JPH0411258B2 - - Google Patents

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JPH0411258B2
JPH0411258B2 JP58140498A JP14049883A JPH0411258B2 JP H0411258 B2 JPH0411258 B2 JP H0411258B2 JP 58140498 A JP58140498 A JP 58140498A JP 14049883 A JP14049883 A JP 14049883A JP H0411258 B2 JPH0411258 B2 JP H0411258B2
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titanium oxide
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hydrated titanium
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tpp
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、コバルトテトラフエニルポルフイリ
ン(以下Co−TPPと記す)を担持した水和酸化
チタンからなる一酸化炭素ならびに水素の酸化用
触媒およびその製造法に関するものである。さら
に詳しくは、Co−TPPを水和酸化チタンに対し
て1〜30重量%担持した水和酸化チタンを150〜
350℃の温度で排気処理してなり、一酸化窒素
(NO)の一酸化炭素(CO)ならびに水素(H2
による還元反応(換言すればCOならびにH2
NOによる酸化反応)およびCOの酸素(O2)に
よる酸化反応に対して高活性な酸化用触媒および
その製造法に関するものである。 窒素酸化物の無害化除去についてはすでに広く
研究され〔例えばCatal.Rev.、11.1(1975)〕、
自動車等の窒素酸化物の発生源に対して、貴金属
担持触媒による還元除去法が実用化されている
が、バナジウム触媒は、現在でも還元温度が高い
などの問題点が残つており低温で高い活性を有す
る触媒の開発が望まれている。 またCOを環境から低温で取り除く要求が多く、
例えば坑内等の密室からのCO除去あるいはタバ
コ喫煙の際に生じるCOの除去等考えられ、この
ようなCOの酸化反応に対する触媒としては、ホ
プカライト()〔半井化学薬品製MnO250%・
CuO30%・Co2O315%・AgO5%〕およびホプカ
ライト()〔半井化学薬品製MnO260%・
CuO40%〕が高い活性を有する触媒としてよく知
られているが、この触媒は元素分析用試薬であ
り、一般用途向としてはコスト面で必ずしも満足
できるものではなく、さらに高活性でコスト面で
も有利なCO酸化用触媒の開発が望まれている。 このような観点から本発明者らは、硫酸チタニ
ルの加熱加水分解生成物を300℃の温度で乾燥し
て得た水和酸化チタン(T−300と記す)に、Co
−TPP錯体を担持すると、強い電子的相互作用
を通してアニオンラジカルが形成され、NOの
COならびにH2による還元反応、およびCOのO2
による酸化反応に対して低温で高活性を知すこと
を見いだし、すでに報告している〔J.Phys.
Chem.、84、3159(1980)、J.Catal.、77、519
(1982)、J.C.B.Chem.Commun.、1982、166、J.
Phys.Chem.、87、1524(1983)参照〕。 しかしながら本発明者らは、さらに高い活性を
有する酸化用触媒の開発を目的として鋭意研究を
行なつた結果、硫酸チタニル溶液の加熱加水分解
生成物を300℃以下の温度で乾燥して得た比表面
積170m2/g以上の水和酸化チタンにアドラー
(Adler)らの方法〔J.Inorg.Nucl.Chem、32
2443(1970)〕により合成したCo−TPP錯体を水
和酸化チタンに対して1〜30重量%担持し、しか
るのち必要に応じて150〜350℃の温度で排気処理
することにより得たCo−TPP担持水和酸化チタ
ンは、NOおよびCOを著しく活性化するとの新
規知見を得た。本触媒は、NOのCOによる還元
反応およびCOのO2による酸化反応に対してホプ
カライトおよびCo−TPP担持T−300より数倍か
ら数十倍も高い活性を示す。 また本触媒は、低温においても高い活性を発現
するものであり、NOのCOによる還元反応では
50℃においてもかなりの活性を示し、COのO2
よる酸化反応では−79℃においても高い活性を示
す。 さらに本触媒は、NOのH2による還元反応にお
いてもかわりの高活性を示す。 なおNOのCOによる還元反応は、(1)式、(2)式
に示す完全逐次形式で進行し、NOのH2による還
元反応もまた同様に(3)式、(4)式に示す如く完全逐
次形式で進行する。またCOのO2による酸化反応
は(5)式に従つて進行する。 2NO+CO→N2O+CO2 (1) N2O+CO→N2+CO2 (2) 2NO+H2→N2O+H2O (3) N2O+H2→N2+H2O (4) 2CO+O2→2CO2 (5) 本発明は、上記知見に基づいて開発したもので
あつて、Co−TPP錯体をベンゼン等の溶媒に溶
かした溶液に170m2/g以上好ましくは200m2/g
以上の比表面積を有する水和酸化チタンの所定量
を添加し充分撹拌したのち、溶媒を減圧留去する
ことによつて、Co−TPP担持率が1〜30重量%、
好ましくは3〜10重量%の水和酸化チタンを調製
し、しかるのち必要に応じて150〜350℃、好まし
くは200〜300℃の温度で排気処理することを特徴
とするCOならびにH2の酸化用触媒およびその製
造法に関するものである。 本発明において使用するCo−TPP錯体は、ア
ドラー(Adler)らの方法によつて次の如く合成
される。 メソテトラフエニルポルフイリンメタルフリー
ベース(H2TPP)は、ピロール10mlとベンズア
ルデヒド20mlをプロピオン酸500ml中で30分間加
熱還流し、放冷後、過、洗浄することにより合
成される。 Co−TPP錯体は、H2TPP5gと5倍当量の酢
酸コバルトをジメチルフオルムアミド(DMF)
500ml中で30分間加熱還流し、放冷後250mlの
DMFを減圧留去し、250mlの水を加えて過し、
メタノール水(1:1)およびメタノールで充分
洗浄することにより調製される。得られた錯体の
純度は元素分析および可視吸収スペクトルにより
確認できる。 本発明においてCo−TPP錯体の担持率を1〜
30重量%に限定した理由は、1重量%以下では、
COならびにH2の酸化反応に対する触媒としての
活性が充分発現せず、また担持率を30重量%以上
にしても酸化用触媒としての活性は向上せずむし
ろ低下するためであり、更にCo−TPP錯体は、
コスト的に高価であるため特性的に問題なければ
出来るだけ少ない担持率が推奨され、この様な観
点から水和酸化チタンに対するCo−TPP錯体の
担持率を1〜30重量%に限定した。 本発明者らは、Co−TPP担持水和酸化チタン
についてその担体である水和酸化チタンの表面組
成および表面構造がCo−TPP錯体に対する担持
能に強く寄与すると考え、水和酸化チタンの調製
条件について鋭意研究を行なつた結果、チタンの
酸性水溶液を加水分解して得たチタン酸を300℃
以下好ましくは200℃以下の温度で乾燥したもの
で、その比表面積が170m2/g以上好ましくは200
m2/g以上を有する水和酸化チタンにCo−TPP
錯体を担持したものからなる触媒は、NOのCO
ならびにH2による還元反応およびCOのO2による
酸化反応に対して公知のホプカライトおよびCo
−TPP担持T−300より更に高活性を発現すると
の知見を得るに到つた。 水和酸化チタンを調製するためのチタン酸とし
ては、チタンの酸性水溶液を中和加水分解して生
成するオルソチタン酸あるいはチタンの酸性水溶
液を加熱加水分解して生成するメタチタン酸が好
ましいものとして使用される。ここで中和加水分
解は、チタンの酸性水溶液をアンモニアなどのア
ルカリで中和することにより加水分解が起り、特
に加熱することなく、短時間で終了する。水和酸
化チタンの工業的製造は、チタンの硫酸酸性水溶
液の加熱加水分解によつているが、当加熱加水分
解は常法に従つてチタンの硫酸酸性水溶液に種晶
を添加し、沸点付近の温度(普通110℃付近)に
数時間加熱する。ここで得られる凝集沈殿は、粒
径0.01μm程度のメタチタン酸の1次粒子が多数
集合して2次粒子を形成している。加熱加水分解
の場合得られる水和酸化チタンの比表面積を大き
くするためには2次粒子径を小さくすることが望
ましく、その条件としては、沈殿の生成がなるべ
く急速にかつ完全に進行する条件が好ましく、例
えば種晶の添加量を多くすること、加水分解母液
としてのチタン酸水溶液の酸性度を低くするこ
と、反応温度を高くすることなどが有効である。 本発明においてCo−TPP担持水和酸化チタン
の排気処理温度を150〜350℃に限定した理由につ
いては、300℃以下の温度で乾燥して得た比表面
積170m2/g以上の水和酸化チタンにCo−TPP錯
体を担持した触媒は、150〜350℃、好ましくは
200〜300℃の温度で真空排気処理することによつ
て、NOの還元反応およびCOならびにH2の酸化
反応に対して著しく高い活性を発現するという驚
くべき知見を得たためであり、350℃以上の温度
ではCo−TPP錯体が分解するため350℃以下に限
定した。この高活性の発現は、Co−TPP担持水
和酸化チタンを150〜350℃の温度下で排気処理す
ることにより、Co−TPPの構造が変化し、同時
に水和酸化チタンが好まいし状態に脱水乾燥され
て、Co−TPPと水和酸化チタンの間に強い相互
作用が発現するためであり、この処理は高活性な
触媒を得る上において重要な手法の1つである。
なお当排気処理により水和酸化チタンに担持され
たCo−TPPは、ベンゼン等の溶剤にもはや不溶
となる。 本発明において排気処理温度が触媒活性を大き
く左右する点について更に明確に説明するため
NOのCOによる還元反応に体する活性と排気処
理温度の関係についての一例を第1図に示した。 Co−TPPを5重量%担持した乾燥温度120℃の
水和酸化チタンを触媒とし触媒量4gを用いた。
NO−CO反応条件は、NO圧10cmHg、CO圧20cm
Hg、反応温度100℃である。排気時間はいずれも
2時間である。なお活性の度合はNOが減少する
初期速度で示した。第1図により明らかなように
排気処理温度120℃では活性は低く200℃まではほ
とんど活性は変らない。200℃から活性が増加し
250℃で極大を示し、それ以上の温度になると活
性はかえつて低下している。なお、排気処理温度
が低く(150℃)とも長時間(例えば30時間)排
気処理すれば高い活性がえられる。 以上の記載および下記実施例に示した触媒反応
は、全ガラス製の閉鎖循環系反応装置(内容積:
約800ml、循環速度:500ml/mm)を用いて行なつ
た。NO(製鉄化学製、純度99%以上)はKOH層
を室温で通した後、液化分留によりCO(製鉄化学
製、純度99.9%)は液体窒素トラツプを通して精
製した。又O2は、−78℃トラツプを通して精製し
たものを用いた。反応は、反応管に触媒4gを充
填し下記に示した組成のガス圧条件で反応ガスを
系内に導入して開始し、気相をT.C.D型ガスクロ
マトグラフ(N2O、CO2:ポーラパツク
(Porapak)Q.0℃、NO、N2、CO:モレキユラ
ー・シープ(Molecular Sieve)13X、室温)を
用いて分析することにより追跡した。 ガス圧条件 NO−CO系 NO:10cmHg CO:20cmHg CO−O2系 CO:5cmHg O2:10cmHg NO−H2系 NO:2cmHg H2:60cmHg 以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明は勿論これらに限定されるもの
ではない。 実施例 1 硫酸チタニルを加熱加水分解して得たメタチタ
ン酸を過、洗浄後120℃の温度で乾燥すること
により、その比表面積が241.7m2/gである水和
酸化チタンを調製した。当水和酸化チタン10gを
Co−TPP錯体500mgを溶解したベンゼン溶液500
mlに徐々に加え1夜撹拌したのち、減圧下でベン
ゼンを留去することによつて水和酸化チタンを担
体としたCo−TPPの担持率5重量%なる触媒を
調製した。 当触媒を250℃の温度で2時間真空排気処理し
たのちその4gを触媒反応に供した。NOのCO
による還元反応の結果を第1表に、COのO2によ
る酸化反応の結果を第2表に、又NOのH2による
還元反応の結果を第3表に示した。 実施例 2 実施例1におけるCo−TPP担持率5重量%を
3重量%に変えた以外はすべて実施例1と同様に
して調製した触媒4gを触媒反応に供しその結果
を第1表に示した。 実施例 3 実施例1における真空排気処理温度250℃を120
℃及び275℃に変えた以外はすべて実施例1と同
様にして調製した触媒4gを触媒反応に供しその
結果を第1表に示した。 比較例 1 硫酸チタニルを加熱加水分解して得たメタチタ
ン酸を過、洗浄後300℃の温度で乾燥すること
によりその比表面積が165.3m2/gである水和酸
化チタンを調製した。その後実施例1と同様にし
てCo−TPPの担持率5重量%なる触媒を調製し、
当触媒を200℃で1時間真空排気処理したのちそ
の4gを触媒反応に供した。その結果を第1表、
第2表および第3表に示した。 比較例 2 比較例1における300℃の温度で乾燥する代り
に500℃の温度で焼成することにより、その比表
面積が59m2/gである水和酸化チタンを調製した
以外は比較例1と全く同様にして調製した触媒4
gを触媒反応に供しその結果を第1表および第3
表に示した。 比較例 3 ホプカライト1を250℃の温度で2時間真空排
気処理し触媒反応に供した。その結果を第2表に
示した。
【表】
【表】
【表】
【表】 比較例1の場合、生成するH2Oによつて活性
低下が著しいが、実施例1の場合は生成する
H2Oによる活性低下はほとんど認められない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、NOのCOによる還元反応に対する
触媒活性と排気処理温度との関係を示す図表であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 チタンの酸性水溶液を加水分解して得た生成
    物を300℃以下の温度で乾燥し、その比表面積が
    170m2/g以上である水和酸化チタンにコバルト
    テトラフエニルポルフイリンを水和酸化チタンに
    対して1〜30重量%担持したものからなる一酸化
    炭素および水素の酸化用触媒。 2 コバルトテトラフエニルポルフイリンを担持
    した水和酸化チタンを、さらに150〜350℃の温度
    で排気処理してなる特許請求の範囲第1項記載の
    酸化用触媒。 3 コバルトテトラフエニルポルフイリンを溶解
    した溶液に、170m2/g以上の比表面積を有する
    水和酸化チタンの所定量を添加撹拌後、溶媒を減
    圧留去することによつて水和酸化チタンに対して
    1〜30重量%のコバルトテトラフエニルポルフイ
    リンを担持した水和酸化チタンを調製し、しかる
    のち必要に応じて150〜350℃の温度で排気処理す
    ることを特徴とする酸化用触媒の製造法。
JP58140498A 1983-08-02 1983-08-02 一酸化炭素ならびに水素の酸化に対する高活性触媒およびその製造法 Granted JPS6031827A (ja)

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