JPH10305229A - 窒素酸化物除去用触媒及び窒素酸化物除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】比較的低温で、かつ水及び酸素が存在していも
優れた触媒作用を発揮する窒素酸化物除去用触媒を提供
することを主な目的とする。 【解決手段】酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛
及び酸化マグネシウムの少なくとも１種の金属酸化物に
パラジウムが固定されていることを特徴とする窒素酸化
物除去用触媒。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒素酸化物除去用
触媒及び窒素酸化物除去方法に関する。

【０００２】

【従来技術】各種の燃焼機関、燃焼機器等から排出され
る排気ガス中には、主として窒素酸化物（一酸化窒素、
二酸化窒素、亜酸化窒素等）、不完全燃焼成分（一酸化
炭素、水素、炭化水素等）、水分等が含まれている。こ
の中でも、窒素酸化物は、人体に有害であるばかりでな
く、酸性雨の主な原因物質の一つであるため、その対策
が要望されている。

【０００３】これに関し、現在では、還元剤を用いて窒
素酸化物を還元除去するための触媒に関する研究が方々
で行われている。特に、排気ガス中から窒素酸化物を除
去する方法のうち、触媒を用いる技術としてアンモニア
選択還元法と三元触媒法が知られている。

【０００４】アンモニア選択還元法は、アンモニアを還
元剤として酸化バナジウムと酸化チタンを基本物質とす
る触媒を用いて窒素酸化物を還元除去する方法である。
ところが、この方法では、アンモニアの取り扱いが難し
いため、使用できる用途、場所等が制約される。

【０００５】一方、三元触媒法は、排気ガス中に存在す
る炭化水素、一酸化炭素等を還元剤として用いて窒素酸
化物を還元除去する方法である。しかし、この方法で
は、排気ガス中に高濃度（約１〜１０％）の酸素が存在
すると、還元剤と酸素との反応が還元剤と窒素酸化物と
の反応よりも優先的に進行し、窒素酸化物を有効に還元
除去できないという問題がある。

【０００６】これらの技術の問題を解消するために、銅
イオン交換ゼオライト、酸化アルミニウム等を基本活性
物質とする触媒を用い、還元剤として炭化水素を用いる
窒素酸化物の選択還元法が提案されている。この方法に
よれば、酸素が共存していても窒素酸化物を還元除去す
ることが可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記選
択還元法では、その還元可能な反応温度域が通常４００
℃以上と高く、しかも排気ガス中に水分が含まれている
とその除去性能が著しく低下してしまうという問題があ
り、この点において改善すべき余地がある。

【０００８】従って、本発明は、比較的低温で、かつ水
及び酸素が存在していも優れた触媒作用を発揮する窒素
酸化物除去用触媒を提供することを主な目的とする。さ
らに、本発明は、上記の触媒を用いた窒素酸化物の除去
方法を提供することも目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の従来
技術の問題に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、特定組成の
触媒が優れた触媒窒作用を発揮することを見出し、つい
に本発明を完成するに至った。

【００１０】すなわち、本発明は、下記の窒素酸化物除
去用触媒及び窒素酸化物除去方法に係るものである。

【００１１】１．酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化
亜鉛及び酸化マグネシウムの少なくとも１種の金属酸化
物にパラジウムが固定されていることを特徴とする窒素
酸化物除去用触媒。

【００１２】２．上記の窒素酸化物除去用触媒を水素の
存在下で窒素酸化物含有ガスと接触させることを特徴と
する窒素酸化物除去方法。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態と
ともに説明する。

【００１４】本発明の窒素酸化物除去用触媒は、酸化チ
タン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛及び酸化マグネシウ
ムの少なくとも１種の金属酸化物にパラジウムが固定さ
れていることを特徴とする。

【００１５】本発明では、上記金属酸化物の中でも、特
に酸化チタン、酸化チタンと酸化亜鉛を組み合わせた金
属酸化物（これらの混合物、複合酸化物等も含む）を用
いることが好ましい。なお、金属酸化物は、市販のもの
もそのまま使用することができる。

【００１６】また、パラジウムの含有量は、最終製品の
用途等に応じて適宜設定すれば良いが、通常は本発明触
媒中０．０１〜３０重量％程度、好ましくは０．１〜５
重量％含有されていれば良い。

【００１７】本発明の触媒においては、金属酸化物及び
パラジウムのほかに、本発明の効果を損なわない範囲で
他の成分（例えば、シリカ、シリカゾル、粘土類等の成
型助剤成分等）が含まれていても良い。

【００１８】パラジウムを金属酸化物に固定する方法
は、物理的又は化学的に固定できる限り特に制限されな
いが、例えばパラジウム化合物の溶液（例えば水溶液）
を金属酸化物に含浸させ、得られた含浸体を空気中で焼
成することによって実施することができる。

【００１９】この場合、使用できるパラジウム化合物と
しては、適当な溶媒に溶解できる限り特に制限されない
が、例えば塩化パラジウム、硝酸パラジウム、酢酸パラ
ジウム、硫酸パラジウム、パラジウムアセチルアセテー
ト、テトラミンジクロロパラジウム等を用いることがで
き、本発明では特に硝酸パラジウム、テトラミンジクロ
ロパラジウム等が好ましい。上記パラジウム化合物の添
加量は、最終的な含有量が前記範囲となるように適宜調
節すれば良い。

【００２０】パラジウム化合物の溶液は、金属酸化物と
接触できる限り、含浸、塗布、噴霧等のいずれの方法に
よっても良い。また、金属酸化物も、上記接触が確実に
できればその形態は特に制限されず、例えば粉末状、粒
状、成形体等として取り扱うことができる。例えば、パ
ラジウム化合物の溶液に金属酸化物の粉末を入れ、４０
〜８０℃程度の温度下３０分〜３時間程度で攪拌すれば
パラジウム化合物を含浸させることが可能である。

【００２１】パラジウム化合物溶液と接触させた後、必
要に応じて減圧乾燥することができる。減圧乾燥は、公
知の方法に従えば良く、例えばロータリーエバポレータ
ー等を用いることができる。

【００２２】焼成温度は、用いる金属酸化物、触媒を使
用する温度域等に応じて適当に変更することができる
が、通常は２００〜７００℃程度、好ましくは３００〜
５００℃とすれば良い。焼成時間も、焼成温度等に応じ
て適宜定めれば良い。焼成雰囲気は、酸化性雰囲気（例
えば大気中）とすれば良い。さらに、必要に応じて、還
元性雰囲気（例えば水素中）で処理を行うこともでき
る。

【００２３】焼成により、金属酸化物に一定量のパラジ
ウムが固定された本発明触媒を得ることができる。焼成
体は、必要に応じて粉砕、成形等を行い、適当な形状と
することが可能である。また、本発明の触媒は、そのま
まの状態で用いることもできるが、金属系担体及び金属
酸化物系担体の少なくとも１種に担持させることもでき
る。金属系担体としては、例えばアルミニウム、鉄、
銅、ステンレススチール等が挙げられる。金属酸化物系
担体としては、例えば酸化アルミニウム、シリカ、ゼオ
ライト、コージライト、酸化チタン等が挙げられる。こ
れらの中でも、特に酸化アルミニウム、コージライト等
が好ましい。担持量は、最終製品の用途等により適宜変
更すれば良いが、通常は０．１〜３０重量％程度、好ま
しくは１〜２０重量％とすれば良い。

【００２４】本発明触媒による窒素酸化物除去方法は、
好ましくは水素の存在下で窒素酸化物含有ガスを接触さ
せることにより実施することができる。

【００２５】反応系における水素の濃度は、窒素酸化物
（ＮＯｘ）をすべて窒素に還元するために必要な量又は
それ以上（好ましくはＮＯｘ濃度の３倍以上）を存在さ
せれば良く、この必要量はＮＯｘ濃度、用いる触媒、雰
囲気等に応じて適宜設定することができる。なお、ＮＯ
ｘの還元反応は、酸素と水素（還元剤）との競争反応で
あるので、水素濃度は高いほどＮＯｘの還元率を高める
ことができる。

【００２６】窒素酸化物含有ガスは、いずれの窒素酸化
物（ＮＯｘ）にも適用することができる。また、窒素酸
化物含有ガス又は反応系に水分及び酸素が含まれていて
も、その優れた触媒作用を発揮することができる。反応
温度は、特に制限されないが、本発明では特に４００℃
以下、好ましくは３００℃以下でも有効に窒素酸化物を
除去することができる。窒素酸化物含有ガスの接触量
（流量）は、ガス中の窒素酸化物の組成等により適宜変
更することができ、例えば窒素酸化物（ＮＯ）：１００
０ｐｐｍ、水素：３０００ｐｐｍ、酸素：５％、水：１
０％を含む組成であれば、本発明触媒１ｇあたり３００
ｍｌ／分程度とすれば良い。

【００２７】また、本発明方法では、特に窒素酸化物含
有ガスと水素含有ガスとを本発明触媒に接触させること
によっても実施できる。例えば、図１に示すような二股
管等を用い、別方向から窒素酸化物含有ガスと水素含有
ガスをそれぞれ供給し、両者が触媒上で実質的に合流す
るようにすれば良い。このように、当初から水素を存在
させておくよりも、別途に水素含有ガスとして触媒上に
導入する方がより優れた効果が発揮できる場合がある。
水素含有ガスの水素濃度は、特に制限されないが、通常
はＮＯｘ濃度と同等又はそれ以上（好ましくはＮＯｘ濃
度の３倍以上）とすれば良い。なお、窒素酸化物含有ガ
スは、前記と同様のものを使用できる。水素含有ガスと
窒素酸化物含有ガスとの割合は、両ガスの濃度等により
適宜設定すれば良いが、流量で通常１：１〜１：１００
０程度とすれば良い。但し、水素濃度がＮＯｘ濃度と同
等又はそれ以上（好ましくはＮＯｘ濃度の３倍以上）と
なる限り上記流量範囲外となっても良い。

【００２８】

【発明の効果】本発明の触媒は、一定の金属酸化物にパ
ラジウムが固定されているため、特に４００℃以下とい
う低温であっても、水素を還元剤として用いることによ
り窒素酸化物を有効に除去することができる。また、従
来の触媒と異なり、水及び酸素が反応系に存在していて
も、その機能が低下することなく、優れた触媒作用を発
揮することができる。なお、水素は、排気ガス中にも存
在するが、電源と水があれば水電解装置により容易かつ
低コストで供給することができる。

【００２９】このような特徴をもつ本発明触媒は、ＮＯ
ｘの除去が特に必要とされている自動車、火力発電所、
工場（ボイラ、タービン）、その他各種燃焼機関等の用
途に好適に用いることができる。その中でも、自動車、
火力発電所、コジェネレーションシステム等のように電
源が付近にあって水素も容易に供給できる場合はより最
適である。

【００３０】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示し、本発明の特
徴とするところをより一層明確にする。

【００３１】実施例１ テトラミンジクロロパラジウム（Ｐｄ（ＮＨ₃）₄Ｃｌ₂
・Ｈ₂Ｏ）０．２４６ｇを３０ｍｌの蒸留水に溶解し、
酸化チタン（ＴｉＯ₂）粉末（「Ｐ−２５」日本アエロ
ジル製１０．０ｇを入れたナス型フラスコ（容量２００
ｍｌ）に加えた。

【００３２】このフラスコをロータリーエバポレーター
に取り付け、５０℃の水浴にて１時間攪拌した後、減圧
下で水分を蒸発させて乾固物を得た。この乾固物を空気
中５００℃で５時間焼成することにより、パラジウムが
１重量％固定されたパラジウム固定化酸化チタン触媒
（試料Ｎｏ．１）を得た。

【００３３】実施例２ 酸化チタンの代わりに酸化アルミニウム（「ＪＲＣ−Ａ
ＬＯ−７」触媒学会参照触媒）を用いた以外は、実施例
１と同様にしてパラジウムが１重量％固定されたパラジ
ウム固定化酸化アルミニウム触媒（試料Ｎｏ．２）を得
た。

【００３４】実施例３ 酸化チタンの代わりに酸化亜鉛（「Ｃ７−２」東洋ＣＣ
Ｉ製）を用いた以外は、実施例１と同様にしてパラジウ
ムが１重量％固定されたパラジウム固定化酸化亜鉛触媒
（試料Ｎｏ．３）を得た。

【００３５】実施例４ 酸化チタンの代わりに酸化マグネシウム（「１００Ａ」
宇部興産製）を用いた以外は、実施例１と同様にしてパ
ラジウムが１重量％固定されたパラジウム固定化酸化マ
グネシウム触媒（試料Ｎｏ．４）を得た。

【００３６】試験例１ 上記試料Ｎｏ．１〜４を用い、これらを７０〜１２０メ
ッシュに篩い分けし、篩い分けした各０．３０ｇを内径
１０ｍｍの石英管に充填し、この石英管に試験ガス１
（一酸化窒素：１０００ｐｐｍ、水素：３０００ｐｐ
ｍ、酸素５％、水：１０％を含むヘリウムガス）を１０
０ｍｌ／分の流速で流通させ、生成した窒素及び亜酸化
窒素の濃度を測定した。測定結果をもとに下記の式によ
り一酸化窒素の窒素への転化率及び一酸化窒素の除去率
を求めた。

【００３７】窒素への転化率（％）＝［（触媒層出口の
窒素濃度(ppm)）×２］／触媒層入口の一酸化窒素濃度
(ppm) 一酸化窒素の除去率（％）＝［（触媒層出口の窒素濃度
(ppm)＋触媒層出口の亜酸化窒素濃度(ppm)）×２］／触
媒層入口の一酸化窒素濃度(ppm) これらの結果を表１に示す。なお、比較のため、酸化チ
タン触媒（比較品１）及び酸化アルミニウム（比較品
２）を用いて上記の試験を行った結果も併せて示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１の結果より、酸素が５％存在する場
合、比較品１及び２は５０〜４００℃では実質的に反応
が起こらず、また試験中の水素濃度の測定結果より２０
０〜４００℃では水素と酸素との反応が優先して進行す
るため所望の還元反応がほとんど起こらなかったことが
わかる。これに対し、本発明品は、酸素が５％と比較的
多量に存在する場合であっても、優れた還元作用を示す
ことがわかる。

【００４０】試験例２ 上記の試料Ｎｏ．１及びＮｏ．２を７０〜１２０メッシ
ュに篩い分けし、これら０．３０ｇを図１に示すように
二股石英管の中央部に充填した。この二股石英管の一方
に試験ガス２（一酸化窒素：２０００ｐｐｍ、酸素１０
％、水：１０％を含むヘリウムガス）を５０ｍｌ／分の
流速で流通させ、他方より水素含有ガス（水素：６００
０ｐｐｍ、水：１０％を含むヘリウムガス）を５０ｍｌ
／分の流速で流通させ、二股石英管の中央部に位置する
触媒層において上記２種のガスが合流し、混合されるよ
うにした。二股石英管の出口から流出する混合ガス中の
生成した窒素及び亜酸化窒素の濃度を測定し、試験例１
と同様にして一酸化窒素の窒素への転化率及び一酸化窒
素の除去率を求めた。その結果を表２に示す。

【００４１】

【表２】

【００４２】表１及び２の結果より、同一の触媒（試料
Ｎｏ．１及び２）を用いても、二股石英管を用いて一酸
化窒素含有ガスと水素含有ガスを分けて供給する方法の
方がより効率的に窒素酸化物を除去できることがわか
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】試験例２で用いた装置の概要を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 哲彦 大阪府池田市緑丘１丁目８番31号 工業技 術院大阪工業技術研究所内 (72)発明者 竹中 啓恭 大阪府池田市緑丘１丁目８番31号 工業技 術院大阪工業技術研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛
   及び酸化マグネシウムの少なくとも１種の金属酸化物に
   パラジウムが固定されていることを特徴とする窒素酸化
   物除去用触媒。
2. 【請求項２】パラジウムの固定量が、０．０１〜３０重
   量％である請求項１記載の窒素酸化物除去用触媒。
3. 【請求項３】金属系担体及び金属酸化物系担体の少なく
   とも１種に担持されている請求項１記載の窒素酸化物除
   去用触媒。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の触媒を
   水素の存在下で窒素酸化物含有ガスと接触させることを
   特徴とする窒素酸化物除去方法。
5. 【請求項５】請求項１乃至３のいずれかに記載の触媒
   に、水素含有ガスと窒素酸化物含有ガスとを接触させる
   ことを特徴とする窒素酸化物除去方法。