JP3528210B2 - 水処理用触媒 - Google Patents
水処理用触媒Info
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Description
レン(以下、PTFEと略する場合がある)に金属触媒
を担持した水処理用触媒、さらに詳しくはpH3以下の
被処理水、または処理水がpH3以下となる被処理水の
処理に適した水処理用触媒に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、水処理においては、種々の化学物
質を含む水を処理したり、種々の薬剤を用いて処理した
り、あるいは高温の条件下で処理することが行われてい
る。また処理の対象となる水は強酸性のものから強アル
カリ性のものまで幅広い。このような水処理に触媒を使
用する場合、水処理用触媒としては、被処理水に含まれ
る化学物質や、処理に使用される薬剤に対する安定性、
特に強酸性または強アルカリ性に対する化学的安定性の
他、耐熱性などに優れていることが要求される。 【0003】従来、水処理用触媒としては、金属または
その化合物からなる金属触媒を担体に担持させた金属担
持触媒が用いられている。従来の金属担持触媒の担体と
しては、一般にγ−アルミナ(酸化アルミニウム)、チ
タニア(酸化チタン(IV))、およびゼオライト等の金
属酸化物、活性炭、イオン交換樹脂またはシリカなどが
使用されている。しかし、これらの担体には次のような
問題点がある。 【0004】1)金属酸化物は耐熱性には優れている
が、耐薬品性に劣る。また金属酸化物をペレットまたは
球などに成型して使用する場合、一般に粘土鉱物を結合
剤(バインダー)として用いるが、強酸性または強アル
カリ性条件下ではバインダー成分が溶出し、最終的には
触媒が崩壊する。 2)活性炭は耐熱性および耐薬品性には優れているが、
酸化剤の存在下では崩れやすくなる。 3)イオン交換樹脂は耐熱性に劣る。 【0005】このため、上記のような担体に金属触媒を
担持した金属担持触媒を水処理用触媒として使用する場
合、被処理水または処理水のpH、含まれる化学物質、
または使用する薬剤、あるいは処理温度などが制限され
るという問題点がある。特に、従来の触媒は強酸性また
は強アルカリ性の条件下では崩壊を起こすため、このよ
うな被処理水の処理には使用できないという問題点があ
る。 【0006】ところで、特開平4−286637号に
は、多孔質ポリテトラフルオロエチレン材に白金族元素
の金属膜を形成した微細多孔質フッ素樹脂材が開示さ
れ、電極、電波送受信部材、ろ過膜、センサー膜、電磁
シールド材、触媒材などの用途に利用できることが記載
されている。またポリテトラフルオロエチレン材は、耐
薬品性および耐熱性に優れていることが知られている。 【0007】しかし、上記公報には、水処理触媒として
の使用は示唆されておらず、また触媒材が強酸性または
強アルカリ性条件下でも崩壊せず、このため従来の触媒
では適用が困難であった条件においても使用が可能にな
り、従って水処理分野における触媒の適用範囲が拡大す
ることは記載されていない。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、種々
の化学物質や薬剤に対する化学的安定性に優れていると
ともに、耐熱性にも優れており、pH3以下の強酸性の
系においても、触媒の性能を低下させることなく、安定
して水処理を行うことが可能な水処理用触媒を提供する
ことである。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明は、pH3以下の
被処理水、または処理水がpH3以下となる被処理水の
処理用の水処理触媒であって、ポリテトラフルオロエチ
レンからなる担体の表面に、イオン交換樹脂層を形成
し、これに金属錯体を交換吸着させて金属を析出させ、
金属またはその化合物からなる金属触媒の層を形成して
担持したことを特徴とする水処理用触媒である。 【0010】本発明において、担体に担持する金属触媒
は、単体もしくは合金等の金属またはその化合物からな
るものであり、白金、パラジウム、ロジウムのような白
金族金属のほか、金、銀等の貴金属;クロム、コバル
ト、ニッケル、銅等の卑金属;これらの金属の酸化物そ
の他の化合物、混合物、合金などが使用できる。これら
の中では白金、パラジウム等の白金族の金属またはそれ
らの合金が好ましい。 【0011】本発明で担体に用いるポリテトラフルオロ
エチレンはテトラフルオロエチレンの重合体であって、
多孔質のものが好ましく、特に平均孔径100μm以下
の微細多孔質構造を有するものが好ましい。このような
ポリテトラフルオロエチレンからなる担体の形状は制限
されず、ロッド、チューブ、フィルム、ファイバー、ペ
レット、球などの任意の形状のものが使用でき、触媒の
使用目的に適した形状のものが任意に選択できる。 【0012】このようなポリテトラフルオロエチレンか
らなる担体に金属触媒を担持する方法としては、担体の
表面を活性化し、金属触媒の層を形成する方法が採用で
きる。担体表面の活性化の方法としては、特開平4−2
86637号に示されているように、表面にイオン交換
樹脂層を形成し、これに金属錯体を交換吸着させた後、
還元等により金属を析出させて活性化する方法が採用で
きる。 【0013】このように活性化した担体の表面に金属触
媒の層を形成する方法としては、めっき(化学めっきを
含む)が有効であり、微細多孔質構造の場合でも、深部
に至るまで均一に金属層を形成することができる。この
ようにして担体表面に金属層を形成することにより、そ
のまま触媒として利用できるが、金属の酸化物その他の
化合物触媒として用いる場合は、酸化その他の反応を行
って、金属化合物とすることができる。 【0014】担体に白金を担持する場合について、好ま
しい担持方法を以下に説明する。 1)まず担体の表面に陽イオン交換樹脂を付着させ、ポ
リテトラフルオロエチレンを親水性にする。陽イオン交
換樹脂としては耐久性などの観点からスルホン酸基また
はカルボン酸基を有するフッ素樹脂が好ましく、ポリテ
トラフルオロエチレンの化学的に不活性な物性を変化さ
せないものが好ましい。 【0015】2)上記1)の担体に付着した陽イオン交
換樹脂の交換基に、白金アンミンイオン錯体をイオン交
換により交換吸着させる。 3)上記2)の担体を水素化ホウ素ナトリウム水溶液
(還元剤)に浸漬し、少量の白金を析出させて、めっき
核を形成し、活性化する。 4)塩化白金酸および塩酸ヒドラジン(還元剤)を含む
白金めっき浴に上記3)の担体を浸漬し、めっき核部分
に選択的に白金を析出成長させ、金属触媒層を形成す
る。 【0016】以上により得られた金属担持触媒は、担体
の形状に応じて、例えば反応槽に充填して触媒層を形成
し、これに被処理水を通水して金属触媒層と接触させて
反応させ、水処理を行う。 【0017】金属担持触媒の担体としてのポリテトラフ
ルオロエチレンは、ほとんどの化学物質や薬品、例えば
酸、アルカリ、酸化剤、還元剤、有機溶媒等に侵され
ず、化学的安定性に優れており、しかも260℃以下で
は長期間、300℃までは短期間使用可能であるなど、
耐熱性(熱安定性)にも優れている。 【0018】このため、このような化学的安定性および
耐熱性に優れたポリテトラフルオロエチレンからなる担
体に金属触媒を担持した金属担持触媒は、化学的安定性
および耐熱性に優れたものとなり、pH3以下の強酸性
または高温条件下の他、種々の化学物質や薬品、例えば
酸化剤、還元剤、有機溶媒等の存在する条件下において
も、担体が崩壊して触媒の活性が低下するなどの不具合
を生じない。 【0019】本発明の水処理用触媒は、担持した触媒に
応じて酸化、水素化、脱水素などの種々の反応に利用で
きる。この場合、pH3以下の強酸性の被処理水の接触
酸化や、フッ化アンモニウムを含む被処理水のように、
酸化分解により処理水がpH3以下の強酸性となる水の
処理にも利用でき、触媒を劣化させることなく、安定し
て処理を行うことができる。 【0020】 【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、ポリテト
ラフルオロエチレンからなる担体の表面に、イオン交換
樹脂層を形成し、これに金属錯体を交換吸着させて金属
を析出させ、金属またはその化合物からなる金属触媒の
層を形成して担持したので、種々の化学物質や薬剤に対
する化学的安定性に優れているとともに、耐熱性にも優
れた触媒が得られ、このような触媒を水処理に用いるこ
とにより、pH3以下の強酸性の系においても、触媒の
性能を低下させることなく水処理を行うことができる。 【0021】 【実施例】次に本発明の実施例について説明する。 実施例1 次のようにしてポリテトラフルオロエチレンに白金を担
持した触媒を調製した。 【0022】(担体の製造)直径3mmφ、長さ3mm
のペレット状に成形した多孔質ポリテトラフルオロエチ
レン(PTFE)約40mlをアセトンに5分間浸して
脱脂洗浄した。次にデュポン社の陽イオン交換樹脂−N
afion(商品名)をエタノールで2wt%に希釈し
た溶液中にペレットを含浸させ、100℃で約1時間加
熱乾燥した。その後、ペレットの親水性を高めるため
に、メタノール溶液に浸漬し、さらに蒸留水の中に約1
時間浸漬し触媒担体とした。 【0023】(金属の担持)上記親水処理を行ったPT
FEを担体として用い、次に示す工程で白金を担持させ
た。0.08mg/l白金を有する500mlの白金ア
ンミン錯体の水溶液に、担体を常温で約15分間浸漬し
た。その後0.5%水素化ナトリウム水溶液に常温で約
1時間浸漬し、核となる少量の白金を析出させた。次
に、0.9gの塩酸ヒドラジンを溶解した500mlの
水溶液に塩化白金酸6水和物1.3gを加えた溶液に、
この担体を40℃で120分間浸漬し、白金を担持させ
た。 【0024】上記触媒を用いて、図1に示した試験装置
により、NH4FおよびH2O2を純水に溶解した下記原
水を次のようにして処理した。50時間後の触媒の性能
低下率、形状変化などの結果を表1に、触媒活性の経時
変化を図2に示す。 (原水) NH4 +−N:1,000mg/l F- :1,300mg/l H2O2 :3,600mg/l pH :5.7 【0025】(試験装置)図1の試験装置は、原水槽
1、反応槽2および冷却槽3を備えており、反応槽2に
は触媒4が充填され、オイルバス5中で所定温度を維持
できるようになっている。原水槽1中の原水はオイルバ
ス5中の予熱管6で予熱された後反応槽2中に導入さ
れ、ここで処理された処理水は冷却槽3で冷却された後
取出されるように構成されている。7はポンプ、8は冷
却管、9は調圧バルブである。 【0026】(処理方法)ポンプ7を駆動して原水槽1
中の原水をオイルバス5中の予熱管6に送り、予熱管6
を通過させる間に予熱する。予熱した原水を反応槽2に
導入し、所定の温度で触媒4と接触させて窒素を除去す
る。こうして処理した処理水は冷却槽3中の冷却管8を
通過させて冷却し、調圧バルブ9を調節して系外に取出
す。処理条件は次の通りである。 (処理条件) 処理温度:140℃ SV :約4.5h-1 【0027】比較例1〜4 実施例1で用いた触媒の代わりに以下の触媒を用いた以
外は実施例1と同様にして行った。結果を表1および図
2に示す。 比較例1:0.5wt%Pt担持−γ−アルミナ 比較例2:0.5wt%Pt担持−シリカ 比較例3:0.5wt%Pt担持−ハイシリカゼオライ
ト 比較例4:0.5wt%Pt担持−チタニア球 【0028】 【表1】*1 反応槽中の触媒層下部の触媒を目視により判定し
た。 *2 20時間処理後の試験結果 【0029】表1から分かるように、原水のpHは5.
7であったものが処理水ではフッ化水素酸が生成するた
め2〜3に低下し、強酸性を呈した。このような使用条
件においても、実施例1の触媒は形状変化がなく、しか
も性能(活性)の低下も10%以下と小さかった。これ
に対し、比較例1〜4の触媒はいずれも崩壊または表面
剥離を起こし、性能低下も32〜82%と大きかった。
統図である。 【図2】実施例1および比較例1〜4の結果を示すグラ
フである。 【符号の説明】 1 原水槽 2 反応槽 3 冷却槽 4 触媒 5 オイルバス 6 予熱管 7 ポンプ 8 冷却管 9 調圧バルブ
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 pH3以下の被処理水、または処理水が
pH3以下となる被処理水の処理用の水処理触媒であっ
て、ポリテトラフルオロエチレンからなる担体の表面
に、イオン交換樹脂層を形成し、これに金属錯体を交換
吸着させて金属を析出させ、金属またはその化合物から
なる金属触媒の層を形成して担持したことを特徴とする
水処理用触媒。
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