JPH04215847A - 窒素酸化物接触分解触媒及び接触分解方法 - Google Patents

窒素酸化物接触分解触媒及び接触分解方法

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JPH04215847A
JPH04215847A JP3040575A JP4057591A JPH04215847A JP H04215847 A JPH04215847 A JP H04215847A JP 3040575 A JP3040575 A JP 3040575A JP 4057591 A JP4057591 A JP 4057591A JP H04215847 A JPH04215847 A JP H04215847A
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JP
Japan
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catalytic cracking
copper
catalyst
ions
zeolite
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Application number
JP3040575A
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English (en)
Inventor
Shiyuuichi Kagawa
鹿川 修一
Yasutake Teraoka
寺岡 靖剛
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、窒素酸化物を含有する
ガスから窒素酸化物を除去する触媒及びその使用方法に
関するものであり、さらに詳細には、窒素酸化物を接触
分解する触媒及びそれを使用する方法を提供するもので
ある。さらに酸素あるいは硫黄酸化物が共存しても劣化
の少ない触媒を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】工業プラント、自動車等から排出される
燃焼排ガス中の窒素酸化物は光化学スモッグの発生原因
とも成り得る物質であり、環境保全の立場からその除去
方法の開発は、重大かつ緊急の社会的課題である。窒素
酸化物の中でも一酸化窒素(NO)は特に除去が困難で
ありこれまでにも種々の方法が検討されてきた。例えば
、接触還元法は有効な手段として提案され開発が進めら
れているが、アンモニア、水素あるいは一酸化炭素等の
還元剤を必要とし、さらに未反応還元剤を回収、あるい
は分解する為の特別の装置を必要とする。これに対して
接触分解法は還元剤等の特別な添加剤を必要とせず、触
媒層に通すだけで窒素と酸素に分解する方法であり、プ
ロセスも単純であることから最も望ましい方法である。 従来の研究によれば、Pt,CuO,Co3O4等にN
O分解活性が認められたが、何れも分解生成物である酸
素の毒作用を受ける為、実用触媒とは成り得なかった。
【0003】これに対し,本発明者等は幅広く接触分解
用触媒の研究を重ね、銅イオンを交換した数種のゼオラ
イトが定常的な活性を示すことを見出すに至った。更に
、銅イオンを含有し、ある特定の結晶構造を有するゼオ
ライトがNOの接触分解触媒として極めて高い定常活性
を示すばかりでなく、硫黄酸化物の共存下においても活
性がそのまま維持されることを見出した(特開昭60−
125250号公報)。
【0004】しかしながら、上記触媒は特に高温での十
分な活性および十分な耐熱性を有しておらず、未だ実用
化されるに至っていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、還元
剤であるアンモニアを使用することなく、工業プラント
、自動車等から排出される燃焼排ガス中の窒素酸化物を
高温においても効率良く除去し、且つ、硫黄酸化物及び
酸素が共存しても高活性を維持する接触分解触媒を提供
するものである。
【0006】
【課題を解決する為の手段】本発明者等は、上記課題に
ついて鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至っ
た。
【0007】即ち本発明は、SiO2/Al2O3モル
比が少なくとも20であるゼオライトに銅イオン及び銅
以外の遷移金属イオンを含有させた窒素酸化物接触分解
触媒、及び、窒素酸化物含有ガスから窒素酸化物を除去
する方法において、該触媒と窒素酸化物含有ガスを接触
させることを特徴とする窒素酸化物の接触分解方法を提
供するものである。
【0008】以下、本発明をより詳細に説明する。
【0009】本発明において用いられるゼオライトはS
iO2/Al2O3モル比が20以上であることを必須
とする。SiO2/Al2O3モル比はその上限が特に
限定されるものではない。SiO2/Al2O3モル比
が20未満であると、十分な耐熱性が得られない。一般
的にはSiO2/Al2O3モル比が20〜200程度
のものが用いられる。
【0010】本発明の触媒を構成するゼオライトとして
は、例えば、ZSM−5、ZSM−8、ZSM−11、
ZSM−12、ZSM−20、ZSM−35等のゼオラ
イトが使用できるが、その中でもZSM−5が好適に用
いられる。またこれらのゼオライトの製造方法は限定さ
れるものではない。またモルデナイト、フェリエライト
、Y型ゼオライト、L型ゼオライト等のゼオライトを脱
アルミニウムしたものであっても良い。また、これらの
ゼオライトは、そのままあるいはアンモニウム塩、鉱酸
等で処理しNH4イオン交換或いはHイオン交換してか
ら使用することもできる。
【0011】本発明の接触分解触媒は、SiO2/Al
2O3モル比が少なくとも20のゼオライトに、銅イオ
ン及び銅以外の遷移金属イオンを含有させることが必須
である。
【0012】上記ゼオライトに銅イオン及び銅以外の遷
移金属イオンを含有させる方法は特に限定されないが、
イオン交換法が好ましい。イオン交換法としては一般的
に行われている方法を採用することができる。例えば銅
イオン及び銅以外の遷移金属イオンを含有する水溶液を
用いてイオン交換しても良いし、銅イオン交換した後銅
以外の遷移金属イオンでイオン交換、あるいは、銅以外
の遷移金属イオンでイオン交換した後銅イオン交換して
も良い。イオン交換の際の水溶液中の銅イオン及び銅以
外の遷移金属イオンの濃度はイオン交換率によって任意
に設定することができる。
【0013】また、銅イオン及び銅以外の遷移金属イオ
ンは可溶性の塩の形で使用でき、可溶性の塩としては、
硝酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、塩酸塩等が好適に使用で
きる。
【0014】上記において銅イオン交換する際には、銅
イオン含有量を増大させる為にアンモニアを添加しpH
を調整して行っても良い。
【0015】イオン交換サイトにある銅イオンが活性点
であることから、銅はイオン交換サイトに交換されたも
のであることが望ましい。また、銅以外の遷移金属イオ
ンについてもイオン交換サイトにイオン交換することが
望ましいが、そればかりでなく、酸化物等でゼオライト
上に担持された状態でもその効果が発揮される。
【0016】本発明で使用する遷移金属イオンとしては
、特に限定はないが、例えばCo,Ni,Cr,Fe,
Mn,Zn,Ptなどのイオンが好ましく用いられる。
【0017】イオン交換処理した試料は、固液分離、洗
浄、乾燥して使用される。また、必要に応じて焼成して
から用いることもできる。
【0018】銅イオン交換量は、Cu/Al原子比で表
わして0.01〜1.5、また、銅以外の遷移金属イオ
ン交換量は、Al原子に対して原子比で0.01以上で
あることが望ましい。Cu/Al原子比が0.01未満
では活性点である銅イオンが少なく、十分な触媒活性が
得られないし、また1.5を越える場合には銅が酸化物
等でゼオライト表面に存在し、銅イオン含有量を増大さ
せただけの効果が得られなくなる恐れがある。また、銅
以外の遷移金属イオン交換量がAl原子に対して原子比
で0.01未満では銅以外の遷移金属イオン共存の効果
が小さく十分な耐熱性が得られなくなる恐れがある。
【0019】本発明の接触分解触媒のSiO2/Al2
O3モル比は、使用したゼオライト基材のSiO2/A
l2O3モル比と実質的に変わらない。また、接触分解
触媒の結晶構造もイオン交換前後で本質的に異なるもの
ではない。
【0020】本発明の接触分解触媒は、粘土鉱物等のバ
インダーと混合し成形して使用することもできる。また
、予めゼオライトを成形し、その成形体に銅及び銅以外
の遷移金属イオンをイオン交換等で含有させることもで
きる。ゼオライトを成形する際に用いられるバインダー
としては、カオリン、アタパルガイト、モンモリロナイ
ト、ベントナイト、アロフェン、セピオライト等の粘土
鉱物である。あるいは、バインダーを用いずに成形体を
直接合成したバインダレスゼオライト成形体であっても
良い。またさらに、コージェライト製あるいは金属製等
のハニカム状基材にゼオライトをコートして用いること
もできる。
【0021】排ガス中の窒素酸化物の接触分解は、本発
明の接触分解触媒と窒素酸化物を含む排ガスを接触させ
ることにより行なうことができる。
【0022】なお上記接触分解触媒は、アンモニア、一
酸化炭素、炭化水素、水分、酸素,硫黄酸化物等の存在
する排ガスに適用された場合にも、従来の銅を担持した
ゼオライト触媒と同等の触媒性能を発揮することができ
る。
【0023】
【作用】特開昭60−125250号公報に示されてい
るように、銅イオンを含有させた特定の結晶構造を有す
る結晶性アルミノ珪酸塩は、還元剤の存在しない排ガス
においても窒素酸化物を効率良く除去することができる
。これは、その結晶性アルミノ珪酸塩の特異な結晶構造
により、イオン交換された銅イオンの酸化還元サイクル
が容易となり、この酸化還元サイクルにより窒素酸化物
が窒素と酸素に分解される為である。また、銅イオンが
窒素酸化物の分解生成物である酸素の毒作用を受けにく
く長時間に渡り高活性を維持する。
【0024】しかしながら、上記の銅イオン交換した結
晶性アルミノ珪酸塩は高温では銅イオンの還元が進みす
ぎて、銅イオンの酸化還元サイクルが妨げられ、十分な
活性を得ることができない。
【0025】本発明の触媒は、ゼオライトに銅イオン及
び銅以外の遷移金属イオンを含有させたものであるが、
銅以外の遷移金属イオンを共存させることによって銅イ
オンの還元の進みすぎを防止する効果があり、銅イオン
の酸化還元サイクルを促進させることにより、高温にお
いても高活性でかつ定常安定性の高い接触分解触媒とな
ると考えられる。
【0026】
【実施例】以下、実施例において本発明をさらに詳細に
説明する。しかし、本発明はこれら実施例のみに限定さ
れるものではない。
【0027】実施例1 攪拌状態にある実容積2リットルのオーバーフロータイ
プの反応槽に、珪酸ソーダ水溶液(SiO2;153g
/リットル,Na2O;50g/リットル,Al2O3
;0.8g/リットル)と、硫酸アルミニウム水溶液(
Al2O3;38.4g/リットル,H2SO4;27
5g/リットル)とをそれぞれ3.2リットル/hr,
0.8リットル/hrの速度で連続的に供給した。反応
温度は30〜32℃、排出されるスラリーのpHは6.
4〜6.6であった。
【0028】排出スラリーを固液分離し十分水洗した後
、Na2O;1.72wt%,Al2O3;2.58w
t%,SiO2;39.3wt%,H2O;56.4w
t%の粒状無定形アルミノ珪酸塩均一化合物を得た。 該均一化合物2,840gと1.39wt%のNaOH
水溶液5160gとをオートクレーブに仕込み、160
℃で72時間攪拌下で結晶化した。生成物を固液分離、
水洗、乾燥してZSM−5型ゼオライトを得た。化学分
析の結果、その組成は無水ベースにおける酸化物のモル
比で表わして次の組成を有していた。
【0029】 1.1Na2O,Al2O3,23.3SiO2このゼ
オライト10gを、0.012N硝酸コバルト水溶液1
リットルに添加した。60℃にて一昼夜攪拌し、洗浄し
てコバルトイオン交換ゼオライトを得た。次いで、0.
024N酢酸銅水溶液1リットルに添加した。 60℃で一昼夜攪拌し、洗浄、乾燥して触媒1を調製し
た。化学分析の結果、その組成は無水ベースにおける酸
化物のモル比で表わして次の組成を有していた。
【0030】   0.43CoO,0.75CuO,Al2O3,2
3.3SiO2実施例2 実施例1で得られたZSM−5型ゼオライト10gを使
用し、硝酸コバルトの代わりに酢酸ニッケルを用いた以
外は実施例1と同様にして触媒2を調製した。
【0031】化学分析の結果、その組成は無水ベースに
おける酸化物のモル比で表わして次の組成を有していた
【0032】   0.60NiO,0.75CuO,Al2O3,2
3.3SiO2実施例3 実施例1で得られたZSM−5型ゼオライト10gを使
用し、硝酸コバルトの代わりに酢酸クロムを用いた以外
は実施例1と同様にして触媒3を調製した。
【0033】化学分析の結果、その組成は無水ベースに
おける酸化物のモル比で表わして次の組成を有していた
【0034】   0.09Cr2O3,1.05CuO,Al2O3
,23.3SiO2実施例4 実施例1で得られたZSM−5型ゼオライト10gを使
用し、硝酸コバルトの代わりに硝酸鉄を用いた以外は実
施例1と同様にして触媒4を調製した。
【0035】化学分析の結果、その組成は無水ベースに
おける酸化物のモル比で表わして次の組成を有していた
【0036】   0.41FeO,0.92CuO,Al2O3,2
3.3SiO2実施例5 実施例1,2,3及び4で得られた触媒を用いて、接触
分解性能を調べた。
【0037】触媒をプレス成形した後粉砕して42〜8
0メッシュに整粒した。その2ccを常圧固定床流通式
反応管に充填した。Heガス中500℃で1時間の前処
理を行った後、NOを0.48%含有するHeガスを、
接触時間が4.0g・sec/mlになるように流通さ
せた。
【0038】各温度におけるNO転化率を表1に示す。
【0039】
【表1】 比較例1 実施例1で得られたZSM−5型ゼオライト10gを、
0.012N酢酸銅水溶液1リットルに添加した後、6
0℃で一昼夜攪拌し、洗浄、乾燥して比較触媒を調製し
た。化学分析の結果、その組成は無水ベースにおける酸
化物のモル比で表わして次の組成を有していた。
【0040】   0.64Na2O,0.69CuO,Al2O3,
23.3SiO2比較例2 比較例1で得られた触媒を用いて、実施例5と同様にし
て比較触媒の接触分解性能を調べた。
【0041】その結果を表2に示す。
【0042】
【表2】 実施例6 実施例1で得られたZSM−5型ゼオライト10gを使
用し、硝酸コバルトの代わりに硝酸マンガンを用いた以
外は実施例1と同様にして触媒5を調製した。
【0043】化学分析の結果、その組成は無水ベースに
おける酸化物のモル比で表わして次の組成を有していた
【0044】   0.68MnO,0.71CuO,Al2O3,2
3.3SiO2実施例7 実施例1で得られたZSM−5型ゼオライト10gを使
用し、硝酸コバルトの代わりに酢酸亜鉛を用いた以外は
実施例1と同様にして触媒6を調製した。
【0045】化学分析の結果、その組成は無水ベースに
おける酸化物のモル比で表わして次の組成を有していた
【0046】   0.62ZnO,0.76CuO,Al2O3,2
3.3SiO2実施例8 実施例1で得られたZSM−5型ゼオライト10gを使
用し、硝酸コバルトの代わりに塩化白金酸を用いた以外
は実施例1と同様にして触媒7を調製した。
【0047】化学分析の結果、その組成は無水ベースに
おける酸化物のモル比で表わして次の組成を有していた
【0048】   0.15PtO,1.07CuO,Al2O3,2
3.3SiO2実施例9 実施例6,7及び8で得られた触媒を用いて、実施例5
と同様にして比較触媒の接触分解性能を調べた。
【0049】その結果を表3に示す。
【0050】
【表3】
【0051】
【発明の効果】表1,表2及び表3から明らかなように
、本発明の窒素酸化物接触分解触媒は、ガスと接触させ
ることによりガス中の窒素酸化物を高温においても効率
よく除去でき、耐熱性に非常に優れた性能を示す。
【0052】本発明の窒素酸化物接触分解触媒は、アン
モニア等の還元剤を使用すること無く、燃焼排ガス中の
窒素酸化物を高温においても効率良く除去できるという
効果があり、また、耐熱性に非常に優れた性能を示すと
いう効果がある。したがって、本発明の触媒を排ガスと
接触させることにより、高温においても窒素酸化物の浄
化を行うことができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】SiO2/Al2O3モル比が少なくとも
    20であるゼオライトに銅イオン及び銅以外の遷移金属
    イオンを含有させた窒素酸化物接触分解触媒。
  2. 【請求項2】窒素酸化物含有ガスから窒素酸化物を除去
    する方法において、請求項1に記載の触媒と、窒素酸化
    物含有ガスを接触させることを特徴とする窒素酸化物の
    接触分解方法。
JP3040575A 1990-03-09 1991-02-13 窒素酸化物接触分解触媒及び接触分解方法 Pending JPH04215847A (ja)

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DE1991608276 DE69108276T2 (de) 1990-03-09 1991-03-07 Verwendung eines zeolitischen Katalysators zur Zersetzung von Stickoxiden in Abwesenheit eines reduzierenden Agens.
AU72699/91A AU649586B2 (en) 1990-03-09 1991-03-07 Catalyst and method for catalytically decomposing nitrogen oxides
EP19910103507 EP0445816B1 (en) 1990-03-09 1991-03-07 Use of a zeolitic catalyst for decomposing nitrogen oxides in the absence of reducing agent
CA002037814A CA2037814A1 (en) 1990-03-09 1991-03-08 Catalyst and method for catalytically decomposing nitrogen oxides
US07/666,716 US5219545A (en) 1990-03-09 1991-03-08 Catalyst and method for catalytically decomposing nitrogen oxides

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