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JP2019527126A - バナジウム系触媒の調製方法 - Google Patents

バナジウム系触媒の調製方法 Download PDF

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Abstract

金属酸化物触媒担体上に担持された五酸化バナジウムを含む、触媒の調製方法であって、ａ）結晶性五酸化バナジウムの粒子及び金属酸化物触媒担体の粒子を準備することと、ｂ）これらの粒子を固相混合し、五酸化バナジウム粒子を金属酸化物担体粒子の表面上に分散させることと、ｃ）分散五酸化バナジウム粒子を、５００℃より高い温度で焼成することによって金属酸化物担体粒子の表面上に固定することと、を含み、五酸化バナジウム粒子の焼結を、ｃ）における固定中に三酸化タングステンなどの焼結防止金属酸化物成分を添加することによって抑制すること、を特徴とする、方法。

Description

本発明は、バナジウム系触媒の調製に関する。具体的には、本発明は、金属酸化物触媒担体上に担持された五酸化バナジウムの調製のための固相プロセスに基づく。
バナジウム系触媒を製造するために使用する従来の方法は、水中に溶解したメタバナジン酸アンモニウム又はシュウ酸バナジルによる、酸化チタンなどの触媒担体の液体含浸後、含浸担体を焼成することによって、担体表面上に層として五酸化バナジウムを形成すること、を含む。
金属酸化物担体上又は金属酸化物担体中に五酸化バナジウムを導入する更なる方法は、固相プロセスによって行われる。本方法では、五酸化バナジウム微粉末を触媒担体金属酸化物と混合する場合、担体及び活性相の前処理を回避することができることから、より簡易になる。五酸化バナジウムは移動性が高いため、担体材料の表面上に実質的に均質に分散し、５００℃より高い温度まで加熱した際に担体材料に固相含浸する。固相プロセスの欠点は、五酸化バナジウムを触媒担体金属酸化物に固定するのに高温が必要なことである。五酸化バナジウム粒子の焼結により、粒径の変化が起こり、Ｖ２Ｏ５の粒径は焼結温度の上昇と共に増大する。
本発明は、担体への五酸化バナジウム粒子の固定中に焼結防止剤を添加することにより、焼結を低減した金属酸化物触媒担体上に担持された五酸化バナジウムを含む、触媒の調製のための固相方法を提供する。
本明細書で前述し、以降で使用する、用語「固相方法」又は「固相プロセス」では、本発明と関連して、触媒担体材料を五酸化バナジウムでコーティング又は含浸させるプロセス又は方法が、液体又は溶媒を使用せずに熱拡散及び固定によって乾燥状態で実施されることを理解されたい。
したがって、本発明は、金属酸化物触媒担体上に担持された五酸化バナジウムを含む、触媒の調製方法であって、
ａ）結晶性五酸化バナジウムの粒子及び金属酸化物触媒担体の粒子を準備することと、
ｂ）これらの粒子を固相混合し、五酸化バナジウム粒子を金属酸化物担体粒子の表面上に分散させることと、
ｃ）分散五酸化バナジウム粒子を、５００℃より高い温度で焼成することによって金属酸化物担体粒子の表面上に固定することと、を含み、五酸化バナジウム粒子の焼結を、ｃ）における固定中に焼結防止金属酸化物成分を添加することによって抑制すること、を特徴とする、方法を提供する。
担体粒子と五酸化バナジウム粒子との効果的な分布及び混合を得るために、五酸化バナジウム粒子の粒径を、好ましくは０．５〜１０μｍ、好ましくは２〜５μｍとする。
このように調製された混合物を、５００℃より高い温度、好ましくは５５０〜６５０℃の温度まで加熱し、それによって五酸化バナジウム粒子を、担体材料の表面上に効果的に分散させ固定する。
特定の実施形態では、担体金属酸化物を、チタニアとする。
チタニア上に担持された五酸化バナジウム触媒は、窒素酸化物の選択的触媒還元において非常に高い効率を示す。担持されたＶ２Ｏ５／ＴｉＯ２触媒は、高い酸化活性を有し、炭化水素、特に、発電所からのダイオキシンのようなハロゲン化炭化水素、及び廃棄物焼却プラント排出物の除去に有用である。
触媒担体粒子の焼結を防止するために、金属酸化物担体をタングステン酸化物及び／又はシリカで安定化することが好ましい。
固定式の用途では、本発明による方法によって調製された五酸化バナジウム触媒を、固定床式にて粒子形態で使用することができる。
自動車用途では、触媒を、典型的には、モノリス担体上に適用する。これらの用途のために、金属酸化物担持五酸化バナジウム触媒を、触媒含有ウォッシュコートを使用することによって担体上にコーティングすることができる。
ウォッシュコートを調製するとき、調製された担持五酸化バナジウム触媒を、要求される粒径に粉砕又は凝集させ、任意選択的に結合剤、増粘剤、発泡剤、又は当該技術分野において公知の他の加工助剤を添加して、有機溶媒中に懸濁させる。
このように調製されたウォッシュコートを、公知の方法でモノリス担体上にコーティングする。コーティングしたモノリス担体を、その後、不活性雰囲気中で焼成し、続いて空気中で焼成する。
モノリス担体は、好ましくはガラス繊維を含む、コルゲート加工不織布繊維からなるものであってよい。
更なる実施形態では、モノリス担体は、セラミック押出品、好ましくはコージライト又は炭化ケイ素の押出品からなる。
本発明による方法によって調製された担持五酸化バナジウム触媒の更なる用途には、ペーストを準備することと、ペーストを高濃度でモノリスの触媒に押出することとによる、高濃度の触媒の生産におけるものがある。
２部のＶ２Ｏ５を、９８部の高純度ＴｉＯ２（混合物１）、又は１０％のＷＯ３で修飾した９８部のＴｉＯ２（混合物２）のいずれかと、ＺｒＯ２ビーズを用いて乾式粉砕することにより、しっかり混合した。物理的混合物の各々を、５７５℃で４時間、静止した空気中で焼成した。
焼成後、混合物１の表面積は４８．２ｍ２／ｇとなっており、混合物２の表面積は６１．３ｍ２／ｇとなっている。

Claims (14)

  1. 金属酸化物触媒担体上に担持された五酸化バナジウムを含む、触媒の調製方法であって、
    ａ）結晶性五酸化バナジウムの粒子及び金属酸化物触媒担体の粒子を準備することと、
    ｂ）前記粒子を固相混合し、前記五酸化バナジウム粒子を前記金属酸化物担体粒子の表面上に分散させることと、
    ｃ）前記分散五酸化バナジウム粒子を、５００℃より高い温度で焼成することによって前記金属酸化物担体粒子の表面上に固定することと、を含み、前記五酸化バナジウム粒子の焼結を、前記ｃ）における固定中に焼結防止金属酸化物成分を添加することによって抑制すること、を特徴とする、方法。
  2. 前記結晶性五酸化バナジウムの粒径を、０．５〜１０μｍとする、請求項１に記載の方法。
  3. 粒径を、２〜５μｍとする、請求項２に記載の方法。
  4. 前記金属酸化物触媒担体が、チタニアを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記焼結防止金属酸化物成分が、タングステン酸化物又はシリカ、及びこれらの混合物を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. ｃ）において得られた前記焼成粒子を有機溶媒中に懸濁させることにより、ウォッシュコートを調製すること、を更に含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記ウォッシュコートが１種以上の分散剤を含有する、請求項６に記載の方法。
  8. 前記ウォッシュコートが、アルミナ、シリカ、及びチタニアからなる群から選択される１種以上の結合剤を含有する、請求項６又は７に記載の方法。
  9. 前記ウォッシュコートを、モノリス担体上に適用すること、を更に含む、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記モノリス担体が、不織布繊維の１枚以上のコルゲート加工シートを含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記不織布繊維の１枚以上のコルゲート加工シートが、ガラス繊維を含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記モノリス担体を、セラミック押出品とする、請求項９に記載の方法。
  13. 前記セラミック押出品が、コージライト又は炭化ケイ素からなる、請求項１０に記載の方法。
  14. 前記焼成粒子を含むペーストを準備することと、前記ペーストを高濃度の触媒モノリスに押出することと、を更に含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
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