JP2000308832A - 排ガス浄化触媒化合物、該化合物を含む触媒、およびその製法 - Google Patents
排ガス浄化触媒化合物、該化合物を含む触媒、およびその製法Info
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Abstract
になっている焼成による賦活化を必要とせず、かつV、
Moとの複合化を十二分に図った触媒、およびその製造
法を提供し、活性、特に低温活性と耐久性とを飛躍的に
高めた触媒を提供することにある。 【解決手段】バナジウムとモリブデンの原子比V/Mo
が3/2である示性式(NH4)xMo2Vx O(3x+6) 但
しxは2.8〜3.2)で表わされる排ガス浄化触媒化
合物および酸化モリブデン(MoO3)とメタバナジン酸
アンモン(NH4VO3)とを水の共存下で所定時間反応
させることを特徴とする化合物の製法。
Description
係り、特に低温活性と耐SOx性に優れた窒素酸化物
(NOx)のアンモニア(NH3)還元反応、およびダイ
オキシン酸化分解反応に高活性を示す触媒とその製造方
法に関する。
される排煙中のNOxは、光化学スモッグや酸性雨の原
因物質であり、その効果的な除去方法として、アンモニ
ア(NH3)等を還元剤とした選択的接触還元による排煙
脱硝法が火力発電所を中心に幅広く用いられている。触
媒には、バナジウム(V)、モリブデン(Mo)または
タングステン(W)を活性成分にした酸化チタン(Ti
O2)系触媒が使用されており、特に活性成分の1つとし
てバナジウムを含むものは活性が高いだけでなく、排ガ
ス中に含まれている不純物による劣化が小さいこと、よ
り低温から使用できることなどから、現在の脱硝触媒の
主流になっている(特開昭50−128681号公報
等)。触媒は通常ハニカム状、板状に成形されて用いら
れ、各種製造法が発明、考案されてきた。また、近年、
ゴミ燃焼排ガスや産業用排ガス中に毒性の高いダイオキ
シンが含まれることが社会問題になり、脱硝反応を行な
うと同時にダイオキシンを酸化分解する触媒が発明され
ている。
o、Wなどの触媒活性成分の塩類を水と共に混練後、成
形、焼成する方法(混練法)と、酸化チタンの成形−焼
成体に触媒活性成分塩類の混合溶液を含浸する方法(含
浸法)により調製されるのが通例である(特開昭50−
128681号公報、特公昭53−34195号公報
等)。
練法または含浸法で触媒を調製する方法は、触媒の活性
面からみると必ずしも最良の製造方法とは言えず、特に
前述したような低温活性の高い触媒を得る場合には適さ
ない面が多々あった。これらの課題を混練法と含浸法に
分けて列記すると下記のようになる。 1)混練法 高活性の触媒を得るためには、添加した活性成分塩類
を焼成により分解して賦活化する必要があり、それに伴
って酸化チタン、活性成分が焼結するため低温活性の高
い触媒が得難い。 酸化チタン粒子とV、Mo、Wなどの活性成分塩類ま
たは酸化物粒子が一旦混在した状態になり、その後焼成
されて複合化されるため、VとMo、Wなどとの複合効
果が十分でなく、Mo、Wによる耐久性向上作用が小さ
く、耐SOx性の低い触媒になる。
賦活する必要があり、活性成分の焼結は免れず、活性特
に低温活性の高い物が得られない。 酸化チタンを予め成形−焼成したものに活性成分を含
浸するため、混練方法に比べると活性成分の複合化は容
易になる。その反面、含浸液内の活性成分が含浸過程で
酸化チタンに吸着されるため、触媒内部と表面で活性成
分濃度が異なったり、複数の活性成分を触媒内で一定比
率に維持することが難しく、最適な複合効果が期待でき
ない。
ン−酸化モリブデン担体にバナジウム塩類を含浸する方
法や、酸化チタン担体にW、Vなどを逐次含浸する方法
などの、混練方法と含浸法の組合せや、含浸法の改良が
試みられているが、十分な効果が得られるとは言い難
い。本発明の課題は、上記従来技術で活性の高い触媒を
得ることの妨げになっている焼成による賦活化を必要と
せず、かつV、Moとの複合化を十二分に図った触媒、
およびその製造法を提供し、活性、特に低温活性と耐久
性とを飛躍的に高めた触媒を提供することにある。
め、本発明で採用した方法は、焼成により賦活化する必
要のない特定組成のMo−V複合化合物を活性成分に用
い、これを酸化チタンを主成分にする担体に含浸する
か、酸化チタン粉末に添加後混練する方法である。
下記のとおりである。 (1)バナジウムとモリブデンの原子比V/Moが3/
2である示性式(NH4)xMo2Vx O(3x+6) (但しx
は2.8〜3.2)で表わされる排ガス浄化触媒化合
物。 (2)(1)記載の水溶性化合物を担体に担持したこと
を特徴とする排ガス浄化用触媒。 (3)(1)記載の水溶性化合物を酸化チタン担体に含
浸、または酸化チタン粉末とともに混練したことを特徴
とする排ガス浄化用触媒。 (4)前記触媒がさらに500℃以下の温度で焼成され
たことを特徴とする(2)または(3)記載の排ガス浄
化用触媒。 (5)酸化モリブデン(MoO3)とメタバナジン酸アン
モン(NH4 VO3)とを水の共存下で所定時間反応させ
ることを特徴とする(1)記載の化合物の製法。 (6)(1)記載の水溶性化合物とシリカゾルのような
ゾル状物とを含む排ガス浄化触媒用組成物。 (7)(6)記載の組成物を担体に担持した排ガス浄化
用触媒。 (8)(1)記載の水溶性化合物とシリカゾルのような
ゾル状物とを予め混合後、酸化チタン担体に担持、また
は酸化チタン粉末に混合することを特徴とする排ガス浄
化用触媒の製法。
明者等が上記従来技術の解決のため鋭意研究した結果見
いだしたもので、メタバナジン酸アンモニウム(NH4
VO 3)と三酸化モリブデン(MoO3)とをV/Mo原子
比で3/2(または6/4)になるように水に添加後、
所定時間(通常は10時間以上)撹拌して得られる赤褐
色の物質であり、溶解度は常温で170g/リットルと大
きいことが特徴である。本発明者等は、この化合物の構
造決定を試みているが、現在の段階では、水にほとんど
溶解しないメタバナジン酸アンモンと三酸化モリブデン
とを水に添加後、長時間撹拌した場合に生成する、V/
Mo比が3/2に近い、溶解度の高い赤褐色化合物とし
かわかっていない。また、本化合物をMoO3 −V2 O
5 、NH 4 VO3 −モリブデン酸アンモン((NH4)6 ・
Mo7 O24・4H2 O)、パラタングステン酸アンモン
((NH4)10H10・W12O46・6H2 O)とNH4 V
O3 、NH4 VO3 とWO3 との組合せ等で同様の化合
物の調製を試みたが、これらからのケースでは、上記の
溶解度の高い化合物の生成は認められなかった。従って
本発明で言うMo−V化合物とは、メタバナジン酸アン
モンと酸化モリブデンとを水と共に撹拌して生成する赤
褐色の溶解度の高い安定な化合物を意味する。本化合物
は、それ自体活性が高く、それを酸化チタンに添加した
場合、改めて焼成して賦活する必要がない上、MoとV
が安定な化合物を形成して複合化されているため、排ガ
ス中のSOxにより犯されにくく、耐久性の高い触媒を
与える。
記Mo−V化合物溶液を、予め調製した酸化チタンの担
体に所定濃度で含浸後、乾燥する操作がとられる。上記
Mo−V化合物は、焼成による賦活は必要ではないた
め、乾燥だけで高活性を示すが、必要によっては焼成工
程を追加してもよい。また、本発明のMo−V化合物を
利用した触媒は、含浸法だけではなく、酸化チタン粉末
に該化合物を添加後、成形、乾燥、必要に応じて焼成す
る方法によっても得ることが可能である。さらに、本発
明の触媒に用いるMo−V化合物は非常に安定であるた
め、シリカゾルなどのゾル状物と混合しても分解するこ
とがなく、得られた混合溶液を酸化チタン担体に担持す
ることにより、活性、強度ともに高い触媒を得ることが
できる。
らの見いだした新規なMo−V組成物を用いる点にあ
り、触媒または酸化チタンに無機繊維、他の触媒成分、
無機または有機結合剤等を含んでいることにより、制限
を受けるものではない。また、焼成による賦活はしない
場合に最も高活性、高耐久性が得られるが、触媒強度や
使用条件によっては500℃以下で焼成してもよい。さ
らに、酸化チタンに含浸または添加するMo−V化合物
の量は、限定されないが通常酸化チタンの20%以下
(重量基準、以下同じ)、望ましくは10%以下になる
よう選定された場合に好結果を与えやすい。
め、従来の混練方法および含浸方法で得られる触媒の問
題点について説明する。図2(A)は従来の混練方法で
得られた触媒の焼成前の表層断面を模式的に示したもの
である。添加した活性成分であるV化合物1、Mo化合
物2の乾燥過程で各々の化合物粒子になり酸化チタンと
混在した状態にある。この状態の触媒が、活性を示すた
めには活性成分が焼成されて酸化物になる必要がある。
さらに、離れた部位にあるV、Moなどが複合化して耐
久性の向上などの複合効果を発揮させるためには、さら
に高い温度で焼成し、熱拡散させて相互に反応させる必
要がある。このため、活性成分のみならず、酸化チタン
の焼結が進行し、比表面積の低い触媒になり、高い活性
は望めない。また、熱拡散による複合化は全ての活性成
分が均一に反応するわけではないので、耐久性の面でも
十分とは言えない。
媒の乾燥段階の同様な模式図を示したものであるが、含
浸方法の場合にも、乾燥段階では各成分が別々に酸化チ
タン(TiO2)3が表面に析出しており、焼成による賦
活や複合化が必要になることは言うまでもない。さら
に、従来の含浸法特有の問題点として、含浸された活性
成分の混合溶液中の各成分とTiO2 との親和性(吸着
力)の差異により、各成分の分布が触媒内に発生する。
このため、触媒全体で均一な活性成分比を維持すること
は至難の業となり、活性成分同士の複合により高い耐久
性を得ようとしても困難である。
表層断面の模式図であるが、この図から明らかなよう
に、本触媒では新たに見いだした安定度の高いMo−V
化合物4の溶液を触媒に担持するため、TiO2 3の表
面には乾燥終了段階で既に活性成分であるMoとVは複
合された状態にあり、焼成によって改めて複合化する必
要がない。そればかりではなく、担持されたMo−V化
合物は、それ自身高活性であるため、焼成による賦活を
必要としない。このため、活性成分および酸化チタンの
シンタリングを引き起こす焼成工程が不要であり、それ
に伴って、活性、特に高表面積の必要な低温活性の極め
て高い触媒を得ることが可能になる。もし、賦活や複合
化以外の理由で、焼成工程を取り入れたにしても、その
温度は必要最低限の低温でよく、活性の高い触媒を容易
に得ることが可能になる。さらに、注目すべきは、添加
された活性成分はMo−Vの特定比率を触媒中のどこで
も維持している点であり、これにより特別な複合処理を
必要としないだけではなく、常に活性、耐久性の高い触
媒を得ることが可能になる。
−V化合物が極めて安定であり、シリカゾル、TiO2
と混合しても破壊されることがなく、両者の混合溶液と
して含浸、混練に使用することができる点にある。これ
により、強度向上効果の大きいコロイド状シリカと活性
成分を一度に含浸や混練することが可能になり、製造工
程も極めて簡略にすることが可能になる。また、本発明
に用いるMo−V化合物は、TiO2 との親和力が小さ
いため触媒内部にまで均一に担持される特徴がある。ご
み焼却炉排ガスなどの200℃近辺の低温脱硝では、触
媒全体の活性点が利用されるため、この点でも有利にな
る。また、低温ではSOxによる劣化が著しくなる傾向
があるが、担持したMo−V化合物が安定で容易にSO
xとは反応としないため、従来では考えられないような
高い耐SOx性を有する触媒を得ることが可能になる。
加えて、本発明の触媒は有機塩素化合物の酸化分解にも
高い性能を示し、200℃近辺で耐久性とダイオキシン
などの含塩素化合物の酸化活性とを合わせもつことが必
要な、ごみ焼却炉排ガスの脱硝−ダイオキシン除去触媒
としても最適である。
に説明する。 実施例1 水410g に40.6g の三酸化モリブデン(MoO3)
と49.4g のメタバナジン酸アンモン(NH4 VO3)
を添加したスラリを常温で20時間緩やかに撹拌し、両
者を反応させて完全溶解させた。得られた反応液は、濃
度約18wt%、V/Mo原子比3/2であり、生成、溶
解した褐色物の示性式は(NH4)3 Mo 2 V3 O15で表
せる。 比較例1 水410g に49.8g のモリブデン酸アンモン((NH
4)6 ・Mo7 O24・4H2 O)と49.4g のメタバナ
ジン酸アンモン(NH4 VO3)を添加したスラリを常温
で20時間緩やかに撹拌した。この場合のスラリ中の固
形分濃度約18wt%、V/Mo原子比3/2と実施例1
と同じであったが、メタバナジン酸アンモンが溶解せ
ず、赤褐色の生成物も得られなかった。
4)6 ・Mo7 O24・4H2 O)と38.4g の五酸化バ
ナジウム(V2 O5)を添加したスラリを常温で20時間
緩やかに撹拌した。この場合のスラリ中の固形分濃度約
18wt%、V/Mo原子比3/2と実施例1と同じであ
ったが、五酸化バナジウムが溶解せず、赤褐色の生成物
溶液も得られなかった。 比較例3 水410g に65.4g の三酸化タングステン(WO3)
と49.4g のメタバナジン酸アンモン(NH4 VO3)
を添加したスラリを常温で20時間緩やかに撹拌し、両
者を反応させて完全溶解させた。スラリ中のV/W原子
比3/2と実施例1と同様であるが、両添加物ともほと
んど溶解せず、褐色の生成物は得られなかった。以上、
実施例1および比較例1〜3から明らかなように、V/
Mo比が3/2の前記特定化合物と見られる溶解度の大
きな赤褐色物質の生成は、メタバナジン酸アンモンと三
酸化モリブデンとを水中で反応させてできる特定の物質
であると考えられる。それらの生成は、出発原料が異な
ると生成せず、またMoと同族のWの酸化物でも生成し
ないことが分った。
本/インチの荒さで平織りした網状物にチタニア40
%、シリカゾル20%、ポリビニールアルコール1%の
スラリを含浸し、150℃で乾燥して剛性を持たせ触媒
基材を得た。他方、これとは別に比表面積約230m2/g
の酸化チタン1.5kgと蓚酸75gとを添加したものに
水を加えてペースト状にし、さらにシリカ・アルミナ繊
維を300g 添加して均一になるまで混練した。得られ
たペーストを先に作った触媒基材の間に挟んで、圧延ロ
ーラを通すことにより0.7mm厚さにチタニア成形し
た。これを室温で乾燥後、400℃で2時間焼成してチ
タニアを得た。本チタニア担体を、実施例1で合成した
Mo−V化合物溶液に浸漬して、Mo−V化合物を担持
し、80℃で2時間乾燥した。得られた触媒中のMoO
3 およびV2 O5 含有量はTiO2 に対し4.8wt%お
よび4.5wt%であった。
本/インチの荒さで平織りした網状物にチタニア40
%、シリカゾル20%、ポリビニールアルコール1%の
スラリを含浸し、150℃で乾燥して剛性を持たせ触媒
基材を得た。他方、これとは別に比表面積約230m2/g
の酸化チタン1.5kgとメタバナジン酸アンモン86.
7g 、モリブデン酸アンモン88.3g および蓚酸75
g とを添加したものに水を加えてペースト状にし、さら
にシリカ・アルミナ繊維を300g 添加して均一になる
まで混練した。得られたペーストを先に作った触媒基材
の間に挟んで、圧延ローラを通して0.7mm厚さに成形
した。これを室温で乾燥後、80℃で2時間乾燥して触
媒体を得た。本触媒中のMoO3 およびV2 O5 含有量
は、TiO2 に対し4.8wt%および4.5wt%であっ
た。
400、および500℃で2時間焼成して触媒を調製し
た。 比較例5〜8 実施例4で得られた触媒を比較例2〜5と同様に、それ
ぞれ200、300、400、および500℃で焼成し
て触媒体を得た。 比較例9および10 メタバナジン酸アンモン8.67g 、モリブデン酸アン
モン8.83g とを41cm3 の10%モノメチルアミン
水溶液に溶解した。得られた溶液に実施例2で用いたチ
タニア担体を浸漬して含浸後、室温および80℃で乾燥
して比較例9の触媒を得た。本触媒をさらに500℃で
2時間焼成し、比較例10の触媒を得た。
媒を、20mm×100mmに切断後、表1の条件で脱硝試
験を行なった。得られた結果を図3に、焼成温度と脱硝
率との関係として示した。なお、乾燥温度も焼成温度と
みなして、乾燥だけの触媒のデータも含めた。本図から
明らかなように、本願発明の触媒は極めて高い活性が得
られている。そればかりでなく、比較例触媒は400℃
以上で焼成しないと高い活性が得られないのに対し、本
発明の触媒は、焼成を全く行なわない実施例2の触媒で
も焼成触媒と同様に高い性能が得られた。このことか
ら、本発明の触媒は、焼成などの賦活処理を行なう必要
のないことは明白であり、活性、製造コスト面で極めて
大きな効果があることがわかる。
SO2 を200ppm 含む排ガス中に、200℃で100
時間暴露してSO2 による活性低下度合いを調べた。本
試験前後の200℃における触媒性能を表1の条件で測
定し、表2にまとめて示した。
により大幅に活性低下したのに対し、実施例触媒は、活
性低下が極めて小さかった。特に、実施例2の触媒は他
の触媒に比べて最も活性低下が小さいことがわかる。こ
れは、Mo−V化合物の形で触媒内に担持することによ
り、両者の複合化が十分であることに加え、SOxによ
り容易に犯されないためと考えられる。以上のように本
発明による触媒は、高活性な触媒を、焼成することなし
に得られるだけでなく、耐久性の面でも極めて優れたも
のであることがわかった。
め、他の実施例を示す。 実施例7 比較例4のモリブデン酸アンモンとメタバナジン酸アン
モンに代えて、実施例1で調製したMo−V化合物液を
用いる他は同様に触媒を調製した。 実施例8 実施例1で調製したMo−V液に、SiO2 を20wt%
含むコロイダルシリカ(日産化学社製、シリカゾル−
o)を500g を加え、両者の混合溶液を得た。本溶液
を用いて、実施例2と同様の方法で触媒を調製した。 比較例11 比較例9で用いたMo、V塩の混合モノメチルアミン溶
液にシリカゾル−oを50g 加えて混合した溶液を調製
して用い、比較例9と同様の触媒を調製した。 実施例9 実施例4の触媒を用いて200℃の脱硝活性を測定する
と同時に、排ガス中にダイオキシンの模擬物質としてク
ロロベンゼンを10ppm 添加し、触媒によるクロロベン
ゼンの酸化率を測定した。実施例7で得られた触媒を、
実施例2と同様に性能試験を行なった結果を、実施例2
の結果と合わせて表3に示した。実施例7に示したよう
に混練法の原料としてMo−V原料を用いても、含浸法
同様、高い性能が得られることがわかる。
活性と曲げ強度試験結果を表4にまとめて示した。比較
例触媒は、活性が低いだけではなく曲げ強度も、実施例
8のものに比べ極めて低い値である。これは、Mo、V
塩のモノメチルアミン溶液とシリカゾルとの混合によ
り、シリカゾル、バナジウム塩がゲル状に変化しチタニ
ア担体内に含浸されなかったためであると推定される。
本例からも明らかなように、本発明のMo−V化合物は
シリカゾルと任意に混合することが可能であるため、強
度向上剤と活性成分を同時に担持でき、簡単な操作で高
強度で高活性である触媒を得ることができる。
クロロベンゼンの酸化分解活性として80%以上の高い
値が得られることがわかった。このように、本発明の触
媒は200℃の低温活性に優れるだけではなく、ごみ焼
却炉排ガス中に含まれるSOxで劣化し難い上、ダイオ
キシン模擬物質である含塩素有機化合物の酸化活性にも
優れている。近年ますます増大しているごみ焼却炉など
でダイオキシンと脱硝の同時処理が望まれているが、本
発明の触媒は、このような社会的ニーズにもマッチした
極めて優れた触媒である。
必要としない触媒活性化合物が得られ、これを担持また
は混練した触媒は、低温活性、耐久性およびダイオキシ
ン分解活性に優れ、このため、ごみ焼却炉浄化装置など
の高効率化が可能になる。また、賦活処理としての焼成
が不要になるため、製造工程の簡略化が可能になるだけ
ではなく、触媒活性に重点を置いた触媒設計が可能にな
り、性能、経済面で各種改良が可能になる。さらに、本
触媒に用いるMo−V化合物はシリカゾルなどのゾル状
物と混合しても安定であるだけでなく、ゾルのゲル化を
生じない。そのため、強度向上を目的に行なわれている
シリカゾル含浸工程で活性成分を同時に担持することが
でき、高強度、高活性触媒を簡略な工程で得ることが可
能になる。
た触媒の表層断面の模式図。
す同様な模式補足図。
能を比較した図。
本発明のMo−V化合物。
Claims (8)
- 【請求項1】 バナジウムとモリブデンの原子比V/M
oが3/2である示性式(NH4)xMo2Vx O(3x+6)
(但しxは2.8〜3.2)で表わされる排ガス浄化触
媒化合物。 - 【請求項2】 請求項1記載の水溶性化合物を担体に担
持したことを特徴とする排ガス浄化用触媒。 - 【請求項3】 請求項1記載の水溶性化合物を酸化チタ
ン担体に含浸、または酸化チタン粉末とともに混練した
ことを特徴とする排ガス浄化用触媒。 - 【請求項4】 前記触媒がさらに500℃以下の温度で
焼成されたことを特徴とする請求項2または3記載の排
ガス浄化用触媒。 - 【請求項5】 酸化モリブデン(MoO3)とメタバナジ
ン酸アンモン(NH 4 VO3)とを水の共存下で所定時間
反応させることを特徴とする請求項1記載の化合物の製
法。 - 【請求項6】 請求項1記載の水溶性化合物とシリカゾ
ルのようなゾル状物とを含む排ガス浄化触媒用組成物。 - 【請求項7】 請求項6記載の組成物を担体に担持した
排ガス浄化用触媒。 - 【請求項8】 請求項1記載の水溶性化合物とシリカゾ
ルのようなゾル状物とを予め混合後、酸化チタン担体に
担持、または酸化チタン粉末に混合することを特徴とす
る排ガス浄化用触媒の製法。
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