げられる。 Here, when the zeolite-type compound constituting the carrier of the catalyst structure for N 2 O decomposition is a silicate compound, the regular mesoporous material has pores with a pore diameter of 1 to 50 nm. It is preferably a compound consisting of a Si—O skeleton that has a uniform size and is regularly developed two-dimensionally or three-dimensionally. Such regular mesoporous materials can be obtained as various synthetic products depending on the synthesis conditions. 16, MCM-41 and the like, among which MCM-41 is preferred. The pore diameter of SBA-1 is 10 to 30 nm, the pore diameter of SBA-15 is 6 to 10 nm, the pore diameter of SBA-16 is 6 nm, the pore diameter of KIT-6 is 9 nm, and the pore diameter of FSM-16 is 3 nm. ˜5 nm, and the pore size of MCM-41 is 1-10 nm. Examples of such ordered mesoporous materials include mesoporous silica, mesoporous aluminosilicate, mesoporous metallosilicate, and the like.

前駆体材料(A)は、市販品および合成品のいずれであってもよい。前駆体材料(A)を合成する場合には、公知の規則性メソ細孔物質の合成方法により行うことができる。例えば、前駆体材料(A)の構成元素を含有する原料と、前駆体材料(A)の構造を規定するための鋳型剤とを含む混合溶液を調製し、必要に応じてpHを調整して、水熱処理(水熱合成)を行う。その後、水熱処理により得られた沈殿物(生成物)を回収(例えば、ろ別)し、必要に応じて洗浄および乾燥し、さらに焼成することで、粉末状の規則性メソ細孔物質である前駆体材料(A)が得られる。ここで、混合溶液の溶媒としては、例えば水、またはアルコール等の有機溶媒、若しくはこれらの混合溶媒等を用いることができる。また、原料は、担体の種類に応じて選択されるが、例えばテトラエトキシシラン(TEOS)等のシリカ剤、フュームドシリカ、石英砂等が挙げられる。また、鋳型剤としては、各種界面活性剤、ブロックコポリマー等を用いることができ、規則性メソ細孔物質の合成物の種類に応じて選択することが好ましく、例えばMCM-41を作製する場合にはヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド等の界面活性剤が好適である。水熱処理は、例えば、密閉容器内で、80~800℃、5時間~240時間、0~2000kPaの処理条件で行うことができる。焼成処理は、例えば、空気中で、350~850℃、2~30時間の処理条件で行うことができる。 Precursor material (A) may be either commercially available or synthetic. Synthesis of the precursor material (A) can be carried out by a known method for synthesizing ordered mesoporous materials. For example, a mixed solution containing raw materials containing constituent elements of the precursor material (A) and a templating agent for defining the structure of the precursor material (A) is prepared, and the pH is adjusted as necessary. , perform hydrothermal treatment (hydrothermal synthesis). After that, the precipitate (product) obtained by the hydrothermal treatment is recovered (for example, filtered), washed and dried as necessary, and further calcined to obtain a powdery ordered mesoporous material. A precursor material (A) is obtained. Here, as the solvent of the mixed solution, for example, water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solvent thereof can be used. The raw material is selected according to the type of carrier, and examples thereof include silica agents such as tetraethoxysilane (TEOS), fumed silica, and quartz sand. As the templating agent, various surfactants, block copolymers, etc. can be used, and it is preferable to select them according to the type of synthetic material of the regular mesoporous material. is preferably a surfactant such as hexadecyltrimethylammonium bromide. The hydrothermal treatment can be carried out, for example, in a closed vessel under conditions of 80 to 800° C., 5 hours to 240 hours, and 0 to 2000 kPa. The calcination treatment can be performed, for example, in the air at 350 to 850° C. for 2 to 30 hours.

(ステップS2:含浸工程)
次に、準備した前駆体材料(A)に、金属含有溶液を含浸させ、前駆体材料(B)を得る。
(Step S2: impregnation step)
Next, the prepared precursor material (A) is impregnated with a metal-containing solution to obtain a precursor material (B).

金属含有溶液は、NO分解用触媒構造体の金属酸化物微粒子を構成する金属元素(M)(例えば、金属イオン)に対応する金属成分を含有する溶液であればよく、例えば、溶媒に、金属元素(M)を含有する金属塩を溶解させることにより調製できる。このような金属塩としては、例えば、塩化物、水酸化物、酸化物、硫酸塩、硝酸塩等の金属塩が挙げられ、中でも硝酸塩が好ましい。溶媒としては、例えば水、またはアルコール等の有機溶媒、若しくはこれらの混合溶媒等を用いることができる。 The metal-containing solution may be any solution containing a metal component corresponding to the metal element (M) (for example, metal ion) that constitutes the metal oxide fine particles of the N 2 O decomposition catalyst structure. , can be prepared by dissolving a metal salt containing the metal element (M). Examples of such metal salts include metal salts such as chlorides, hydroxides, oxides, sulfates and nitrates, with nitrates being preferred. As the solvent, for example, water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solvent thereof can be used.

前駆体材料(A)に金属含有溶液を含浸させる方法は、特に限定されないが、例えば、後述する焼成工程の前に、粉末状の前駆体材料(A)を撹拌しながら、前駆体材料(A)に金属含有溶液を複数回に分けて少量ずつ添加することが好ましい。また、前駆体材料(A)の細孔内部に金属含有溶液がより浸入し易くなる観点から、前駆体材料(A)に、金属含有溶液を添加する前に予め、添加剤として界面活性剤を添加しておくことが好ましい。このような添加剤は、前駆体材料(A)の外表面を被覆する働きがあり、その後に添加される金属含有溶液が前駆体材料(A)の外表面に付着することを抑制し、金属含有溶液が前駆体材料(A)の細孔内部により浸入し易くなると考えられる。 The method for impregnating the precursor material (A) with the metal-containing solution is not particularly limited. For example, while stirring the powdery precursor material (A), the precursor material (A ), the metal-containing solution is preferably added little by little in multiple batches. In addition, from the viewpoint of making it easier for the metal-containing solution to penetrate into the pores of the precursor material (A), a surfactant is added as an additive to the precursor material (A) in advance before adding the metal-containing solution. It is preferable to add. Such an additive has the function of coating the outer surface of the precursor material (A), suppresses the metal-containing solution added thereafter from adhering to the outer surface of the precursor material (A), It is believed that the contained solution is more likely to penetrate into the pores of the precursor material (A).

このような添加剤としては、例えばポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等の非イオン性界面活性剤が挙げられる。これらの界面活性剤は、分子サイズが大きく前駆体材料(A)の細孔内部には浸入できないため、細孔の内部に付着することは無く、金属含有溶液が細孔内部に浸入することを妨げないと考えられる。非イオン性界面活性剤の添加方法としては、例えば、後述する焼成工程の前に、非イオン性界面活性剤を、前駆体材料(A)に対して50~500質量%添加するのが好ましい。非イオン性界面活性剤の前駆体材料(A)に対する添加量が50質量%未満であると上記の抑制作用が発現し難く、非イオン性界面活性剤を前駆体材料(A)に対して500質量%よりも多く添加すると粘度が上がりすぎるので好ましくない。よって、非イオン性界面活性剤の前駆体材料(A)に対する添加量を上記範囲内の値とする。 Examples of such additives include nonionic surfactants such as polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene alkyl ether and polyoxyethylene alkylphenyl ether. Since these surfactants have a large molecular size and cannot penetrate into the pores of the precursor material (A), they do not adhere to the inside of the pores and prevent the metal-containing solution from entering into the pores. not considered to be a hindrance. As a method for adding the nonionic surfactant, for example, it is preferable to add 50 to 500% by mass of the nonionic surfactant to the precursor material (A) before the baking step described later. If the amount of the nonionic surfactant added to the precursor material (A) is less than 50% by mass, the above suppressing action is difficult to manifest, and the nonionic surfactant is added to the precursor material (A) in an amount of 500% by mass. Adding more than % by mass is not preferable because the viscosity increases too much. Therefore, the amount of the nonionic surfactant added to the precursor material (A) is set within the above range.

また、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量は、前駆体材料(A)に含浸させる金属含有溶液中に含まれる金属元素(M)の量(すなわち、前駆体材料(B)に内在させる金属元素(M)の量)を考慮して、適宜調整することが好ましい。例えば、後述する焼成工程の前に、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量を、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液中に含まれる金属元素(M)に対する、前駆体材料(A)を構成するケイ素(Si)の比(原子数比Si/M)に換算して、10~1000となるように調整することが好ましく、50~200となるように調整することがより好ましい。例えば、前駆体材料(A)に金属含有溶液を添加する前に、添加剤として界面活性剤を前駆体材料(A)に添加した場合、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量を、原子数比Si/Mに換算して50~200とすることで、金属酸化物微粒子の金属元素(M)を、NO分解用触媒構造体に対して0.5~2.5質量%で含有させることができる。前駆体材料(B)の状態で、その細孔内部に存在する金属元素(M)の量は、金属含有溶液の金属濃度や、上記添加剤の有無、その他温度や圧力等の諸条件が同じであれば、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量に概ね比例する。また、前駆体材料(B)に内在する金属元素(M)の量は、NO分解用触媒構造体の担体に内在する金属酸化物微粒子を構成する金属元素の量と比例関係にある。したがって、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量を上記範囲に制御することにより、前駆体材料(A)の細孔内部に金属含有溶液を十分に含浸させることができ、ひいては、NO分解用触媒構造体の担体に内在させる金属酸化物微粒子の量を調整することができる。 In addition, the amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A) is the amount of the metal element (M) contained in the metal-containing solution impregnated into the precursor material (A) (that is, the amount of the precursor material (B ) is preferably adjusted as appropriate in consideration of the amount of the metal element (M) to be incorporated in ). For example, before the firing step to be described later, the addition amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A) is set to In terms of the ratio of silicon (Si) constituting the precursor material (A) (atomic ratio Si/M), it is preferably adjusted to be 10 to 1000, and adjusted to be 50 to 200. is more preferable. For example, if a surfactant is added as an additive to the precursor material (A) before adding the metal-containing solution to the precursor material (A), the addition of the metal-containing solution to the precursor material (A) By setting the amount to 50 to 200 in terms of the atomic number ratio Si/M, the metal element (M) of the metal oxide fine particles is adjusted to 0.5 to 2.0 with respect to the N 2 O decomposition catalyst structure. It can be contained at 5% by mass. In the state of the precursor material (B), the amount of the metal element (M) present inside the pores is the same under conditions such as the metal concentration of the metal-containing solution, the presence or absence of the above additives, and other conditions such as temperature and pressure. If so, it is roughly proportional to the amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A). Also, the amount of the metal element (M) inherent in the precursor material (B) is in a proportional relationship with the amount of the metal element constituting the metal oxide fine particles inherent in the carrier of the catalyst structure for N 2 O decomposition. Therefore, by controlling the addition amount of the metal-containing solution to be added to the precursor material (A) within the above range, the inside of the pores of the precursor material (A) can be sufficiently impregnated with the metal-containing solution. , the amount of the metal oxide fine particles contained in the carrier of the catalyst structure for N 2 O decomposition can be adjusted.

前駆体材料(A)に金属含有溶液を含浸させた後は、必要に応じて、洗浄処理を行ってもよい。洗浄溶液として、水、またはアルコール等の有機溶媒、若しくはこれらの混合溶液を用いることができる。また、前駆体材料(A)に金属含有溶液を含浸させ、必要に応じて洗浄処理を行った後、さらに乾燥処理を施すことが好ましい。乾燥処理としては、一晩程度の自然乾燥や、150℃以下の高温乾燥が挙げられる。なお、金属含有溶液に含まれる水分や、洗浄溶液の水分が、前駆体材料(A)に多く残った状態で、後述の焼成処理を行うと、前駆体材料(A)の規則性メソ細孔物質としての骨格構造が壊れる恐れがあるので、十分に乾燥するのが好ましい。 After impregnating the precursor material (A) with the metal-containing solution, a washing treatment may be performed as necessary. As the cleaning solution, water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solution thereof can be used. Moreover, it is preferable that the precursor material (A) is impregnated with the metal-containing solution, washed as necessary, and then dried. Drying treatments include natural drying for about one night and high-temperature drying at 150° C. or less. In addition, when the precursor material (A) is subjected to the firing treatment described later in a state in which a large amount of water contained in the metal-containing solution or the washing solution remains in the precursor material (A), regular mesopores of the precursor material (A) Sufficient drying is preferable because the skeleton structure of the substance may be destroyed.

(ステップS3:焼成工程)
次に、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体を得るための前駆体材料(A)に金属含有溶液が含浸された前駆体材料(B)を焼成して、前駆体材料(C)を得る。
(Step S3: Firing step)
Next, the precursor material (B) in which the metal-containing solution is impregnated in the precursor material (A) for obtaining a carrier having a porous structure composed of a zeolite-type compound is calcined to obtain a precursor material (C). get

焼成処理は、例えば、空気中で、350~850℃、2~30時間の処理条件で行うことが好ましい。このような焼成処理により、規則性メソ細孔物質の孔内に含浸された金属成分が結晶成長して、孔内で金属酸化物微粒子が形成される。 The calcination treatment is preferably carried out, for example, in the air at 350 to 850° C. for 2 to 30 hours. By such a calcination treatment, the metal component impregnated in the pores of the ordered mesoporous material undergoes crystal growth to form metal oxide fine particles in the pores.

(ステップS4:水熱処理工程)
次いで、前駆体材料(C)と構造規定剤とを混合した混合溶液を調製し、記前駆体材料(B)を焼成して得られた前駆体材料(C)を水熱処理して、NO分解用触媒構造体を得る。
(Step S4: hydrothermal treatment step)
Next, a mixed solution is prepared by mixing the precursor material (C) and a structure-directing agent, and the precursor material (C) obtained by calcining the precursor material (B) is hydrothermally treated with N 2 A catalyst structure for O decomposition is obtained.

構造規定剤は、NO分解用触媒構造体の担体の骨格構造を規定するための鋳型剤であり、例えば界面活性剤を用いることができる。構造規定剤は、NO分解用触媒構造体の担体の骨格構造に応じて選択することが好ましく、例えばテトラメチルアンモニウムブロミド(TMABr)、テトラエチルアンモニウムブロミド(TEABr)、テトラプロピルアンモニウムブロミド(TPABr)等の界面活性剤が好適である。 The structure directing agent is a templating agent for defining the skeleton structure of the carrier of the N 2 O decomposition catalyst structure, and for example, a surfactant can be used. The structure-directing agent is preferably selected according to the skeleton structure of the carrier of the catalyst structure for N 2 O decomposition. and other surfactants are suitable.

前駆体材料(C)と構造規定剤との混合は、本水熱処理工程時に行ってもよいし、水熱処理工程の前に行ってもよい。また、上記混合溶液の調製方法は、特に限定されず、前駆体材料(C)と、構造規定剤と、溶媒とを同時に混合してもよいし、溶媒に前駆体材料(C)と構造規定剤とをそれぞれ個々の溶液に分散させた状態にした後に、それぞれの分散溶液を混合してもよい。溶媒としては、例えば水、またはアルコール等の有機溶媒、若しくはこれらの混合溶媒等を用いることができる。また、混合溶液は、水熱処理を行う前に、酸または塩基を用いてpHを調整しておくことが好ましい。 Mixing of the precursor material (C) and the structure-directing agent may be performed during the main hydrothermal treatment step or before the hydrothermal treatment step. The method for preparing the mixed solution is not particularly limited, and the precursor material (C), the structure-directing agent, and the solvent may be mixed at the same time, or the precursor material (C) and the structure-directing agent may be mixed together in the solvent. Each dispersion solution may be mixed after dispersing each of the agents into individual solutions. As the solvent, for example, water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solvent thereof can be used. Moreover, it is preferable that the mixed solution is adjusted in pH with an acid or a base before the hydrothermal treatment.

水熱処理は、公知の方法で行うことができ、例えば、密閉容器内で、80~800℃、5時間~240時間、0~2000kPaの処理条件で行うことが好ましい。また、水熱処理は、塩基性雰囲気下で行われることが好ましい。ここでの反応メカニズムは必ずしも明らかではないが、前駆体材料(C)を原料として水熱処理を行うことにより、前駆体材料(C)の規則性メソ細孔物質としての骨格構造は次第に崩れるが、前駆体材料(C)の細孔内部での金属酸化物微粒子の位置は概ね維持されたまま、構造規定剤の作用により、NO分解用触媒構造体の担体としての新たな骨格構造(多孔質構造)が形成される。このようにして得られたNO分解用触媒構造体は、多孔質構造の担体と、担体に内在する金属酸化物微粒子を備え、さらに担体はその多孔質構造により複数の孔が互いに連通した通路を有し、金属酸化物微粒子はその少なくとも一部分が担体の通路に存在している。本実施形態では、上記水熱処理工程において、前駆体材料(C)と構造規定剤とを混合した混合溶液を調製して、前駆体材料(C)を水熱処理しているが、これに限らず、前駆体材料(C)と構造規定剤とを混合することなく、前駆体材料(C)を水熱処理してもよい。 The hydrothermal treatment can be carried out by a known method, and is preferably carried out in a closed vessel under treatment conditions of 80 to 800° C., 5 hours to 240 hours, and 0 to 2000 kPa. Also, the hydrothermal treatment is preferably performed in a basic atmosphere. Although the reaction mechanism here is not necessarily clear, by performing hydrothermal treatment using the precursor material (C) as a raw material, the skeletal structure of the precursor material (C) as an ordered mesoporous substance gradually collapses. While the position of the metal oxide fine particles inside the pores of the precursor material (C) is generally maintained, the action of the structure-directing agent creates a new skeleton structure (porous structure) as a support for the catalyst structure for N 2 O decomposition. structure) is formed. The catalyst structure for decomposition of N 2 O thus obtained comprises a carrier having a porous structure and metal oxide fine particles contained in the carrier, and the porous structure of the carrier allows a plurality of pores to communicate with each other. At least a portion of the metal oxide fine particle exists in the channel of the carrier. In the present embodiment, in the hydrothermal treatment step, a mixed solution is prepared by mixing the precursor material (C) and the structure-directing agent, and the precursor material (C) is hydrothermally treated, but the present invention is not limited to this. Alternatively, the precursor material (C) may be hydrothermally treated without mixing the precursor material (C) and the structure-directing agent.

水熱処理後に得られる沈殿物(NO分解用触媒構造体)は、回収(例えば、ろ別)後、必要に応じて洗浄、乾燥および焼成することが好ましい。洗浄溶液としては、水、またはアルコール等の有機溶媒、若しくはこれらの混合溶液を用いることができる。乾燥処理としては、一晩程度の自然乾燥や、150℃以下の高温乾燥が挙げられる。なお、沈殿物に水分が多く残った状態で、焼成処理を行うと、NO分解用触媒構造体の担体としての骨格構造が壊れる恐れがあるので、十分に乾燥するのが好ましい。また、焼成処理は、例えば、空気中で、350~850℃、2~30時間の処理条件で行うことができる。このような焼成処理により、NO分解用触媒構造体に付着していた構造規定剤が焼失する。また、NO分解用触媒構造体は、使用目的に応じて、回収後の沈殿物を焼成処理することなくそのまま用いることもできる。例えば、NO分解用触媒構造体の使用する環境が、酸化性雰囲気の高温環境である場合には、使用環境に一定時間晒すことで、構造規定剤は焼失し、焼成処理した場合と同様のNO分解用触媒構造体が得られるので、そのまま使用することが可能となる。 The precipitate (N 2 O decomposition catalyst structure) obtained after the hydrothermal treatment is preferably recovered (for example, separated by filtration) and then washed, dried and calcined as necessary. As the cleaning solution, water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solution thereof can be used. Drying treatments include natural drying for about one night and high-temperature drying at 150° C. or less. It should be noted that if the calcination treatment is performed in a state in which a large amount of water remains in the precipitate, there is a risk that the skeleton structure as a carrier of the N 2 O decomposition catalyst structure will be destroyed, so it is preferable to dry the precipitate sufficiently. Further, the calcination treatment can be performed, for example, in the air under the treatment conditions of 350 to 850° C. for 2 to 30 hours. By such calcination treatment, the structure-directing agent adhering to the N 2 O decomposition catalyst structure is burned off. In addition, the N 2 O decomposition catalyst structure can be used as it is without calcining the collected precipitate depending on the purpose of use. For example, when the environment in which the N 2 O decomposition catalyst structure is used is a high-temperature environment in an oxidizing atmosphere, the structure-directing agent is burned away by exposing it to the environment for a certain period of time, which is the same as in the case of calcination. of the N 2 O decomposition catalyst structure is obtained, it becomes possible to use it as it is.

[NO分解用触媒構造体の変形例]
図4は、図1のNO分解用触媒構造体1の変形例を示す模式図である。
図1のNO分解用触媒構造体1は、担体10と、担体10に内在する金属酸化物微粒子20とを備える場合を示しているが、この構成だけには限定されず、例えば、図4に示すように、NO分解用触媒構造体2が、担体10の外表面10aに保持された他の金属酸化物微粒子30を更に備えていてもよい。
[Modification of catalyst structure for N 2 O decomposition]
FIG. 4 is a schematic diagram showing a modification of the N 2 O decomposition catalyst structure 1 of FIG.
Although the N 2 O decomposition catalyst structure 1 of FIG. 1 is provided with the carrier 10 and the metal oxide fine particles 20 contained in the carrier 10, it is not limited to this configuration. 4, the N 2 O decomposition catalyst structure 2 may further include other metal oxide fine particles 30 held on the outer surface 10 a of the carrier 10 .

この他の金属酸化物微粒子30は、一又は複数の触媒能を発揮する物質である。他の金属酸化物微粒子30が有する触媒能は、金属酸化物微粒子20が有する触媒能と同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、金属酸化物微粒子20,30の双方が同一の触媒能を有する物質である場合、他の金属酸化物微粒子30の材料は、金属酸化物微粒子20の材料と同一であってもよいし、異なっていてもよい。本構成によれば、NO分解用触媒構造体2に保持されたNO分解用触媒物質の含有量を増大することができ、NO分解用触媒物質の触媒活性を更に促進することができる。 The other metal oxide fine particles 30 are substances that exhibit one or more catalytic functions. The catalytic ability of the other metal oxide fine particles 30 may be the same as or different from the catalytic ability of the metal oxide fine particles 20 . Further, when both of the metal oxide fine particles 20 and 30 are substances having the same catalytic ability, the material of the other metal oxide fine particles 30 may be the same as the material of the metal oxide fine particles 20, can be different. According to this configuration, the content of the N 2 O decomposition catalyst material held in the N 2 O decomposition catalyst structure 2 can be increased, further promoting the catalytic activity of the N 2 O decomposition catalyst material. be able to.

この場合、担体10に内在する金属酸化物微粒子20の含有量は、担体10の外表面10aに保持された他の金属酸化物微粒子30の含有量よりも多いことが好ましい。これにより、担体10の内部に保持された金属酸化物微粒子20による触媒能が支配的となり、安定的にNO分解用触媒物質の触媒能が発揮される。 In this case, the content of the metal oxide fine particles 20 inherent in the carrier 10 is preferably higher than the content of the other metal oxide fine particles 30 retained on the outer surface 10a of the carrier 10 . As a result, the catalytic activity of the metal oxide fine particles 20 held inside the carrier 10 becomes dominant, and the catalytic activity of the N 2 O decomposition catalyst material is exhibited stably.

また、本発明において、上記NO分解用触媒構造体を有するNO除去装置が提供される。このようなNO除去装置は、上記NO分解用触媒構造体を利用して、NO分子をNとOに分解して、NO濃度を低減できるものであれば特に限定されるものではなく、通常使用される反応器等を使用することができる。本発明に係るNO分解用触媒構造体をこのようなNO除去装置に用いることにより、当該NO除去装置も上記と同様の効果を奏することができる。 The present invention also provides an N 2 O removal device having the N 2 O decomposition catalyst structure. Such an N 2 O removal device utilizes the N 2 O decomposition catalyst structure to decompose N 2 O molecules into N 2 and O 2 to reduce the N 2 O concentration. There is no particular limitation, and a commonly used reactor or the like can be used. By using the N 2 O decomposition catalyst structure according to the present invention in such an N 2 O removal device, the N 2 O removal device can also achieve the same effects as described above.

以上、本発明の実施形態に係るNO分解用触媒構造体及びその製造方法、並びに該NO分解用触媒構造体を有するNO除去装置について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。 The N 2 O decomposition catalyst structure, the manufacturing method thereof, and the N 2 O removal apparatus having the N 2 O decomposition catalyst structure according to the embodiments of the present invention have been described above. Various modifications and changes are possible based on the technical idea of the present invention.

(実施例1~384)
[前駆体材料(A)の合成]
シリカ剤(テトラエトキシシラン(TEOS)、和光純薬工業株式会社製)と、鋳型剤としての界面活性剤とを混合した混合水溶液を作製し、適宜pH調整を行い、密閉容器内で、80~350℃、100時間、水熱処理を行った。その後、生成した沈殿物をろ別し、水およびエタノールで洗浄し、さらに600℃、24時間、空気中で焼成して、表1~8に示される種類および孔径の前駆体材料(A)を得た。なお、界面活性剤は、前駆体材料(A)の種類に応じて(「前駆体材料(A)の種類:界面活性剤」)以下のものを用いた。
・MCM-41:ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)(和光純薬工業株式会社製)
・SBA-1:Pluronic P123(BASF社製)
(Examples 1 to 384)
[Synthesis of precursor material (A)]
A mixed aqueous solution is prepared by mixing a silica agent (tetraethoxysilane (TEOS), manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and a surfactant as a template agent, and the pH is adjusted as appropriate. Hydrothermal treatment was performed at 350° C. for 100 hours. After that, the produced precipitate is filtered off, washed with water and ethanol, and further calcined in the air at 600° C. for 24 hours to obtain the precursor material (A) having the types and pore sizes shown in Tables 1 to 8. Obtained. The following surfactants were used according to the type of the precursor material (A) (“type of precursor material (A): surfactant”).
・ MCM-41: hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
・ SBA-1: Pluronic P123 (manufactured by BASF)

[前駆体材料(B)および(C)の作製]
次に、表1~8に示される種類の金属酸化物微粒子を構成する金属元素(M)に応じて、該金属元素(M)を含有する金属塩を、水に溶解させて、金属含有水溶液を調製した。なお、金属塩は、金属酸化物微粒子の種類に応じて(「金属酸化物微粒子:金属塩」)以下のものを用いた。
・CoO:硝酸コバルト(II)六水和物(和光純薬工業株式会社製)
・NiO:硝酸ニッケル(II)六水和物(和光純薬工業株式会社製)
・FeO:硝酸鉄(III)九水和物(和光純薬工業株式会社製)
・ZnO:硝酸亜鉛六水和物(和光純薬工業株式会社製)
[Production of precursor materials (B) and (C)]
Next, according to the metal element (M) constituting the metal oxide fine particles of the types shown in Tables 1 to 8, a metal salt containing the metal element (M) is dissolved in water to obtain a metal-containing aqueous solution. was prepared. The following metal salts were used according to the type of metal oxide fine particles (“metal oxide fine particles: metal salt”).
・CoO x : Cobalt (II) nitrate hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
・ NiO x : nickel (II) nitrate hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
・ FeO x : iron (III) nitrate nonahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
・ ZnO x : zinc nitrate hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

次に、粉末状の前駆体材料(A)に、金属含有水溶液を複数回に分けて少量ずつ添加し、室温(20℃±10℃)で12時間以上乾燥させて、前駆体材料(B)を得た。 Next, the metal-containing aqueous solution is added to the powdery precursor material (A) little by little in multiple portions, dried at room temperature (20° C.±10° C.) for 12 hours or more, and precursor material (B) is obtained. got

なお、表1~8に示す添加剤の有無の条件が「有り」の場合は、金属含有水溶液を添加する前の前駆体材料(A)に対して、添加剤としてのポリオキシエチレン(15)オレイルエーテル(NIKKOL BO-15V、日光ケミカルズ株式会社製)の水溶液を添加する前処理を行い、その後、上記のように金属含有水溶液を添加した。なお、添加剤の有無の条件で「無し」の場合については、上記のような添加剤による前処理は行っていない。 In addition, when the condition of the presence or absence of additives shown in Tables 1 to 8 is "Yes", polyoxyethylene (15) as an additive is added to the precursor material (A) before adding the metal-containing aqueous solution. Pretreatment was performed by adding an aqueous solution of oleyl ether (NIKKOL BO-15V, manufactured by Nikko Chemicals Co., Ltd.), and then a metal-containing aqueous solution was added as described above. In addition, in the case of "absent" in the condition of the presence or absence of additives, pretreatment with additives as described above was not performed.

また、前駆体材料(A)に添加する金属含有水溶液の添加量は、該金属含有水溶液中に含まれる金属元素(M)に対する、前駆体材料(A)を構成するケイ素(Si)の比(原子数比Si/M)に換算したときの数値が、表1~8の値になるように調整した。 The amount of the metal-containing aqueous solution added to the precursor material (A) is determined by the ratio of silicon (Si) constituting the precursor material (A) to the metal element (M) contained in the metal-containing aqueous solution ( Numerical values when converted to the atomic number ratio (Si/M) were adjusted to the values shown in Tables 1-8.

次に、上記のようにして得られた金属含有水溶液を含浸させた前駆体材料(B)を、600℃、24時間、空気中で焼成して、前駆体材料(C)を得た。 Next, the precursor material (B) impregnated with the metal-containing aqueous solution obtained as described above was calcined in the air at 600° C. for 24 hours to obtain the precursor material (C).

[触媒構造体の合成]
上記のようにして得られた前駆体材料(C)と、表1~8に示す構造規定剤とを混合して混合水溶液を作製し、密閉容器内で、80~350℃、表1~8に示すpHおよび時間の条件で、水熱処理を行った。その後、生成した沈殿物をろ別し、水洗し、100℃で12時間以上乾燥させ、さらに600℃、24時間、空気中で焼成して、表1~8に示す担体と触媒物質としての金属酸化物微粒子とを有する触媒構造体を得た(実施例1~384)。
[Synthesis of catalyst structure]
The precursor material (C) obtained as described above was mixed with the structure-directing agents shown in Tables 1 to 8 to prepare a mixed aqueous solution, which was heated at 80 to 350° C. in a closed container at Tables 1 to 8. Hydrothermal treatment was performed under the pH and time conditions shown in . After that, the produced precipitate is filtered off, washed with water, dried at 100° C. for 12 hours or more, and further calcined in air at 600° C. for 24 hours, and the metal as the carrier and catalyst material shown in Tables 1 to 8. Catalyst structures having fine oxide particles were obtained (Examples 1 to 384).

(比較例1)
比較例1では、MFI型シリカライトに、平均粒径50nm以下の酸化コバルト粉末(II、III)(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製)を混合し、担体としてのシリカライトの外表面に、触媒物質として酸化コバルト微粒子を付着させた触媒構造体を得た。
(Comparative example 1)
In Comparative Example 1, MFI-type silicalite was mixed with cobalt oxide powder (II, III) (manufactured by Sigma-Aldrich Japan G.K.) having an average particle size of 50 nm or less. A catalyst structure to which cobalt oxide fine particles were attached was obtained.

(比較例2)
比較例2では、酸化コバルト微粒子を付着させる工程を省略したこと以外は、比較例1と同様の方法にてMFI型シリカライトを合成した。
(Comparative example 2)
In Comparative Example 2, MFI-type silicalite was synthesized in the same manner as in Comparative Example 1, except that the step of adhering cobalt oxide fine particles was omitted.

[評価]
上記実施例の触媒構造体および比較例のシリカライトについて、以下に示す条件で、各種特性評価を行った。
[evaluation]
Various characteristic evaluations were performed on the catalyst structures of the above examples and the silicalite of the comparative examples under the following conditions.

[A]断面観察
上記実施例の触媒構造体および比較例1の酸化コバルト微粒子付着シリカライトについて、粉砕法にて観察試料を作製し、透過電子顕微鏡(TEM)(TITAN G2、FEI社製)を用いて、断面観察を行った。その結果、上記実施例の触媒構造体では、シリカライトまたはゼオライトからなる担体の内部に金属酸化物微粒子が内在し、保持されていることが確認された。一方、比較例1のシリカライトでは、金属酸化物微粒子が担体の外表面に付着しているのみで、担体の内部には存在していなかった。
[A] Cross-sectional observation For the catalyst structure of the above example and the silicalite with cobalt oxide microparticles attached thereto of Comparative Example 1, observation samples were prepared by a pulverization method and observed with a transmission electron microscope (TEM) (TITAN G2, manufactured by FEI). Cross-sectional observation was performed using As a result, it was confirmed that in the catalyst structures of the above examples, the metal oxide fine particles were inherently present and held inside the carrier made of silicalite or zeolite. On the other hand, in the silicalite of Comparative Example 1, the metal oxide fine particles adhered only to the outer surface of the carrier and were not present inside the carrier.

また、上記実施例のうち金属酸化物が酸化鉄微粒子(FeOx)である触媒構造体については、FIB(集束イオンビーム)加工により断面を切り出し、SEM(SU8020、株式会社日立ハイテクノロジーズ製)、EDX(X-Max、株式会社堀場製作所製)を用いて断面元素分析を行った。その結果、担体内部からFe元素が検出された。上記TEMとSEM/EDXによる断面観察の結果から、担体内部に酸化鉄微粒子が存在していることが確認された。 Further, for the catalyst structure in which the metal oxide is iron oxide fine particles (FeOx) among the above examples, the cross section is cut out by FIB (focused ion beam) processing, and is subjected to SEM (SU8020, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) and EDX. (X-Max, manufactured by Horiba, Ltd.) was used to perform cross-sectional elemental analysis. As a result, Fe element was detected from inside the carrier. From the results of cross-sectional observation by TEM and SEM/EDX, it was confirmed that iron oxide fine particles were present inside the carrier.

[B]担体の通路の平均内径および触媒物質の平均粒径
上記評価[A]で行った断面観察により撮影したTEM画像にて、担体の通路を、任意に500個選択し、それぞれの長径および短径を測定し、その平均値からそれぞれの内径を算出し(N=500)、さらに内径の平均値を求めて、担体の通路の平均内径Dとした。また、触媒物質についても同様に、上記TEM画像から、触媒物質を、任意に500個選択し、それぞれの粒径を測定して(N=500)、その平均値を求めて、触媒物質の平均粒径Dとした。結果を表1~8に示す。
[B] The average inner diameter of the carrier passage and the average particle diameter of the catalyst material. The minor diameters were measured, and the average inner diameter was calculated (N=500). In the same manner, 500 catalyst substances were arbitrarily selected from the TEM image, the particle size of each was measured (N = 500), and the average value was obtained. The particle size was defined as D C. The results are shown in Tables 1-8.

また、触媒物質の平均粒径及び分散状態を確認するため、SAXS(小角X線散乱)を用いて分析した。SAXSによる測定は、Spring-8のビームラインBL19B2を用いて行った。得られたSAXSデータは、Guinier近似法により球形モデルでフィッティングを行い、粒径を算出した。粒径は、金属酸化物が酸化鉄微粒子である触媒構造体について測定した。また、比較対象として、市販品である酸化鉄微粒子(Wako社製)をSEMにて観察、測定した。 In addition, in order to confirm the average particle diameter and dispersion state of the catalyst substance, analysis was performed using SAXS (small angle X-ray scattering). Measurements by SAXS were performed using Spring-8 beamline BL19B2. The obtained SAXS data was fitted with a spherical model by the Guinier approximation method to calculate the particle size. The particle size was measured for a catalyst structure in which the metal oxide was fine iron oxide particles. As a comparative object, commercially available iron oxide fine particles (manufactured by Wako) were observed and measured by SEM.

この結果、市販品では粒径約50nm~400nmの範囲で様々なサイズの酸化鉄微粒子がランダムに存在しているのに対し、TEM画像から求めた平均粒径が1.2nm~2.0nmの各実施例の触媒構造体では、SAXSの測定結果においても粒径が10nm以下の散乱ピークが検出された。SAXSの測定結果とSEM/EDXによる断面の測定結果から、担体内部に、粒径10nm以下の触媒物質が、粒径が揃いかつ非常に高い分散状態で存在していることが分かった。 As a result, the iron oxide fine particles of various sizes with a particle size range of about 50 nm to 400 nm exist randomly in the commercial product, whereas the average particle size obtained from the TEM image is 1.2 nm to 2.0 nm. In the catalyst structure of each example, a scattering peak with a particle size of 10 nm or less was also detected in the SAXS measurement results. From the SAXS measurement results and SEM/EDX cross-sectional measurement results, it was found that catalytic substances with particle sizes of 10 nm or less were present inside the carrier in a highly dispersed state with a uniform particle size.

[C]金属含有溶液の添加量と担体内部に包接された金属量との関係
原子数比Si/M=50、100、200、1000(M=Co、Ni、Fe、Zn)の添加量で、金属酸化物微粒子を担体内部に包接させた触媒構造体を作製し、その後、上記添加量で作製された触媒構造体の担体内部に包接された金属量(質量%)を測定した。尚、本測定において原子数比Si/M=100、200、1000の触媒構造体は、それぞれ実施例1~384のうちの原子数比Si/M=100、200、1000の触媒構造体と同様の方法で金属含有溶液の添加量を調整して作製し、原子数比Si/M=50の触媒構造体は、金属含有溶液の添加量を異ならせたこと以外は、原子数比Si/M=100、200、1000の触媒構造体と同様の方法で作製した。
[C] Relationship between the amount of metal-containing solution added and the amount of metal clathrated inside the support Amounts added at atomic number ratios Si/M = 50, 100, 200, 1000 (M = Co, Ni, Fe, Zn) , a catalyst structure in which metal oxide fine particles were included inside the carrier was produced, and then the amount (mass%) of the metal enclosed inside the carrier of the catalyst structure produced with the above addition amount was measured. . In this measurement, the catalyst structures with atomic ratios Si/M = 100, 200, and 1000 are the same as the catalyst structures with atomic ratios Si/M = 100, 200, and 1000 in Examples 1 to 384, respectively. The catalyst structure with the atomic ratio Si/M = 50 was prepared by adjusting the amount of the metal-containing solution added by the method of No., except that the amount of the metal-containing solution added was changed. = 100, 200 and 1000 catalyst structures.

金属量の定量は、ICP(高周波誘導結合プラズマ)単体か、或いはICPとXRF(蛍光X線分析)を組み合わせて行った。XRF(エネルギー分散型蛍光X線分析装置「SEA1200VX」、エスエスアイ・ナノテクノロジー株式会社製)は、真空雰囲気、加速電圧15kV(Crフィルター使用)或いは加速電圧50kV(Pbフィルター使用)の条件で行った。XRFは、金属の存在量を蛍光強度で算出する方法であり、XRF単体では定量値(質量%換算)を算出できない。そこで、Si/M=100で金属を添加した触媒構造体の金属量は、ICP分析により定量し、Si/M=50および100未満で金属を添加した触媒構造体の金属量は、XRF測定結果とICP測定結果を元に算出した。 The amount of metal was quantified by ICP (inductively coupled plasma) alone or by combining ICP and XRF (X-ray fluorescence analysis). XRF (energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer "SEA1200VX", manufactured by SSI Nanotechnology Co., Ltd.) was performed under the conditions of a vacuum atmosphere and an acceleration voltage of 15 kV (using a Cr filter) or an accelerating voltage of 50 kV (using a Pb filter). . XRF is a method of calculating the amount of metal present based on fluorescence intensity, and a quantitative value (converted to % by mass) cannot be calculated using XRF alone. Therefore, the metal amount of the catalyst structure to which the metal was added at Si/M = 100 was quantified by ICP analysis, and the metal amount of the catalyst structure to which the metal was added at Si/M = 50 and less than 100 was obtained from the XRF measurement result. and calculated based on the ICP measurement results.

この結果、少なくとも原子数比Si/Mが50~1000の範囲内で、金属含有溶液の添加量の増加に伴って、触媒構造体に包接された金属量が増大していることが確認された。 As a result, it was confirmed that at least within the range of the atomic number ratio Si/M of 50 to 1000, the amount of the metal included in the catalyst structure increased as the amount of the metal-containing solution added increased. rice field.

[D]性能評価
上記実施例の触媒構造体および比較例のシリカライトについて、触媒物質がもつ触媒能(性能)を評価した。結果を表1~8に示す。
[D] Performance Evaluation The catalytic ability (performance) of the catalyst material was evaluated for the catalyst structures of the above examples and the silicalite of the comparative example. The results are shown in Tables 1-8.

(1)触媒活性
触媒活性は、以下の条件で評価した。
(1) Catalytic activity Catalytic activity was evaluated under the following conditions.

まず、触媒構造体を、常圧流通式反応装置に0.5g充填して触媒層を形成し、下記ガス組成の反応ガスを空間速度10,000hr-1に調整して反応温度350℃にて亜酸化窒素(NO)分解活性を測定した。 First, 0.5 g of the catalyst structure was filled in a normal pressure flow reactor to form a catalyst layer, and the reaction gas having the following gas composition was adjusted to a space velocity of 10,000 hr -1 and the reaction temperature was 350 ° C. Nitrous oxide (N 2 O) decomposition activity was measured.

<合成ガスの組成>
O:300ppm、NO:50ppm、CO:300ppm、O:16%、HO:10%、N:バランス
<Composition of synthesis gas>
N2O : 300 ppm, NO: 50 ppm, CO2 : 300 ppm, O2 : 16%, H2O : 10%, N2 : balance

反応終了後に、回収した生成ガスを、ガスクロマトグラフィー質量分析法(GC/MS)により成分分析した。なお、生成ガスの分析装置には、TRACE 1310GC(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製、検出器:熱伝導度検出器)を用いた。 After completion of the reaction, the components of the collected generated gas were analyzed by gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS). A TRACE 1310GC (manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd., detector: thermal conductivity detector) was used as a generated gas analyzer.

触媒層の入口側及び出口側における合成ガス中の亜酸化窒素濃度をガスクロマトグラフにて測定し、下式によりNO分解率を算出した。
O分解率(%)=100×(触媒層の入口側NO濃度-触媒層の出口側NO濃度)/触媒層の入口側NO濃度
The nitrous oxide concentrations in the synthesis gas on the inlet side and the outlet side of the catalyst layer were measured by a gas chromatograph, and the N 2 O decomposition rate was calculated by the following formula.
N 2 O decomposition rate (%) = 100 × (N 2 O concentration on the inlet side of the catalyst layer - N 2 O concentration on the outlet side of the catalyst layer) / N 2 O concentration on the inlet side of the catalyst layer

上記合成ガスを導入してから20時間経過後の亜酸化窒素分解性能を測定した。 Nitrous oxide decomposition performance was measured 20 hours after the introduction of the synthesis gas.

本実施例では、NO分解率(%)が、75%以上である場合を触媒活性(NO分解能)が優れていると判定して「◎」、60%以上75%未満である場合を触媒活性が良好であると判定して「○」、55%以上60%未満である場合を触媒活性が良好ではないものの合格レベル(可)であると判定して「△」、そして55%未満である場合を触媒活性が劣る(不可)と判定して「×」とした。 In this example, when the N 2 O decomposition rate (%) is 75% or more, the catalyst activity (N 2 O decomposition rate) is judged to be excellent, and "⊚" is 60% or more and less than 75%. If the catalyst activity is good, it is judged to be "○", and if it is 55% or more and less than 60%, it is judged that the catalyst activity is not good but is at a passing level (acceptable). %, the catalyst activity was judged to be inferior (improper), and was marked as "x".

(2)耐久性(寿命)
耐久性は、以下の条件で評価した。
(2) Durability (service life)
Durability was evaluated under the following conditions.

まず、上記評価(1)で使用した触媒構造体を回収し、650℃で、12時間加熱して、加熱後の触媒構造体を作製した。次に、得られた加熱後の触媒構造体を用いて、上記評価(1)と同様の方法により、NO分解反応を行った。 First, the catalyst structure used in the above evaluation (1) was collected and heated at 650° C. for 12 hours to prepare a heated catalyst structure. Next, using the obtained heated catalyst structure, an N 2 O decomposition reaction was carried out in the same manner as in the above evaluation (1).

得られた分析結果に基づき、上記評価(1)と同様の方法で、NO分解率を求めた。さらに、加熱前の触媒構造体による上記分解率(上記評価(1)で求めた分解率)と比較して、加熱後の触媒構造体による上記分解率が、どの程度維持されているかを比較した。具体的には、加熱前の触媒構造体による上記化合物の収率(上記評価(1)で求めた収率)に対する、上記加熱後の触媒構造体による上記化合物の収率(本評価(2)で求めた収率)の百分率(%)を算出した。 Based on the obtained analysis results, the N 2 O decomposition rate was obtained in the same manner as in the above evaluation (1). Furthermore, it was compared with the decomposition rate of the catalyst structure before heating (decomposition rate obtained in the above evaluation (1)) to see how much the decomposition rate of the catalyst structure after heating was maintained. . Specifically, the yield of the compound from the catalyst structure after heating (this evaluation (2)) is compared with the yield of the compound from the catalyst structure before heating (yield determined in the evaluation (1)). The percentage (%) of the yield obtained in ) was calculated.

本実施例では、加熱後の触媒構造体による上記NO分解率(本評価(2)で求めたNO分解率)が、加熱前の触媒構造体による上記化合物のNO分解率収率(上記評価(1)で求めたNO分解率)に比べて、80%以上維持されている場合を耐久性(耐熱性)が優れていると判定して「◎」、60%以上80%未満維持されている場合を耐久性(耐熱性)が良好であると判定して「○」、40%以上60%未満維持されている場合を耐久性(耐熱性)が良好ではないものの合格レベル(可)であると判定して「△」、そして40%未満に低下している場合を耐久性(耐熱性)が劣る(不可)と判定して「×」とした。 In this example, the N 2 O decomposition rate of the catalyst structure after heating (the N 2 O decomposition rate obtained in this evaluation (2)) was the N 2 O decomposition rate of the compound by the catalyst structure before heating. Compared to the yield (N 2 O decomposition rate obtained in the above evaluation (1)), the case where the durability (heat resistance) is maintained at 80% or more is judged to be excellent, and "⊚", 60% If the durability (heat resistance) is maintained at 80% or more, it is determined that the durability (heat resistance) is good, and the durability (heat resistance) is not good if it is maintained at 40% or more and less than 60%. The durability (heat resistance) was judged to be inferior (improper) and was judged to be "X" when it was judged to be at a pass level (acceptable) of 40%.

なお、比較例1~2についても、上記評価(1)および(2)と同様の性能評価を行った。尚、比較例2は、担体そのものであり、触媒物質は有していない。そのため、上記性能評価では、触媒構造体に替えて、比較例2の担体のみを充填した。結果を表8に示す。 Performance evaluations similar to the above evaluations (1) and (2) were also performed for Comparative Examples 1 and 2. Incidentally, Comparative Example 2 is the carrier itself and does not have a catalytic substance. Therefore, in the above performance evaluation, only the carrier of Comparative Example 2 was filled instead of the catalyst structure. Table 8 shows the results.

Figure 0007316766000001
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Figure 0007316766000002
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Figure 0007316766000003
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Figure 0007316766000004
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Figure 0007316766000008
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表1~8から明らかなように、断面観察により担体の内部に触媒物質が保持されていることが確認された触媒構造体(実施例1~384)は、単に触媒物質が担体の外表面に付着しているだけの触媒構造体(比較例1)および触媒物質を何ら有していない担体そのもの(比較例2)と比較して、NOの分解反応において優れた触媒活性を示し、触媒としての耐久性にも優れていることが分かった。 As is clear from Tables 1 to 8, in the catalyst structures (Examples 1 to 384) in which it was confirmed that the catalyst substance was retained inside the carrier by cross-sectional observation, the catalyst substance was simply deposited on the outer surface of the carrier. Compared to the catalyst structure that is only attached (Comparative Example 1) and the carrier itself that does not have any catalytic substance (Comparative Example 2), the catalyst exhibits excellent catalytic activity in the decomposition reaction of N 2 O. It was also found to be excellent in durability as.

また、上記評価[C]で測定された触媒構造体の担体内部に包接された金属量(質量%)と、上記評価(1)の触媒活性との関係を評価した。評価方法は、上記[D]「性能評価」における「(1)触媒活性」で行った評価方法と同じとした。その結果、各実施例において、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量が、原子数比Si/Mに換算して50~200(触媒構造体に対する金属酸化物微粒子の金属元素(M)の含有量が0.5~2.5質量%)であると、NOの分解反応において触媒活性が向上する傾向にあることが分かった。 In addition, the relationship between the amount (% by mass) of the metal enclosed inside the carrier of the catalyst structure measured in the above evaluation [C] and the catalytic activity in the above evaluation (1) was evaluated. The evaluation method was the same as the evaluation method performed in “(1) Catalytic activity” in [D] “Performance evaluation” above. As a result, in each example, the amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A) was 50 to 200 in terms of the atomic ratio Si/M (the metal element of the metal oxide fine particles to the catalyst structure It was found that when the content of (M) is 0.5 to 2.5% by mass, the catalytic activity tends to improve in the decomposition reaction of N 2 O.

一方、担体の外表面にのみ触媒物質を付着させた比較例1の触媒構造体は、触媒物質を何ら有していない比較例2の担体そのものと比較して、NOの分解反応における触媒活性は改善されるものの、実施例1~384の触媒構造体に比べて、触媒としての耐久性は劣っていた。 On the other hand, the catalyst structure of Comparative Example 1, in which the catalyst substance was attached only to the outer surface of the carrier, was found to be a catalyst in the decomposition reaction of N 2 O, compared with the carrier itself of Comparative Example 2, which did not have any catalyst substance. Although the activity was improved, the durability as a catalyst was inferior to that of the catalyst structures of Examples 1-384.

上記結果より、本発明に係るNO分解用触媒構造体は、NOの分解反応において優れた触媒活性を示し、触媒としての耐久性に優れると推察することができる。 From the above results, it can be inferred that the N 2 O decomposition catalyst structure according to the present invention exhibits excellent catalytic activity in the decomposition reaction of N 2 O and has excellent durability as a catalyst.

1 NO分解用触媒構造体
10 担体
10a 外表面
11 通路
11a 孔
12 拡径部
20 金属酸化物微粒子
30 金属酸化物微粒子
平均粒径
平均内径
内径
Reference Signs List 1 N 2 O decomposition catalyst structure 10 Carrier 10a Outer surface 11 Passage 11a Hole 12 Expanded diameter portion 20 Metal oxide fine particles 30 Metal oxide fine particles D C average particle diameter D F average inner diameter D E inner diameter

Claims (18)

ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体と、
前記担体に内在する少なくとも1つの金属酸化物と、
を備え、
前記担体が、互いに連通する通路を有し、
前記通路は、前記ゼオライト型化合物の骨格構造によって画定される一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかと、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれとも異なる拡径部とを有し、
前記通路の平均内径は、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれかを構成する孔の短径及び長径の平均値から算出され、
前記金属酸化物は、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化鉄及び酸化亜鉛のうちの少なくとも1種で構成される金属酸化物を含み、
前記金属酸化物が、前記担体の少なくとも前記拡径部に包接されて存在しており、
前記金属酸化物が、金属酸化物微粒子であり、
前記金属酸化物微粒子の平均粒径が、前記通路の平均内径よりも大きく、且つ前記拡径部の内径以下であることを特徴とする、NO分解用触媒構造体。
a carrier having a porous structure composed of a zeolite-type compound;
at least one metal oxide inherent in the support; and
with
the carrier has passages that communicate with each other;
The passageway is defined by the framework structure of the zeolite-type compound, and any one of the one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional pores. having a different enlarged diameter portion from each other,
The average inner diameter of the passage is calculated from the average value of the short diameter and the long diameter of the holes that constitute any one of the one-dimensional hole, the two-dimensional hole, and the three-dimensional hole,
The metal oxide includes a metal oxide composed of at least one of cobalt oxide, nickel oxide, iron oxide and zinc oxide,
The metal oxide is present surrounded by at least the enlarged diameter portion of the support ,
the metal oxide is a metal oxide fine particle,
A catalyst structure for decomposing N 2 O , wherein the average particle size of the metal oxide fine particles is larger than the average inner diameter of the passage and equal to or smaller than the inner diameter of the expanded diameter portion.
前記拡径部は、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれかを構成する複数の孔同士を連通している、請求項1に記載のNO分解用触媒構造体。 2. The catalyst for decomposition of N 2 O according to claim 1, wherein the enlarged diameter portion communicates with a plurality of holes forming any one of the one-dimensional hole, the two-dimensional hole and the three-dimensional hole. Structure. 前記金属酸化物微粒子の金属元素(M)が、前記NO分解用触媒構造体に対して0.5~2.5質量%で含有されていることを特徴とする、請求項またはに記載のNO分解用触媒構造体。 Claim 1 or 2, wherein the metal element (M) of the metal oxide fine particles is contained in an amount of 0.5 to 2.5% by mass with respect to the N 2 O decomposition catalyst structure. 3. The catalyst structure for N 2 O decomposition according to . 前記金属酸化物微粒子の平均粒径が、0.1nm~50nmであることを特徴とする、請求項のいずれか1項に記載のNO分解用触媒構造体。 The N 2 O decomposition catalyst structure according to any one of claims 1 to 3 , wherein the metal oxide fine particles have an average particle size of 0.1 nm to 50 nm. 前記金属酸化物微粒子の平均粒径が、0.5nm~14.0nmであることを特徴とする、請求項に記載のNO分解用触媒構造体。 5. The N 2 O decomposition catalyst structure according to claim 4 , wherein the average particle size of said metal oxide fine particles is 0.5 nm to 14.0 nm. 前記通路の平均内径に対する前記金属酸化物微粒子の平均粒径の割合が、1.1~500であることを特徴とする、請求項のいずれか1項に記載のNO分解用触媒構造体。 For N 2 O decomposition according to any one of claims 1 to 5 , wherein the ratio of the average particle size of the metal oxide fine particles to the average inner diameter of the passage is 1.1 to 500. catalyst structure. 前記通路の平均内径に対する前記金属酸化物微粒子の平均粒径の割合が、1.1~45であることを特徴とする、請求項に記載のNO分解用触媒構造体。 7. The N 2 O decomposition catalyst structure according to claim 6 , wherein the ratio of the average particle diameter of said metal oxide fine particles to the average inner diameter of said passage is 1.1 to 45. 前記通路の平均内径に対する前記金属酸化物微粒子の平均粒径の割合が、1.7~4.5であることを特徴とする、請求項に記載のNO分解用触媒構造体。 8. The N 2 O decomposition catalyst structure according to claim 7 , wherein the ratio of the average particle size of the metal oxide fine particles to the average inner diameter of the passage is 1.7 to 4.5. 前記通路の平均内径は、0.1nm~1.5nmであり、
前記拡径部の内径は、0.5nm~50nmであることを特徴とする、請求項のいずれか1項に記載のNO分解用触媒構造体。
The average inner diameter of the passage is 0.1 nm to 1.5 nm,
The catalyst structure for N 2 O decomposition according to any one of claims 1 to 8 , wherein the inner diameter of the enlarged diameter portion is 0.5 nm to 50 nm.
前記担体の外表面に保持された少なくとも1つの他の金属酸化物を更に備えることを特徴とする、請求項1~のいずれか1項に記載のNO分解用触媒構造体。 10. The N 2 O decomposition catalyst structure according to any one of claims 1 to 9 , further comprising at least one other metal oxide retained on the outer surface of said support. 前記担体に内在する前記少なくとも1つの金属酸化物の含有量が、前記担体の外表面に保持された前記少なくとも1つの他の金属酸化物の含有量よりも多いことを特徴とする、請求項10に記載のNO分解用触媒構造体。 Claim 10 , characterized in that the content of said at least one metal oxide inherent in said support is greater than the content of said at least one other metal oxide retained on the outer surface of said support. 3. The catalyst structure for N 2 O decomposition according to . 前記ゼオライト型化合物は、ケイ酸塩化合物であることを特徴とする、請求項1~11のいずれか1項に記載のNO分解用触媒構造体。 The N 2 O decomposition catalyst structure according to any one of claims 1 to 11 , wherein the zeolite type compound is a silicate compound. 請求項1~12のいずれか1項に記載のNO分解用触媒構造体を有する、NO除去装置。 An N 2 O removal device comprising the N 2 O decomposition catalyst structure according to any one of claims 1 to 12 . ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体を得るための前駆体材料(A)に、コバルト、ニッケル、鉄及び亜鉛のうちの少なくとも1種の金属を含む金属含有溶液が含浸された前駆体材料(B)を焼成する焼成工程と、
前記前駆体材料(B)を焼成して得られた前駆体材料(C)と構造規定剤とを混合して水熱処理する水熱処理工程と、を有し、
前記前駆体材料(A)が規則性メソ細孔物質であることを特徴とする、NO分解用触媒構造体の製造方法。
Precursor material (A) for obtaining a carrier having a porous structure composed of a zeolite-type compound, impregnated with a metal-containing solution containing at least one metal selected from cobalt, nickel, iron and zinc A firing step of firing the material (B);
a hydrothermal treatment step of mixing the precursor material (C) obtained by sintering the precursor material (B) and a structure-directing agent and performing hydrothermal treatment;
A method for producing a catalyst structure for decomposing N 2 O, wherein the precursor material (A) is an ordered mesoporous material.
前記焼成工程の前に、非イオン性界面活性剤を、前記前駆体材料(A)に対して50~500質量%添加することを特徴とする、請求項14に記載のNO分解用触媒構造体の製造方法。 15. The catalyst for decomposing N 2 O according to claim 14 , wherein a nonionic surfactant is added in an amount of 50 to 500% by mass with respect to the precursor material (A) before the calcination step. A method of manufacturing a structure. 前記焼成工程の前に、前記前駆体材料(A)に前記金属含有溶液を複数回に分けて添加することで、前記前駆体材料(A)に前記金属含有溶液を含浸させることを特徴とする、請求項14または15に記載のNO分解用触媒構造体の製造方法。 The precursor material (A) is impregnated with the metal-containing solution by adding the metal-containing solution to the precursor material (A) in multiple batches before the firing step. 16. The method for producing a N 2 O decomposition catalyst structure according to claim 14 or 15 . 前記焼成工程の前に前記前駆体材料(A)に前記金属含有溶液を含浸させる際に、前記前駆体材料(A)に添加する前記金属含有溶液の添加量を、前記前駆体材料(A)に添加する前記金属含有溶液中に含まれる金属元素(M)に対する、前記前駆体材料(A)を構成するケイ素(Si)の比(原子数比Si/M)に換算して、10~1000となるように調整することを特徴とする、請求項1416のいずれか1項に記載のNO分解用触媒構造体の製造方法。 When the precursor material (A) is impregnated with the metal-containing solution before the firing step, the amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A) is 10 to 1000 in terms of the ratio (atomic ratio Si/M) of silicon (Si) constituting the precursor material (A) to the metal element (M) contained in the metal-containing solution added to 17. The method for producing an N 2 O decomposition catalyst structure according to any one of claims 14 to 16 , wherein the adjustment is made so that 前記水熱処理工程が塩基性雰囲気下で行われることを特徴とする、請求項14に記載のNO分解用触媒構造体の製造方法。 15. The method for producing an N2O decomposition catalyst structure according to claim 14 , wherein the hydrothermal treatment step is performed in a basic atmosphere.
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