JP2011527629A - N2oの分解方法、そのための触媒およびその触媒の調製 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、N2OおよびNOxを含有するガス中のN2Oの接触分解方法に関する。また、本発明はそのための触媒、並びにこの触媒の調製に関する。
酸化二窒素あるいは笑気(N2O)は、温室効果の実質的な原因となっており、高い地球温暖化係数(CO2分子との比較におけるある分子が温室効果への寄与する程度)を有する。過去数年で温室効果ガスの放出を減少させる政策が進展された。種々の重要なN2O放出源が同定されている:農業、ナイロン前駆体(アジピン酸およびカプロラクタム)の工業的製造、および三元触媒を備えた自動車である。
炭化水素を用いてN2Oを還元し得る触媒が関与する方法の不利点は、炭化水素のために余分な設備を必要とし、そして炭化水素および/またはCOが放出され得るということである。環境の観点から、炭化水素の放出を防止するために、余分な触媒がしばしば使用される。
前記N2O含有ガスは、例えば硝酸の合成からの廃ガス、あるいは例えばナイロンの前駆体の製造において放出される廃ガスであり得る。このガスは、酸素および/または水を含有してもよい。先行技術において請求されているほとんどの触媒と異なり、本発明で請求される触媒は、酸素、水またはその両者の存在下で、その活性をほとんどまたは全く失わない。このことは、水が約5〜10vol%(すなわち、体積%;体積%は存在し得るいずれものNOx、O2およびH2O等を含むN2O含有ガスの体積についていうものである)までの量で存在する場合に特にいえることである。酸素は、例えば約20%まで、例として0.5〜20vol%の量で存在し得る。また、NOxは、例えば約10ppm〜5%のNOxの量で、例として10ppm〜1vol%のNOxの量で存在し得る。特に、前記N2OおよびNOxを含有するガスは、1〜100000モル/モル、特に1〜1000モル/モルの範囲内のN2O/NOx比を有する。
− ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金および金を含む貴金属の群、特にルテニウムおよび白金を含む貴金属の群から選ばれる第1の金属と、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅を含む遷移金属の群から選ばれる第2の金属、特に鉄とを担持するゼオライトを含む触媒を提供すること、
− N2OおよびNOxを含有するガスを提供し、このN2OおよびNOxを含有するガスを、前記触媒を含有するスペースに通じること
を含む方法であり、前記N2OおよびNOxを含有するガス、前記スペースまたはその両者は、必要により加熱されるものである。
試験装置
N2O(およびおそらくNOx)の接触分解を、半自動実験設備で検討した。ガスは、マスフローコントローラ(MFC)を用いて導入し、水は、正しい温度に設定されたサチュレータを用いて添加した。パイプ類は、凝縮を防止するために、130℃に加熱した。実験は、オーブン中に設置した0.6〜1cmの内径を有する石英反応器中で行った。触媒の0.25〜0.5mmの分級物を石英ガーゼ上に置いた。ガス相を、モデル9100ガス分析器を備えた、較正したボーメン(Bomen)MB100フーリエ変換赤外(FTIR)分光計によるか、またはパーキン・エルマー(Perkin Elmer)GC−TCDによる定量分析に供した。各例におけるキャリヤーガス(残部)は、N2であった。
この触媒は、液相中のゼオリスト(Zeolyst)BEA CP814とFeCl2・4H2OおよびRu(NH4)6Cl3との間の80℃での16時間掛けた、該ゼオライトが0.3重量%のRuおよび0.7重量%のFeを担持するまでのイオン交換により調製した。ついで、ゼオライトを濾別し、十分に洗浄し、80℃で乾燥した。前記反応前に、この触媒をその場で5時間550℃で焼成した。
この触媒は、液相中のゼオリストBEA CP814とFeCl2・4H2Oとの間の80℃での16時間掛けた、該ゼオライトが0.7重量%のFeを担持するまでのイオン交換により調製した。ついで、ゼオライトを濾別し、十分に洗浄し、80℃で乾燥した。前記反応前に、この触媒をその場で5時間550℃で焼成した。
この触媒は、液相中のゼオリストBEA CP814とFeCl2・4H2OおよびRu(NH4)6Cl3との間の80℃での16時間掛けた、該ゼオライトが0.02重量%のRuおよび0.7重量%のFe(ICP分析による)を担持するまでのイオン交換により調製した。ついで、ゼオライトを濾別し、十分に洗浄し、80℃で乾燥した。前記反応前に、この触媒をその場で5時間550℃で焼成した。
この触媒は、液相中のゼオリストBEA CP814とFeCl2・4H2OおよびPt(NH3)4Cl2との間の80℃での16時間掛けた、該ゼオライトが0.05重量%のPtおよび0.7重量%のFe(ICP分析による)を担持するまでのイオン交換により調製した。ついで、ゼオライトを濾別し、十分に洗浄し、80℃で乾燥した。前記反応前に、この触媒をその場で5時間550℃で焼成した。
この触媒は、触媒活性金属のゼオライトへの順次担持により調製した。ゼオリストBEA CP814を、液相中でRu(NH4)6Cl3との80℃で16時間掛けたイオン交換に供した。ついで、ゼオライトを濾別し、十分に洗浄し、80℃で乾燥した。次に、このRu−BEA触媒に、FeCl2・4H2Oを用いて、0.7重量%のFe(ICP分析による)を担持させた。Ru担持量は、0.02重量%(ICP分析による)になった。前記反応前に、この触媒をその場で5時間550℃で焼成した。
この触媒は、液相中のアルシ・ペンタ(Alsi Penta)SN27ゼオライトZSM−5とFeCl2・4H2Oとの間の80℃での16時間掛けた(これは、2.5重量%のFe担持量を与えるように計算した)イオン交換により調製した。ついで、ゼオライトを濾別し、十分に洗浄し、80℃で乾燥した。前記反応前に、この触媒をその場で5時間550℃で焼成した。
この触媒は、液相中のアルシ・ペンタSN27ゼオライトZSM−5とRu(NH4)6Cl3との間の80℃での16時間掛けた(これは、0.3重量%のRu担持量を与えるように計算した)イオン交換により調製した。ついで、ゼオライトを濾別し、十分に洗浄し、80℃で乾燥した。前記反応前に、この触媒をその場で5時間550℃で焼成した。
この触媒は、液相中のアルシ・ペンタSN27ゼオライトZSM−5とRu(NH4)6Cl3およびFeCl2・4H2Oとの間の80℃での16時間掛けた(これは、0.3重量%のRu担持量および2.5重量%のFe担持良を与えるように計算した)イオン交換により調製した。ついで、ゼオライトを濾別し、十分に洗浄し、80℃で乾燥した。前記反応前に、この触媒をその場で5時間550℃で焼成した。
この触媒は、順次イオン交換により調製した。まず、ゼオリストBEA CP814eを、(NH3)4Pt(NO3)2と、80℃で16時間交換し、ついで、洗浄し、80℃で乾燥した。次に、このFe担持Fe−BEAを、FeCl2・4H2Oと、80℃で16時間交換し、0.50重量%のPt(ICP分析による)および1.45重量%のFe(ICP分析による)の担持を達成した。ついで、ゼオライトを濾別し、十分に洗浄し、80℃で乾燥した。前記反応前に、この触媒をその場で5時間550℃で焼成した。
この触媒は、FeCl2・4H2Oおよび(NH3)4Pt(NO3)2による、80℃での16時間掛けて0.05重量%のPt(ICP分析)および1.45重量%のFe(ICP分析による)の担持を達成する、ゼオリストBEA CP814eの共イオン交換により調製した。ついで、ゼオライトを濾別し、十分に洗浄し、80℃で乾燥した。前記反応前に、この触媒をその場で5時間550℃で焼成した。
この触媒は、FeCl2・4H2OおよびRu(NH4)6Cl3による、80℃での16時間掛けて0.1重量%のRu(ICP分析)および1.45重量%のFe(ICP分析による)の担持を達成する、ゼオリストBEA CP814eの共イオン交換により調製した。ついで、ゼオライトを濾別し、十分に洗浄し、80℃で乾燥した。前記反応前に、この触媒をその場で5時間550℃で焼成した。
この触媒は、FeCl2・4H2Oおよび(NH3)4Pt(NO3)2による、80℃での16時間掛けて0.55重量%のPt(ICP分析)および0.60重量%のFe(ICP分析による)の担持を達成する、ゼオリストBEA CP814eの共イオン交換により調製した。ついで、ゼオライトを濾別し、十分に洗浄し、80℃で乾燥した。前記反応前に、この触媒をその場で5時間550℃で焼成した。
この触媒は、FeCl2・4H2O、(NH3)4Pt(NO3)2、FeCl2・4H2OおよびPd(NH3)4(NO3)2による、80℃での16時間掛けて0.59重量%のPt(ICP分析)、0.60重量%のFe(ICP分析による)、1.1重量%のPd(ICP分析による)および1.1重量%のSn(ICP分析による)の担持を達成する、ゼオリストBEA CP814eの共イオン交換により調製した。ついで、ゼオライトを濾別し、十分に洗浄し、80℃で乾燥した。前記反応前に、この触媒をその場で5時間550℃で焼成した。
例1の触媒PA3およびCat1(Fe−Ru−BEA)を用いて、表2に掲げる条件下でN2Oを分解した。以下の結果を得た。
例1の触媒PA3および触媒1(Fe−Ru−BEA)を用いて、表12に示す条件下でN2Oを分解した。
触媒CAT7すなわちFePtBEA Co.および触媒CAT8すなわちFeRuBEA Co.を用いて、表13に掲げる条件下でN2Oを分解した。
k=(F/(mcatPM・p))・ln(1−X)
と定義され、ここで、Fは、総流量、mcatは、触媒中のPM(貴金属、それぞれ、PtおよびRu)の質量、pは、全圧、Xは変換率である。
Cat6すなわちFePtBEA Seq.およびCAT7すなわちFePtBEA Co.を用いて、表14に掲げる条件下でN2Oを分解した。
k=(F/(mcatPt・p))・ln(1−X)
と定義され、ここで、Fは、総流量、mcatは、触媒中のPtの質量、pは、全圧、Xは変換率である。
触媒9すなわちFePtBEA Co.および触媒10すなわちFePtPdSnBEA Co.を用いて、表16に掲げる条件下で、N2Oを分解した。
Claims (21)
- 触媒の存在下に、N2OおよびNOxを含有するガス中のN2Oを接触分解するための方法であって、前記N2OおよびNOx含有ガスを触媒と接触させるものであり、前記触媒は、ルテニウムおよび白金を含む貴金属の群から選ばれる第1の金属と、鉄を含む遷移金属の群から選ばれる第2の金属を担持するゼオライトを含み、前記ゼオライトは、FERおよびBEAを含む群から選ばれ、そして前記ゼオライトによる前記金属の担持は、前記貴金属と前記遷移金属を同時に前記ゼオライトに担持させることにより行われる該方法。
- 前記ゼオライトが、イオン交換により前記金属を担持する請求項1に記載の方法。
- 前記第1の金属が、ルテニウムを含む請求項1または2に記載の方法。
- 前記第1の金属が、白金を含む請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記触媒が、Fe、Pt−BEAを含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ゼオライトが、0.00001〜4重量%の第1の金属、および0.1〜10重量%の第2の金属を含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記N2OおよびNOxを含有するガスを、350〜600℃の範囲内の温度で前記触媒と接触させる請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記N2OおよびNOxを含有するガスが、1〜10000モル/モルの範囲内にあるN2O/NOx比を有する請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記N2O含有するガスが、酸素および/または水をも含有する請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記N2O含有するガスが、基本的に、炭化水素を含まず、好ましくは50ppm未満の炭化水素を含む請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- NOxを除去するために、触媒をも用いる請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ゼオライトが、前記第1の金属および第2の金属をもっぱら担持する請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記触媒が、前記ゼオライトとバインダーとの組合せを含み、前記バインダーは、ルテニウム、白金および鉄を担持していない請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- N2OおよびNOxを含有するガス中のN2Oの接触分解のための、FERおよびBEAからなる群から選ばれるゼオライトを含有する触媒の調製のための方法であって、前記触媒の調製は、ルテニウムおよび白金からなる貴金属の群から選ばれる第1の金属と、鉄からなる遷移金属の群から選ばれる第2の金属とを同時に前記ゼオライトに担持させることを含む方法。
- 前記ゼオライトが、前記第1の金属および第2の金属をもっぱら担持する請求項14に記載の方法。
- ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅からなる群から選ばれる1またはそれ以上の他の金属を同時にゼオライトに担持させる請求項14に記載の方法。
- 得られた触媒をバインダーと組み合わせることをさらに含み、前記バインダーは、ルテニウム、白金および鉄を担持していないバインダーである請求項14または15に記載の方法。
- 得られた触媒をモノリスと組み合わせることをさらに含み、前記モノリスは、ルテニウム、白金および鉄を担持していないモノリスである請求項14〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項14〜18のいずれか一項に記載の方法により調製され得る触媒。
- ゼオライトが、0.00001〜4重量%の第1の金属、および0.1〜10重量%の第2の金属を含有する請求項19に記載の触媒。
- 該触媒が、Fe,Pt−BEAを含有する請求項19または20に記載の触媒。
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