JPH0331495B2 - - Google Patents
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- JPH0331495B2 JPH0331495B2 JP58184262A JP18426283A JPH0331495B2 JP H0331495 B2 JPH0331495 B2 JP H0331495B2 JP 58184262 A JP58184262 A JP 58184262A JP 18426283 A JP18426283 A JP 18426283A JP H0331495 B2 JPH0331495 B2 JP H0331495B2
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- Japan
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- catalyst
- slurry
- honeycomb
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- Catalysts (AREA)
Description
本発明は窒素酸化物をアンモニアの存在下に気
相接触還元するための多孔性シート又はハニカム
状の触媒構造の製造方法に関する。
一般にハニカム構造を有する触媒(以下、単に
ハニカム触媒ということがある。)は反応対象で
あるガスの流れに平行な通路を多数有し、従つ
て、触媒構造を通過する際に大きい圧損を生じな
いので、例えば、ボイラー、内燃機関、硝酸プラ
ント等からの排ガスに含まれる窒素酸化物の気相
接触還元による除去におけるように、線速度の大
きい大量のガスを処理する場合に有利に使用され
る。更に、ハニカム触媒は、その通路の口径を選
択することにより、ガス中に含まれるダストを触
媒構造中に堆積することなく通過させることがで
きる利点を有する。
かかるハニカム触媒は、従来、種々の方法で製
造されている。現在、最も広く用いられている方
法は、コージエライト、ムライト、粘土等のよう
なセラミツク物質の水性スラリーを金型から押出
して直接にハニカム構造体とし、これを乾燥し、
焼結した後、担体及び触媒活性物質(以下、担体
及び触媒活性物質を単に触媒物質と総称すること
がある。)を塗布し、乾燥、焼成するものである。
しかし、この方法においては、一般に上記したよ
うな基体としてのセラミツク物質が不活性である
うえに水に対する親和性に乏しいために、触媒反
応を行なうに十分な量の触媒物質を担持させるた
めには、基体に触媒物質を塗布し、乾燥し、焼成
する工程を繰り返して行なう必要があり、かくし
て、触媒の製造費用が高いものとならざるを得
ず、しかも、焼結された基体はかかる触媒物質に
対しても親和性を有しないために、担持された触
媒物質が所要の気相反応中に触媒構造表面から剥
離しやすい。
上記した問題を解決するために、触媒物質自体
からなる坏土を押出成形することによつてハニカ
ム触媒を製造する別の方法も知られている。この
方法によれば、触媒物質が触媒構造中に一様に且
つ一体的に組み込まれるために耐久性にすぐれる
利点を有するものの、大量の触媒物質を必要とす
るので、得られる触媒構造は非常に高価である。
更に、得られる触媒構造が要求される機械的強度
を有するように、通常、坏土を大きい圧力下に押
出す結果、得られる触媒構造は反面、空隙率が小
さく、従つて触媒活性が小さい。また、上記した
二つの方法に共通する問題として、かかるセラミ
ツク物質からなるハニカム触媒は重いので取り扱
いに種々の困難がある。
かくして、上記のようなセラミツク物質からな
るハニカム触媒構造に比較して軽量で取り扱いや
すいハニカム触媒も提案されている。例えば、特
開昭53−55051号公報には、アスベスト繊維シー
トからなる多層段ボール構造をハニカム基体と
し、これに触媒物質を担持させたハニカム触媒が
開示されている。しかし、この触媒構造は、セラ
ミツク基体と同様に、アスベスト繊維からなる基
体が触媒活性物質の触媒活性を高める担体物質の
作用、所謂担体効果に欠けるために触媒活性が著
しく低い。
また、アスベスト繊維シートからなる基体は、
十分な量の触媒物質を担持させるには、セラミツ
ク基体の場合におけると同様に、アスベスト基体
を繰り返して触媒物質に浸漬し、若しくは含浸さ
せる必要があり、かくして、形成される触媒活性
物質の被覆は厚みが大きく、従つて、かかる浸漬
若しくは含浸後に基体と共に焼成する段階で被覆
に割れが生じやすい。触媒物質の濃厚なスラリー
や溶液を用いれば、繰り返して触媒物質を浸漬
し、若しくは含浸させる必要はないが、反面、触
媒物質を一様に基体に担持させることが困難であ
る。
従つて、本発明の目的は、無機繊維からなり、
嵩比重が小さく、軽量で取り扱いが容易であり、
更に、触媒物質が均一に分散担持されている高度
に多孔性のシート又はハニカム状触媒構造を提供
することである。従つて、本発明はまた、反応対
象ガスが触媒構造内への拡散性にすぐれるため
に、触媒活性及び耐久性が改善された多孔性触媒
構造を提供することを目的とする。
本発明は、窒素酸化物をアンモニアの存在下に
気相接触還元するための多孔性シート又はハニカ
ム状触媒構造の製造方法において、
(a) セラミツク繊維、シリカ繊維、シリカ−アル
ミナ繊維、クリソタイル繊維、アスベスト繊
維、岩綿、ガラス繊維、アンソフイライト繊
維、チタン酸カリウム繊維及び炭素繊維から選
ばれる少なくとも1種であつて、平均繊維長さ
が1〜20mm、平均直径が0.1〜30μmである無機
繊維を水中で叩解して、固形分が0.1〜10重量
%の水性スラリーを形成し、
(b) この水性スラリーから空隙率65〜80%のシー
トを形成し、
(c) このシート又はこれより製作されたハニカム
構造体に、担体としての酸化チタン又は焼成す
ることにより酸化チタンに変換され得るその前
駆体を少なくとも100g/の濃度で含有する
と共に、常温での粘度が5〜250cpsである含浸
スラリーを含浸させ、乾燥し、必要に応じて焼
成し、
(d) 次いで、上記シート又はハニカム構造体を、
銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブ
デンの各酸化物から選ばれる少なくとも1種の
触媒活性物質又は焼成することにより上記酸化
物に変換され得るその前駆体を溶解した浸漬水
溶液に浸漬し、乾燥し、焼成することを特徴と
する。
本発明において用いる無機繊維は、これを叩解
し得ると共に、好ましくは少なくとも約200℃の
温度において安定である繊維であつて、好ましく
はその直径が約0.1〜30μmであり、その繊維長さ
が約1〜20mmである。無機繊維は、セラミツク繊
維、シリカ繊維、シリカ−アルミナ繊維、クリソ
タイル繊維、アスベスト繊維、岩綿、ガラス繊
維、アンソフイライト繊維、チタン酸カリウム繊
維及び炭素繊維から選ばれる少なくとも1種であ
るが、特に、セラミツク繊維、アルミナ繊維、シ
リカ−アルミナ繊維及びアスベスト繊維がシート
やハニカム構造への成形性にすぐれるので好まし
く用いられる。また、必要に応じて、ポリテトラ
フルオロエチレン繊維のような耐熱性有機繊維も
上記無機繊維と共に併用してもよい。
用いる繊維は一方においては窒素酸化物を含有
するガスの気相接触環元反応の条件、特に、反応
温度を考慮して選ばれる。例えば、反応温度が約
500℃以下である場合にはセラミツク繊維やアス
ベスト繊維が好ましく用いられ、反応温度が約
500〜1000℃の場合はシリカ繊維やシリカ−アル
ミナ繊維が好ましく用いられる。
更に、本発明においては、焼成によつて燃焼
し、消失する可燃性有機繊維も上記無機繊維と併
用することができる。上記可燃性繊維としては、
例えば、レーヨン繊維、セルロース系繊維、ビニ
ロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊
維、アクリル系繊維、ポリエステル繊維等を例示
することができるが、しかし、これらに限定され
るものではない。かかる可燃性繊維を使用するこ
とによつて、シート又はハニカム構造の空隙率を
調整することができると共に、また、水性繊維ス
ラリーから抄紙されるシートの機械的強度を高
め、従つて後述するハニカム構造への成形加工性
を高めることができる。好ましくは可燃性有機繊
維は、繊度が3デニール以下であり、繊維長さが
約3〜10mmであつて、無機繊維に基づいて1〜30
重量%、最も好ましくは2〜20重量%の範囲で用
いられる。
無機繊維及び必要に応じて有機繊維は水中で叩
解され、これらの繊維を抄紙し得るような紙料に
形成される。ここに、紙料は固形分、即ち、繊維
が1〜10重量%、好ましくは2〜6重量%である
ように調製される。尚、無機繊維やこれと有機繊
維との混合物からなるシート、更にかかる繊維シ
ートの製造方法は既に製紙技術の分野において知
られているので、ここではかかる繊維の叩解や抄
紙については説明を省略する。
本発明の方法によれば、繊維スラリーは好まし
くは製紙技術において知られている後述するよう
なバインダー、定着剤、サイジング剤等の添加剤
を含有する。繊維スラリーは、更に酸化チタン又
は焼成することにより酸化チタンに変換され得る
その前駆体、例えば、水酸化チタンを含有させ、
形成されるシート又はハニカム構造中に予め担体
として基体中に均一に分散させ、担持させること
ができる。繊維スラリーに添加される酸化チタン
又はその前駆体は、スラリー中の繊維に収率よく
定着され得るように、好ましくは粒子径が0.01〜
50μm、特に好ましくは0.1〜10μmである。この
ように、紙料が固体の酸化チタン又はその前駆体
を含有する場合も、紙料の固形分、即ち、繊維と
酸化チタン又はその前駆体の量は1〜10重量%が
適当であり、且つ、この固形分は、好ましくは、
酸化チタン又はその前駆体が40重量%以下、特に
好ましくは30重量%以下と、繊維が60重量%以
上、特に好ましくは70重量%以上とからなる。固
形分中の担体物質が40重量%を越える場合は、高
度に多孔性のシートを形成することが困難であ
り、従つて、シートやハニカム構造中に触媒物質
を均一に分散させ、担持させることが困難となる
と共に、シートからハニカム構造への成形に必要
な機械的強度を有しなくなる。
前記したように、紙料はバインダーを含有する
のが好ましい。バインダーは繊維スラリー中の固
形分に基づいて0.01〜10重量%の範囲で添加され
る。本発明において用いることができるバインダ
ーは、特に制限されないが、例えば、アルミナゾ
ル、シリカゾル、チタニアゾル等の無機バインダ
ー、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)
やスチレン−ブタジエンゴム(SBR)等の合成
ゴムのラテツクスのような有機バインダーを挙げ
ることができる。
紙料は、更に定着剤及び/又はサイジング剤を
含有していてもよい。定着剤としては、例えば、
有機カチオン性高分子電解質が好ましく用いられ
る。具体例としては、ポリアクリルアミン、ポリ
アミン、ポリアミン−及びポリアミドエピクロロ
ヒドリン縮合重合体、ポリエチレンイミン等を挙
げることができる。上記ポリアミンにはアルキレ
ンジクロリドとエチレンジアミン、テトラエチレ
ンジアミンやヘキサエチレンジアミンのようなア
ルキレンポリアミンとの縮合物、ポリ(N,N−
ジメチル−及びジエチルアミノメタクリレート)、
ポリビニルイミダゾリン、ポリビニルピリジン、
ジアリルアミンの環化重合体、N−ビニルピロリ
ドンとアクリルアミドの共重合体等を含む。硫酸
アルミニウムや硫酸鉄のような無機定着剤も用い
られる。紙料における定着剤の量は、好ましくは
紙料が含有する担体又はその前駆体の重量に基づ
いて約1〜10重量%である。
紙料はまた固形分に基づいてサイジング剤を
0.01〜1重量%含有することができる。サイジン
グ剤としては例えばロジンやポリシロキサンのよ
うな有機シリコーン重合体が用いられる。
単なる例示を目的とするものであるが、より詳
細には、紙料は次のようにして調製される。
繊維を水中で叩解して水性繊維スラリーを形成
し、必要に応じて酸化チタン又はその前駆体を添
加混合し、次いで、必要に応じて定着剤及び/又
はサイジング剤を加えた後、硫酸のような鉱酸を
加えて、スラリーのPHを約3〜6、好ましくは4
〜5に調整する。紙料調製において定着剤を使用
しない場合は、繊維スラリーは約6〜8のPHを有
するように調製されるのが好ましい。最後に必要
に応じて、繊維スラリーにバインダーを添加した
後、抄紙に適するようにその固形分を1〜10重量
%、好ましくは2〜6重量%となす。
このようにして調製された紙料は、次いで通常
の抄紙機、例えば円網抄紙機、長網抄紙機、短網
抄紙機等によりシートに抄紙される。或いは紙料
は手灑き網にて抄紙されてもよい。かくして抄紙
されたシートは通常約60〜150℃の温度で乾燥さ
れる。但し、この乾燥温度は何ら限定されるもの
ではなく、例えば、紙料が融点の高い繊維からな
るときはより高い温度で乾燥されてもよい。
本発明の方法によれば、触媒物質を担持させる
べきかかるシート又はこれより製作されるハニカ
ム構造は空隙率が60〜85%であることが必要であ
る。ここに、空隙率(%)は次式で定義される。
(1−シート又はハニカムの見掛け比重/シート又は
ハニカムの真比重)×
100
尚、ハニカムの見掛け比重とは、ハニカム構造
を形成するシートからなる壁体の見掛け比重を意
味する。
上記との関連において、前記可燃性有機繊維を
含有する紙料からシートを抄紙し、このシート又
はこれより製作されたハニカム構造を焼成して、
可燃性繊維を消失させることにより、シート又は
ハニカム構造の空隙率を制御することができる。
本発明の方法によれば、上記のようにして製造
されたシート又はこれより製作されるハニカム構
造は、先ず担体としての酸化チタン又はその前駆
体を含有する水性スラリー(以下、この水性スラ
リーを含浸スラリーという。)に含浸させ、乾燥
し、必要に応じて焼成して前駆体を活性な酸化チ
タンに変換する。しかしながら、シート又はハニ
カム構造の焼成は必ずしもこの段階で行なう必要
はなく、例えば、後に説明するようにして担体を
担持させたシート又はハニカム構造に触媒活性物
質又はその前駆体を担持させ、この後に焼成して
もよい。
上記含浸スラリーは酸化チタン又はその前駆体
を少なくとも100g/の濃度で含有しているこ
とが必要であり、更に、常温においてその粘度が
5〜250cpsであることが必要である。好ましくは
含浸スラリー中の酸化チタン又はその前駆体の濃
度は100〜1000g/である。即ち、本発明の方
法における一つの特徴として、シート又はハニカ
ム構造は前記したように60〜85%の空隙率を有
し、かかるシート又はハニカム構造が上記したよ
うに高濃度で酸化チタン又はその前駆体を含有し
ながら低粘度である含浸スラリーに含浸せしめら
れるので、スラリーが多孔性基体中に容易に浸透
し、かくして、基体中に実質的に一様に分散され
るのである。従つて、含浸スラリーの粘度は常温
で250cpsよりも大きい場合は、基体が前記したよ
うな大きい空隙率を有するときでさえも、基体中
への浸透が困難となり、かくして、基体にはその
限られた表面層にのみ局限して担体が担持される
こととなり、得られる触媒構造の触媒活性は低
く、且つ、耐久性も悪い。
酸化チタンの製造法の一つとして広く知られて
いる所謂硫酸法により製造される酸化チタンは、
通常、酸化チタンに基づいて硫酸換算で7〜15重
量%の遊離の硫酸イオンを含有しているが、本発
明者らはかかる酸化チタンを用いて前記含浸スラ
リーを調製した場合、これに含まれる遊離の硫酸
イオンが含浸スラリーの粘度を著しく高めること
を見出した。従つて、本発明の方法においては、
含浸スラリーの調製に当たつては、遊離の硫酸イ
オンを実質的に含まないか、又はそ含有量を減少
せしめた酸化チタンを用いるのが好ましい。かか
る酸化チタンを得るには、例えば、硫酸法による
酸化チタンの製造の中間体として得られるメタチ
タン酸ケーキを水溶性バリウム塩、例えば塩化バ
リウムや硝酸バリウムの水溶液で処理し、メタチ
タン酸中の遊離硫酸イオンを水不溶性バリウム塩
として固定化し、次いで、このメタチタン酸を好
ましくは300〜600℃の範囲の温度で1〜5時間焼
成する。かかる方法によつて得られる酸化チタン
は遊離硫酸イオンを実質的に含有しないか、又は
その含有量が著しく減じられていると同時に、そ
の比表面積が著しく大きく保たれる。比表面積が
大きいことによる効果は後述する。
別の方法として、例えば、メタチタン酸をアン
モニア水で処理して、遊離の硫酸イオンに水溶性
アンモニア塩を形成せしめ、これを水洗滌により
メタチタン酸ケーキから溶出させる。この後、前
記方法と同様の条件下にメタチタン酸ケーキを焼
成する。この方法によつても、遊離の硫酸イオン
を実質的に含有しないか、又はその含有量が著し
く減じられた酸化チタンを得ることができる。
このようにして得られた酸化チタンが含有する
遊離の硫酸イオンは、酸化チタンに基づいて多く
とも4重量%であるのが好ましい。
更に、このようにして得られる酸化チタンは、
別の特徴として、比表面積が50〜150m2/gであ
る。市販されている硫酸法からの通常の酸化チタ
ンを例えば1000℃又はそれ以上の高温度で焼成す
ることよつても、遊離硫酸イオンを実質的に含有
しないか、又はその含有量が著しく減じられた酸
化チタンを得ることができるが、しかし、このよ
うにして得られる酸化チタンは、比表面積が約10
m2/g以下であつて、従つて、かかる酸化チタン
は担体効果を殆ど有しない。これに対して、本発
明の方法で用いる含浸スラリーは、高比表面積の
酸化チタンを高濃度で含有しながら、しかも、前
記したようにその常温での粘度が著しく小さいた
めに、シート又はハニカム基体をこれに含浸さ
せ、更に触媒活性物質を担持させて得られる触媒
構造は、基体中に均一に分散担持された担体の担
体効果が高い結果、触媒活性が著しく高められる
のである。
本発明の方法によれば、シート又はハニカム構
造は、以上のように担体物質である酸化チタン又
はその前駆体を含有する含浸スラリーに含浸せし
められた後に、触媒活性物質又は焼成することに
よつて触媒活性物質に変換され得る前駆体を溶解
含有する溶液、通常、水溶液(以下、浸漬溶液と
いう。)に浸漬される。浸漬溶液は含浸スラリー
に比較して常温における粘度が遥かに小さく、ま
た、基体には既に担体又はその前駆体が含浸さ
れ、又は担持されているが、浸漬溶液が浸透する
に十分な空隙率を尚有し、従つて、浸漬溶液は基
体中によく浸透して触媒活性物質が基体中に実質
的に一様に分散される。次いで、このシート又は
ハニカム構造を乾燥すれば、本発明による触媒構
造を得ることができる。浸漬溶液が触媒活性物質
の前駆体の溶液であるときは、かかる溶液に浸漬
した基体は、次いで焼成して、上記前駆体を触媒
活性を有する物質に変換することが必要である。
本発明の方法において用いる触媒活性物質は、
銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブデ
ンの各酸化物から選ばれる少なくとも1種又は焼
成によつてかかる活性物質に変換され得る前駆体
である。かかる前駆体としては、例えば、水溶性
のシユウ酸バナジウムやメタタングステン酸を挙
げることができ、これらは焼成によつて触媒活性
物質として前者は五酸化バナジウムを、後者は三
酸化タングステンを形成する。
シート又はハニカム構造は、含浸スラリーに含
浸した後、及び/又は浸漬溶液に浸漬した後、そ
れぞれ乾燥される。この乾燥温度は、特に制限さ
れるものではないが、好ましくは、いずれの段階
においても、通常、室温から200℃の範囲である。
同様に、シート又はハニカム構造に担体物質であ
る二酸化チタンの前駆体又は触媒活性物質の前駆
体を分散させた後に、これら焼成する温度は、好
ましくは300〜600℃の範囲であり、この焼成は通
常1〜5時間行なわれる。
シート又はハニカム構造が前記した可燃性有機
繊維を含有する場合は、上記焼成によつてその繊
維は燃焼し、消失し、基体の空隙率を増大せしめ
る。従つて、紙料の調製の段階における可燃性有
機繊維の配合量によつて、基体の空隙率を調整す
ることができる。例えば、担体物質を担持させる
前にシート又はハニカム構造を焼成すれば、大き
い空隙率の多孔性基体を得ることができるので、
担体物質をより容易に多量に担持させることがで
き、かくして、担体物質の担持量を調整すること
ができる。また、触媒活性物質を担持させた後に
基体を焼成すれば、触媒構造の空隙率、従つて、
触媒構造への反応ガスの拡散性を調整することが
できる。
含浸スラリーはまた、紙料の調製に使用したの
と同じ繊維を担体100重量部について1〜10重量
部含有することができる。このように含浸スラリ
ーに繊維を含有させることにより、得られる触媒
構造の機械的強度と耐久性とを改善させることが
できる。特に、触媒物質の基体への付着強度と引
掻きによる剥離抵抗を高めるのみならず、触媒基
材の乾燥や焼成時に往々にして現われる触媒物質
の割れを防止する。上記の目的のための繊維は、
長さが約0.5〜5mm、直径が約0.1〜30μmが好適
である。
本発明においては、ハニカム構造とは触媒技術
においてハニカム構造として知られるすべての構
造を含み、また、その製造方法も特に制限される
ものではない。しかしながら、多層段ボール構造
は本発明において好ましく用いることができるハ
ニカム構造の一つである。このようなハニカム構
造を有する触媒は、通常、バスケツトに保持さ
れ、ハニカム構造の有する流路が処理ガスの流れ
方向に平行になるように反応器に充填されて使用
される。
また、本発明の方法により得られるシートから
の片面段ボールをらせん状に巻回し、その山部を
隣接する段ボール裏面のライナーに接着すること
によつても、本発明におけるハニカム構造を構成
することができる。更に、本発明によるシートを
バスケツト又は枠体に適宜間隔をおいて相互に平
行に配列することによつても、本発明におけるハ
ニカム構造を構成することができる。
本発明による触媒構造を用いて窒素酸化物を気
相接触還元するには、窒素酸化物を含有するガ
ス、例えば、ボイラーからの排ガスにその窒素酸
化物を窒素及び水に変換するに要する化学量論的
量の0.5〜10倍量のアンモニアを還元剤として加
え、この混合ガスを温度150〜650℃、好ましくは
200〜550℃、面積速度5〜50Nm3/m2・時にて触
媒構造を通過させる。気相反応を行なう圧力は特
に制限されないが、通常、常圧から約10Kg/cm2の
範囲である。
以上のように、本発明によるシート又はハニカ
ム状の触媒構造は、担体としての酸化チタンと触
媒活性物質とが実質的に一様にその構造内に担持
されており、従つて、かかる触媒構造はアンモニ
アを還元剤とする窒素酸化物の気相接触還元反応
において、改善された触媒活性と耐久性とを有し
ている。触媒活性物質がその表面近傍の限られた
領域にのみ担持されている従来の触媒構造と著し
い対照をなす。
より詳細には、本発明による触媒構造は、前記
したように担体と触媒活性物質とを担持した後も
尚大きい空隙率を有し、かくして、反応ガスはか
かる構造内に容易に拡散し得るので、触媒活性が
従来より知られている触媒構造よりも格段に高い
のである。
更に、本発明による触媒構造によれば、触媒物
質がその構造全体にわたつて実質的に一様に分散
担持されているので、その一部分が例えば排ガス
中のダスト等によつて剥離しても、構造全体とし
ては尚大きい触媒活性を保持し、従つて、長期間
にわたつて高い触媒活性を維持する。
特に、本発明によれば、多孔質シート又はこれ
より製作される多孔質ハニカム構造体に、先ず二
酸化チタン又はその前駆体、即ち、担体物質を含
有する水性スラリーを含浸させてこれらを均一に
分散担持させ、この後にこのシート又はハニカム
構造を触媒活性物質又はその前駆体を含有する溶
液に浸漬して、これらを均一に分散担持させて触
媒構造を得るので、その耐久性が格段に改善され
る。即ち、一般にボイラー等からの排ガスは窒素
酸化物と共にダストを大量に含有するが、本発明
の触媒構造によれば、長期間にわたつて高い触媒
活性が維持されるのである。これに対し、担体物
質を分散させると共に、触媒活性物質を溶解させ
たスラリーを多孔質シート又はこれより得られる
ハニカム構造体に含浸させ、かくして、担体物質
と触媒活性物質とを同時に担持させて得られる触
媒構造は、その理由は必ずしも明らかでないが、
担持させた触媒活性物質当りの活性が低いうえ
に、ダストを含有する排ガスを処理した際に、そ
の触媒活性が経時的に速やかに低下する。
また、特に、含浸スラリーの調製に際して、用
いる二酸化チタンに含まれる遊離硫酸イオンを実
質的に除去し、或いはその含有量を著しく減少せ
しめると共に、その比表面積を高く保持する本発
明による好ましい方法を採用し、このようにして
得られるスラリーを多孔質シート又はハニカム構
造に含浸させて、担体物質を担持させ、次いで、
触媒活性物質を担持させることにより、一層高い
触媒活性と耐久性とを有する多孔質触媒構造を得
ることができる。
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本
発明はこれら実施例により何ら限定されるもので
はない。
A 触媒構造の調製
実施例 1
平均直径約3μm、平均繊維長さ約10mmのセラ
ミツク繊維(ニチアス(株)製フアインフレツクス
1300)1.5Kgを水30中で叩解して水性繊維スラ
リーを形成し、このスラリーに平均粒子径約2μ
m、比表面積80m2/gのアナターゼ型二酸化チタ
ン500gをカチオン性高分子電解質(ローム・ア
ンド・ハース社製Lufax295)10gと共に加え、
次いで、硫酸を加えてスラリーのPHを約4.5に調
整し、更に、アクリロニトリル−ブタジエン共重
合体ラテツクスバインダー(日本ゼオン(株)製ニポ
ール1571)1gを加えて二酸化チタンを繊維に定
着させた。
このようにして得られた紙料を手漉き網にてシ
ートとし、乾燥した。このシートは厚み0.3mm、
坪量140g/m2であつた。
接着剤としてシリカゾルを用いてシートを通常
の段ボール加工機で片面段ボールに加工した。こ
の片面段ボールをシリカゾル接着剤を用いて積層
接着し、ハニカム構造としての多層段ボールを得
た。この構造は体積86ml、空隙率68%、接触表面
積860×10-2cm2/cm3であつた。尚、上記接触表面
積とは気相接触反応においてガスが接触し得る構
造の表面積を意味する。
硫酸法による二酸化チタン製造の中間体として
得られるメタチタン酸ケーキにアンモニア水を加
えて中和し、ケーキを水洗し、硫酸アンモニアを
水中に溶出させて、メタチタン酸から除去した。
この後、ケーキを450℃の温度で3時間焼成して、
比表面積が80m2/gであつて、遊離の硫酸イオン
を硫酸として0.8重量%含有する二酸化チタンを
得た。この二酸化チタン180g、シリカゾル144ml
及び水288mlの混合物を5時間ボールミルで粉砕
し、二酸化チタン含有量375g/、常温での粘
度19cpsの含浸スラリーを得た。
上で得たハニカム構造をこの含浸スラリーにて
ウオツシユ・コートし、乾燥し、450℃で3時間
焼成して、二酸化チタン12.50gを担持したハニ
カム状担体構造を得た。
次いで、五酸化バナジウムとして95g/のシ
ユウ酸バナジルを含有する水溶液に上で得たハニ
カム状担体構造を浸漬し、乾燥し、450℃の温度
で3時間焼成して、本発明による触媒構造を得
た。これは二酸化チタンと五酸化バナジウムとの
触媒物質を重量比95:5にて合計量で13.13g担
持する。従つて、単位接触表面積当りの触媒物質
の担持量は2.65×10-2g/cm2である。
実施例 2
実施例1と同じセラミツク繊維1.5Kgを1.5デニ
ール、平均繊維長さ5mmのレーヨン繊維120gと
共に水30中で叩解した。かくして、得られた紙
料を実施例1と同様にしてシートとし、乾燥し
た。シートは厚み0.3mm、坪量80g/m2であつた。
このシートを実施例1と同様に同じ体積と接触
表面積とを有し、空隙率が76%であるハニカム構
造に加工した。
実施例1で用いたのと同じメタチタン酸を塩化
バリウムで処理し、遊離硫酸イオンの40%を硫酸
バリウムとして固定し、450℃の温度で3時間焼
成して、比表面積97m2/g、遊離の硫酸イオンを
硫酸換算で3.2重量%含有する二酸化チタンを得
た。この二酸化チタン180g、シリカゾル195ml及
び水265mlの混合物を5時間ボールミルで粉砕し、
二酸化チタン含有量360g/、常温での粘度
68cpsの含浸スラリーを得た。
上で得たハニカム構造をこの含浸スラリーに2
度ウオツシユ・コートし、乾燥し、450度の温度
で3時間焼成して、二酸化チタン20.31gを担持
したハニカム状担体構造を得た。
次いで、五酸化バナジウムとして115g/の
シユウ酸バナジルを含有する水溶液に上で得たハ
ニカム状担体構造を10分間浸漬し、乾燥し、450
℃の温度で3時間焼成して、本発明による触媒構
造を得た。これは二酸化チタンと五酸化バナジウ
ムとの触媒物質を重量比95:5にて合計量で
21.33g担持する。従つて、単位接触表面積当り
の触媒物質の担持量は2.88×10-2g/cm2である。
実施例 3
平均直径約8μm、平均長さ約2mmのアスベス
ト繊維500gを水20中で叩解し、得られた水性
繊維スラリーに平均粒子径約0.5μm、比表面積約
50m2/gのアナターゼ型二酸化チタン175gを加
えた後、これにアンモニア水を加えてスラリーの
PHを8に調整した。このスラリーに更に前記
Lufax295の0.7gを加え、硫酸を加えてスラリー
のPHを約4に調整した。次いで、1gのニポール
1571を添加して二酸化チタンを繊維に定着させ
た。
このようにして得た紙料を実施例1と同様にし
て手漉き網にてシートとし、乾燥した。このシー
トは厚み0.3mm、坪量230g/cm2であつた。このシ
ートを実施例1と同じ体積と接触表面積を有する
が、空隙率が62%であるハニカム構造に加工し
た。
実施例1において含浸スラリーを調製するため
に用いたのと同じ二酸化チタン180g、シリカゾ
ル144ml及び水288mlの混合物をボールミルで1時
間粉砕して、二酸化チタン含有量375g/、常
温での粘度19cpsの含浸スラリーを得た。
上で得たハニカム構造をこの含浸スラリーにウ
オツシユ・コートし、乾燥し、450℃の温度で3
時間焼成して、二酸化チタン13.01gを担持した
ハニカム状担体構造を得た。
次いで、五酸化バナジウム換算で22g/のシ
ユウ酸バナジルと、三酸化タングステン換算で
176g/のメタタングステン酸を含有する水溶
液に上で得たハニカム状担体構造を10分間浸漬
し、乾燥し、450℃の温度で3時間焼成して、担
体として二酸化チタン、触媒活性物質として五酸
化バナジウム及び三酸化タングステンからなる触
媒物質を担持する本発明による触媒構造を得た。
この触媒構造は、二酸化チタン、五酸化バナジウ
ム及び三酸化タングステンを重量比91:1:8に
て合計量で21.46g担持する。従つて、単位接触
表面積当りの触媒物質の担持量は2.90×10-2g/
cm2である。
実施例 4
平均直径約3μm、長さ約20mmのセラミツク繊
維(ニチアス(株)フアインフレツクス1300)1.5Kg
と1.5デニール、平均繊維長さ5mmのレーヨン繊
維180gと共に水30中で叩解した。得られた紙
料を実施例1と同様にして乾燥シートとした。こ
のシートは厚み0.3mm、坪量71g/cm2であつた。
このシートを実施例1と同様に同じ体積と接触
表面積とを有し、空隙率が82%であるハニカム構
造に加工した。
実施例1で用いたのと同じメタチタン酸を塩化
バリウムで処理し、遊離硫酸イオンの20%を硫酸
バリウムとして固定し、450℃の温度で3時間焼
成して、比表面積115m2/g、遊離の硫酸イオン
を硫酸換算で3.8重量%含有する二酸化チタンを
得た。
この二酸化チタン180g、シリカゾル195ml及び
水265mlの混合物を5時間ボールミルで粉砕し、
二酸化チタン含有量360g/、常温での粘度
110cpsの含浸スラリーを得た。
上で得たハニカム構造をこの含浸スラリーで2
度ウオツシユ・コートし、乾燥し、450℃の温度
で3時間焼成して、二酸化チタン20.49gを担持
したハニカム状担体構造を得た。
次いで、五酸化バナジウム換算で120g/の
シユウ酸バナジルを含有する水溶液に上で得たハ
ニカム状担体構造を10分間浸漬し、乾燥し、450
℃の温度で3時間焼成して、二酸化チタンと五酸
化バナジウムとからなる触媒物質を重量比95:5
にて合計量で21.65g担持し、単位接触表面積当
りの触媒物質の担持量が2.93×10-2g/cm2である
ハニカム状触媒構造を得た。
実施例 5
平均直径約8μm、平均繊維長さ約2mmのアス
ベスト繊維350gと平均直径約6μm、長さ約5mm
のガラス繊維(日東紡(株)製Eガラス)150gとを
水20中で叩解した。次いで、1gのニポール
1571を添加した。得られた紙料を実施例1と同様
にしてシートとし、乾燥した。シートは厚み0.3
mm、坪量135g/cm2であつた。
このシートを実施例1と同様にして、同じ体積
と接触表面積とを有し、空隙率が69%であるハニ
カム構造に加工した。
実施例1で用いたのと同じメタチタン酸にアン
モニア水を加えて中和し、遊離の硫酸イオンを除
去し、450℃の温度で3時間焼成して、比表面積
87m2/g、遊離の硫酸イオンを硫酸換算で1.4重
量%含有するアナターゼ型二酸化チタンを得た。
この二酸化チタンを385g/の含有量で含有
し、常温での粘度が35cpsである含浸スラリーを
前記と同様にして調製し、上で得たハニカム構造
をこの含浸スラリーで2度ウオツシユ・コート
し、乾燥し、450℃の温度で3時間焼成して、二
酸化チタン21.24gを担持したハニカム状担体構
造を得た。
次いで、五酸化バナジウム換算で115g/の
シユウ酸バナジルを含有する水溶液に上で得たハ
ニカム状担体構造を10分間浸漬し、乾燥し、450
℃の温度で3時間焼成して、二酸化チタンと五酸
化バナジウムとからなる触媒物質を重量比95:5
にて合計量で22.30g担持し、単位接触表面積当
りの触媒物質の担持量が2.87×10-2g/cm2である
ハニカム状触媒構造を得た。
比較例 1
厚み1.5mmの多孔質金属シート(住友電気工業
(株)製)を段ボール構造に加工し、積層して、体積
173ml、接触表面積427×10-2cm2/cm3のハニカム構
造を得た。
実施例1において含浸スラリーを調製するため
に用いたのと同じ二酸化チタン171g、シユウ酸
バナジル9g(五酸化バナジウムとして)及び水
288mlを5時間ボールミルで粉砕して、常温で
25cpsの含浸スラリーを得た。
上で得たハニカム構造をこの含浸スラリーでウ
オツシユ・コートし、乾燥し、450℃の温度で3
時間焼成して、二酸化チタンと五酸化バナジウム
の触媒物質を重量比95:5にて合計量で13.82g
担持し、単位接触表面積積当りの触媒物質の担持
量が3.76×10-2g/cm2であるハニカム状触媒構造
を得た。
比較例 2
容積76ml、壁厚み0.33mm、ピツチ3.75mm、従つ
て、単位接触表面積が973×10-2cm2/cm3である焼
結セラミツク酸化物からなる市販のハニカム構造
体(日本特殊陶業(株)製)を比較例1で用いたのと
同じ含浸スラリーで3度ウオツシユ・コートし、
次いで、比較例1と同様に処理して、二酸化チタ
ンと五酸化バナジウムの触媒物質を重量比95:5
にて合計量で14.15g担持し、単位接触表面積当
りの触媒物質の担持量が2.28×10-2g/cm2である
ハニカム状触媒構造を得た。
比較例 3
遊離の硫酸イオンを硫酸換算で8.2重量%含有
し、比表面積が130m2/gである二酸化チタン180
g、シリカゾル195ml及び水265mlの混合物を5時
間ボールミルで粉砕し、二酸化チタン含有量360
g/、常温での粘度が897cpsである含浸スラリ
ーを得た。
実施例2において用いたのと同じ空隙率76%の
ハニカム構造をこの含浸スラリーでウオツシユ・
コートし、乾燥し、450℃の温度で3時間焼成し
て、二酸化チタン24.63gを担持したハニカム状
担体構造を得た。
次いで、この担体構造を実施例2と同様に処理
して、二酸化チタンと五酸化バナジウムとからな
る触媒物質を重量比95:5にて合計量で25.87g
担持し、単位接触表面積当りの触媒物質の担持量
が3.48×10-2g/であるハニカム状触媒構造を得
た。
比較例 4
遊離の硫酸イオンを硫酸換算で3.2重量%含有
し、比表面積が97m2/gであつて、実施例2にお
いて含浸スラリーを調製するために用いたのと同
じ二酸化チタン180g、シリカゾル195ml、五酸化
バナジウム換算で200g/のシユウ酸バナジウ
ムを含有する水溶液47ml及び水218mlを5時間ボ
ールミルで粉砕し、常温での粘度が77cpsである
含浸スラリーを調製した。
実施例2において用いたのと同じ空隙率76%の
ハニカム構造をこの含浸スラリーでウオツシユ・
コートし、乾燥し、450℃の温度で3時間焼成し
て、二酸化チタンと五酸化バナジウムとの触媒物
質を重量比95:5にて合計量で23.70g担持し、
単位接触表面積当りの触媒物質の担持量が3.2×
10-2g/cm2であるハニカム状触媒構造を得た。
B 触媒の評価
第1図,第2図及び第3図はそれぞれ実施例
1,2及び3において得られたハニカム触媒構造
において、X線ミクロアナライザーによる触媒構
造の壁体の厚さ方向の酸化チタンの分布を示す。
酸化チタンが触媒構造全体にわたつて実質的に均
一に分布されていることが明らかである。
第4図は比較例3において得られた触媒構造の
上記と同じ酸化チタンの分布を示す。用いた酸化
チタンスラリーが高粘度であるために、二酸化チ
タンが触媒構造の限られた表面層にのみ担持され
ていることが明らかである。
次に、上記実施例及び比較例で得られた各触媒
構造が、還元剤アンモニアの存在下に窒素酸化物
を窒素と水とに変換する触媒活性を評価した。即
ち、周囲を断熱材で巻いて内部温度を一定に保つ
ようにした内径50mmのパイレツクスガラス管に各
触媒構造を充填し、この触媒構造に一酸化窒素
200ppm、アンモニア200ppm、水蒸気10重量%、
二酸化炭素12容量%、二酸化イオウ1000ppm、残
余窒素からなる混合ガスを温度350℃、面積速度
20Nm3/m2・時にて通過させた。
一酸化窒素(NO)の変換率は次式にて定義さ
れる。
変換率=〔(反応器入口のNO濃度)−(反応器出口
のNO濃度)〕/(反応器入口のNO濃度)〕×100
(%)
結果を第1表に示す。
また、触媒構造の耐久性を評価するために、各
触媒構造を電気炉中で温度450℃に急速に加熱
The present invention relates to a method for producing a porous sheet or honeycomb catalyst structure for gas phase catalytic reduction of nitrogen oxides in the presence of ammonia. In general, a catalyst with a honeycomb structure (hereinafter sometimes simply referred to as a honeycomb catalyst) has many passages parallel to the flow of gas to be reacted, and therefore does not cause a large pressure drop when passing through the catalyst structure. Therefore, it is advantageously used when treating a large amount of gas with a high linear velocity, for example, in the removal of nitrogen oxides contained in exhaust gas from boilers, internal combustion engines, nitric acid plants, etc. by vapor phase catalytic reduction. Furthermore, the honeycomb catalyst has the advantage that by selecting the diameter of the passages, dust contained in the gas can pass through without being deposited in the catalyst structure. Such honeycomb catalysts have conventionally been manufactured by various methods. Currently, the most widely used method is to extrude an aqueous slurry of ceramic materials such as cordierite, mullite, clay, etc. from a mold directly into a honeycomb structure, which is then dried.
After sintering, a carrier and a catalytically active material (hereinafter, the carrier and catalytically active material may be collectively referred to simply as a catalytic material) are applied, dried, and fired.
However, in this method, the ceramic substrate as described above is generally inert and has poor affinity for water, so it is difficult to support a sufficient amount of catalyst material to carry out the catalytic reaction. , it is necessary to repeat the steps of applying the catalyst material to the substrate, drying, and sintering, thus making the manufacturing cost of the catalyst high, and furthermore, the sintered substrate does not contain the catalyst material. The supported catalyst material is likely to peel off from the surface of the catalyst structure during the required gas phase reaction. In order to solve the above-mentioned problems, another method is known in which honeycomb catalysts are manufactured by extruding a clay consisting of the catalytic material itself. Although this method has the advantage of excellent durability because the catalyst material is uniformly and integrally incorporated into the catalyst structure, it requires a large amount of catalyst material, so the resulting catalyst structure is very poor. It is expensive.
Furthermore, in order for the resulting catalyst structure to have the required mechanical strength, the clay is usually extruded under high pressure, resulting in the resulting catalyst structure having a low porosity and therefore a low catalytic activity. Furthermore, a problem common to both of the above-mentioned methods is that the honeycomb catalyst made of ceramic material is heavy and therefore has various difficulties in handling. Thus, a honeycomb catalyst has been proposed which is lighter and easier to handle than the honeycomb catalyst structure made of ceramic material as described above. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 53-55051 discloses a honeycomb catalyst in which a honeycomb substrate is a multilayer corrugated cardboard structure made of asbestos fiber sheets, and a catalyst material is supported on the honeycomb base. However, similar to the ceramic substrate, this catalyst structure has extremely low catalytic activity because the substrate made of asbestos fiber lacks the so-called carrier effect, which is the action of a carrier material that increases the catalytic activity of the catalytically active substance. In addition, the base made of asbestos fiber sheet is
In order to deposit a sufficient amount of catalytic material, as in the case of ceramic substrates, the asbestos substrate must be repeatedly dipped or impregnated with the catalytic material, so that the coating of catalytically active material that is formed is The coating is thick and therefore prone to cracking during the step of baking with the substrate after such immersion or impregnation. If a concentrated slurry or solution of the catalytic material is used, there is no need to repeatedly immerse or impregnate the catalytic material, but on the other hand, it is difficult to uniformly support the catalytic material on the substrate. Therefore, the object of the present invention is to provide a material consisting of inorganic fibers,
It has a small bulk specific gravity, is lightweight and easy to handle,
Furthermore, it is an object to provide a highly porous sheet or honeycomb-like catalyst structure in which the catalyst material is evenly distributed and supported. Therefore, it is also an object of the present invention to provide a porous catalyst structure with improved catalytic activity and durability due to the excellent diffusion of the gas to be reacted into the catalyst structure. The present invention provides a method for producing a porous sheet or honeycomb-like catalyst structure for gas phase catalytic reduction of nitrogen oxides in the presence of ammonia, which comprises (a) ceramic fibers, silica fibers, silica-alumina fibers, chrysotile fibers, At least one inorganic fiber selected from asbestos fibers, rock wool, glass fibers, anthophyllite fibers, potassium titanate fibers, and carbon fibers, and having an average fiber length of 1 to 20 mm and an average diameter of 0.1 to 30 μm. is beaten in water to form an aqueous slurry with a solid content of 0.1 to 10% by weight, (b) a sheet with a porosity of 65 to 80% is formed from this aqueous slurry, and (c) a sheet made from or made from this sheet. An impregnating slurry containing titanium oxide or a precursor thereof which can be converted into titanium oxide by firing as a carrier at a concentration of at least 100 g/m and having a viscosity of 5 to 250 cps at room temperature is added to the honeycomb structure. (d) the sheet or honeycomb structure is then impregnated, dried and optionally fired;
immersed in an aqueous immersion solution in which at least one catalytically active substance selected from copper, iron, vanadium, tungsten, and molybdenum oxides or a precursor thereof that can be converted into the oxide by calcination is dissolved, and dried; It is characterized by being fired. The inorganic fiber used in the present invention is a fiber that can be beaten and is preferably stable at a temperature of at least about 200°C, preferably has a diameter of about 0.1 to 30 μm, and a fiber length of about It is 1 to 20 mm. The inorganic fiber is at least one selected from ceramic fiber, silica fiber, silica-alumina fiber, chrysotile fiber, asbestos fiber, rock wool, glass fiber, anthophyllite fiber, potassium titanate fiber, and carbon fiber, but especially , ceramic fibers, alumina fibers, silica-alumina fibers, and asbestos fibers are preferably used because they have excellent formability into sheets and honeycomb structures. Furthermore, if necessary, heat-resistant organic fibers such as polytetrafluoroethylene fibers may also be used in combination with the above-mentioned inorganic fibers. The fibers used are selected, on the one hand, taking into account the conditions of the gas-phase catalytic ring reaction of the nitrogen oxide-containing gas, in particular the reaction temperature. For example, if the reaction temperature is approximately
Ceramic fibers and asbestos fibers are preferably used when the reaction temperature is below 500℃.
When the temperature is 500 to 1000°C, silica fibers and silica-alumina fibers are preferably used. Furthermore, in the present invention, combustible organic fibers that burn and disappear upon firing can also be used in combination with the above-mentioned inorganic fibers. The above combustible fibers include:
Examples include rayon fibers, cellulose fibers, vinylon fibers, polypropylene fibers, polyethylene fibers, acrylic fibers, polyester fibers, etc., but are not limited to these. By using such combustible fibers, the porosity of the sheet or honeycomb structure can be adjusted, and the mechanical strength of the sheet made from the aqueous fiber slurry can be increased, so that the honeycomb structure described below can be improved. It is possible to improve the molding processability. Preferably, the combustible organic fibers have a fineness of 3 denier or less, a fiber length of about 3 to 10 mm, and a fiber length of about 1 to 30 mm based on the inorganic fibers.
% by weight, most preferably in the range of 2-20% by weight. Inorganic fibers and optionally organic fibers are beaten in water to form a stock from which these fibers can be made into paper. Here, the stock is prepared so that the solids content, ie, fiber, is 1 to 10% by weight, preferably 2 to 6% by weight. Note that sheets made of inorganic fibers and mixtures of inorganic fibers and organic fibers, as well as methods for producing such fiber sheets, are already known in the field of paper manufacturing technology, so a description of the beating of such fibers and paper making will be omitted here. . According to the method of the invention, the fiber slurry preferably contains additives known in the papermaking art, such as binders, adhesion promoters, sizing agents, etc., as described below. The fiber slurry further contains titanium oxide or a precursor thereof that can be converted to titanium oxide by calcination, such as titanium hydroxide,
It can be uniformly dispersed and supported in the substrate as a carrier in advance in the sheet or honeycomb structure to be formed. The titanium oxide or its precursor added to the fiber slurry preferably has a particle size of 0.01 to 0.01 so that the titanium oxide or its precursor can be fixed to the fibers in the slurry with good yield.
50 μm, particularly preferably 0.1 to 10 μm. In this way, even when the paper stock contains solid titanium oxide or its precursor, the solid content of the paper stock, that is, the amount of fibers and titanium oxide or its precursor, is suitably 1 to 10% by weight. And this solid content is preferably
It consists of titanium oxide or its precursor in an amount of 40% by weight or less, particularly preferably 30% by weight or less, and fibers in an amount of 60% by weight or more, particularly preferably 70% by weight or more. If the carrier material in the solid content exceeds 40% by weight, it is difficult to form a highly porous sheet, and therefore it is difficult to uniformly disperse and support the catalyst material in the sheet or honeycomb structure. It becomes difficult to form the sheet into a honeycomb structure, and it does not have the mechanical strength necessary for forming the sheet into a honeycomb structure. As mentioned above, the paper stock preferably contains a binder. The binder is added in an amount ranging from 0.01 to 10% by weight based on the solids content in the fiber slurry. Binders that can be used in the present invention are not particularly limited, but include, for example, inorganic binders such as alumina sol, silica sol, titania sol, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR)
Examples include organic binders such as latexes of synthetic rubbers such as rubber and styrene-butadiene rubber (SBR). The stock may further contain a fixing agent and/or a sizing agent. As the fixing agent, for example,
Organic cationic polymer electrolytes are preferably used. Specific examples include polyacrylamine, polyamine, polyamine and polyamide epichlorohydrin condensation polymers, polyethyleneimine, and the like. The above polyamines include condensates of alkylene dichloride and alkylene polyamines such as ethylene diamine, tetraethylene diamine and hexaethylene diamine, and poly(N,N-
dimethyl- and diethylamino methacrylate),
polyvinylimidazoline, polyvinylpyridine,
It includes a cyclized polymer of diallylamine, a copolymer of N-vinylpyrrolidone and acrylamide, etc. Inorganic adhesion promoters such as aluminum sulfate and iron sulfate are also used. The amount of fixing agent in the stock is preferably about 1 to 10% by weight based on the weight of the carrier or its precursor that the stock contains. Stocks also have sizing agents based on solids content.
It can be contained in an amount of 0.01 to 1% by weight. As the sizing agent, for example, an organic silicone polymer such as rosin or polysiloxane is used. More specifically, and by way of example only, the stock is prepared as follows. The fibers are beaten in water to form an aqueous fiber slurry, optionally titanium oxide or its precursor is added and mixed, and then, after optionally a fixing agent and/or sizing agent is added, a slurry such as sulfuric acid is added. Add mineral acid to bring the pH of the slurry to about 3-6, preferably 4.
Adjust to ~5. If no fixing agent is used in stock preparation, the fiber slurry is preferably prepared to have a PH of about 6-8. Finally, if necessary, after adding a binder to the fiber slurry, the solids content is adjusted to 1 to 10% by weight, preferably 2 to 6% by weight, so as to be suitable for paper making. The stock thus prepared is then made into sheets by a conventional paper machine, such as a cylinder paper machine, a fourdrinier paper machine, a short wire paper machine, etc. Alternatively, the paper stock may be made using a hand-sintered net. The sheet thus produced is usually dried at a temperature of about 60 to 150°C. However, this drying temperature is not limited at all; for example, when the paper stock is made of fibers with a high melting point, it may be dried at a higher temperature. According to the method of the invention, it is necessary that such a sheet or a honeycomb structure made from it, on which the catalyst material is to be supported, have a porosity of 60 to 85%. Here, the porosity (%) is defined by the following formula. (1-apparent specific gravity of the sheet or honeycomb/true specific gravity of the sheet or honeycomb)×100 Note that the apparent specific gravity of the honeycomb means the apparent specific gravity of the wall body made of sheets forming the honeycomb structure. In connection with the above, forming a sheet from the stock containing said combustible organic fibers and firing this sheet or a honeycomb structure made therefrom;
By eliminating combustible fibers, the porosity of the sheet or honeycomb structure can be controlled. According to the method of the present invention, the sheet produced as described above or the honeycomb structure produced therefrom is first impregnated with an aqueous slurry (hereinafter, this aqueous slurry) containing titanium oxide or its precursor as a carrier. (referred to as a slurry), dried, and optionally calcined to convert the precursor to active titanium oxide. However, the sheet or honeycomb structure does not necessarily need to be fired at this stage; for example, a catalytically active substance or its precursor is supported on a sheet or honeycomb structure supported by a carrier as described later, and then fired. You may. The impregnating slurry needs to contain titanium oxide or its precursor at a concentration of at least 100 g/m, and further needs to have a viscosity of 5 to 250 cps at room temperature. Preferably, the concentration of titanium oxide or its precursor in the impregnation slurry is 100 to 1000 g/g/. That is, one feature of the method of the present invention is that the sheet or honeycomb structure has a porosity of 60 to 85% as described above, and that the sheet or honeycomb structure has a high concentration of titanium oxide or its precursor as described above. The impregnated slurry is impregnated with a low viscosity while containing a large amount of water, so that the slurry easily penetrates into the porous substrate and is thus substantially uniformly dispersed throughout the substrate. Therefore, if the viscosity of the impregnating slurry is greater than 250 cps at room temperature, it will be difficult to penetrate into the substrate even when the substrate has a large porosity as described above, and thus the substrate will have limited porosity. The carrier is supported only on the surface layer, and the resulting catalyst structure has low catalytic activity and poor durability. Titanium oxide is produced by the so-called sulfuric acid method, which is widely known as one of the methods for producing titanium oxide.
Normally, titanium oxide contains 7 to 15% by weight of free sulfate ions in terms of sulfuric acid, but when the present inventors prepared the impregnation slurry using such titanium oxide, the content of free sulfate ions was It has been found that free sulfate ions significantly increase the viscosity of the impregnated slurry. Therefore, in the method of the present invention,
In preparing the impregnation slurry, it is preferable to use titanium oxide that does not substantially contain free sulfate ions or has a reduced content of free sulfate ions. To obtain such titanium oxide, for example, a metatitanic acid cake obtained as an intermediate in the production of titanium oxide by the sulfuric acid method is treated with an aqueous solution of a water-soluble barium salt, such as barium chloride or barium nitrate, to remove the free sulfuric acid in the metatitanic acid. The ions are immobilized as water-insoluble barium salts, and the metatitanic acid is then calcined, preferably at a temperature in the range of 300-600°C for 1-5 hours. The titanium oxide obtained by such a method does not substantially contain free sulfate ions, or the content thereof is significantly reduced, and at the same time, its specific surface area remains extremely large. The effect of having a large specific surface area will be described later. Alternatively, for example, metatitanic acid may be treated with aqueous ammonia to cause free sulfate ions to form water-soluble ammonia salts, which are eluted from the metatitanic acid cake by washing with water. Thereafter, the metatitanic acid cake is baked under the same conditions as in the above method. Also by this method, it is possible to obtain titanium oxide that does not substantially contain free sulfate ions or has a significantly reduced content of free sulfate ions. The titanium oxide thus obtained preferably contains at most 4% by weight of free sulphate ions, based on the titanium oxide. Furthermore, the titanium oxide obtained in this way is
Another feature is that the specific surface area is between 50 and 150 m 2 /g. Even by calcining commercially available conventional titanium oxide from the sulfuric acid process at high temperatures, e.g. 1000°C or higher, it contains virtually no free sulfate ions or its content is significantly reduced. However, the titanium oxide obtained in this way has a specific surface area of about 10
m 2 /g or less, and therefore, such titanium oxide has almost no carrier effect. On the other hand, the impregnating slurry used in the method of the present invention contains titanium oxide with a high specific surface area at a high concentration and, as mentioned above, has an extremely low viscosity at room temperature. The catalytic structure obtained by impregnating this with a catalytically active substance and further supporting a catalytically active substance has a high catalytic activity as a result of the high supporting effect of the carrier uniformly dispersed and supported in the substrate. According to the method of the present invention, the sheet or honeycomb structure is impregnated with the impregnation slurry containing titanium oxide or its precursor as a carrier material as described above, and then impregnated with a catalytically active material or by calcination. It is immersed in a solution, usually an aqueous solution (hereinafter referred to as immersion solution), containing dissolved precursors that can be converted into catalytically active substances. The viscosity of the dipping solution at room temperature is much lower than that of the impregnating slurry, and although the substrate is already impregnated with or supported on the carrier or its precursor, it does not have sufficient porosity for the dipping solution to penetrate. Furthermore, the dipping solution penetrates well into the substrate so that the catalytically active material is substantially uniformly dispersed throughout the substrate. This sheet or honeycomb structure can then be dried to obtain the catalyst structure according to the invention. When the immersion solution is a solution of a precursor of a catalytically active substance, the substrate immersed in such a solution must then be calcined to convert said precursor into a catalytically active substance. The catalytically active substance used in the method of the present invention is
At least one selected from oxides of copper, iron, vanadium, tungsten, and molybdenum or a precursor that can be converted into such an active substance by calcination. Such precursors include, for example, water-soluble vanadium oxalate and metatungstic acid, which upon calcination form vanadium pentoxide in the former and tungsten trioxide in the latter as catalytically active substances. The sheet or honeycomb structure is dried after being impregnated with the impregnating slurry and/or after being immersed in the dipping solution, respectively. The drying temperature is not particularly limited, but is preferably in the range of room temperature to 200° C. at any stage.
Similarly, after dispersing the support material titanium dioxide precursor or catalytically active material precursor in the sheet or honeycomb structure, the temperature at which they are fired is preferably in the range of 300 to 600°C; It usually lasts 1 to 5 hours. If the sheet or honeycomb structure contains the above-mentioned combustible organic fibers, the above-mentioned firing burns and eliminates the fibers, increasing the porosity of the substrate. Therefore, the porosity of the substrate can be adjusted by adjusting the amount of combustible organic fiber added at the stage of preparing the paper stock. For example, if the sheet or honeycomb structure is fired before loading the carrier material, a porous substrate with a high porosity can be obtained.
A large amount of carrier material can be supported more easily, and thus the amount of carrier material supported can be adjusted. Furthermore, if the substrate is fired after supporting the catalytically active substance, the porosity of the catalyst structure, and therefore the
The diffusivity of the reactant gas into the catalyst structure can be adjusted. The impregnation slurry may also contain from 1 to 10 parts by weight of the same fibers used in preparing the paper stock per 100 parts by weight of carrier. By including fibers in the impregnation slurry in this way, the mechanical strength and durability of the resulting catalyst structure can be improved. In particular, it not only increases the adhesion strength of the catalytic material to the substrate and the resistance to peeling due to scratching, but also prevents the catalytic material from cracking, which often appears when the catalytic substrate is dried or fired. Fibers for the above purposes are
Preferably, the length is about 0.5 to 5 mm and the diameter is about 0.1 to 30 μm. In the present invention, the term "honeycomb structure" includes all structures known as honeycomb structures in catalyst technology, and the manufacturing method thereof is not particularly limited. However, a multilayer corrugated structure is one type of honeycomb structure that can be preferably used in the present invention. A catalyst having such a honeycomb structure is usually held in a basket and filled into a reactor so that the flow channels of the honeycomb structure are parallel to the flow direction of the process gas. The honeycomb structure of the present invention can also be constructed by spirally winding a single-sided corrugated board made from a sheet obtained by the method of the present invention and adhering the peaks to the liner on the back side of the adjacent corrugated board. can. Furthermore, the honeycomb structure of the present invention can also be constructed by arranging the sheets of the present invention in parallel to each other at appropriate intervals in a basket or frame. For gas phase catalytic reduction of nitrogen oxides using the catalyst structure according to the invention, the stoichiometric amount required to convert the nitrogen oxides into nitrogen and water is applied to a gas containing nitrogen oxides, e.g. exhaust gas from a boiler. Ammonia in an amount of 0.5 to 10 times the theoretical amount is added as a reducing agent, and the mixed gas is heated at a temperature of 150 to 650°C, preferably
It is passed through the catalyst structure at 200-550° C. and an areal velocity of 5-50 Nm 3 /m 2 ·h. The pressure at which the gas phase reaction is carried out is not particularly limited, but is usually in the range from normal pressure to about 10 kg/cm 2 . As described above, in the sheet or honeycomb-shaped catalyst structure according to the present invention, the titanium oxide as a carrier and the catalytically active substance are substantially uniformly supported within the structure. It has improved catalytic activity and durability in gas phase catalytic reduction reactions of nitrogen oxides using ammonia as a reducing agent. This is in sharp contrast to conventional catalyst structures in which the catalytically active material is supported only in a limited area near the surface. More specifically, the catalyst structure according to the invention still has a large porosity even after loading the carrier and the catalytically active substance as described above, so that the reaction gas can easily diffuse into such a structure. The catalytic activity is much higher than that of conventionally known catalyst structures. Furthermore, according to the catalyst structure of the present invention, the catalyst material is substantially uniformly dispersed and supported over the entire structure, so that even if a portion of the catalyst material is peeled off by, for example, dust in exhaust gas, The structure as a whole still maintains high catalytic activity, and therefore maintains high catalytic activity over a long period of time. Particularly, according to the present invention, a porous sheet or a porous honeycomb structure made from the same is first impregnated with an aqueous slurry containing titanium dioxide or its precursor, i.e., a carrier material, and these are uniformly dispersed. After this, the sheet or honeycomb structure is immersed in a solution containing the catalytically active substance or its precursor to uniformly disperse and support the catalytic substance, thereby obtaining a catalytic structure, which significantly improves its durability. . That is, although exhaust gas from boilers and the like generally contains a large amount of dust as well as nitrogen oxides, the catalyst structure of the present invention maintains high catalytic activity over a long period of time. On the other hand, a porous sheet or a honeycomb structure obtained from the porous sheet is impregnated with a slurry in which a catalytically active material is dissolved while a carrier material is dispersed, and thus a carrier material and a catalytically active material are simultaneously supported. Although the reason for the catalyst structure is not necessarily clear,
The activity per supported catalytic active substance is low, and when exhaust gas containing dust is treated, the catalytic activity quickly decreases over time. In particular, in preparing the impregnating slurry, a preferred method according to the present invention is adopted which substantially removes free sulfate ions contained in the titanium dioxide used or significantly reduces its content and maintains a high specific surface area. The slurry thus obtained is impregnated into a porous sheet or honeycomb structure to support the carrier material, and then
By supporting a catalytically active substance, a porous catalyst structure having higher catalytic activity and durability can be obtained. The present invention will be explained below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples in any way. A Preparation Example of Catalyst Structure 1 Ceramic fibers with an average diameter of approximately 3 μm and an average fiber length of approximately 10 mm (Fine Flex manufactured by Nichias Co., Ltd.)
1300) 1.5Kg is beaten in 30℃ of water to form an aqueous fiber slurry, and this slurry has an average particle size of approximately 2μ.
m, 500 g of anatase titanium dioxide with a specific surface area of 80 m 2 /g was added together with 10 g of a cationic polymer electrolyte (Lufax 295 manufactured by Rohm and Haas),
Next, sulfuric acid was added to adjust the pH of the slurry to about 4.5, and 1 g of an acrylonitrile-butadiene copolymer latex binder (Nipole 1571, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) was added to fix titanium dioxide to the fibers. The paper stock thus obtained was made into a sheet using a hand-made net and dried. This sheet has a thickness of 0.3mm.
The basis weight was 140 g/m 2 . The sheet was processed into single-sided corrugated board using a conventional corrugated board processing machine using silica sol as an adhesive. This single-sided corrugated board was laminated and bonded using a silica sol adhesive to obtain a multilayered corrugated board with a honeycomb structure. This structure had a volume of 86 ml, a porosity of 68%, and a contact surface area of 860 x 10 -2 cm 2 /cm 3 . Incidentally, the above-mentioned contact surface area means the surface area of a structure with which gas can come into contact in a gas phase contact reaction. Aqueous ammonia was added to the metatitanic acid cake obtained as an intermediate for producing titanium dioxide by the sulfuric acid method to neutralize it, the cake was washed with water, and ammonia sulfate was eluted into the water and removed from the metatitanic acid.
After this, the cake was baked at a temperature of 450℃ for 3 hours.
Titanium dioxide having a specific surface area of 80 m 2 /g and containing 0.8% by weight of free sulfate ions as sulfuric acid was obtained. This titanium dioxide 180g, silica sol 144ml
A mixture of 288 ml of water and 288 ml of water was ground in a ball mill for 5 hours to obtain an impregnated slurry containing 375 g of titanium dioxide and having a viscosity of 19 cps at room temperature. The honeycomb structure obtained above was wash-coated with this impregnation slurry, dried, and fired at 450° C. for 3 hours to obtain a honeycomb-like carrier structure supporting 12.50 g of titanium dioxide. The honeycomb-like support structure obtained above was then immersed in an aqueous solution containing 95 g/vanadyl oxalate as vanadium pentoxide, dried and calcined for 3 hours at a temperature of 450° C. to obtain a catalyst structure according to the present invention. Ta. It supports a total of 13.13 grams of a catalyst material of titanium dioxide and vanadium pentoxide in a weight ratio of 95:5. Therefore, the amount of catalyst material supported per unit contact surface area is 2.65×10 −2 g/cm 2 . Example 2 1.5 kg of the same ceramic fiber as in Example 1 was beaten in 30 g of water with 120 g of rayon fiber of 1.5 denier and average fiber length of 5 mm. The paper stock thus obtained was made into a sheet in the same manner as in Example 1 and dried. The sheet had a thickness of 0.3 mm and a basis weight of 80 g/m 2 . This sheet was processed into a honeycomb structure having the same volume and contact surface area as in Example 1 and a porosity of 76%. The same metatitanic acid used in Example 1 was treated with barium chloride to fix 40% of the free sulfate ions as barium sulfate, and calcined at a temperature of 450°C for 3 hours to give a specific surface area of 97 m 2 /g and free Titanium dioxide containing 3.2% by weight of sulfate ions in terms of sulfuric acid was obtained. A mixture of 180 g of titanium dioxide, 195 ml of silica sol, and 265 ml of water was ground in a ball mill for 5 hours.
Titanium dioxide content 360g/, viscosity at room temperature
An impregnated slurry of 68 cps was obtained. The honeycomb structure obtained above is added to this impregnation slurry.
After washing, drying and firing for 3 hours at a temperature of 450° C., a honeycomb-like carrier structure carrying 20.31 g of titanium dioxide was obtained. The honeycomb-like carrier structure obtained above was then immersed in an aqueous solution containing 115 g/vanadyl oxalate as vanadium pentoxide for 10 minutes, dried,
After calcination for 3 hours at a temperature of 0.degree. C., a catalyst structure according to the invention was obtained. This is a total amount of catalyst materials of titanium dioxide and vanadium pentoxide in a weight ratio of 95:5.
Carrying 21.33g. Therefore, the amount of catalyst material supported per unit contact surface area is 2.88×10 −2 g/cm 2 . Example 3 500 g of asbestos fibers with an average diameter of about 8 μm and an average length of about 2 mm were beaten in 20% water, and the resulting aqueous fiber slurry had an average particle diameter of about 0.5 μm and a specific surface area of about
After adding 175 g of anatase titanium dioxide (50 m 2 /g), aqueous ammonia was added to form a slurry.
The pH was adjusted to 8. Add to this slurry the above
0.7 g of Lufax 295 was added and sulfuric acid was added to adjust the pH of the slurry to approximately 4. Then 1g of Nipole
1571 was added to fix titanium dioxide to the fibers. The paper stock thus obtained was made into a sheet using a handmade net in the same manner as in Example 1 and dried. This sheet had a thickness of 0.3 mm and a basis weight of 230 g/cm 2 . This sheet was processed into a honeycomb structure having the same volume and contact surface area as Example 1, but with a porosity of 62%. A mixture of 180 g of titanium dioxide, 144 ml of silica sol, and 288 ml of water, which was the same as that used to prepare the impregnated slurry in Example 1, was ground in a ball mill for 1 hour to obtain an impregnated titanium dioxide content of 375 g/1 and a viscosity of 19 cps at room temperature. Got slurry. The honeycomb structure obtained above was wash-coated with this impregnation slurry, dried and heated at a temperature of 450℃ for 3 hours.
After firing for a period of time, a honeycomb-like carrier structure supporting 13.01 g of titanium dioxide was obtained. Next, 22 g/vanadyl oxalate in terms of vanadium pentoxide and 22 g/in terms of tungsten trioxide.
The honeycomb-like support structure obtained above was immersed in an aqueous solution containing 176 g of metatungstic acid for 10 minutes, dried and calcined at a temperature of 450°C for 3 hours to obtain titanium dioxide as the support and pentoxide as the catalytically active substance. A catalyst structure according to the invention was obtained supporting a catalyst material consisting of vanadium and tungsten trioxide.
This catalyst structure supports a total amount of 21.46 g of titanium dioxide, vanadium pentoxide, and tungsten trioxide in a weight ratio of 91:1:8. Therefore, the amount of catalyst material supported per unit contact surface area is 2.90×10 -2 g/
cm2 . Example 4 Ceramic fiber (Nichias Co., Ltd. Fine Flex 1300) with an average diameter of about 3 μm and a length of about 20 mm, 1.5 kg
and 180 g of rayon fiber of 1.5 denier and average fiber length of 5 mm in 30 ml of water. The obtained paper stock was made into a dry sheet in the same manner as in Example 1. This sheet had a thickness of 0.3 mm and a basis weight of 71 g/cm 2 . This sheet was processed into a honeycomb structure having the same volume and contact surface area as in Example 1 and a porosity of 82%. The same metatitanic acid used in Example 1 was treated with barium chloride to fix 20% of the free sulfate ions as barium sulfate, and calcined at a temperature of 450°C for 3 hours to give a specific surface area of 115 m 2 /g and free Titanium dioxide containing 3.8% by weight of sulfate ions in terms of sulfuric acid was obtained. A mixture of 180 g of titanium dioxide, 195 ml of silica sol, and 265 ml of water was ground in a ball mill for 5 hours.
Titanium dioxide content 360g/, viscosity at room temperature
An impregnated slurry of 110 cps was obtained. The honeycomb structure obtained above is coated with this impregnation slurry.
Wash coated, dried and calcined for 3 hours at a temperature of 450° C. to obtain a honeycomb-like support structure carrying 20.49 g of titanium dioxide. Next, the honeycomb-shaped carrier structure obtained above was immersed in an aqueous solution containing 120 g/vanadyl oxalate in terms of vanadium pentoxide for 10 minutes, dried, and
℃ temperature for 3 hours to form a catalyst material consisting of titanium dioxide and vanadium pentoxide in a weight ratio of 95:5.
A honeycomb-like catalyst structure was obtained in which a total amount of 21.65 g of catalyst material was supported and the amount of catalyst material supported per unit contact surface area was 2.93×10 −2 g/cm 2 . Example 5 350 g of asbestos fibers with an average diameter of about 8 μm and an average fiber length of about 2 mm, and 350 g of asbestos fibers with an average diameter of about 6 μm and a length of about 5 mm.
150 g of glass fiber (E glass manufactured by Nittobo Co., Ltd.) was beaten in 20 g of water. Then 1g of Nipole
1571 was added. The obtained paper stock was made into a sheet in the same manner as in Example 1 and dried. The sheet is 0.3 thick
mm, and the basis weight was 135 g/cm 2 . This sheet was processed in the same manner as in Example 1 into a honeycomb structure having the same volume and contact surface area and a porosity of 69%. The same metatitanic acid used in Example 1 was neutralized by adding ammonia water to remove free sulfate ions, and calcined at a temperature of 450°C for 3 hours to determine the specific surface area.
Anatase type titanium dioxide containing 87 m 2 /g and 1.4% by weight of free sulfate ions in terms of sulfuric acid was obtained. An impregnating slurry containing this titanium dioxide in a content of 385 g/3 and having a viscosity of 35 cps at room temperature was prepared in the same manner as above, and the honeycomb structure obtained above was washed and coated twice with this impregnating slurry, It was dried and calcined at a temperature of 450° C. for 3 hours to obtain a honeycomb-like carrier structure supporting 21.24 g of titanium dioxide. Next, the honeycomb-shaped carrier structure obtained above was immersed in an aqueous solution containing 115 g/vanadyl oxalate in terms of vanadium pentoxide for 10 minutes, dried, and
℃ temperature for 3 hours to form a catalyst material consisting of titanium dioxide and vanadium pentoxide in a weight ratio of 95:5.
A honeycomb-like catalyst structure was obtained in which a total amount of 22.30 g of catalyst material was supported and the amount of catalyst material supported per unit contact surface area was 2.87×10 −2 g/cm 2 . Comparative Example 1 Porous metal sheet with a thickness of 1.5 mm (Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Co., Ltd.) is processed into a corrugated structure and laminated to create a volumetric
A honeycomb structure of 173 ml and a contact surface area of 427×10 −2 cm 2 /cm 3 was obtained. 171 g of the same titanium dioxide used to prepare the impregnation slurry in Example 1, 9 g of vanadyl oxalate (as vanadium pentoxide) and water.
Grind 288ml in a ball mill for 5 hours and store at room temperature.
An impregnated slurry of 25 cps was obtained. The honeycomb structure obtained above was wash coated with this impregnation slurry, dried and heated at a temperature of 450°C for 3
Calcined for a time, the total amount of titanium dioxide and vanadium pentoxide catalyst material is 13.82g in a weight ratio of 95:5.
A honeycomb-like catalyst structure was obtained in which the amount of catalyst material supported per unit contact surface area was 3.76×10 −2 g/cm 2 . Comparative Example 2 A commercially available honeycomb structure made of sintered ceramic oxide having a volume of 76 ml, a wall thickness of 0.33 mm, a pitch of 3.75 mm, and a unit contact surface area of 973×10 -2 cm 2 /cm 3 (Nippon Spark Plug Co., Ltd.) Co., Ltd.) was washed and coated three times with the same impregnation slurry used in Comparative Example 1.
Next, the treatment was carried out in the same manner as in Comparative Example 1, and the catalyst materials of titanium dioxide and vanadium pentoxide were mixed in a weight ratio of 95:5.
A honeycomb-like catalyst structure was obtained in which a total amount of 14.15 g of catalyst material was supported and the amount of catalyst material supported per unit contact surface area was 2.28×10 −2 g/cm 2 . Comparative Example 3 Titanium dioxide 180 containing 8.2% by weight of free sulfate ions in terms of sulfuric acid and having a specific surface area of 130 m 2 /g
A mixture of 195 ml of silica sol and 265 ml of water was ground in a ball mill for 5 hours to obtain a titanium dioxide content of 360 ml.
An impregnated slurry having a viscosity of 897 cps at room temperature was obtained. The same honeycomb structure with a porosity of 76% as used in Example 2 was washed with this impregnation slurry.
It was coated, dried and fired at a temperature of 450° C. for 3 hours to obtain a honeycomb-like carrier structure supporting 24.63 g of titanium dioxide. This support structure was then treated as in Example 2 to obtain a total amount of 25.87 g of catalytic material consisting of titanium dioxide and vanadium pentoxide in a weight ratio of 95:5.
A honeycomb-like catalyst structure was obtained in which the amount of catalyst material supported per unit contact surface area was 3.48×10 −2 g/. Comparative Example 4 180 g of titanium dioxide and 195 ml of silica sol, containing 3.2% by weight of free sulfate ions in terms of sulfuric acid and having a specific surface area of 97 m 2 /g, were used to prepare the impregnation slurry in Example 2. 47 ml of an aqueous solution containing 200 g/vanadium oxalate in terms of vanadium pentoxide and 218 ml of water were ground in a ball mill for 5 hours to prepare an impregnated slurry having a viscosity of 77 cps at room temperature. The same honeycomb structure with a porosity of 76% as used in Example 2 was washed with this impregnation slurry.
Coating, drying, and calcining at a temperature of 450°C for 3 hours to support a total of 23.70 g of a catalyst material of titanium dioxide and vanadium pentoxide in a weight ratio of 95:5,
The amount of catalyst material supported per unit contact surface area is 3.2×
A honeycomb-like catalyst structure with a weight of 10 −2 g/cm 2 was obtained. B. Catalyst Evaluation Figures 1, 2, and 3 show titanium oxide in the thickness direction of the wall of the catalyst structure measured by an X-ray microanalyzer in the honeycomb catalyst structures obtained in Examples 1, 2, and 3, respectively. shows the distribution of
It is clear that the titanium oxide is substantially uniformly distributed throughout the catalyst structure. FIG. 4 shows the same titanium oxide distribution as above for the catalyst structure obtained in Comparative Example 3. It is clear that because the titanium oxide slurry used has a high viscosity, titanium dioxide is supported only on a limited surface layer of the catalyst structure. Next, the catalytic activity of each catalyst structure obtained in the above Examples and Comparative Examples to convert nitrogen oxides into nitrogen and water in the presence of a reducing agent ammonia was evaluated. That is, each catalyst structure is filled in a Pyrex glass tube with an inner diameter of 50 mm, which is wrapped with an insulating material to maintain a constant internal temperature, and the catalyst structure is filled with nitrogen monoxide.
200ppm, ammonia 200ppm, water vapor 10% by weight,
A mixed gas consisting of 12% carbon dioxide by volume, 1000ppm sulfur dioxide, and residual nitrogen was heated at a temperature of 350℃ and an area velocity.
It was passed at 20Nm 3 /m 2 ·hr. The conversion rate of nitric oxide (NO) is defined by the following formula. Conversion rate = [(NO concentration at reactor inlet) - (NO concentration at reactor outlet)] / (NO concentration at reactor inlet)] x 100
(%) The results are shown in Table 1. Additionally, to evaluate the durability of the catalyst structure, each catalyst structure was rapidly heated to a temperature of 450°C in an electric furnace.
【表】
cm2当りの量である。
した後、速やかに触媒構造を電気炉より取り出
し、室温にまで放冷した。この熱履歴を与える操
作を10回繰り返した後、触媒構造を震とう器内で
15分間震とうし、触媒構造から剥離した触媒物質
の重量を測定した。結果を第1表に示す。
更に、実施例2と比較例4の触媒構造の耐久性
の相違を明確にするために、各触媒構造を反応器
に充填し、これに一酸化窒素100ppm、酸素1重
量%、水蒸気10重量%、二酸化イオウ50ppm、残
余窒素からなり、ダストを100mg/Nm3の含有量
で含有する混合ガスを温度350℃、面積速度20N
m3/m2・時にて通過させた。結果を第2表に示
す。[Table] Amount per cm2 .
After that, the catalyst structure was immediately taken out from the electric furnace and allowed to cool to room temperature. After repeating this operation to give a thermal history 10 times, the catalyst structure is placed in a shaker.
After shaking for 15 minutes, the weight of the catalytic material exfoliated from the catalytic structure was measured. The results are shown in Table 1. Furthermore, in order to clarify the difference in durability between the catalyst structures of Example 2 and Comparative Example 4, each catalyst structure was packed into a reactor, and 100 ppm of nitrogen monoxide, 1% by weight of oxygen, and 10% by weight of water vapor were added to the reactor. A mixed gas consisting of , sulfur dioxide 50 ppm, residual nitrogen, and dust content of 100 mg/Nm 3 was heated at a temperature of 350°C and an area velocity of 20 N.
It passed through at m 3 /m 2 ·hr. The results are shown in Table 2.
【表】
第1表の結果から明らかなように、比較例1及
び3の触媒構造は、単位接触表面積当りの触媒物
質の担持量が多いにもかかわらず、触媒活性が本
発明による触媒構造よりも低く、また、比較例1
及び2の触媒構造は、本発明による触媒構造より
も耐久性に劣る。
更に、第2表から明らかなように、比較例4の
触媒構造は、単位接触表面積当りの担体の担持量
を考慮すれば、実施例2の触媒構造に比較して触
媒活性に劣ると共に、著しく耐摩耗性に劣る。[Table] As is clear from the results in Table 1, the catalyst structures of Comparative Examples 1 and 3 had a higher catalytic activity than the catalyst structure of the present invention, despite having a larger amount of catalyst material supported per unit contact surface area. Also, comparative example 1
The catalyst structures of and 2 are less durable than the catalyst structure according to the invention. Furthermore, as is clear from Table 2, the catalyst structure of Comparative Example 4 is inferior to the catalyst structure of Example 2 when considering the amount of carrier supported per unit contact surface area, and has a significantly lower catalytic activity. Poor wear resistance.
第1図乃至第3はそれぞれ本発明の実施例1、
2及び3により得られたハニカム状触媒の壁体の
厚さ方向の二酸化チタンのX線ミクロアナライザ
ーによる分布図を示し、第4図は同様に比較例3
の触媒構造における二酸化チタンの分布図を示
す。
Embodiment 1 of the present invention is shown in FIGS. 1 to 3, respectively.
Fig. 4 shows the distribution diagram of titanium dioxide in the thickness direction of the wall of the honeycomb-shaped catalyst obtained in Examples 2 and 3 by an X-ray microanalyzer, and Fig. 4 similarly shows the distribution diagram of the titanium dioxide obtained in Comparative Example 3.
The distribution diagram of titanium dioxide in the catalyst structure is shown.
Claims (1)
還元するための多孔性シート又はハニカム状触媒
構造の製造方法において、 (a) セラミツク繊維、シリカ繊維、シリカ−アル
ミナ繊維、クリソタイル繊維、アスベスト繊
維、岩綿、ガラス繊維、アンソフイライト繊
維、チタン酸カリウム繊維及び炭素繊維から選
ばれる少なくとも1種であつて、平均繊維長さ
が1〜20mm、平均直径が0.1〜30μmである無機
繊維を水中で叩解して、固形分が0.1〜10重量
%の水性スラリーを形成し、 (b) この水性スラリーから空隙率65〜80%のシー
トを形成し、 (c) このシート又はこれより製作されたハニカム
構造体に、酸化チタンに基づいて遊離硫酸の含
有量が硫酸換算で4重量%以下であり、比表面
積が50〜150m2/gである担体としての酸化チ
タンを少なくとも100g/の濃度で含有する
と共に、常温での粘度が5〜250cpsである含浸
スラリーを含浸させ、乾燥し、必要に応じて焼
成し、 (d) 次いで、上記シート又はハニカム構造体を、
銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブ
デンの各酸化物から選ばれる少なくとも1種の
触媒活性物質又は焼成することにより上記酸化
物に変換され得るその前駆体を溶解した浸漬水
溶液に浸漬し、乾燥し、焼成することを特徴と
する窒素酸化物還元用触媒構造の製造方法。 2 水性スラリーに酸化チタン又は焼成すること
により酸化チタンに変換され得る前駆体を添加
し、水性スラリーの固形分を1〜10重量%とする
と共に、この固形分が繊維60重量%以上と酸化チ
タン又はその前駆体40重量%以下とからなること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の窒素酸
化物還元用触媒構造の製造方法。 3 無機繊維をその1〜30重量%の可燃性繊維と
共に叩解して水性スラリーを形成することを特徴
とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載の窒
素酸化物還元用触媒構造の製造方法。 4 含浸スラリーにおける酸化チタンの濃度が
100〜1000g/の範囲であることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の窒素酸化物還元用触
媒構造の製造方法。[Claims] 1. A method for producing a porous sheet or honeycomb-like catalyst structure for catalytic reduction of nitrogen oxides in the presence of ammonia, comprising: (a) ceramic fibers, silica fibers, silica-alumina fibers, At least one type selected from chrysotile fibers, asbestos fibers, rock wool, glass fibers, anthophyllite fibers, potassium titanate fibers, and carbon fibers, with an average fiber length of 1 to 20 mm and an average diameter of 0.1 to 30 μm. Beating certain inorganic fibers in water to form an aqueous slurry with a solids content of 0.1 to 10% by weight, (b) forming a sheet with a porosity of 65 to 80% from this aqueous slurry, (c) forming this sheet or At least 100 g of titanium oxide as a carrier is added to the honeycomb structure produced from this, and the content of free sulfuric acid is 4% by weight or less in terms of sulfuric acid based on titanium oxide, and the specific surface area is 50 to 150 m 2 /g. (d) Then, the sheet or honeycomb structure is impregnated with an impregnating slurry containing a concentration of
immersed in an aqueous immersion solution in which at least one catalytically active substance selected from copper, iron, vanadium, tungsten, and molybdenum oxides or a precursor thereof that can be converted into the oxide by calcination is dissolved, and dried; A method for producing a catalyst structure for reducing nitrogen oxides, which comprises firing. 2 Titanium oxide or a precursor that can be converted to titanium oxide by firing is added to the aqueous slurry to make the solid content of the aqueous slurry 1 to 10% by weight, and this solid content is 60% by weight or more of fibers and titanium oxide. 2. The method for producing a catalyst structure for reducing nitrogen oxides according to claim 1, wherein the catalyst structure comprises 40% by weight or less of a nitrogen oxide or a precursor thereof. 3. Production of a catalyst structure for reducing nitrogen oxides according to claim 1 or 2, characterized in that an aqueous slurry is formed by beating inorganic fibers together with 1 to 30% by weight of combustible fibers. Method. 4 The concentration of titanium oxide in the impregnation slurry is
The method for producing a catalyst structure for reducing nitrogen oxides according to claim 1, wherein the amount is in the range of 100 to 1000 g/.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58184262A JPS6075336A (en) | 1983-10-01 | 1983-10-01 | Preparation of catalyst structure for reducing nitrogen oxides |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58184262A JPS6075336A (en) | 1983-10-01 | 1983-10-01 | Preparation of catalyst structure for reducing nitrogen oxides |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6075336A JPS6075336A (en) | 1985-04-27 |
| JPH0331495B2 true JPH0331495B2 (en) | 1991-05-07 |
Family
ID=16150233
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58184262A Granted JPS6075336A (en) | 1983-10-01 | 1983-10-01 | Preparation of catalyst structure for reducing nitrogen oxides |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6075336A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0722709B2 (en) * | 1989-01-14 | 1995-03-15 | 日立造船株式会社 | Method for producing denitration catalyst using ceramics paper |
| JP6179748B2 (en) * | 2012-04-02 | 2017-08-16 | 日本電気硝子株式会社 | Glass fiber, glass paper manufacturing method and glass paper |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2263554A1 (en) * | 1972-01-18 | 1974-07-04 | Feldmuehle Anlagen Prod | CATALYST CARRIER MADE OF SINTERED INORGANIC MATERIAL WITH OUTER SHEATH |
| JPS5539256A (en) * | 1978-09-12 | 1980-03-19 | Sakai Chem Ind Co Ltd | Carrier or catalyst |
-
1983
- 1983-10-01 JP JP58184262A patent/JPS6075336A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6075336A (en) | 1985-04-27 |
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