JP4612507B2 - Catalyst material - Google Patents
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Description
本発明は、主として脱臭用に用いられる触媒材料に関するものであり、より詳しくは、従来よりも低温で脱臭機能を発揮する低温脱臭触媒材料に関するものである。 The present invention relates to a catalyst material mainly used for deodorization, and more particularly to a low-temperature deodorization catalyst material that exhibits a deodorization function at a lower temperature than in the past.
触媒材料、とりわけ脱臭用の触媒材料は家庭用電気機器に多く使われており、空気清浄機、温水洗浄便座、生ゴミ処理機などがその一例である。脱臭すべきガスとしては、アンモニア(NH3)、二硫化メチル((CH3)2S2)、メチルメルカプタン(CH3SH)、硫化水素(H2S)などが挙げられる。 Catalytic materials, especially deodorizing catalytic materials, are widely used in household electrical equipment, and examples include air purifiers, hot water cleaning toilet seats, and garbage disposal machines. Examples of the gas to be deodorized include ammonia (NH 3 ), methyl disulfide ((CH 3 ) 2 S 2 ), methyl mercaptan (CH 3 SH), hydrogen sulfide (H 2 S), and the like.
これらのガスを脱臭するための触媒材料としては、従来より多孔質シリカ(Si酸化物)担体、多孔質シリカ・チタニア複合(Si、Ti複合酸化物)担体、多孔質アルミナ担体などに、Pt(白金)、Au(金)などの貴金属触媒を担持させたものが使われており、このような脱臭用触媒材料は上記貴金属触媒の酸化作用により脱臭すべきガスを無臭物質に酸化させる作用を有している。また、このような脱臭用触媒材料の製造方法としては、例えば、貴金属触媒として白金を用いる場合には、塩化白金酸などを水溶液化し、これに担体を浸漬することにより担体の孔中に塩化白金の錯イオンを含浸させ、そしてこの水溶液を乾燥した後、これを焼成、還元することにより白金担持触媒を得るという製造方法、つまり含浸法が一般的に用いられている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、上記のようにして製造された脱臭用触媒材料を実際に電気機器に組み込んで脱臭機能を発揮させるためには、通常、上記触媒材料を250℃程度まで加熱する必要がある。この温度より低い温度でも一応触媒としての働きはみられるものの、活性が低いために、供給されるガスに対して十分な酸化が起こらず、悪臭ガスがそのまま残ってしまう。そのため、従来は触媒材料を加熱してその活性を高めていたのであるが、触媒の機能を十分に発揮させることができる温度を従来よりも低温化することができれば、加熱のためのヒーター電力を軽減することができ、これにより電気機器の消費電力も軽減することが可能となる。つまり、近年においては、より活性が高く、低温(とりわけ室温付近)での酸化反応を実現することができる触媒材料の出現が期待されている。 However, in order to actually incorporate the deodorizing catalyst material produced as described above into an electric device to exhibit the deodorizing function, it is usually necessary to heat the catalyst material to about 250 ° C. Even if the temperature is lower than this temperature, the catalyst acts as a temporary catalyst, but since the activity is low, sufficient oxidation does not occur with respect to the supplied gas, and malodorous gas remains as it is. Therefore, in the past, the catalyst material was heated to increase its activity. However, if the temperature at which the catalyst function can be fully exerted can be lowered than before, the heater power for heating can be reduced. This can reduce the power consumption of the electric device. That is, in recent years, it is expected that a catalyst material having higher activity and capable of realizing an oxidation reaction at a low temperature (particularly near room temperature) is expected.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、従来よりも低温で触媒活性を高く得ることができる触媒材料を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a catalyst material capable of obtaining high catalytic activity at a lower temperature than in the past.
本発明の請求項1に係る触媒材料は、シリコンアルコキシドと、周期表の5〜11族から選ばれる少なくとも1つの元素を含む一種類以上の金属化合物と、周期表の2,4,12,13族から選ばれる少なくとも1つの元素を含む一種類以上の金属化合物と、ノニオン系界面活性剤とを混合した後、シリコンアルコキシドを重合させ、次いで、酸化雰囲気下で加熱した後、シリカ成分を除去して成ることを特徴とするものである。
The catalyst material according to
請求項2の発明は、請求項1において、シリコンアルコキシドとして、下記式(1)(2)から選ばれるものを用いて成ることを特徴とするものである。
The invention of
請求項3の発明は、請求項1又は2において、ノニオン系界面活性剤として、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのブロックコポリマーを用いて成ることを特徴とするものである。 A third aspect of the invention is characterized in that, in the first or second aspect, a block copolymer of ethylene oxide and propylene oxide is used as the nonionic surfactant.
請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれかにおいて、周期表の5〜11族から選ばれる少なくとも1つの元素を含む金属化合物として、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuから選ばれる元素を含むものを用いて成ることを特徴とするものである。
The invention of
請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれかにおいて、周期表の2,4,12,13族から選ばれる少なくとも1つの元素を含む金属化合物として、Mg、Ti、Zr、Zn、Alから選ばれる元素を含むものを用いて成ることを特徴とするものである。
The invention of claim 5 is the metal compound containing at least one element selected from
請求項6の発明は、請求項1乃至5のいずれかにおいて、シリカ成分の除去はアルカリを供給して行うことを特徴とするものである。 A sixth aspect of the invention is characterized in that, in any one of the first to fifth aspects, the removal of the silica component is performed by supplying an alkali.
請求項7の発明は、請求項1乃至6のいずれかにおいて、周期表の5〜11族から選ばれる少なくとも1つの元素を含む金属化合物として、Mnを含むものを用いると共に、周期表の2,4,12,13族から選ばれる少なくとも1つの元素を含む金属化合物として、Tiを含むものを用いて成ることを特徴とするものである。
The invention of claim 7 uses any one of
本発明の請求項1に係る触媒材料によれば、従来よりも低温で触媒活性を高く得ることができるものである。また、触媒活性成分として、周期表の5〜11族から選ばれる少なくとも1つの元素を含む金属化合物を用いると共に、触媒用担体として、周期表の2,4,12,13族から選ばれる少なくとも1つの元素を含む金属化合物を用いるので、従来のように貴金属を用いる必要がなく、原材料費の観点から、触媒材料を安価に製造することができるものである。
According to the catalyst material according to
請求項2の発明によれば、テトラエトキシシランやテトラメトキシシラン等を用いるよりも、界面活性剤ミセル内にアルキル基が取り込まれることによって、多孔質シリカ骨格を容易に形成することができるものである。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、シリコンアルコキシドのアルキル基が界面活性剤ミセル内に取り込まれやすくなり、その結果、多孔質シリカ骨格を容易に形成することができるものである。 According to invention of Claim 3, the alkyl group of a silicon alkoxide becomes easy to be taken in in a surfactant micelle, As a result, a porous silica frame | skeleton can be formed easily.
請求項4の発明によれば、触媒活性をより高く得ることができるものである。
According to the invention of
請求項5の発明によれば、触媒活性成分をより強固に担持することができるものである。 According to the invention of claim 5, the catalytically active component can be supported more firmly.
請求項6の発明によれば、触媒活性成分が高い表面積を維持し、この状態で触媒用担体に高濃度で担持されることとなるので、触媒活性をより高く得ることができるものである。 According to the invention of claim 6, since the catalytically active component maintains a high surface area and is supported on the catalyst carrier at a high concentration in this state, higher catalytic activity can be obtained.
請求項7の発明によれば、触媒活性をより高く得ることができると共に、触媒活性成分をより強固に担持することができるものである。 According to the seventh aspect of the invention, the catalytic activity can be increased and the catalytically active component can be more firmly supported.
以下、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
本発明においてシリコンアルコキシドとしては、特に限定されるものではないが、下記式(1)(2)から選ばれるものを用いるのが好ましい。 In the present invention, the silicon alkoxide is not particularly limited, but is preferably selected from the following formulas (1) and (2).
上記式(1)で示されるシリコンアルコキシドの具体例としては、オクタデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、ヘキサデシルトリエトキシシラン等を挙げることができ、また、上記式(2)で示されるシリコンアルコキシドの具体例としては、ジイソブチルジメトキシシラン、ジエトキシメチルオクタデシルシラン等を挙げることができる。このように、長鎖のアルキル基(R1、R3、R4)を有するシリコンアルコキシドを用いると、短鎖のアルキル基を有するテトラエトキシシランやテトラメトキシシラン等を用いるよりも、後述する界面活性剤ミセル内にアルキル基が取り込まれることによって、多孔質シリカ骨格を容易に形成することができるものである。 Specific examples of the silicon alkoxide represented by the above formula (1) include octadecyltrimethoxysilane, octadecyltriethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane, hexadecyltriethoxysilane, and the like. Specific examples of the silicon alkoxide represented by) include diisobutyldimethoxysilane and diethoxymethyloctadecylsilane. Thus, when using a silicon alkoxide having a long-chain alkyl group (R1, R3, R4), a surfactant micelle described later is used rather than using tetraethoxysilane or tetramethoxysilane having a short-chain alkyl group. By incorporating an alkyl group therein, a porous silica skeleton can be easily formed.
また、ノニオン系界面活性剤としては、特に限定されるものではないが、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのブロックコポリマーを用いるのが好ましい。この具体例としては、BASF社製「P123」〔(HO(CH2CH2O)20(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)20)H〕、旭電化工業(株)製「P85」〔(HO(CH2CH2O)26(CH2CH(CH3)O)39(CH2CH2O)26)H〕、旭電化工業(株)製「P103」〔(HO(CH2CH2O)17(CH2CH(CH3)O)55(CH2CH2O)17)H〕等を挙げることができる。このようなブロックコポリマーを用いると、シリコンアルコキシドのアルキル基が界面活性剤ミセル内に取り込まれやすくなり、その結果、多孔質シリカ骨格を容易に形成することができるものである。 Further, the nonionic surfactant is not particularly limited, but a block copolymer of ethylene oxide and propylene oxide is preferably used. Specific examples thereof include “P123” manufactured by BASF [(HO (CH 2 CH 2 O) 20 (CH 2 CH (CH 3 ) O) 70 (CH 2 CH 2 O) 20 ) H], Asahi Denka Kogyo ( Ltd.) "P85" [(HO (CH 2 CH 2 O ) 26 (CH 2 CH (CH 3) O) 39 (CH 2 CH 2 O) 26) H ], manufactured by Asahi Denka Co., Ltd. "P103" may be mentioned [(HO (CH 2 CH 2 O ) 17 (CH 2 CH (CH 3) O) 55 (CH 2 CH 2 O) 17) H ] and the like. When such a block copolymer is used, the alkyl group of silicon alkoxide is easily incorporated into the surfactant micelle, and as a result, a porous silica skeleton can be easily formed.
また、周期表の5〜11族から選ばれる少なくとも1つの元素を含む金属化合物(以下「周期表の5〜11族の元素を含む金属化合物」ともいう。)は、触媒活性成分として用いられる材料であり、このような金属化合物としては、特に限定されるものではないが、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuから選ばれる元素を含むものを用いるのが好ましい。具体的には、Vを含む金属化合物として、塩化バナジウム(III)など、Crを含む金属化合物として、塩化クロム(II)、塩化クロム(III)六水和物、硝酸クロム(III)、酢酸クロム(III)など、Mnを含む金属化合物として、塩化マンガン(II)、硝酸マンガン(II)六水和物、酢酸マンガン(II)四水和物など、Feを含む金属化合物として、塩化鉄(II)四水和物、塩化鉄(III)、硝酸鉄(III)九水和物、水酸化鉄(III)、リン酸鉄(III)など、Coを含む金属化合物として、塩化コバルト(II)、硝酸コバルト(II)六水和物など、Niを含む金属化合物として、塩化ニッケル(II)、塩化ニッケル(II)六水和物、硝酸ニッケル(II)六水和物、酢酸ニッケル(II)四水和物など、Cuを含む金属化合物として、塩化銅(II)、硝酸銅(II)、酢酸銅(II)一水和物など、を例示することができる。このような金属化合物を用いると、触媒活性をより高く得ることができるものである。なお、周期表の5〜11族の元素を含む金属化合物は、少なくとも一種類以上用いる。 Further, a metal compound containing at least one element selected from Group 5 to 11 of the periodic table (hereinafter also referred to as “metal compound containing Group 5 to 11 element of the periodic table”) is a material used as a catalytically active component. Such metal compounds are not particularly limited, but those containing an element selected from V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu are preferably used. Specifically, as a metal compound containing V, vanadium (III) chloride and the like, and as a metal compound containing Cr, chromium (II) chloride, chromium (III) hexahydrate, chromium nitrate (III), chromium acetate As a metal compound containing Mn, such as (III), manganese chloride (II), manganese nitrate (II) hexahydrate, manganese acetate (II) tetrahydrate, etc., as a metal compound containing Fe, iron chloride (II ) As a metal compound containing Co, such as tetrahydrate, iron chloride (III), iron nitrate (III) nonahydrate, iron hydroxide (III), iron phosphate (III), cobalt (II) chloride, As metal compounds containing Ni, such as cobalt nitrate (II) hexahydrate, nickel (II) chloride, nickel (II) chloride hexahydrate, nickel (II) nitrate hexahydrate, nickel acetate (II) tetra As metal compounds containing Cu, such as hydrates, copper chloride (II), copper nitrate (II And copper (II) acetate monohydrate, may be exemplified. When such a metal compound is used, higher catalytic activity can be obtained. In addition, at least one kind of metal compound containing an element of Group 5 to 11 in the periodic table is used.
また、周期表の2,4,12,13族から選ばれる少なくとも1つの元素を含む金属化合物(以下「周期表の2,4,12,13族の元素を含む金属化合物」ともいう。)は、上記触媒活性成分を担持する触媒用担体として用いられる材料であり、触媒材料中では酸化物として存在する。このような金属化合物としては、特に限定されるものではないが、Mg、Ti、Zr、Zn、Alから選ばれる元素を含むものを用いるのが好ましい。具体的には、Mgを含む金属化合物として、マグネシウムエトキシド、マグネシウムメトキシド、マグネシウムプロポキシド、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム六水和物、酢酸マグネシウム四水和物など、Tiを含む金属化合物として、チタンメトキシド、チタンエトキシド、チタンイソプロポキシド、チタンテトラブトキシド、四塩化チタン、硝酸チタンなど、Zrを含む金属化合物として、ジルコニウムブトキシド、ジルコニウムエトキシド、ジルコニウムイソプロポキシド、塩化ジルコニウム、水酸化ジルコニウムなど、Znを含む金属化合物として、亜鉛プロポキシド、塩化亜鉛、硝酸亜鉛六水和物、酢酸亜鉛二水和物など、Alを含む金属化合物として、アルミニウムブトキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、塩化アルミニウム六水和物、硝酸アルミニウム九水和物、酢酸アルミニウムなど、を例示することができる。このような金属化合物を用いると、触媒活性成分をより強固に担持することができるものである。なお、周期表の2,4,12,13族の元素を含む金属化合物は、少なくとも一種類以上用いる。
Further, a metal compound containing at least one element selected from
ここで、周期表の5〜11族の元素を含む金属化合物と、周期表の2,4,12,13族の元素を含む金属化合物との組み合わせとしては、特に限定されるものではないが、周期表の5〜11族の元素を含む金属化合物としては、Mnを含むものを用いると共に、周期表の2,4,12,13族の元素を含む金属化合物としては、Tiを含むものを用いるのが好ましい。このような組み合わせであると、触媒活性をより高く得ることができると共に、触媒活性成分をより強固に担持することができるものである。
Here, the combination of the metal compound containing the Group 5-11 element of the periodic table and the metal compound containing the
そして、本発明において触媒材料は、次のようにして製造することができる。 And in this invention, a catalyst material can be manufactured as follows.
まず、シリコンアルコキシドと、周期表の5〜11族から選ばれる少なくとも1つの元素を含む一種類以上の金属化合物と、周期表の2,4,12,13族から選ばれる少なくとも1つの元素を含む一種類以上の金属化合物と、ノニオン系界面活性剤とを混合することによって、分散液を調製する。この分散液を調製する過程をより詳しく説明すると、まず、ノニオン系界面活性剤と、イソプロパノール等の有機溶剤とを混合して撹拌する。このとき、上記界面活性剤と有機溶剤とのモル比は0.01:45〜0.1:45に設定することができる。次に、この混合液にシリコンアルコキシドを加えて混合する。このとき、上記混合液中の界面活性剤とシリコンアルコキシドとのモル比は0.01:1〜0.1:1に設定することができる。次に、この混合液に、周期表の5〜11族から選ばれる少なくとも1つの元素を含む一種類以上の金属化合物を加えて混合する。このとき、上記シリコンアルコキシドと、周期表の5〜11族の元素を含む金属化合物とのモル比は1:0.2〜1:5に設定することができる。さらに、この混合液に、周期表の2,4,12,13族から選ばれる少なくとも1つの元素を含む一種類以上の金属化合物と、塩酸などの酸とを加えて混合する。このとき、上記シリコンアルコキシドと、周期表の2,4,12,13族の元素を含む金属化合物とのモル比は1:1〜1:15に設定することができる。また、上記有機溶剤と、酸とのモル比は45:1〜45:10に設定することができる。このように、Siと、周期表の5〜11族の元素と、周期表の2,4,12,13族の元素とのモル比は1:0.2:1〜1:5:15に設定して、調合を行うことができる。
First, silicon alkoxide, one or more metal compounds including at least one element selected from Groups 5 to 11 of the periodic table, and at least one element selected from
その後、上記分散液中のシリコンアルコキシドを熟成させることによって重合させ、次いで、この分散液を酸化雰囲気下で加熱する。ここで、酸化雰囲気とは、酸素若しくは空気が存在する雰囲気のことをいい、このような雰囲気下における加熱は、酸素若しくは空気の出入りが可能な電気炉を用いて加熱したり、又は、酸素若しくは空気を積極的に流通させながら加熱したりすることによって、行うことができる。この加熱には、予備焼成と焼成とが含まれるものであり、また、この加熱中においても、シリコンアルコキシドは重合しているものと考えられる。 Thereafter, the silicon alkoxide in the dispersion is polymerized by aging, and then the dispersion is heated in an oxidizing atmosphere. Here, the oxidizing atmosphere refers to an atmosphere in which oxygen or air exists, and heating in such an atmosphere is performed using an electric furnace capable of entering and exiting oxygen or air, or oxygen or air. It can be performed by heating while actively circulating air. This heating includes pre-baking and baking, and it is considered that the silicon alkoxide is polymerized during this heating.
具体的には、上記分散液を室温〜80℃で1日〜8週間熟成させ、次に、熟成した分散液に対して80〜600℃で2〜10時間予備焼成を行った後、600〜1000℃で2〜10時間焼成を行う。この工程において、金属化合物の一部は、金属酸化物となる。 Specifically, the dispersion is aged at room temperature to 80 ° C. for 1 day to 8 weeks, and then pre-baked at 80 to 600 ° C. for 2 to 10 hours, and then 600 to Firing is performed at 1000 ° C. for 2 to 10 hours. In this step, a part of the metal compound becomes a metal oxide.
このようにして分散液中のシリコンアルコキシドを重合させる過程において、界面活性剤分子がミセルを形成し、このミセルを鋳型として架橋性物質の架橋すなわち骨格形成が進む。ここで、架橋性物質とは、上述したシリコンアルコキシド、周期表の5〜11族の元素を含む金属化合物、周期表の2,4,12,13族の元素を含む金属化合物を意味するが、特に周期表の2,4,12,13族の元素を含む金属化合物の場合には、この金属化合物中の金属が水酸化物を形成し、この水酸化物が界面活性剤によって架橋するものと考えられる。そして、上記ミセルは規則的に配列しており、乾燥後には、複合酸化物である多孔質構造体を得ることができる。この多孔質構造体の表面や骨格内部には、上記金属化合物の金属種や金属酸化物種が高分散状態で担持されている。なお、全ての金属化合物が架橋するのではなく、シリコンアルコキシドが架橋したSiO2に取り込まれ、後工程であるシリカの除去の際に一緒に除去されるものもある。
In the process of polymerizing the silicon alkoxide in the dispersion in this way, the surfactant molecules form micelles, and the crosslinking of the crosslinkable substance, that is, the skeleton formation, proceeds using the micelles as templates. Here, the crosslinkable substance means the above-mentioned silicon alkoxide, a metal compound containing a group 5-11 element of the periodic table, and a metal compound containing a
そして、複合酸化物中のシリカ成分を除去することによって、図1に示すような触媒材料1を得ることができる。ここで、シリカ成分を除去するのは、次のような理由による。すなわち、シリコンアルコキシドの重合に伴って、周期表の2,4,12,13族の元素を含む金属酸化物によって多孔質構造体が形成され、この多孔質構造体の孔内などに、周期表の5〜11族の元素を含む金属酸化物が触媒活性成分として広い面積で固着されるが、この固着されている触媒活性成分は、シリカ成分によって被覆されているので、本来の触媒活性を得ることができない。そのため、シリカ成分を除去して、多孔質構造体の孔内などに固着している触媒活性成分を露出させる必要性が生じるのである。
And the
ここで、シリカ成分の除去はアルカリを供給して行うのが好ましい。具体的には、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ(pH=10〜14)を上記複合酸化物に供給し、60〜150℃、20〜80分間の条件で、上記複合酸化物中のシリカ成分をアルカリ中に溶解させることによって、シリカ成分の除去を行うことができる。このように、シリカ成分の除去をアルカリを供給して行うと、触媒活性成分2が高い表面積を維持し、この状態で触媒用担体3に高濃度で担持されることとなるので、触媒活性をより高く得ることができるものである。
Here, it is preferable to remove the silica component by supplying an alkali. Specifically, an alkali (pH = 10-14) such as an aqueous sodium hydroxide solution is supplied to the composite oxide, and the silica component in the composite oxide is changed under the conditions of 60 to 150 ° C. and 20 to 80 minutes. The silica component can be removed by dissolving in an alkali. In this way, when the silica component is removed by supplying an alkali, the catalytically
このようにして得られる触媒材料1にあっては、周期表の2,4,12,13族の元素を含む金属化合物によって非常に緻密な多孔質構造体が形成されると共に、この多孔質構造体の孔内などに広い露出面積で周期表の5〜11族の元素を含む金属化合物が触媒活性成分として固着されているので、従来よりも低温で触媒活性を高く得ることができるものである。
In the
また、触媒活性成分2として、周期表の5〜11族の元素を含む金属化合物を用いると共に、触媒用担体3として、周期表の2,4,12,13族の元素を含む金属化合物を用いるので、従来のように貴金属を用いる必要がなく、また、貴金属を用いる場合であっても従来よりも少ない量で触媒活性を得ることができるため、原材料費の観点から、触媒材料1を安価に製造することができるものである。なお、触媒材料1の細孔4の平均直径は1〜40nmであり、空隙率は30〜75%であることが好ましい。この場合の比表面積は、窒素吸着によるBET法(比表面積測定法)により求められ、300〜1300m2/gとなる。ただし、触媒材料1の製造に使用する金属化合物が異なれば比表面積は変化する。
In addition, a metal compound containing a group 5-11 element of the periodic table is used as the catalytic
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.
(実施例1)
界面活性剤「P123」(BASF社製)1gとイソプロパノール(関東化学(株)製、有機合成試薬用)10gとを混合し、撹拌した。この混合液にオクタデシルトリメトキシシラン(ACROS ORGANICS社製)1.499gを混合し、撹拌した。この混合液に塩化マンガン(II)(日本高純度化学(株)製、特級)0.503gを混合し、撹拌した。さらに、この混合液にチタンイソプロポキシド(関東化学(株)製、有機合成試薬用)3.41gと塩酸(関東化学(株)製、特級)0.976gとを混合し、撹拌することによって、分散液を得た。このとき、Si:Mn:Ti(モル比)=1:1:3となるように調合を行った。
Example 1
1 g of surfactant “P123” (manufactured by BASF) and 10 g of isopropanol (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc., for organic synthesis reagents) were mixed and stirred. To this mixed liquid, 1.499 g of octadecyltrimethoxysilane (manufactured by ACROS ORGANICS) was mixed and stirred. To this mixed solution, 0.503 g of manganese (II) chloride (manufactured by Nippon Kojun Chemical Co., Ltd., special grade) was mixed and stirred. Further, 3.41 g of titanium isopropoxide (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., for organic synthesis reagents) and 0.976 g of hydrochloric acid (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., special grade) are mixed with this mixed solution and stirred. A dispersion was obtained. At this time, preparation was performed so that Si: Mn: Ti (molar ratio) = 1: 1: 3.
その後、分散液を40℃で2週間熟成させ、次に、熟成した分散液を室温〜450℃まで10℃/minで昇温した後、450℃で5時間予備焼成を行い、さらに、450〜800℃まで1℃/minで昇温した後、800℃で5時間焼成を行った。 Thereafter, the dispersion is aged at 40 ° C. for 2 weeks, and then the aged dispersion is heated from room temperature to 450 ° C. at a rate of 10 ° C./min, followed by pre-baking at 450 ° C. for 5 hours. After heating up to 800 ° C. at 1 ° C./min, baking was performed at 800 ° C. for 5 hours.
そして、このようにして得られた複合酸化物中のシリカ成分を水酸化ナトリウム水溶液(pH=13.5)中で100℃、40分の条件で溶解させることによって、触媒材料(触媒1)を得た。 The silica component in the composite oxide thus obtained is dissolved in an aqueous sodium hydroxide solution (pH = 13.5) at 100 ° C. for 40 minutes to obtain a catalyst material (catalyst 1). Obtained.
(実施例2)
実施例1におけるチタンイソプロポキシドに代えて四塩化チタン(和光純薬工業(株)製、特級)を用いた以外は、実施例1と同様にして、触媒材料(触媒2)を得た。
(Example 2)
A catalyst material (catalyst 2) was obtained in the same manner as in Example 1 except that titanium tetrachloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) was used instead of titanium isopropoxide in Example 1.
(実施例3)
実施例1における塩化マンガン(II)に代えて塩化銅(II)(ナカライテスク(株)製、特級)を用いた以外は、実施例1と同様にして、触媒材料(触媒3)を得た。
(Example 3)
A catalyst material (catalyst 3) was obtained in the same manner as in Example 1 except that copper chloride (II) (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd., special grade) was used instead of manganese chloride (II) in Example 1. .
(実施例4)
実施例1における塩化マンガン(II)に代えて塩化ニッケル(II)六水和物(ナカライテスク(株)製、特級)を用いた以外は、実施例1と同様にして、触媒材料(触媒4)を得た。
Example 4
A catalyst material (catalyst 4) was used in the same manner as in Example 1, except that nickel chloride (II) hexahydrate (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd., special grade) was used instead of manganese chloride (II) in Example 1. )
(実施例5)
実施例1における界面活性剤「P123」(BASF社製)に代えて「P85」(旭電化工業(株)製)を用いた以外は、実施例1と同様にして、触媒材料(触媒5)を得た。
(Example 5)
In the same manner as in Example 1 except that “P85” (manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.) was used instead of the surfactant “P123” (manufactured by BASF) in Example 1, a catalyst material (catalyst 5) Got.
(実施例6)
実施例1におけるオクタデシルトリメトキシシランに代えてジイソブチルジメトキシシラン(Degussa社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして、触媒材料(触媒6)を得た。
(Example 6)
A catalyst material (catalyst 6) was obtained in the same manner as in Example 1 except that diisobutyldimethoxysilane (manufactured by Degussa) was used instead of octadecyltrimethoxysilane in Example 1.
(比較例1)
シリカ(触媒学会参照触媒「JRC−SIO−8」)4.85gと蒸留水40gとジニトロジアミン白金硝酸溶液(田中貴金属工業(株)製)3.30g(最終的に得られる触媒材料全体の重量に対して白金の重量が3wt%となるようにジニトロジアミン白金硝酸溶液の添加量を調整)を混合し、2時間撹拌した後、12時間静置した。次に、上記溶液を40℃、40Torr(5.33kPa)にて蒸発干固した。このようにして得られた粉末を大気雰囲気中110℃で12時間乾燥させた。その後、空気150ml/min流通中400℃で3時間焼成し(10℃/min)、窒素100ml/min流通中350℃まで降温し、水素15ml/min流通中350℃で3時間還元し、窒素100ml/min流通中室温まで降温することで、触媒材料(触媒7)を得た。
(Comparative Example 1)
4.85 g of silica (catalyst society reference catalyst “JRC-SIO-8”), 40 g of distilled water, and 3.30 g of dinitrodiamine platinum nitric acid solution (manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) (weight of the total catalyst material finally obtained) The amount of the dinitrodiamine platinum nitric acid solution was adjusted so that the weight of platinum was 3 wt%), and the mixture was stirred for 2 hours and allowed to stand for 12 hours. Next, the solution was evaporated to dryness at 40 ° C. and 40 Torr (5.33 kPa). The powder thus obtained was dried for 12 hours at 110 ° C. in an air atmosphere. Then, it is calcined at 400 ° C. for 3 hours in a flow of 150 ml / min of air (10 ° C./min), cooled to 350 ° C. in a flow of 100 ml / min of nitrogen, reduced at 350 ° C. in a flow of 15 ml / min of hydrogen, and 100 ml of nitrogen. The catalyst material (catalyst 7) was obtained by lowering the temperature to room temperature during circulation / min.
(アンモニア転化率)
周知の固定床流通装置を用い、この装置のガラス製反応管中に上記のようにして得た触媒材料(触媒1〜7)を36mg〜1.2g入れ、この触媒材料にアンモニアを300ppm含む空気を流速200mL/minで通気させることにより、アンモニア転化率を測定した。このとき、空間速度がSV=330,000mL・h−1・g−1(cat)となるように触媒材料の量を調整した。なお、空間速度としては、触媒活性成分の重量当たりのものを用いた。具体的には、触媒1,2,5,6については塩化マンガン(II)がMnO2になったものとして、触媒3については塩化銅(II)がCuOになったものとして、触媒4については塩化ニッケル(II)がNiOになったものとして、触媒7についてはPtとして、それぞれ触媒活性成分の重量を計算した。また、触媒材料の温度は50℃に設定した。そして、上記転化率はアンモニアの減少率より求め、アンモニアの濃度はガス検知管により求めた。触媒1〜7のアンモニア転化率を下記[表1]に示す。
(Ammonia conversion)
Using a known fixed bed flow apparatus, 36 mg to 1.2 g of the catalyst material (
上記[表1]にみられるように、比較例1のアンモニア転化率が2.2%であるのに対し、実施例1〜6のアンモニア転化率がいずれも43.2%以上であることから、本発明によれば、50℃という室温に近い温度で触媒活性を十分に高く得ることができることが確認される。 As seen in the above [Table 1], the ammonia conversion rate of Comparative Example 1 is 2.2%, whereas the ammonia conversion rates of Examples 1 to 6 are all 43.2% or more. According to the present invention, it is confirmed that the catalyst activity can be sufficiently high at a temperature close to room temperature of 50 ° C.
また、Cu、Tiを含む金属化合物を組み合わせて用いた実施例3やNi、Tiを含む金属化合物を組み合わせて用いた実施例4よりも、Mn、Tiを含む金属化合物を組み合わせて用いた実施例1,2,5,6の方が、触媒活性をより高く得ることができることが確認される。 In addition, Example 3 using a combination of metal compounds containing Mn and Ti rather than Example 3 using a combination of metal compounds containing Cu and Ti and Example 4 using a combination of metal compounds containing Ni and Ti. It is confirmed that 1, 2, 5 and 6 can obtain higher catalytic activity.
このように、触媒1〜6は特にアンモニア脱臭用触媒として有望である。
Thus, the
1 触媒材料
2 触媒活性成分
3 触媒用担体
4 細孔
1
Claims (7)
A metal compound containing Mn as a metal compound containing at least one element selected from Groups 5 to 11 of the periodic table and containing at least one element selected from Groups 2, 4, 12, and 13 of the periodic table The catalyst material according to any one of claims 1 to 6, wherein a catalyst material containing Ti is used.
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