[go: up one dir, main page]

JP2011067814A - 高耐熱水性scr触媒及びその製造方法 - Google Patents

高耐熱水性scr触媒及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2011067814A
JP2011067814A JP2010189436A JP2010189436A JP2011067814A JP 2011067814 A JP2011067814 A JP 2011067814A JP 2010189436 A JP2010189436 A JP 2010189436A JP 2010189436 A JP2010189436 A JP 2010189436A JP 2011067814 A JP2011067814 A JP 2011067814A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
iron
scr catalyst
catalyst
weight
type zeolite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2010189436A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5625622B2 (ja
Inventor
Keisuke Tokunaga
敬助 徳永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tosoh Corp filed Critical Tosoh Corp
Priority to JP2010189436A priority Critical patent/JP5625622B2/ja
Publication of JP2011067814A publication Critical patent/JP2011067814A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5625622B2 publication Critical patent/JP5625622B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409Nitrogen oxides
    • B01D53/9413Processes characterised by a specific catalyst
    • B01D53/9418Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by selective catalytic reduction [SCR] using a reducing agent in a lean exhaust gas
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/70Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65
    • B01J29/72Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65 containing iron group metals, noble metals or copper
    • B01J29/76Iron group metals or copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2235/00Indexing scheme associated with group B01J35/00, related to the analysis techniques used to determine the catalysts form or properties
    • B01J2235/15X-ray diffraction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2235/00Indexing scheme associated with group B01J35/00, related to the analysis techniques used to determine the catalysts form or properties
    • B01J2235/30Scanning electron microscopy; Transmission electron microscopy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/064Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof containing iron group metals, noble metals or copper
    • B01J29/072Iron group metals or copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/70Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65
    • B01J29/72Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65 containing iron group metals, noble metals or copper
    • B01J29/76Iron group metals or copper
    • B01J29/7615Zeolite Beta
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/40Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0201Impregnation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08Heat treatment
    • B01J37/10Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20738Iron
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/50Zeolites
    • B01D2255/502Beta zeolites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/90Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/92Dimensions
    • B01D2255/9202Linear dimensions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2229/00Aspects of molecular sieve catalysts not covered by B01J29/00
    • B01J2229/10After treatment, characterised by the effect to be obtained
    • B01J2229/18After treatment, characterised by the effect to be obtained to introduce other elements into or onto the molecular sieve itself
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2229/00Aspects of molecular sieve catalysts not covered by B01J29/00
    • B01J2229/10After treatment, characterised by the effect to be obtained
    • B01J2229/18After treatment, characterised by the effect to be obtained to introduce other elements into or onto the molecular sieve itself
    • B01J2229/186After treatment, characterised by the effect to be obtained to introduce other elements into or onto the molecular sieve itself not in framework positions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08Heat treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/30Ion-exchange
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2510/00Surface coverings
    • F01N2510/06Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction
    • F01N2510/063Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction zeolites
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066Selective catalytic reduction [SCR]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

【課題】
鉄を含んでなるβ型ゼオライトからなるSCR触媒は還元剤の存在下、高温で高いNOx還元性能を有するが、低温(200℃以下)での還元性能が十分でなかった。
【解決手段】
X線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)が0.28〜0.34°、水和処理後の900℃加熱減量が15.0〜18.0重量%である鉄を含有してなるβ型ゼオライトを含んでなるSCR触媒では、200℃以下での45%以上の高いNOx還元率が達成される。当該SCR触媒は、鉄を含有してなるβ型ゼオライトを水蒸気濃度5容量%以下の雰囲気下、700〜850℃で焼成を行うことによって製造できる。
【選択図】図4

Description

本発明は、還元剤の存在下で自動車排ガス中の窒素酸化物を浄化するのに利用される、鉄及びβ型ゼオライトからなるSCR触媒及びその製法に関する。
β型ゼオライトは、NOx還元触媒、特にアンモニアを還元剤として用いるNOx還元触媒(一般にSCR触媒といわれる選択的接触還元“Selective catalytic reduction”の略)に用いられるゼオライトとして知られている。(特許文献1参照)。
β型ゼオライトを用いたSCR触媒は、高温水蒸気雰囲気下での耐久処理(以下、水熱耐久処理という)後において、NOx還元性能が低下し、特に300℃以下の低温活性での劣化が大きく、排ガス温度が低い条件下で使用することができなかった。このようなβ型ゼオライトを用いたSCR触媒の水熱耐久処理後における性能低下は、β型ゼオライトの耐熱水性が不十分であることが主な原因と考えられるが、特に低温活性が低下してしまう原因はこれまで十分に解明されていなかった。従来の文献における報告されているSCR触媒の性能、或いは市販のβ型ゼオライトを用いたSCR触媒の性能は、いずれも、水熱耐久処理後では、200℃におけるNOx還元率が45%未満であった。
β型ゼオライトは触媒或いは吸着剤に用いられるゼオライトとしてよく知られており、その耐熱水性を向上させる方法としてはSiO/Alモル比を高めること、或いは結晶径を大きくすることが知られている(特許文献2、3参照)。しかし、SiO/Alモル比を大きくした場合には固体酸即ち触媒活性点が少なくなり、また結晶径を大きくした場合には触媒における拡散速度が低下し、温度が時間とともに変化するような過渡的な条件下での触媒特性には不利になり、SCR触媒用途においては十分な解決にはならなかった。
これまでβ型ゼオライトを用いたSCR触媒の性能向上についていくつかの提案がなされている。例えば、使用前に水熱処理して脱アルミニウム処理をする方法が提案されている(特許文献4)。しかし、耐久処理後における性能はまだ十分なものではなかった。また触媒の担持金属として通常用いられる鉄に、さらに希土類元素を添加することによって耐熱水性を向上する方法が報告されている(特許文献5)。しかし当該方法においても高価な希土類が必要であるにも係らず、なお200℃におけるNOx還元率は45%未満でしかなかった。
また、β型ゼオライトのSiO/Al比、SEM粒径、NH吸着量を最適化したSCR触媒による耐久後活性を向上させる手法が提案されているが(特許文献6)、なお200℃におけるNOx還元率は45%未満でしかなかった。
特許第2904862号公報 特開平9−038485号公報 特開平11−228128号公報 特表2004−536756号公報 特開2005−177570号公報 特開2008−081348号公報
本発明の目的は、NOx還元性、特に水熱耐久処理後での低温におけるNOx還元性能が高いSCR触媒、及びその簡便な製造方法を提供するものである。
本発明者等は、β型ゼオライトを用いたSCR触媒、特に水熱耐久処理後における低温でのSCR触媒の低温でのNOx還元性能について鋭意検討を重ねた結果、ゼオライトに遷移金属を担持した後に高温で焼成処理を行い、特定の結晶状態及び表面状態とすることにより、ゼオライトと遷移金属の相互作用を高めることができ、低温、特に200℃以下でのNOx還元性能を極めて高くすることができることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
即ち、本発明の要旨は、下記(1)〜(10)に存する。
(1)X線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)が0.28〜0.34°、水和処理後の900℃加熱減量が15.0〜18.0重量%である鉄を含有してなるβ型ゼオライトを含んでなるSCR触媒。
(2)好ましくは、触媒に含有する全鉄量に対する孤立鉄イオンの割合が60〜90%であり、かつその孤立イオン鉄量が触媒重量に対して1.0〜3.0重量%であることを特徴とする上記(1)に記載のSCR触媒。
(3)好ましくは、触媒に含有するイオン交換鉄量が触媒に対して0〜1.0重量%であることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載のSCR触媒。
(4)好ましくは、SiO/Alモル比が20〜50であり、鉄を1〜10重量%含むβ型ゼオライトの平均SEM粒子径が0.3〜2.0μmであることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれか一項に記載のSCR触媒。
(5)好ましくは、SiO/Alモル比が25〜45であり、鉄を1.5〜3.5重量%含むβ型ゼオライトの平均SEM粒子径が0.3〜1.0μmであることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれか一項に記載のSCR触媒。
(6)好ましくは、700℃、20時間、水蒸気濃度10容量%の雰囲気下での水熱耐久処理後におけるNOx還元率が反応温度200℃で45%〜65%であることを特徴とする上記(1)乃至(5)のいずれか一項に記載のSCR触媒。
(7)鉄を含有してなるβ型ゼオライトを水蒸気濃度5容量%以下の雰囲気下、700〜850℃で焼成を行うことを特徴とする上記(1)乃至(6)のいずれか一項に記載のSCR触媒の製造方法。
(8)好ましくは、水蒸気濃度が1容量%以下であることを特徴とする上記(7)に記載のSCR触媒の製造方法。
(9)好ましくは、700〜850℃での焼成における保持時間が1時間以上であることを特徴とする上記(7)又は(8)に記載のSCR触媒の製造方法。
(10)上記(1)乃至(6)のいずれか一項に記載のSCR触媒を用いたことを特徴とする窒素酸化物の還元除去方法。
以下、本発明のSCR触媒について説明する。
本発明のSCR触媒は鉄を含有してなるβ型ゼオライトから構成される。これにより、β型ゼオライトと鉄の相互作用が発現して、このSCR触媒は優れた触媒活性を呈する。ゼオライトと鉄の相互作用の詳細は明らかではないが、ゼオライトの構造欠陥(シラノールまたはヒドロキシルネストなどと呼ばれる)への鉄の配位、またはゼオライト表面のシラノールと酸化鉄、および水酸化鉄の縮合反応等により発現するためと考えられる。
本発明のSCR触媒はX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)が0.28〜0.34°であることを必須とし、0.30〜0.32°であることが好ましい。
半値幅(FWHM)は結晶の状態を表す指標であり、この値から結晶の規則性、すなわち構造欠陥の多寡を判断することができる。この値が大きいほど結晶の規則性は低く、結晶中に欠陥が多く生成していることを示しており、この欠陥部位と鉄との相互作用が強く発現し、水熱処理後での触媒活性が向上するものと考えられる。一方、半値幅(FWHM)が著しく大きい場合はゼオライト構造自体の崩壊が進み過ぎており、触媒活性は著しく低下すると考えられる。
従って、半値幅(FWHM)が0.28°未満であるものは構造欠陥が少なく、鉄とβ型ゼオライトの相互作用が十分でないため、熱水処理後での触媒活性が低くなり、0.34°を超えるとゼオライト構造自体の崩壊が著しく進み過ぎ、触媒活性が低くなる。
本発明のSCR触媒は水和処理後の900℃加熱減量が15.0〜18.0重量%であることを必須とし、特に15.5〜17.5重量%であることが好ましい。
ここで、水和処理をしたゼオライトの加熱減量とは、所定温度でSCR触媒を加熱したときのSCR触媒の重量減少率であり、900℃加熱減量とは900℃の加熱処理におけるSCR触媒の重量減少率である。加熱減量は、吸着水分量および結晶構造中のシラノール部位の脱水縮合により生成する水分量を反映する。そのため、加熱減量は水分の吸着サイトでもある表面シラノール量の多少を判断する指標として用いることができる。この値が小さいほどシラノールと鉄の反応が進んでおり、水熱処理後での触媒活性が向上すると考えられる。一方、大きい場合はその表面シラノールが十分反応しておらず、鉄との反応が十分進んでいないため、SCR触媒活性は低くなると考えられる。
従って、水和処理後の900℃加熱減量が15.0重量%未満であるものはゼオライト構造自体の崩壊が著しく進んでおり、触媒活性が低く、SCR触媒に適さない。一方、18.0重量%を超えるゼオライトでは、その表面シラノールが十分反応しておらず、鉄との反応が十分進んでいないため、熱水処理後の触媒活性が低い。
本発明で使用されるβ型ゼオライトのSiO/Alモル比は特に限定されるものではないが、触媒活性、骨格構造安定の面から20〜50であることが好ましく、20〜40であることがより好ましい。また、平均SEM粒子径も特に限定されないが、ゼオライトの熱安定性、及び金属の分散担持、製造の容易さから0.3〜2.0μmであることが好ましい。また、鉄を高分散に担持させるために、半値幅は0.22〜0.34°、900℃加熱減量は15〜25重量%であることが望ましい。半値幅が0.22°未満では骨格が強すぎて鉄とゼオライトの相互作用が進まず、0.34°を超えると骨格が弱すぎるため鉄を担持する過程で構造が崩れ、高分散に鉄を担持することができない。900℃加熱減量が15重量%未満では疎水性が高すぎて鉄を高分散に担持することができない。例えば、水熱処理や酸処理で疎水性を促進させたゼオライトは適さない。900℃加熱減量が25重量%を超える酸点、及び格子欠陥が多すぎるゼオライトも、鉄を担持する過程で構造が崩れるため高分散に担持することができない。例えば、Si/Alモル比が20未満、平均SEM粒子径が0.3μm未満のようなゼオライトは適さない。
本発明のSCR触媒は鉄を含有してなるβ型ゼオライトを含んでなるものであり、本発明の触媒に含有される鉄成分は孤立鉄イオン、Feクラスター、Fe凝集粒子で構成される。鉄の状態としては孤立鉄イオンの状態で存在していることが望ましい。本触媒での孤立鉄イオンはゼオライト表面に高分散に担持された鉄、及びゼオライトのイオン交換サイトに存在するイオン交換鉄より構成される。
また、Feクラスターとは熱処理により、いくつかのFeが凝集した状態を示す。Fe凝集粒子は更にFeクラスターの凝集が進み、赤褐色を示すような粒子状酸化鉄を示す。これら凝集鉄は孤立鉄イオンに比べて著しく低活性であるため、その割合、量ともに少ないことが望ましい。
本発明の触媒に含有される鉄成分は孤立鉄イオン、Feクラスター、Fe凝集粒子で構成され、これらは、紫外可視吸光測定で測定することができる。孤立鉄イオン又はFeクラスター、Fe凝集粒子は紫外及び可視光の波長領域に吸収を示す。紫外可視吸光測定における、鉄の吸収波長領域はその存在状態によって異なり、〜300nmの吸収は孤立鉄イオンに、300〜400nmの吸収はFeクラスターに、400nm〜の吸収はFe凝集粒子に帰属される。即ち、紫外可視吸収スペクトルにおけるピーク波長約210±10nm及び約270±10nmのガウス曲線よりなる分解波形は孤立鉄イオンに基づく吸収に帰属される。
紫外可視吸光測定における孤立鉄イオンの割合は、紫外可視吸収スペクトルの波長領域220〜700nmの範囲において、全吸収積分強度(A)に対し、ピーク波長210±10nmの積分強度(B)及びピーク波長270±10nmの積分吸収強度(C)の比(孤立鉄イオン割合)=(B+C)/Aによって求められる。また、孤立イオン鉄量はICP組成分析より求めた触媒含有鉄量に孤立鉄イオン割合を乗じた(孤立鉄イオン鉄量)=(孤立鉄イオン割合)×(触媒含有鉄量)で求めることができる。
また、紫外可視吸光測定におけるFeクラスターの割合は、紫外可視吸収スペクトルの波長領域220〜700nmの範囲において、全吸収積分強度(A)に対し、ピーク波長325±10nmの積分強度(D)及びピーク波長380±10nmの積分吸収強度(E)の比(Feクラスター割合)=(D+E)/Aによって求められる。Feクラスター量はICP組成分析より求めた触媒含有鉄量に孤立Feクラスター割合を乗じた(Feクラスター量)=(Feクラスター割合)×(触媒含有鉄量)で求めることができる。
また、紫外可視吸光測定におけるFe凝集粒子の割合は、紫外可視吸収スペクトルの波長領域220〜700nmの範囲において、全吸収積分強度(A)に対し、ピーク波長435±10nmの積分強度(F)及びピーク波長505±10nmの積分吸収強度(G)の比(Fe凝集粒子割合)=(F+G)/Aによって求められる。Fe凝集粒子量はICP組成分析より求めた触媒含有鉄量に孤立Fe凝集粒子割合を乗じた(Fe凝集粒子量)=(Fe凝集粒子割合)×(触媒含有鉄量)で求めることができる。
窒素酸化物浄化機能が低いSCR触媒では孤立鉄イオンの割合が小さくなる。本発明のSCR触媒では含有鉄中の孤立鉄イオンの割合が60%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。孤立鉄イオン割合の上限は、現実的には90%が上限であると考えられる。また、孤立鉄イオンの量は触媒重量に対して1.0重量%以上であることが好ましく、1.5重量%以上であることがより好ましい。担持鉄量が増えると鉄の凝集が起こりやすくなるため、現実的には3.0重量%が上限であると考えられる。
孤立鉄イオンは結晶表面に担持されたものとイオン交換サイトにあるものからなり、特にβ型ゼオライトの結晶表面に担持されていることが好ましく、イオン交換鉄が少ないことが望ましい。イオン交換された鉄は水熱処理で鉄が移動し易く、鉄が外れたサイトでプロトンが発生し、触媒が失活しやすいためである。イオン交換鉄量は0〜1.0wt%であることが望ましい。イオン交換鉄量は触媒をナトリウム交換し、イオン交換容量測定の値から求めることができる。
鉄の含有量は限定されないが、1〜10重量%であることが好ましく、2〜5重量%の範囲がより好ましい。
本発明のSCR触媒は、鉄を含有してなるβ型ゼオライトを含んでなるものであるが、鉄以外に周期律表のVIII族、IB族の元素群の金属(つまり、Co,Ni,Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt,Cu,Ag及びAu)、希土類金属、チタニア、ジルコニアを助触媒成分として付加的に加えることもできる。
担持方法として、イオン交換法、含浸担持法、蒸発乾固法、沈殿担持法、物理混合法、骨格置換法等の方法を採用することができる。金属担持に用いる原料も硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、塩化物、錯塩、酸化物、複合酸化物など可溶性、不溶性のものがいずれも使用できる。
本発明のSCR触媒は、700℃、20時間、10容量%水素雰囲気下の水熱耐久処理後に、反応温度200℃でのNOx還元率が45%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましい。現実的には65%が上限であると考えられる。
水熱耐久処理後のSCR触媒において、反応温度200℃でのNOx還元率はSCR触媒で重要とされる低温活性、水熱耐久性を判断する指標である。反応温度200℃でのNOx還元率が45%以上であれば、安定して長時間にわたりNOxを処理することができる。
本発明でいう水熱耐久処理とは、水蒸気を10容量%含む空気流通下において温度700℃、20時間、ガス流量/ゼオライト容量比100倍/分で処理することをいう。従来からSCR触媒は水熱耐久処理の性能で評価されることが一般的であるが、その水熱耐久処理としては、特に規格化されたものはない。上記の水熱耐久試験条件はSCR触媒の水熱耐久処理条件として一般的に用いられる条件の範疇であり、特に特殊な条件ではない。
なお、β型ゼオライトに限らず、ゼオライトは600℃以上における熱的なダメージは指数関数的に増大するため、700℃で20時間の水熱耐久処理は、650℃であれば100〜200時間以上、800℃であれば数時間の処理に相当するものである。
本発明のSCR触媒は、シリカ、アルミナ及び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。成形する際に用いられる粘土鉱物として、カオリン、アタパルジャイト、モンモリロナイト、ベントナイト、アロフェン、セピオライトが例示できる。
本発明のSCR触媒は排ガス浄化用触媒として高い性能を有する。
本発明のSCR触媒はゼオライトと鉄の相互作用を熱処理により高めることで、水熱処理後に特に低温で高いNOx分解性を発揮するものであり、窒素酸化物を含む排ガスと接触させることにより、高度に排ガス浄化することができる。
本発明で浄化される窒素酸化物は、例えば一酸化窒素、二酸化窒素、三酸化二窒素、四酸化二窒素、一酸化二窒素、及びそれらの混合物が例示される。好ましくは一酸化窒素、二酸化窒素、一酸化二窒素である。ここで本発明が処理可能な排ガスの窒素酸化物濃度は限定されるものではない。
また排ガスには窒素酸化物以外の成分が含まれていてもよく、例えば炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素、酸素、硫黄酸化物、水が含まれていても良い。具体的には、本発明の方法ではディーゼル自動車、ガソリン自動車、ボイラー、ガスタービン等の多種多様の排ガスから窒素酸化物を浄化することができる。
本発明のSCR触媒は還元剤の存在下で窒素酸化物を浄化するものである。
還元剤としては排ガス中に含まれる炭化水素、一酸化炭素、水素等を還元剤として利用することができ、更には必要に応じて適当な還元剤を排ガスに添加して共存させても良い。排ガスに添加される還元剤は特に限定されないが、アンモニア、尿素、有機アミン類、炭化水素、アルコール類、ケトン類、一酸化炭素、水素等又はそれらの任意の混合物が挙げられ、特に窒素酸化物の浄化効率をより高めるためには、特にアンモニア、尿素、有機アミン類又はそれらの任意の混合物が好ましく用いられる。
これらの還元剤により、窒素酸化物は無害な窒素に転化され、排ガスを処理することが可能となる。
これらの還元剤の添加方法は特に限定されず、還元成分をガス状で直接添加する方法、水溶液などの液状を噴霧し気化させる方法、噴霧熱分解させる方法等を採用することができる。これらの還元剤の添加量は、十分に窒素酸化物が浄化できるように任意に設定することができる。
本発明の窒素酸化物の浄化方法において、SCR触媒と排ガスを接触させる際の空間速度は特に限定されないが、好ましい空間速度は体積基準で500〜50万hr−1であり、より好ましくは2000〜30万hr−1である。
次に、本発明のSCR触媒の製造方法について説明する。
本発明のSCR触媒は、鉄を含有してなるβ型ゼオライトを水蒸気濃度5容量%以下の雰囲気下において700〜850℃で焼成を行うことにより製造することができる。
従来、β型ゼオライトのように脱アルミニウム(Al)が起こりやすいゼオライトを用いた触媒においては、その骨格構造の保持、固体酸の保持のため、700〜850℃のような高温でのドライ焼成は行なわれていなかった。担持鉄塩の分解やゼオライト中の水分を飛ばす活性化処理は骨格構造、固体酸保持のため、100〜500℃で行なわれることが一般的であった。もしくは、10容量%を超えるような水蒸気雰囲気下で骨格構造を保持しつつ、強すぎる活性を抑えるための脱アルミニウム処理や、特殊な還元雰囲気での焼成が通常であった。本発明はこれまで行なわれていなかった低水蒸気空気雰囲気での高温処理がSCR触媒の耐久処理後の活性の改善に有効であることを見出したものである。
本発明で用いるβ型ゼオライトは、例えば特開2008−81348号公報(特許文献6)に開示された方法で製造したものが使用できる。
本発明の方法では、鉄を含有させた後に焼結を行なう必要があり、先にβ型ゼオライトの高温焼成を行なうと本発明における鉄とβ型ゼオライトの相互作用が発揮されず、活性が低下する。
従来、水熱処理や熱処理を施してゼオライトを安定化した後に金属を含有させる方法も提案されているが、これらの方法はβ型ゼオライトの骨格構造の耐久性を向上することはできるが、鉄とβ型ゼオライトの相互作用を向上するものではなく、本発明のSCR触媒活性は得られない。鉄の分散性が低下し、活性が低下するためである。
また、耐熱性の高いゼオライト構造としてZSM−5やフェリエライト等が知られているが、骨格構造の耐久性は高いが、鉄の高分散担持が困難であり、且つ鉄とゼオライトの相互作用が進みにくいため、本発明のSCR触媒には適さない。
本発明のSCR触媒の製造における焼成時の水蒸気濃度は、5容量%以下で行なうことを必須とする。1容量%以下で行なうことが、鉄とゼオライトの相互作用を阻害する水蒸気による加水分解反応を抑制するために好ましい。5容量%を超える水蒸気濃度では、水蒸気による鉄とβ型ゼオライトの相互作用による性能向上ではなく、鉄の凝集が促進され、水熱処理後の耐久活性は低下する。
本発明のSCR用触媒の製造における焼成温度は700〜850℃で行なうことを必須とする。750〜800℃で行なうことが好ましい。700℃未満では鉄とβ型ゼオライトとの相互作用の促進が十分に進まず、本発明の触媒活性を得ることができず、一方で850℃を超えるとβ型ゼオライトの結晶崩壊が著しく進行し、触媒活性が低下する。
本発明の方法における焼成時間は特に限定されるものではないが、焼成時間が短すぎると鉄とβ型ゼオライトの相互作用が十分に進行しないため、1時間以上保持することが好ましい。
本発明のSCR触媒の製造における焼成を行なう前の鉄を含有してなるβ型ゼオライトとしては、鉄の分散性、ゼオライトの耐久性を考慮すると、鉄含有量が1.5〜3.5重量%、且つSiO/Alモル比が25〜45、平均SEM粒子径が0.2〜1.0μmとすることが好ましい。
本発明の鉄を含有してなるβ型ゼオライトを含んでなるSCR触媒は、水熱蒸気含有雰囲気下の高温での耐久処理後もSCR触媒性能、特に低温でのNOx還元性に優れる。
図1は、実施例3で得られた触媒3の紫外可視吸光測定における波長と吸光度の関係を示す図である。 図2は、実施例1,2,3又は4又は比較例1,2又は3でそれぞれ得られた各SCR触媒の焼成温度とX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)との関係を示す図である。 図3は、実施例1,2,3又は4又は比較例1,2又は3でそれぞれ得られた各SCR触媒の焼成温度と900℃加熱減量との関係を示す図である。 図3は、実施例1,2,3又は4又は比較例1,2又は3でそれぞれ得られた各SCR触媒の焼成温度と水熱耐久処理後での200℃NOx還元率の関係を示す図である。 図5は、実施例3又は6で得られた触媒3、6と、比較例5、6で得られた比較触媒5、6の孤立鉄イオンの割合、及びFe量(wt%)の関係を示す図である。 図6は、実施例1,3又は4でそれぞれ得られた触媒1,3又は4又は比較例1,3,5,6又は7でそれぞれ得られた比較触媒1,3,5,6又は7における半値幅と水熱耐久処理後での200℃NOx還元率との関係を示す図である。 図7は、実施例1,3又は4でそれぞれ得られた触媒1,3又は4又は比較例1,3,5,6又は7でそれぞれ得られた比較触媒1,3,5,6又は7における900℃加熱減量と水熱耐久処理後での200℃NOx還元率との関係を示す図である。
{X線による半値幅(FWHM)の測定}
通常用いられるCu−Kα線源を用いる粉末X線結晶回折により、2θ=22.6°付近に現れるメインピークを使用して半値幅(FWHM)を求めた。
(水和処理)
塩化アンモニウムの飽和水溶液を下部に充填したデシケーター内に処理物を置き、真空ポンプにて内部を15Torr以下まで減圧した後、減圧を止め、内部を閉鎖したまま、12時間以上静置することにより水和処理を行った。
(水和処理後の900℃加熱減量の測定)
水和処理を行なった測定物をるつぼに入れ重量を測定した後、マッフル炉にて乾燥空気流通下で室温から900℃まで3時間かけて昇温し、900℃で5時間保持した後、シリカゲルを充填したデシケーター内で室温まで十分冷却を行い、その重量を測定することにより900℃加熱減量を求めた。
即ち、加熱減量(重量%)=(加熱前の測定物重量−加熱後の測定物重量)/加熱前の測定物重量×100で求めた。正確な加熱減量を求めるために、放置している間に水分吸着量が変わらないようにするため、水和処理後に速やかに測定物の重量の測定を行った。
(水熱耐久処理条件)
SCR触媒を以下の雰囲気下で処理した。
温度 :700℃
時間 :20時間
ガス中水分濃度 :10容量%
ガス流量/ゼオライト容量比 :100倍/分
(NOx還元率の測定)
以下の条件のガスを所定の温度で接触させた場合の窒素酸化物の還元率をNOx還元率とした。SCR触媒は一般的に還元分解するNOxガスと還元剤のアンモニアを1:1で含有するガスを用いて評価することが一般的である。本発明で用いたNOx還元条件は、通常SCR触媒のNOx還元性を評価する一般的な条件の範疇に入るものであり、特に特殊な条件ではない。
本発明の評価で採用した窒素還元条件:
処理ガス組成 NO 200ppm
NH 200ppm
10容量%
O 3容量%
残り Nバランス
処理ガス流量 1.5リットル/分
処理ガス/触媒容量比 1000/分
(紫外可視吸光測定)
積分球付属装置((株)島津製作所のISR−3100)を試料室に取り付けた自記分光光高度計((株)島津製作所のUV−3100)を用いて紫外可視吸光測定を行なった。
スキャンスピード :200nm/min
スリット幅 :5.0nm
ベースライン補正 :硫酸バリウム粉末
測定波長範囲 :220〜700nm
(イオン交換鉄量)
イオン交換鉄量は、触媒のナトリウム交換重量(容量)をイオン交換、ろ過、洗浄、乾燥した後、ICPの組成分析により求め、換算式によりイオン交換鉄量に換算した。
Na交換条件 触媒量 :1g
イオン交換溶液:純水99g+酢酸ナトリウム1.5g
交換時間 :1時間
交換温度 :30℃
換算式
(イオン交換鉄量)={(Na交換重量)/(Na原子量)}×{(鉄原子量)/3}
ここで、イオン交換鉄量は触媒重量に対する重量%、Na交換量は触媒重量に対する重量%、Na原子量は23.0及び鉄原子量は55.8である。
(平均SEM粒子径)
平均SEM粒子径は一般的なSEM観測で求めることができる。本願でのSEM粒子径はレーザー回折散乱式粒子径・粒度分布測定装置や、遠心沈降式粒子径粒度分布測定装置で測定される凝集粒子径ではなく、それを構成する一次粒子径のことをさす。倍率15000倍でSEM観測を行い、視野内の粒子100個を無作為に選び、その粒子径をそれぞれ測定し、その個数平均径を算出し、平均SEM粒子径とした。
観測倍率:15000倍
測定個数:100個
算出方法:個数平均径
実施例1(触媒1)
純水4.61gに硝酸第二鉄九水和物(キシダ化学製)3.48gを溶解させ、硝酸第二鉄水溶液を作製した。乳鉢を用いてβ型ゼオライト〔SiO/Alモル比=29、平均SEM粒子径=0.40μm、X線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)=0.24°、水和処理後の900℃加熱減量=19.6重量%〕15g(乾燥重量)と該硝酸鉄水溶液を10分間均一となるよう良く混合した後、熱風式棚段乾燥機を用いて110℃で24時間乾燥し、鉄担持β型ゼオライト乾燥物を得た。該乾燥物8g(有姿重量)を磁性皿にいれ電気式マッフル炉にて焼成を行なった。乾燥空気(水蒸気濃度0.05容量%)を2.0L/分で吹き込みながら225℃/時間の昇温速度で室温から700℃まで昇温し、700℃で1時間保持し焼成を行なった。室温まで冷却した後に該鉄担持β型ゼオライトを取り出し、触媒1を得た。
触媒1のX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)は0.30°であり、鉄の含有量が3.2重量%であり、水和処理後の900℃加熱減量が17.5重量%であった。
又、700℃、20時間、10容量%水蒸気雰囲気下の水熱耐久処理後におけるNOx還元率は反応温度200℃で46%であった。
実施例2(触媒2)
207℃/時間の昇温速度で室温から750℃まで昇温し、750℃で1時間保持し焼成を行なった以外は実施例1と同様にして触媒2を得た。
触媒2のX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)は0.30°であり、鉄の含有量が3.2重量%であり、水和処理後の900℃加熱減量が17.2重量%であった。700℃、20時間、10容量%水蒸気雰囲気下の水熱耐久処理後におけるNOx還元率は反応温度200℃で50%であった。
実施例3(触媒3)
194℃/時間の昇温速度で室温から800℃まで昇温し、800℃で1時間保持し焼成を行なった以外は実施例1と同様にして触媒3を得た。
触媒3のX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)は0.30°であり、鉄の含有量が3.2重量%であり、水和処理後の900℃加熱減量が16.4重量%であった。700℃、20時間、10容量%水蒸気雰囲気下の水熱耐久処理後におけるNOx還元率は反応温度200℃で55%であった。
組成をICP分析した結果、Fe含有量は3.1重量%であった。紫外可視吸光測定を行なった。その結果を図1に示す。この図から、孤立鉄イオンの割合は80%であることが明らかとなった。
又、別のICP組成分析により、孤立鉄イオン量は2.5重量%であった。また、イオン交換鉄量は0.9重量%であった。
実施例4(触媒4)
183℃/時間の昇温速度で室温から850℃まで昇温し、850℃で1時間保持し焼成を行なった以外は実施例1と同様にして触媒4を得た。
触媒4のX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)は0.32°であり、鉄の含有量が3.2重量%であり、水和処理後の900℃加熱減量が15.8重量%であった。700℃、20時間、10容量%水蒸気雰囲気下の水熱耐久処理後におけるNOx還元率は反応温度200℃で47%であった。
実施例5(触媒5)
実施例1記載の鉄担持β型ゼオライト乾燥物を圧縮成型器にて直径2cmの円盤状のペレットに成型した。乳鉢にて該ペレットを粉砕した後、ふるいを用いて840〜1410μmに整粒し、鉄担持β型ゼオライト顆粒を得た。該鉄担持β型ゼオライト顆粒5mlをメスシリンダーにて秤り取り、直径8mm、内径6mm、長さ25cmの石英反応管中央部に石英ウールを用いて固定した。水蒸気濃度5容量%を含む空気を300ml/分で流通させながら、管状電気炉にて194℃/時間の昇温速度で室温から800℃まで昇温し、800℃で1時間保持し焼成を行なった。室温まで冷やした後に該鉄担持β型ゼオライトを取り出し、触媒5を得た。
触媒5のX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)は0.28°であり、水和処理後の900℃加熱減量が16.2重量%であった。700℃、20時間、10容量%水蒸気雰囲気下の水熱耐久処理後におけるNOx還元率は反応温度200℃で45%であった。
実施例6(触媒6)
硝酸第二鉄九水和物(キシダ化学製)2.27gを溶解させた以外は実施例3と同様にして触媒6を得た。
触媒6のX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)は0.30°であり、水和処理後の900℃加熱減量が16.5重量%であった。700℃、20時間、10容量%水蒸気雰囲気下の水熱耐久処理後におけるNOx還元率は反応温度200℃で52%であった。組成をICP分析した結果、Fe含有量は2.1重量%であった。紫外可視吸光測定を行なったところ、孤立鉄イオンの割合は76%であり、孤立鉄イオン量は1.6重量%であった。
比較例1(比較触媒1)
238℃/時間の昇温速度で室温から500℃まで昇温し、500℃で1時間保持し焼成を行なった以外は実施例1と同様にして比較触媒1を得た。
比較触媒1のX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)は0.24°であり、水和処理後の900℃加熱減量が18.6重量%であった。700℃、20時間、10容量%水蒸気雰囲気下の水熱耐久処理後におけるNOx還元率は反応温度200℃で39%であった。
組成をICP分析した結果、Fe含有量は3.1重量%であった。また、イオン交換鉄量は1.1重量%であった。
比較例2(比較触媒2)
230℃/時間の昇温速度で室温から600℃まで昇温し、600℃で1時間保持し焼成を行なった以外は実施例1と同様にして比較触媒2を得た。
この比較触媒2のX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)は0.24°であり、水和処理後の900℃加熱減量が18.3重量%であった。700℃、20時間、10容量%水蒸気雰囲気下の水熱耐久処理後におけるNOx還元率は反応温度200℃で39%であった。
比較例3(比較触媒3)
175℃/時間の昇温速度で室温から900℃まで昇温し、900℃で1時間保持し焼成を行なった以外は実施例1と同様にして比較触媒3を得た。
この比較触媒3のX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)は0.40°であり、水和処理後の900℃加熱減量が10.8重量%であった。700℃、20時間、10容量%水蒸気雰囲気下の水熱耐久処理後におけるNOx還元率は反応温度200℃で24%であった。
比較例4(比較触媒4)
水蒸気濃度10容量%を含む空気を流通させながら焼成を行なった以外は実施例5と同様にして比較触媒4を得た。
比較触媒4のX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)は0.26°であり、水和処理後の900℃加熱減量が16.0重量%であった。700℃、20時間、10容量%水蒸気雰囲気下の水熱耐久処理後におけるNOx還元率は反応温度200℃で39%であった。
比較例5(比較触媒5)
β型ゼオライトとして東ソー製HSZ−940HOA〔SiO/Alモル比=40、平均SEM粒子径=0.60μm、X線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)=0.22°、水和処理後の900℃加熱減量=13.6重量%〕を用いたことと、238℃/時間の昇温速度で室温から500℃まで昇温し、500℃で1時間保持し焼成を行なった以外は実施例1と同様にして比較触媒5を得た。
比較触媒5のX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)は0.22°であり、水和処理後の900℃加熱減量が13.7重量%であった。700℃、20時間、10容量%水蒸気雰囲気下の水熱耐久処理後におけるNOx還元率は反応温度200℃で28%であった。
組成をICP分析した結果、Fe含有量は3.0重量%であった。紫外可視吸光測定を行なったところ、孤立鉄イオンの割合は53%であり、孤立鉄イオン量は1.6重量%であった。
比較例6(比較触媒6)
β型ゼオライトとして東ソー製HSZ−930HOA〔SiO/Alモル比=27、平均SEM粒子径=0.20μm、X線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)=0.34°、水和処理後の900℃加熱減量=26.3重量%〕を用いたことと、238℃/時間の昇温速度で室温から500℃まで昇温し、500℃で1時間保持し焼成を行なった以外は実施例1と同様にして比較触媒6を得た。
比較触媒6のX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)は0.40°であり、水和処理後の900℃加熱減量が26.4重量%であった。700℃、20時間、10容量%水蒸気雰囲気下の水熱耐久処理後におけるNOx還元率は反応温度200℃で27%であった。
組成をICP分析した結果、Fe含有量は3.0重量%であった。紫外可視吸光測定を行なったところ、孤立鉄イオンの割合は40%であり、孤立鉄イオン量は1.2重量%であった。
比較例7(比較触媒7)
β型ゼオライト〔SiO/Alモル比=29、平均SEM粒子径=0.40μm、X線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)=0.24°、水和処理後の900℃加熱減量=19.6重量%〕21.2g(乾燥重量)と酢酸ナトリウム30.0gを純水179gに溶解した溶液に添加し、液温30℃で1時間のイオン交換処理を行なった。その後、ろ過、洗浄を行なった後、110℃で一晩乾燥し、Na交換β型ゼオライトを得た。
そのNa交換ゼオライトを21.2gを2.55gの硫酸鉄7水和物を純水100gに溶かした80℃のイオン交換溶液に添加し、液温80℃で1時間イオン交換を行なった。その後、ろ過、洗浄を行なった後、110℃で一晩乾燥し、鉄交換β型ゼオライトを得た。
その鉄交換β型ゼオライト21.2gを650℃、2時間、10容量%水蒸気雰囲気下の水熱処理後を実施した後、2.55gの硫酸鉄7水和物を純水100gに溶かし、硫酸にてpH2に調整した鉄溶液にてイオン交換を行なった。イオン交換は液温を30℃、硫酸によりpH2に調整しながら、1時間行なった。ろ過、洗浄を行なった後、110℃で一晩乾燥をし、比較触媒7を得た。
比較触媒7のX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)は0.26°であり、水和処理後の900℃加熱減量が19.4重量%であった。700℃、20時間、10容量%水蒸気雰囲気下の水熱耐久処理後におけるNOx還元率は反応温度200℃で28%であった。ICP組成分析の結果、SiO/Alモル比=33であり、鉄の含有量が1.9重量%であった。
実施例1,2,3,4,5又は6又は比較例1,2,3,4,5,6又は7でそれぞれ得られた触媒1,2,3,4,5又は6又は比較触媒1,2,3,4,5,6又は7の触媒焼成温度(℃)、X線回折半値幅(°)、900℃加熱減量(重量%)及び水熱耐久処理後の200℃NOx還元率(%)を以下の表1に示す。
Figure 2011067814
このデータを基に、触媒焼成温度によるX線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)の変化を図2に示す。
この図から明らかな様に、700〜850℃の本発明の焼成温度範囲による焼成により、X線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)が本発明の範囲の0.28〜0.34°の範囲に制御される。
又、焼成温度による水和処理後の900℃加熱減量の変化を図3に示す。
この図から明らかな様に、700〜850℃の本発明の焼成温度範囲による焼成により、900℃加熱減量が本発明の範囲15.0〜18.0重量%の範囲に制御される。
焼成温度による水熱耐久処理後200℃でのNOx還元率を図4に示す。
この図から明らかな様に、700〜850℃の本発明の焼成温度範囲による焼成により、水熱耐久処理後200℃でのNOx還元率が高い。
実施例3、実施例6、比較例5又は比較例6でそれぞれ得られた、触媒3、触媒6、比較触媒5又は比較触媒6での、孤立鉄イオンの割合及び重量%、Feクラスターの割合及び重量%、及び、Fe凝集粒子の割合及び重量%を以下の表2に示す。
Figure 2011067814
又、各々のFeの状態の重量%を図5に示す。
この表から明らかな様に、触媒は比較触媒と比較して孤立鉄イオンの割合が大きく、その結果、表1から明らかな様に水熱耐久処理後200℃でのNOx還元率が高い。
実施例3又は比較例1でそれぞれ得られた、触媒3又は比較触媒1での、イオン交換鉄量を以下の表3に示す。
Figure 2011067814
この表から触媒は比較触媒と比べてイオン交換鉄量が少なく、表1から明らかな様に水熱耐久処理後200℃でのNOx浄化率が高い。
X線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)による水熱耐久処理後200℃でのNOx還元率の変化を図6に示す。
本発明の半値幅の範囲0.28〜0.34°に含まれる本発明の触媒1、3又は4は、
その範囲外の比較触媒1,3,5,6又は7と比較して、水熱耐久処理後200℃でのNOx還元率が高い事が示されている。
又、900℃加熱減量による水熱耐久処理後200℃でのNOx還元率の変化を図7に示す。
本発明の900℃加熱減量の範囲15.0〜18.0重量%に含まれる本発明の触媒1、3又は4は、その範囲外の比較触媒1,3,5,6又は7と比較して、水熱耐久処理後200℃でのNOx還元率が高い事が示されている。
本発明のSCR触媒は、還元剤の存在下で自動車排ガス中の窒素酸化物を浄化するのに利用できる。
I:孤立鉄イオン(〜300nm)
II:Feクラスター(300〜400nm)
III:Fe凝集粒子(400nm〜)
A:全吸収積分強度
B,C:孤立鉄イオンピーク
D,E:Feクラスターピーク
F,G:Fe凝集粒子ピーク
●1,●2,●3,●4:触媒
□1,□2,□3,□5,□6,□7:比較触媒

Claims (10)

  1. X線結晶回折(302)面の半値幅(FWHM)が0.28〜0.34°、水和処理後の900℃加熱減量が15.0〜18.0重量%である鉄を含有してなるβ型ゼオライトを含んでなるSCR触媒。
  2. 触媒が含有する全鉄量に対する孤立鉄イオンの割合が60〜90%であり、かつその孤立イオン鉄量が触媒重量に対して1.0〜3.0重量%であることを特徴とする請求項1に記載のSCR触媒。
  3. 触媒が含有するイオン交換鉄量が触媒重量に対して0〜1.0重量%であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のSCR触媒。
  4. SiO/Alモル比が20〜50であり、鉄を1〜10重量%含むβ型ゼオライトの平均SEM粒子径が0.3〜2.0μmであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のSCR触媒。
  5. SiO/Alモル比が25〜45、鉄を1.5〜3.5重量%含むβ型ゼオライトの平均SEM粒子径が0.3〜1.0μmであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のSCR触媒。
  6. 700℃、20時間、10vol%水蒸気雰囲気下の水熱耐久処理後におけるNOx還元率が反応温度200℃で45%〜65%であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のSCR触媒。
  7. 鉄を含有してなるβ型ゼオライトを水蒸気濃度5容量%以下の雰囲気下、700〜850℃で焼成を行うことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のSCR触媒の製造方法。
  8. 水蒸気濃度が1容量%以下である請求項7に記載のSCR触媒の製造方法。
  9. 700〜850℃での焼成における保持時間が1時間以上であることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載のSCR触媒の製造方法。
  10. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載のSCR触媒を用いたことを特徴とする窒素酸化物の還元除去方法。
JP2010189436A 2009-08-27 2010-08-26 高耐熱水性scr触媒及びその製造方法 Active JP5625622B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010189436A JP5625622B2 (ja) 2009-08-27 2010-08-26 高耐熱水性scr触媒及びその製造方法

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009196640 2009-08-27
JP2009196640 2009-08-27
JP2010189436A JP5625622B2 (ja) 2009-08-27 2010-08-26 高耐熱水性scr触媒及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011067814A true JP2011067814A (ja) 2011-04-07
JP5625622B2 JP5625622B2 (ja) 2014-11-19

Family

ID=43627947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010189436A Active JP5625622B2 (ja) 2009-08-27 2010-08-26 高耐熱水性scr触媒及びその製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9138685B2 (ja)
EP (1) EP2471597B1 (ja)
JP (1) JP5625622B2 (ja)
KR (1) KR101631732B1 (ja)
CN (1) CN102548658B (ja)
WO (1) WO2011024847A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011148678A (ja) * 2009-12-22 2011-08-04 Tosoh Corp 新規メタロシリケート及び窒素酸化物浄化触媒
JP2018108927A (ja) * 2018-01-29 2018-07-12 出光興産株式会社 金属担持ゼオライト成型体、金属担持ゼオライト成型体の製造方法、硫黄化合物除去用吸着剤、水素の製造方法、及び燃料電池システム

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5119289B2 (ja) * 2010-04-06 2013-01-16 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP5116880B2 (ja) * 2011-01-18 2013-01-09 日本化学工業株式会社 Fe(II)置換ベータ型ゼオライト、それを含むガス吸着剤及びその製造方法、並びに一酸化窒素及びハイドロカーボンの除去方法
CN102513145B (zh) * 2011-11-14 2014-03-05 天津大学 用于丙烯腈氧化尾气NOx净化的Fe分子筛催化剂和制备方法
US9320991B2 (en) 2013-05-29 2016-04-26 Meurer Research Inc. Underdrain assembly and method of manufacturing the same
CN104226361B (zh) * 2014-09-01 2017-06-20 清华大学苏州汽车研究院(吴江) 铁基scr催化剂及其制备方法
CN105142074B (zh) * 2015-08-19 2019-03-12 歌尔股份有限公司 扬声器模组
US11298692B2 (en) * 2017-10-09 2022-04-12 Umicore Ag & Co. Kg Active SCR catalyst
US11291979B2 (en) 2017-12-14 2022-04-05 Tosoh Corporation β-zeolite and production method thereof
CN115788628A (zh) * 2019-01-18 2023-03-14 康明斯排放处理公司 具有增强的抗硫性的经处理的scr催化剂
JP7677496B2 (ja) * 2023-05-12 2025-05-15 東ソー株式会社 鉄含有fer型ゼオライト及びその製造方法
CN117839753B (zh) * 2024-03-07 2024-05-07 交通运输部天津水运工程科学研究所 一种脱硝催化剂及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11104493A (ja) * 1997-10-02 1999-04-20 Nissan Motor Co Ltd 排気ガス浄化用触媒及び使用方法
JP2008081348A (ja) * 2006-09-27 2008-04-10 Tosoh Corp SCR触媒用β型ゼオライト及びそれを用いた窒素酸化物の浄化方法
WO2008132452A2 (en) * 2007-04-26 2008-11-06 Johnson Matthey Public Limited Company Transition metal/zeolite scr catalysts
WO2009099426A2 (en) * 2008-02-01 2009-08-13 Siemens Energy, Inc. High temperature catalyst and process for selective catalytic reduction of nox in exhaust gases of fossil fuel combustion
JP2010000499A (ja) * 2008-05-20 2010-01-07 Ibiden Co Ltd ハニカム構造体

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4961917A (en) 1989-04-20 1990-10-09 Engelhard Corporation Method for reduction of nitrogen oxides with ammonia using promoted zeolite catalysts
JP3546547B2 (ja) 1995-07-31 2004-07-28 マツダ株式会社 排気ガス浄化装置用hc吸着剤およびその製造方法
US6294150B2 (en) 1997-11-07 2001-09-25 Ngk Insulators, Ltd. Highly heat resistant β-zeolite and absorbent for automobile exhaust gas purification and adsorbent for automobile exhaust gas purification
JP3986186B2 (ja) 1997-11-07 2007-10-03 日本碍子株式会社 高耐熱性β−ゼオライト及びそれを用いた自動車排ガス浄化用吸着材
US6689709B1 (en) 2000-11-15 2004-02-10 Engelhard Corporation Hydrothermally stable metal promoted zeolite beta for NOx reduction
EP1658896A3 (en) * 2002-06-28 2006-08-02 Haldor Topsoe E A/S Process for the preparation of a catalyst comprising zeolite beta and its use in a hydrocarbon conversion process
JP2005177570A (ja) 2003-12-17 2005-07-07 Ne Chemcat Corp 高温特性に優れるscr触媒
KR101473007B1 (ko) 2007-12-18 2014-12-15 도소 가부시키가이샤 질소 산화물 정화 촉매 및 질소 산화물 정화 방법
JP5549839B2 (ja) 2008-08-19 2014-07-16 東ソー株式会社 高耐熱性β型ゼオライト及びそれを用いたSCR触媒
JP5482179B2 (ja) 2008-12-22 2014-04-23 東ソー株式会社 チャバザイト型ゼオライト及びその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11104493A (ja) * 1997-10-02 1999-04-20 Nissan Motor Co Ltd 排気ガス浄化用触媒及び使用方法
JP2008081348A (ja) * 2006-09-27 2008-04-10 Tosoh Corp SCR触媒用β型ゼオライト及びそれを用いた窒素酸化物の浄化方法
WO2008132452A2 (en) * 2007-04-26 2008-11-06 Johnson Matthey Public Limited Company Transition metal/zeolite scr catalysts
WO2009099426A2 (en) * 2008-02-01 2009-08-13 Siemens Energy, Inc. High temperature catalyst and process for selective catalytic reduction of nox in exhaust gases of fossil fuel combustion
JP2010000499A (ja) * 2008-05-20 2010-01-07 Ibiden Co Ltd ハニカム構造体

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011148678A (ja) * 2009-12-22 2011-08-04 Tosoh Corp 新規メタロシリケート及び窒素酸化物浄化触媒
JP2018108927A (ja) * 2018-01-29 2018-07-12 出光興産株式会社 金属担持ゼオライト成型体、金属担持ゼオライト成型体の製造方法、硫黄化合物除去用吸着剤、水素の製造方法、及び燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011024847A1 (ja) 2011-03-03
US9138685B2 (en) 2015-09-22
KR101631732B1 (ko) 2016-06-17
JP5625622B2 (ja) 2014-11-19
CN102548658B (zh) 2016-01-20
EP2471597B1 (en) 2020-09-23
EP2471597A4 (en) 2013-02-27
US20120141370A1 (en) 2012-06-07
KR20120046722A (ko) 2012-05-10
EP2471597A1 (en) 2012-07-04
CN102548658A (zh) 2012-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5625622B2 (ja) 高耐熱水性scr触媒及びその製造方法
JP5082361B2 (ja) SCR触媒用β型ゼオライト及びそれを用いた窒素酸化物の浄化方法
JP5958070B2 (ja) β型鉄シリケート組成物及び窒素酸化物還元方法
JP5169779B2 (ja) 窒素酸化物浄化触媒及び窒素酸化物浄化方法
JP6070230B2 (ja) Afx型シリコアルミノリン酸塩及びその製造方法、並びにこれを用いた窒素酸化物還元方法
JP7469581B2 (ja) 炭化水素吸着剤
WO2011078149A1 (ja) 新規メタロシリケート、その製造方法、窒素酸化物浄化触媒、その製造方法、及びそれを用いた窒素酸化物浄化方法
KR101473007B1 (ko) 질소 산화물 정화 촉매 및 질소 산화물 정화 방법
KR102319424B1 (ko) 높은 산도를 갖는 저-실리카 캐버자이트 제올라이트
Wang et al. Pr-functionalized Cu/SAPO-34 with superior hydrothermal stability for NH3-SCR: The copper species and framework stabilization effect
JP5309936B2 (ja) 窒素酸化物浄化触媒及び窒素酸化物浄化方法
JP5625735B2 (ja) 高耐熱水性scr触媒及びその製造方法
KR101629487B1 (ko) 저온에서의 질소산화물 제거용 망간-세리아-텅스텐-티타니아 촉매 및 그 제조방법
JP5920195B2 (ja) 排気ガス浄化用触媒およびその製造方法
KR102224335B1 (ko) 가스상 암모니아를 질소로 전환하는 선택적 산화촉매 및 그 그 제조방법
Zhang et al. In-situ synthesized Fe-SSZ-13 zeolite with superior performance for NO oxidation over a wide temperature range
CN113856746A (zh) 一种多级孔分子筛基脱硝催化剂及其制备方法与应用
CN110694671A (zh) 一种使用天然硅藻土合成的分子筛型scr脱硝催化剂及其制备方法
JP2019018166A (ja) 触媒及び触媒を用いた窒素酸化物還元の方法
JP6070229B2 (ja) Sav型シリコアルミノリン酸塩及びその製造方法、並びにこれを用いた窒素酸化物還元方法
Lee et al. Effect of Catalyst Crystallinity on V-Based Selective Catalytic Reduction with Ammonia. Nanomaterials 2021, 11, 1452
JP2012170917A (ja) 高耐熱水性scr触媒及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130724

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140320

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140424

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140619

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140902

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140915

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5625622

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151