JPH05293369A - Adsorbent for purification of hydrocarbons in exhaust gas - Google Patents

Adsorbent for purification of hydrocarbons in exhaust gas

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JPH05293369A
JPH05293369A JP4097913A JP9791392A JPH05293369A JP H05293369 A JPH05293369 A JP H05293369A JP 4097913 A JP4097913 A JP 4097913A JP 9791392 A JP9791392 A JP 9791392A JP H05293369 A JPH05293369 A JP H05293369A
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crystalline aluminosilicate
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襄 川田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い水熱安定性を持ち、かつ炭化水素類を高
効率で浄化できる排ガス中の炭化水素類浄化用吸着材を
提供する。 【構成】 結晶性アルミノシリケートを種結晶としてシ
リカ源(ケイ酸、シリカ粉末等)とアルミナ源(硫酸ア
ルミニウム、アルミナ等)より水熱合成されたMFI構
造のアルミノシリケートを使用し、このアルミノシリケ
ートをH型にイオン交換して調製されたものである。
(57) [Summary] [Purpose] To provide an adsorbent for purifying hydrocarbons in exhaust gas, which has high hydrothermal stability and can purify hydrocarbons with high efficiency. [Structure] Using an aluminosilicate having a MFI structure hydrothermally synthesized from a silica source (silicic acid, silica powder, etc.) and an alumina source (aluminum sulfate, alumina, etc.) with crystalline aluminosilicate as a seed crystal, this aluminosilicate is used. It was prepared by ion exchange into H type.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、排ガス中の炭化水素類
を浄化するための吸着材に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an adsorbent for purifying hydrocarbons in exhaust gas.

【0002】[0002]

【背景技術及び発明が解決しようとする課題】従来、自
動車の排ガス浄化用触媒として、炭化水素、NOX 、一酸
化炭素を同時に浄化する三元触媒が知られている。この
ような三元触媒は、所定温度以上の反応温度において充
分な触媒活性を示す。通常、自動車エンジンの排ガス中
の炭化水素は、エンジン始動直後に特に多量に排出され
る。しかし、この時の排ガスの温度は充分高くないた
め、反応温度が低くなって、このような三元触媒によっ
ては炭化水素類を効率的に浄化することができないとい
う欠点があった。
BACKGROUND ART As a catalyst for purifying exhaust gas of automobiles, a three-way catalyst for purifying hydrocarbons, NO X and carbon monoxide at the same time has been known. Such a three-way catalyst exhibits sufficient catalytic activity at a reaction temperature of a predetermined temperature or higher. Usually, hydrocarbons in the exhaust gas of an automobile engine are discharged in a particularly large amount immediately after the engine is started. However, since the temperature of the exhaust gas at this time is not sufficiently high, the reaction temperature becomes low, and there is a drawback that hydrocarbons cannot be efficiently purified by such a three-way catalyst.

【0003】そこで、三元触媒のこのような欠点を補う
ため、三元触媒の上流にゼオライトを配置して、低温時
に排出される炭化水素類を吸着除去する方法が提案され
ている(特開平2−75327 号公報、特開平2−135126号
公報参照)。一方、エンジンの排ガス中には、水分が多
量に含まれており、しかもエンジンの稼動時において排
ガスの温度が高温になるため、排ガス浄化用触媒には高
い水熱安定性が要求されている。
Therefore, in order to make up for such drawbacks of the three-way catalyst, a method has been proposed in which a zeolite is arranged upstream of the three-way catalyst to adsorb and remove hydrocarbons discharged at low temperatures (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10 (1999) -242242). 2-75327, JP-A-2-135126). On the other hand, the exhaust gas of an engine contains a large amount of water, and the temperature of the exhaust gas becomes high during the operation of the engine. Therefore, a catalyst for purifying exhaust gas is required to have high hydrothermal stability.

【0004】各種ゼオライトの中で、ZSM−5が最も
水熱安定性に優れているといわれているが、このZSM
−5も実用的には耐水熱性に関して充分満足すべきもの
ではなかった。そこで、本発明は、高い水熱安定性を持
ち、かつ排ガス中の炭化水素類を高効率で浄化できる吸
着材を提供することを目的とする。
Among various zeolites, ZSM-5 is said to have the best hydrothermal stability.
-5 was also not sufficiently satisfactory in terms of hydrothermal resistance in practical use. Therefore, an object of the present invention is to provide an adsorbent having high hydrothermal stability and capable of highly efficiently purifying hydrocarbons in exhaust gas.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段及び作用】本発明に係る排
ガス中の炭化水素類浄化用吸着材は、結晶性アルミノシ
リケートを種晶としてシリカ源とアルミナ源より水熱合
成されたMFI構造のアルミノシリケートを使用して調
製したことを特徴とする。前記種晶となる結晶性アルミ
ノシリケートとしては、ゼオライト13X、ゼオライト
A、モルデナイト、ZSM−5等を使用できるが、ケイ
バン比の高いモルデナイト、ZSM−5の使用が好まし
い。前記MFI構造とは、ZSM−5と類似の構造を指
す。
Means and Actions for Solving the Problems An adsorbent for purifying hydrocarbons in exhaust gas according to the present invention is an alumino having an MFI structure hydrothermally synthesized from a silica source and an alumina source using crystalline aluminosilicate as a seed crystal. It is characterized in that it was prepared using a silicate. Zeolite 13X, zeolite A, mordenite, ZSM-5 and the like can be used as the crystalline aluminosilicate as the seed crystal, but mordenite and ZSM-5 having a high Cavan ratio are preferably used. The MFI structure refers to a structure similar to ZSM-5.

【0006】前記シリカ源としては、結晶性ゼオライト
の製造に通常用いられているものであれば任意のものを
使用できる。例えば、シリカ粉末、溶解シリカ、ケイ
酸、コロイド状シリカ等がある。前記アルミナ源も、結
晶性ゼオライトの製造に通常用いられているものであれ
ば任意のものを使用できる。例えば、硫酸アルミニウ
ム、アルミン酸ナトリウム、コロイド状アルミナ、アル
ミナ等がある。
As the above-mentioned silica source, any one can be used as long as it is commonly used for producing crystalline zeolite. For example, there are silica powder, fused silica, silicic acid, colloidal silica and the like. As the alumina source, any source can be used as long as it is one usually used for producing crystalline zeolite. Examples include aluminum sulfate, sodium aluminate, colloidal alumina, alumina and the like.

【0007】原料成分中、シリカとアルミナの割合(S
iO2 /Al2 3 )は、20〜200とし、好ましくは30
〜100 とする。SiO2 /Al2 3 が20より小さい場
合、又は200 より大きい場合にはMFI構造のアルミノ
シリケートが生成しない。前記水熱合成時の温度は、 1
50〜 200℃とし、好ましくは 160〜 180℃とする。 150
℃より低い場合、又は200 ℃より高い場合にはMFI構
造のアルミノシリケートが生成しない。また、この水熱
合成時の圧力は自圧でよい。なお、この水熱合成時、適
宜必要な成分、例えばNaCl、Na2 SO4 等を添加
してもよい。
In the raw material components, the ratio of silica and alumina (S
iO 2 / Al 2 O 3 ) is 20 to 200, preferably 30
Set to ~ 100. When SiO 2 / Al 2 O 3 is smaller than 20, or larger than 200, aluminosilicate having MFI structure is not formed. The temperature during the hydrothermal synthesis is 1
The temperature is 50 to 200 ° C, and preferably 160 to 180 ° C. 150
When the temperature is lower than ℃ or higher than 200 ℃, aluminosilicate having MFI structure is not formed. Further, the pressure during the hydrothermal synthesis may be self-pressure. During the hydrothermal synthesis, necessary components such as NaCl and Na 2 SO 4 may be added as appropriate.

【0008】前記MFI構造のアルミノシリケートを使
用した本発明に係る吸着材への調製方法には、ろ過・水
洗工程、乾燥工程、焼成工程及びH型へのイオン交換工
程が含まれる。前記ろ過・水洗工程では、合成ゼオライ
トをろ過した後、多量の水で充分水洗する。
The method for preparing the adsorbent according to the present invention using the aluminosilicate having the MFI structure includes a filtration / washing step, a drying step, a calcination step, and an ion exchange step to form H. In the filtration / washing step, the synthetic zeolite is filtered and then thoroughly washed with a large amount of water.

【0009】前記乾燥工程では、80〜 150℃で合成ゼオ
ライトを乾燥させる。前記焼成工程では、 450〜 600℃
で合成ゼオライトを焼成させる。前記H型へのイオン交
換工程では、塩酸溶液、塩化アンモニウム溶液、硝酸ア
ンモニウム溶液等を使用して合成ゼオライトをH型にイ
オン交換する。この後、乾燥(80〜 150℃)と焼成( 4
50〜 600℃)を行う。なお、このH型とは、ゼオライト
のマイナスチャージをプロトンで補償しているという意
味である。
In the drying step, the synthetic zeolite is dried at 80 to 150 ° C. In the firing process, 450 to 600 ℃
The synthetic zeolite is fired at. In the ion-exchange step for H-type, the synthetic zeolite is ion-exchanged for H-type using a hydrochloric acid solution, an ammonium chloride solution, an ammonium nitrate solution, or the like. After this, dry (80-150 ° C) and bake (4
50-600 ℃). The H-type means that the negative charge of zeolite is compensated by protons.

【0010】なお、この吸着材への調製において、必要
に応じて触媒活性成分を添加してもよい。このような触
媒活性成分としては、例えばVIII族金属(Pt、Pd、Fe、
Co等)、IB族金属(Cu、Ag等)、VA族金属(V
等)、VIIA金属(Mn等)がある。本発明に係る吸着材で
吸着浄化できる排ガス中の炭化水素類とは、例えばブタ
ン、ペンタン、ヘキサン等のパラフィン炭化水素、エチ
レン、プロピレン等のオレフィン炭化水素、ベンゼン、
トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素である。これら
の中で、本発明に係る吸着材は、特にオレフィン炭化水
素、芳香族炭化水素に対する浄化率が高い。
In the preparation of this adsorbent, a catalytically active component may be added if necessary. Such catalytically active components include, for example, Group VIII metals (Pt, Pd, Fe,
Co, etc.), Group IB metals (Cu, Ag, etc.), Group VA metals (V
Etc.), VIIA metals (Mn, etc.). Hydrocarbons in exhaust gas that can be adsorbed and purified by the adsorbent according to the present invention include, for example, butane, pentane, paraffin hydrocarbons such as hexane, olefin hydrocarbons such as ethylene and propylene, benzene,
It is an aromatic hydrocarbon such as toluene or xylene. Among these, the adsorbent according to the present invention has a particularly high purification rate for olefin hydrocarbons and aromatic hydrocarbons.

【0011】[0011]

【実施例】実施例1 硫酸アルミニウム(18水塩)337.5gと硫酸(97%)362.
5gを水7841ccに溶かした溶液(A液とする)、水ガラス
(JIS-3号ケイ酸ソーダ)5275.0g を水5000ccに溶かし
た溶液(B液とする)及び塩化ナトリウム987.5gを水23
00ccに溶かした溶液(C液とする)をそれぞれ用意し
た。次に、室温でC液を攪拌しながら、このC液中にA
液とB液を徐々に滴下した後、硫酸(48%)60.0g を添
加した。
Example 1 337.5 g of aluminum sulfate (18-hydrate) and sulfuric acid (97%) 362.
Solution in which 5g was dissolved in water 7841cc (Solution A), water glass (JIS-3 sodium silicate) 5275.0g in water 5000cc (Solution B) and sodium chloride 987.5g in water 23
A solution (referred to as solution C) dissolved in 00cc was prepared. Next, while stirring the liquid C at room temperature, the liquid A was added to the liquid C.
The solution and the solution B were gradually added dropwise, and then 60.0 g of sulfuric acid (48%) was added.

【0012】次に、この混合液中に種晶としてモルデナ
イト〔TSZ-610NAA(商品名)、東ソー(株)製〕の粉末
12.5g を添加した後、オートクレーブ(25リットル容
量)に入れ、攪拌しながら(回転数300ppm)、自己圧力
下20時間反応させた。次に、反応混合物を冷却した後、
固形物をろ過分離した。引き続き、前記固形物に水 280
リットルを加え、水洗及びろ過を繰り返した。そして、
得られた固形物を 120℃で一昼夜乾燥させた後、 550℃
で4時間空気中で焼成して1200g の結晶性アルミノシリ
ケートを得た。この結晶性アルミノシリケートは、MF
I構造を有する公知のゼオライトZSM−5に類似して
いた。
Next, powder of mordenite [TSZ-610NAA (trade name), manufactured by Tosoh Corporation] as seed crystals in this mixed liquid
After adding 12.5 g, the mixture was placed in an autoclave (25 liter capacity) and reacted for 20 hours under self-pressure while stirring (rotation speed 300 ppm). Then, after cooling the reaction mixture,
The solid was filtered off. Then, add water 280 to the solid matter.
L was added, and washing with water and filtration were repeated. And
After drying the obtained solid at 120 ℃ for one day, 550 ℃
It was calcined in air for 4 hours to obtain 1200 g of crystalline aluminosilicate. This crystalline aluminosilicate is MF
It was similar to the known zeolite ZSM-5 having the I structure.

【0013】次に、この結晶性アルミノシリケートを硝
酸アンモニウム1435g と水10800gよりなる溶液に添加
し、室温下で3時間攪拌、ろ過することによりアンモニ
ウム交換を行った。この操作は、イオン交換率を高める
ために、3回繰り返した。そして、得られたアンモニウ
ム型結晶性アルミノシリケートを 120℃で一昼夜乾燥さ
せた後、 550℃で4時間空気中で焼成した。次に、この
アルミノシリケート5gを石英反応管に充填し、この反
応管内に空気(45cc/min. )と水(5cc/min. )の混合
物を流しながら 650℃、6時間の条件でスチーミング
(水熱処理)を行った。
Next, this crystalline aluminosilicate was added to a solution of 1435 g of ammonium nitrate and 10800 g of water, and stirred at room temperature for 3 hours and filtered to exchange ammonium. This operation was repeated three times to increase the ion exchange rate. Then, the obtained ammonium type crystalline aluminosilicate was dried at 120 ° C. for one day and then calcined in air at 550 ° C. for 4 hours. Next, 5 g of this aluminosilicate was filled in a quartz reaction tube, and steaming was carried out at 650 ° C. for 6 hours while flowing a mixture of air (45 cc / min.) And water (5 cc / min.) In the reaction tube. Hydrothermal treatment) was performed.

【0014】次に、得られたH型結晶性アルミノシリケ
ートを使用して、下記の通り炭化水素類の吸着性能の評
価を行った。先ず、このH型結晶性アルミノシリケート
を圧縮成形して32〜64メッシュに粒度を揃えた後、この
アルミノシリケート微粒子0.05gを固定床管型反応器
(直径7mm) に充填した。次に、前記反応器にキャリア
ーガスとして空気(45cc/min. )と水(5cc/min. )の
混合物を流しながら 120℃で1時間保持した。
Next, using the obtained H-type crystalline aluminosilicate, the adsorption performance of hydrocarbons was evaluated as follows. First, the H-type crystalline aluminosilicate was compression-molded to make the particle size uniform to 32 to 64 mesh, and then 0.05 g of the aluminosilicate fine particles was charged into a fixed bed tubular reactor (diameter 7 mm). Next, the mixture was kept at 120 ° C. for 1 hour while flowing a mixture of air (45 cc / min.) And water (5 cc / min.) As a carrier gas in the reactor.

【0015】次に、炭化水素類としてプロピレン0.2cc
を注射器に取り、この反応器内にプロピレンをパルス的
に注入した。そして、反応器出口のプロピレンの濃度を
測定して本実施例に係る結晶性アルミノシリケートに吸
着されたプロピレンの量を算出した。その結果、プロピ
レンの吸着量は、H型結晶性アルミノシリケート1g当
たり 0.058gであった。従って、本実施例によって得ら
れたH型結晶性アルミノシリケートによれば、耐水熱安
定性が良好である上、高いプロピレン吸着能を有してい
ることがわかる。
Next, 0.2 cc of propylene as hydrocarbons
Was taken into a syringe, and propylene was injected in a pulsed manner into the reactor. Then, the concentration of propylene at the outlet of the reactor was measured to calculate the amount of propylene adsorbed on the crystalline aluminosilicate according to this example. As a result, the amount of propylene adsorbed was 0.058 g per 1 g of H-type crystalline aluminosilicate. Therefore, it can be seen that the H-type crystalline aluminosilicate obtained in this example has a good hydrothermal stability and a high propylene adsorption capacity.

【0016】実施例2 実施例1において、種晶としてモルデナイトの代わりに
実施例1で調製したMFI構造の結晶性アルミノシリケ
ートを使用し、それ以外は実施例1と同様の工程によ
り、H型結晶性アルミノシリケートを調製した。そし
て、実施例1と同様にして、プロピレン吸着能の評価を
行った。その結果、プロピレンの吸着量は、H型結晶性
アルミノシリケート1g当たり 0.049gであり、本実施
例のアルミノシリケートも、耐水熱性が良好である上、
高いプロピレン吸着能を有していた。
Example 2 In Example 1, the crystalline aluminosilicate having the MFI structure prepared in Example 1 was used as the seed crystal instead of mordenite, and the H-type crystal was prepared in the same manner as in Example 1. Aluminosilicate was prepared. Then, in the same manner as in Example 1, the propylene adsorption capacity was evaluated. As a result, the amount of propylene adsorbed was 0.049 g per 1 g of the H-type crystalline aluminosilicate, and the aluminosilicate of this example also has good hydrothermal resistance.
It had a high propylene adsorption capacity.

【0017】比較例1 実施例1において、A液にテトラプロピルアンモニウム
ブロマイド 856gを添加し、またオートクレーブによる
合成の際にモルデナイトを添加しなかったこと以外は実
施例1と同様の工程により、アルミノシリケートを調製
した。そして、実施例1と同様にして、プロピレン吸着
能の評価を行った。その結果、この比較例に係るアルミ
ノシリケートは、スチーミング時、耐水熱性が不良であ
ったため、プロピレンを全く吸着しなかった。
Comparative Example 1 Aluminosilicate was prepared in the same manner as in Example 1 except that 856 g of tetrapropylammonium bromide was added to the solution A and mordenite was not added during the synthesis by the autoclave. Was prepared. Then, in the same manner as in Example 1, the propylene adsorption capacity was evaluated. As a result, the aluminosilicate according to this comparative example did not adsorb propylene at all because it had poor hydrothermal resistance during steaming.

【0018】[0018]

【発明の効果】本発明に係る排ガス中の炭化水素類浄化
用吸着材によれば、高い水熱安定性を持ち、かつ炭化水
素類を高効率で浄化できる。
The adsorbent for purifying hydrocarbons in exhaust gas according to the present invention has high hydrothermal stability and can purify hydrocarbons with high efficiency.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結晶性アルミノシリケートを種晶として
シリカ源とアルミナ源より水熱合成されたMFI構造の
アルミノシリケートを使用して調製したことを特徴とす
る排ガス中の炭化水素類浄化用吸着材。
1. An adsorbent for purifying hydrocarbons in exhaust gas, which is prepared by using an aluminosilicate having a MFI structure hydrothermally synthesized from a silica source and an alumina source, using crystalline aluminosilicate as a seed crystal. ..
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