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JP7599150B2 - VOC removal catalyst, its manufacturing method, and VOC removal method - Google Patents

VOC removal catalyst, its manufacturing method, and VOC removal method Download PDF

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JP7599150B2 JP2021005209A JP2021005209A JP7599150B2 JP 7599150 B2 JP7599150 B2 JP 7599150B2 JP 2021005209 A JP2021005209 A JP 2021005209A JP 2021005209 A JP2021005209 A JP 2021005209A JP 7599150 B2 JP7599150 B2 JP 7599150B2
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Description

本発明は、VOC除去触媒及びその製造方法並びにVOCの除去方法に関する。 The present invention relates to a VOC removal catalyst, a method for producing the catalyst, and a method for removing VOCs.

VOCは、揮発性有機化合物(Volatile Organic Compounds)の略称であり、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、酢酸エチル、メタノール及びジクロロメタン等が知られている。このようなVOCは、溶剤、接着剤、化学品原料等に広く利用されている反面、VOCは、光化学オキシダント、あるいは、浮遊粒子状物質(SPM)の原因になると指摘されていることから、大気汚染防止法によりその排出量が厳しく規制されている。このため、VOC排出量をさらなる低減すべく、VOCをより効率良く除去する技術の確立が望まれている。 VOC is an abbreviation for volatile organic compounds, and examples of such compounds include toluene, xylene, benzene, ethyl acetate, methanol, and dichloromethane. While such VOCs are widely used in solvents, adhesives, chemical raw materials, etc., they have been pointed out as causing photochemical oxidants or suspended particulate matter (SPM), and therefore their emissions are strictly regulated by the Air Pollution Control Act. For this reason, there is a need to establish technology to more efficiently remove VOCs in order to further reduce VOC emissions.

VOCを除去する技術としては、触媒酸化による方法が知られている。この方法では、比較的低温でVOC除去が行われる点で最も有望であると考えられている。触媒酸化による方法では、主に遷移金属酸化物が使用されることから、貴金属触媒と比較してコスト面でも有利であり、この観点から遷移金属酸化物の触媒性能を向上させる研究が広く行われている。例えば、特許文献1には、酸化マンガン(IV)を含む材料により、VOCを効率的に除去する技術が開示されている。 A method using catalytic oxidation is known as a technique for removing VOCs. This method is considered to be the most promising because it removes VOCs at relatively low temperatures. Catalytic oxidation methods mainly use transition metal oxides, which are more cost-effective than precious metal catalysts, and from this perspective, research into improving the catalytic performance of transition metal oxides has been widely conducted. For example, Patent Document 1 discloses a technique for efficiently removing VOCs using a material containing manganese (IV) oxide.

特開2019-147131号公報JP 2019-147131 A

しかしながら、従来のVOC除去触媒は、低温環境化においてはVOCの除去性能が未だ十分ではなく、また、製造にも時間を要するという問題点もあり、実用化を考えると総合的には依然として課題を有するものであった。このような観点から、容易に製造でき、低温であっても効率よくVOCを除去することができる触媒の開発が望まれているのが現状である。 However, conventional VOC removal catalysts still do not have sufficient VOC removal performance in low-temperature environments, and they also have the problem of taking time to manufacture, so overall there are still challenges to be overcome when considering practical application. From this perspective, there is currently a demand for the development of a catalyst that can be easily manufactured and can efficiently remove VOCs even at low temperatures.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、製造が容易であり、VOC除去効率に優れ、低温であっても効率よくVOCを除去することができるVOC除去触媒及びその製造方法並びにVOCの除去方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and aims to provide a VOC removal catalyst that is easy to manufacture, has excellent VOC removal efficiency, and can efficiently remove VOCs even at low temperatures, as well as a method for manufacturing the same and a method for removing VOCs.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の金属を含有する結晶性酸化マンガンを利用することにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of extensive research into achieving the above-mentioned objective, the inventors discovered that the above-mentioned objective could be achieved by using crystalline manganese oxide containing a specific metal, and thus completed the present invention.

すなわち、本発明は、例えば、以下の項に記載の主題を包含する。
項1
VOC除去触媒であって、
金属Mを含有する結晶性酸化マンガンを含み、
前記金属Mは、Ce、La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、VOC除去触媒。
項2
前記金属Mを含有する結晶性酸化マンガンは、Ceの酸化物を含む結晶性酸化マンガンである、項1に記載のVOC除去触媒。
項3
前記金属Mを含有する結晶性酸化マンガンにおいて、金属Mとマンガンとのモル比(金属M:Mn)が1:0.001~1:5である、項1に記載のVOC除去触媒。
項4
前記Ceの酸化物を含む結晶性酸化マンガンにおいて、セリウムとマンガンとのモル比(Ce:Mn)が1:0.001~1:5である、項2に記載のVOC除去触媒。
項5
マンガン源を含む原料液Aと、金属元素M源を含む原料液Bと、還元剤を含む原料液Cとを混合することで生成物を得る工程1と、
前記工程1で得られた生成物を焼成する工程2と、
を備え、
前記金属元素Mは、Ce、La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、VOC除去触媒の製造方法。
項6
前記還元剤が、カルボン酸化合物及び/又はビタミンCである、項5に記載のVOC除去触媒の製造方法。
項7
前記カルボン酸化合物が、クエン酸、ギ酸、及び、酢酸からなる群より選ばれる少なくとも1種である、項6に記載のVOC除去触媒の製造方法。
項8
項1~4のいずれか1項に記載のVOC除去触媒、若しくは、請求項5~7のいずれか1項に記載の製造方法で得られたVOC触媒を用いてVOCを分解する工程を備える、VOCの除去方法。
That is, the present invention includes, for example, the subject matter described in the following sections.
Item 1
A VOC removal catalyst comprising:
A crystalline manganese oxide containing a metal M,
The VOC removal catalyst, wherein the metal M includes at least one selected from the group consisting of Ce, La, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu.
Item 2
Item 2. The VOC removal catalyst according to Item 1, wherein the crystalline manganese oxide containing the metal M is a crystalline manganese oxide containing an oxide of Ce.
Item 3
Item 2. The VOC removal catalyst according to item 1, wherein in the crystalline manganese oxide containing the metal M, the molar ratio of the metal M to manganese (metal M:Mn) is 1:0.001 to 1:5.
Item 4
Item 3. The VOC removal catalyst according to item 2, wherein in the crystalline manganese oxide containing an oxide of Ce, the molar ratio of cerium to manganese (Ce:Mn) is 1:0.001 to 1:5.
Item 5
A step 1 of obtaining a product by mixing a raw material liquid A containing a manganese source, a raw material liquid B containing a metal element M source, and a raw material liquid C containing a reducing agent;
Step 2 of calcining the product obtained in step 1;
Equipped with
A method for producing a VOC removal catalyst, wherein the metal element M includes at least one selected from the group consisting of Ce, La, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu.
Item 6
Item 6. The method for producing a VOC removal catalyst according to Item 5, wherein the reducing agent is a carboxylic acid compound and/or vitamin C.
Item 7
Item 7. The method for producing a VOC removal catalyst according to Item 6, wherein the carboxylic acid compound is at least one selected from the group consisting of citric acid, formic acid, and acetic acid.
Item 8
A method for removing VOCs, comprising a step of decomposing VOCs using the VOC removal catalyst according to any one of items 1 to 4 or the VOC catalyst obtained by the production method according to any one of items 5 to 7.

本発明のVOC除去触媒は、製造が容易であり、VOC除去効率に優れ、低温であっても効率よくVOCを除去することができる。 The VOC removal catalyst of the present invention is easy to manufacture, has excellent VOC removal efficiency, and can efficiently remove VOCs even at low temperatures.

本発明のVOC除去触媒の製造方法の一例を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing an example of a method for producing a VOC removal catalyst of the present invention. VOC除去触媒の評価試験方法のフローを示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a flow of an evaluation test method for a VOC removal catalyst. 実施例1~4及び比較例1で得た触媒のSEM画像を示す。1 shows SEM images of the catalysts obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. 実施例1~4及び比較例1で得た触媒のXRDスペクトルを示す。1 shows XRD spectra of the catalysts obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. 実施例及び比較例で得られた触媒によるVOC除去試験の結果を示す。The results of a VOC removal test using the catalysts obtained in the examples and comparative examples are shown below.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。 The embodiments of the present invention will be described in detail below. In this specification, the expressions "contain" and "include" include the concepts of "contain," "include," "consist essentially of," and "consist only of."

1.VOC除去触媒
本発明のVOC除去触媒は、金属Mを含有する結晶性酸化マンガンを含み、前記金属Mは、Ce、La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。
1. VOC Removal Catalyst The VOC removal catalyst of the present invention contains a crystalline manganese oxide containing a metal M, and the metal M contains at least one selected from the group consisting of Ce, La, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu.

本発明のVOC除去触媒は、VOCを酸化等によって分解することができる性質を有する。特に、本発明のVOC除去触媒は、製造が容易であり、VOC除去効率に優れ、低温であっても効率よくVOCを除去することができる。以下、本発明のVOC除去触媒の具体的態様を説明する。 The VOC removal catalyst of the present invention has the property of being able to decompose VOCs by oxidation or the like. In particular, the VOC removal catalyst of the present invention is easy to manufacture, has excellent VOC removal efficiency, and can efficiently remove VOCs even at low temperatures. Specific embodiments of the VOC removal catalyst of the present invention are described below.

本発明のVOC除去触媒に含まれる、金属Mを含有する結晶性酸化マンガンは、本発明のVOC除去触媒の主な構成成分である。以下、「金属Mを含有する結晶性酸化マンガン」を「酸化マンガン1」と表記することがある。 The crystalline manganese oxide containing metal M contained in the VOC removal catalyst of the present invention is the main component of the VOC removal catalyst of the present invention. Hereinafter, "crystalline manganese oxide containing metal M" may be referred to as "manganese oxide 1."

酸化マンガン1は、例えば、金属Mの酸化物を含む結晶性酸化マンガンを挙げることができる。より具体的には、酸化マンガン1は、金属Mの酸化物と結晶性酸化マンガンとの混合物、及び、金属Mの酸化物と結晶性酸化マンガンとの混合物であってもよい。あるいは、酸化マンガン1は、固溶体であってもよい。 Manganese oxide 1 can be, for example, crystalline manganese oxide containing an oxide of metal M. More specifically, manganese oxide 1 may be a mixture of an oxide of metal M and crystalline manganese oxide, or a mixture of an oxide of metal M and crystalline manganese oxide. Alternatively, manganese oxide 1 may be a solid solution.

酸化マンガン1は、金属Mが存在することで、結晶性酸化マンガンの結晶化度が小さくなる。この結果、本発明のVOC除去触媒は、VOC除去効率に優れ、特に低温でVOCを分解処理したとしても、効率よくVOCを除去することができる。 In manganese oxide 1, the presence of metal M reduces the crystallinity of crystalline manganese oxide. As a result, the VOC removal catalyst of the present invention has excellent VOC removal efficiency, and can efficiently remove VOCs, even when the VOCs are decomposed at low temperatures.

酸化マンガン1に含まれる金属Mは、1種単独であってもよいし、2種以上であってもよい。 The metal M contained in manganese oxide 1 may be one type alone or two or more types.

金属Mは、Ceであることが好ましい。この場合、酸化マンガン1における結晶性酸化マンガンの結晶化度がより小さくなるので、本発明のVOC除去触媒は、VOC除去効率に優れ、より低温でVOCを分解処理したとしても、効率よくVOCを除去することができる。中でも金属Mは、3価のCe3+であることが特に好ましく、これにより、VOC除去触媒の触媒性能がいっそう向上する。 The metal M is preferably Ce. In this case, the crystallinity of the crystalline manganese oxide in manganese oxide 1 is smaller, so that the VOC removal catalyst of the present invention has excellent VOC removal efficiency and can efficiently remove VOCs even when the VOCs are decomposed at a lower temperature. Among these, the metal M is particularly preferably trivalent Ce3 + , which further improves the catalytic performance of the VOC removal catalyst.

従って、本発明のVOC除去触媒において、酸化マンガン1は、Ceの酸化物を含む結晶性酸化マンガンであることが好ましい。 Therefore, in the VOC removal catalyst of the present invention, manganese oxide 1 is preferably a crystalline manganese oxide containing an oxide of Ce.

酸化マンガン1において、金属Mとマンガンとのモル比(金属M:Mn)が1:0.001~1:5であることが好ましい。この場合、本発明のVOC除去触媒は、VOC除去効率に優れ、低温でのVOC分解性能も向上しやすい。金属M:Mnは、1:0.1~1:4.5であることがより好ましく、1:1~1:4であることがさらに好ましく、1:3~1:4であることが特に好ましい。 In manganese oxide 1, the molar ratio of metal M to manganese (metal M:Mn) is preferably 1:0.001 to 1:5. In this case, the VOC removal catalyst of the present invention has excellent VOC removal efficiency and is also likely to have improved VOC decomposition performance at low temperatures. Metal M:Mn is more preferably 1:0.1 to 1:4.5, even more preferably 1:1 to 1:4, and particularly preferably 1:3 to 1:4.

酸化マンガン1がCeの酸化物を含む結晶性酸化マンガンである場合、セリウムとマンガンとのモル比(Ce:Mn)が1:0.001~1:5であることが好ましい。この場合、本発明のVOC除去触媒は、VOC除去効率に優れ、低温でのVOC分解性能がいっそう向上しやすい。Ce:Mnは、1:0.1~1:4.5であることがより好ましく、1:1~1:4であることがさらに好ましく、1:3~1:4であることが特に好ましい。 When manganese oxide 1 is a crystalline manganese oxide containing an oxide of Ce, the molar ratio of cerium to manganese (Ce:Mn) is preferably 1:0.001 to 1:5. In this case, the VOC removal catalyst of the present invention has excellent VOC removal efficiency and is more likely to have improved VOC decomposition performance at low temperatures. Ce:Mn is more preferably 1:0.1 to 1:4.5, even more preferably 1:1 to 1:4, and particularly preferably 1:3 to 1:4.

酸化マンガン1において、マンガンの割合が多いと固溶体を形成しやすくなる結果、本発明のVOC除去触媒は、VOC除去効率がいっそう優れ、低温において特に効率よくVOCを除去することができる。金属MがCeである場合、つまり、酸化マンガン1がCeの酸化物を含む結晶性酸化マンガンである場合、特にその傾向が強くなる。金属M:MnまたはCe:Mnが1:3~1:4である場合には、特にVOC除去触媒は低温でのVOC分解特性に優れるものとなる。 When the manganese oxide 1 contains a large proportion of manganese, it becomes easier to form a solid solution, and as a result, the VOC removal catalyst of the present invention has even better VOC removal efficiency and can remove VOCs particularly efficiently at low temperatures. This tendency is particularly strong when metal M is Ce, that is, when manganese oxide 1 is a crystalline manganese oxide containing an oxide of Ce. When metal M:Mn or Ce:Mn is 1:3 to 1:4, the VOC removal catalyst has particularly excellent VOC decomposition properties at low temperatures.

本発明のVOC除去触媒において、金属Mは、結晶性酸化マンガン中に存在していてもよいし、金属Mは、酸化マンガンの内部ではなく、あるいは、内部と共に表面にも存在していてもよい。例えば、金属Mは、結晶性酸化マンガンの結晶構造中に存在することができる。これにより、結晶性酸化マンガンの結晶化度はより小さくなるので、VOC除去触媒の低温でのVOC分解特性に優れるものとなる。 In the VOC removal catalyst of the present invention, the metal M may be present in the crystalline manganese oxide, or the metal M may be present not inside the manganese oxide, or may be present on the surface as well as inside. For example, the metal M may be present in the crystal structure of the crystalline manganese oxide. This reduces the crystallinity of the crystalline manganese oxide, resulting in excellent VOC decomposition properties at low temperatures for the VOC removal catalyst.

酸化マンガン1において、マンガンはMn2+、Mn3+、及び、Mn4+として存在し得るものであり、これらの2種以上が共存していてもよい。VOC触媒の低温での分解性能が優れるという点では、Mn3+が多く存在することが好ましく、中でも、VOC触媒の表面にはMn3+が多く存在することがより好ましく、この場合、VOC除去効率に優れ、低温でのVOC分解特性がさらに優れるものとなる。 In manganese oxide 1, manganese can exist as Mn2 + , Mn3 + , and Mn4 + , and two or more of these may coexist. In terms of excellent decomposition performance of the VOC catalyst at low temperatures, it is preferable that Mn3 + is present in large amounts, and it is more preferable that Mn3 + is present in large amounts on the surface of the VOC catalyst. In this case, the VOC removal efficiency is excellent and the VOC decomposition characteristics at low temperatures are even more excellent.

上述のように、酸化マンガン1に存在するマンガンは種々の価数となり得ることから、例えば、Ceを含有する結晶性酸化マンガンである場合は、下記一般式(1)
CeMn (1)
で表すことができる。
As described above, manganese present in manganese oxide 1 can have various valences. For example, in the case of crystalline manganese oxide containing Ce, the following general formula (1)
CeMn x O y (1)
It can be expressed as:

ここで、xは、0.5≦x≦5、好ましくは1≦x≦4、より好ましくは2≦x≦4、特に好ましくは3≦x≦4である。また、yは、2.5≦y≦18である。yは3以上が好ましく3.5以上がより好ましく、4以上が特に好ましい。また、yは17以下が好ましく、16以下がさらに好ましく、15以下が特に好ましい。 Here, x is 0.5≦x≦5, preferably 1≦x≦4, more preferably 2≦x≦4, and particularly preferably 3≦x≦4. Also, y is 2.5≦y≦18. y is preferably 3 or more, more preferably 3.5 or more, and particularly preferably 4 or more. Also, y is preferably 17 or less, even more preferably 16 or less, and particularly preferably 15 or less.

本発明のVOC除去触媒において、酸化マンガン1の構造は、XRDスペクトルから分析することができ、当該スペクトルから酸化マンガンの結晶化度を相対的に知ることができる。 In the VOC removal catalyst of the present invention, the structure of manganese oxide 1 can be analyzed from the XRD spectrum, and the crystallinity of manganese oxide can be determined relatively from the spectrum.

酸化マンガン1の形状は特に限定されず、粒子状、ロッド状、針状、繊維状、リン片状等の種々の形状をとることができる。酸化マンガン1は、多孔質状であることも好ましく、この場合、低温でのVOC分解特性が向上しやすい。 The shape of manganese oxide 1 is not particularly limited, and it can take various shapes such as particles, rods, needles, fibers, and scales. It is also preferable that manganese oxide 1 is porous, in which case the VOC decomposition properties at low temperatures are likely to be improved.

金属Mを含有する結晶性酸化マンガンは、上述のように、結晶化度が小さい、つまり、結晶性が低い。このため、本発明のVOC触媒は、VOC除去効率に優れ、低温でVOCを処理したとしてもVOC効率よく分解することができ、触媒性能に優れるものである。 As described above, crystalline manganese oxide containing metal M has a low degree of crystallinity, i.e., low crystallinity. For this reason, the VOC catalyst of the present invention has excellent VOC removal efficiency, can efficiently decompose VOCs even when VOCs are treated at low temperatures, and has excellent catalytic performance.

本発明のVOC除去触媒は、本発明の効果が阻害されない程度である限り、酸化マンガン1以外の他の成分(例えば、他の元素、化合物、添加剤等)を含有することもできる。また、本発明のVOC触媒は、酸化マンガン1のみで形成されていてもよい。この場合、VOC触媒に含まれ得る不可避的な元素、成分等を含むことは許容される。本発明のVOC触媒が酸化マンガン1以外に他の元素や成分を含有する場合、その含有量の総量は、例えば、VOC触媒の全質量に対して5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは、1質量%以下、特に好ましくは0.5質量%以下又は0.5質量%とすることができる。 The VOC removal catalyst of the present invention may contain other components (e.g., other elements, compounds, additives, etc.) other than manganese oxide 1, as long as the effect of the present invention is not impaired. The VOC catalyst of the present invention may also be formed only from manganese oxide 1. In this case, it is acceptable for the VOC catalyst to contain unavoidable elements, components, etc. that may be contained in the VOC catalyst. When the VOC catalyst of the present invention contains other elements or components other than manganese oxide 1, the total content thereof may be, for example, 5 mass% or less, preferably 3 mass% or less, more preferably 1 mass% or less, and particularly preferably 0.5 mass% or less or 0.5 mass% relative to the total mass of the VOC catalyst.

本発明のVOC除去触媒の製造方法は特に限定されず、例えば、公知の種々の方法により製造することができる。具体的には、後記する工程1及び工程2を備える製造方法により、本発明のVOC除去触媒を製造することができる。 The method for producing the VOC removal catalyst of the present invention is not particularly limited, and it can be produced, for example, by various known methods. Specifically, the VOC removal catalyst of the present invention can be produced by a production method including steps 1 and 2 described below.

2.VOC除去触媒の製造方法
本発明のVOC除去触媒の製造方法は下記の工程1及び工程2を備える。
工程1;マンガン源を含む原料液Aと、金属元素M源を含む原料液Bと、還元剤を含む原料液Cとを混合することで生成物を得る工程。
工程2;前記工程1で得られた生成物を焼成する工程2。
2. Method for Producing the VOC Removal Catalyst The method for producing the VOC removal catalyst of the present invention includes the following steps 1 and 2.
Step 1: A step of obtaining a product by mixing a raw material liquid A containing a manganese source, a raw material liquid B containing a metal element M source, and a raw material liquid C containing a reducing agent.
Step 2: Calcining the product obtained in step 1.

前記工程1で使用する金属元素M源において、該金属元素Mは、Ce、La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。 In the metal element M source used in step 1, the metal element M includes at least one selected from the group consisting of Ce, La, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu.

(工程1)
工程1では、マンガン源を含む原料液Aと、金属元素M源を含む原料液Bと、還元剤を含む原料液Cとの混合処理を行う。
(Step 1)
In step 1, a mixing treatment is carried out of a raw material liquid A containing a manganese source, a raw material liquid B containing a metal element M source, and a raw material liquid C containing a reducing agent.

工程1において使用するマンガン源を含む原料液Aは、マンガン源が溶媒に溶解又は分散している。マンガン源としては、マンガン単体であってもよいし、マンガンを含む化合物であってもよいが、マンガンを含む化合物であることが好ましい。 The manganese source-containing raw material liquid A used in step 1 has the manganese source dissolved or dispersed in a solvent. The manganese source may be manganese itself or a compound containing manganese, but a compound containing manganese is preferred.

マンガンを含む化合物の種類は特に限定されず、例えば、マンガンを含む各種無機化合物を挙げることができる。マンガンを含む無機化合物としては、例えば、過マンガン酸塩、マンガンの硝酸塩、硫酸塩、塩化物、塩酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩及びリン酸水素塩等を挙げることができ、中でも、マンガンを含む無機化合物は、過マンガン酸塩であることが好ましい。具体的な過マンガン酸塩として、過マンガン酸カリウム(KMnO)を挙げることができる。 The type of the compound containing manganese is not particularly limited, and may be, for example, various inorganic compounds containing manganese. Examples of the inorganic compound containing manganese include permanganate, nitrate, sulfate, chloride, hydrochloride, chlorate, perchlorate, carbonate, hydrogencarbonate, phosphate, and hydrogenphosphate of manganese, and among them, the inorganic compound containing manganese is preferably permanganate. A specific example of the permanganate is potassium permanganate (KMnO 4 ).

その他、マンガンを含む化合物は、マンガンを含む各種有機化合物を挙げることもでき、例えば、マンガンの酢酸塩、シュウ酸塩、蟻酸塩及びコハク酸塩等を挙げることができる。 Other compounds containing manganese include various organic compounds containing manganese, such as manganese acetate, oxalate, formate, and succinate.

なお、マンガンを含む化合物は、異なる2種以上のアニオンを含むこともできる(例えば、硫酸アンモニウムマンガン等)。 In addition, manganese-containing compounds can also contain two or more different anions (e.g., ammonium manganese sulfate, etc.).

VOC触媒の製造が容易になりやいという点で、マンガン源は、過マンガン酸カリウム(KMnO)を使用することが特に好ましい。 It is particularly preferable to use potassium permanganate (KMnO 4 ) as the manganese source, since this facilitates the production of the VOC catalyst.

工程1において使用する金属元素M源を含む原料液Bは、金属元素M源が溶媒に溶解又は分散している。金属元素M源としては、金属元素M単体であってもよいし、金属元素Mを含む化合物であってもよい。金属元素Mは、Ceであることが好ましい。この場合、得られるVOC触媒は、VOCを効率よく除去することができる。 The raw material liquid B containing the metal element M source used in step 1 has the metal element M source dissolved or dispersed in a solvent. The metal element M source may be the metal element M alone or a compound containing the metal element M. The metal element M is preferably Ce. In this case, the obtained VOC catalyst can efficiently remove VOCs.

金属元素Mを含む化合物の種類は特に限定されず、例えば、金属元素Mを含む各種無機化合物を挙げることができる。金属元素Mを含む無機化合物としては、例えば、金属元素Mの硝酸塩、硫酸塩、酸化物、塩化物、塩酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩及びリン酸水素塩等を挙げることができる。 The type of compound containing the metal element M is not particularly limited, and examples thereof include various inorganic compounds containing the metal element M. Examples of inorganic compounds containing the metal element M include nitrates, sulfates, oxides, chlorides, hydrochlorides, chlorates, perchlorates, carbonates, hydrogencarbonates, phosphates, and hydrogenphosphates of the metal element M.

また、金属元素Mを含む化合物は、各種有機化合物を挙げることもでき、例えば、金属元素Mの酢酸塩、シュウ酸塩、蟻酸塩及びコハク酸塩、二塩化シクロ二ペンタジエニル塩等を挙げることができる。 Compounds containing the metal element M can also include various organic compounds, such as acetates, oxalates, formates, and succinates of the metal element M, and cyclodipentadienyl dichloride salts.

VOC触媒の製造が容易になりやいという点で、金属元素M源は、金属元素Mを含む無機化合物であることが好ましく、反応性が優れる点で、金属元素Mの硝酸塩を使用することがさらに好ましく、中でも硝酸セリウム(Ce(NO)であることが特に好ましい。 In view of facilitating the production of the VOC catalyst, the source of the metal element M is preferably an inorganic compound containing the metal element M, and in view of excellent reactivity, it is more preferable to use a nitrate of the metal element M, and among these, cerium nitrate (Ce(NO 3 ) 3 ) is particularly preferable.

工程1において使用する還元剤を含む原料液Cは、還元剤が溶媒に溶解又は分散している。 The reducing agent-containing raw material liquid C used in step 1 has the reducing agent dissolved or dispersed in a solvent.

還元剤の種類は特に限定されず、例えば、公知の還元剤を広く使用することができる。具体的には、還元剤として、カルボン酸化合物及び/又はビタミンCを挙げることができる。カルボン酸化合物としては、還元作用を有する種々の化合物を挙げることができ、例えば、クエン酸、ギ酸、及び、酢酸からなる群より選ばれる少なくとも1種が挙げられる。低温でのVOC除去効率に優れ、また、触媒表面のエッチング作用を発揮しやすいという点で、還元剤はクエン酸であることが好ましい。 The type of reducing agent is not particularly limited, and for example, a wide variety of known reducing agents can be used. Specifically, the reducing agent can be a carboxylic acid compound and/or vitamin C. The carboxylic acid compound can be various compounds having a reducing action, for example, at least one selected from the group consisting of citric acid, formic acid, and acetic acid. The reducing agent is preferably citric acid, since it has excellent VOC removal efficiency at low temperatures and is easy to exert an etching effect on the catalyst surface.

還元剤は1種単独で使用することができ、あるいは、2種以上を組み合わせて使用することもできる。 The reducing agent can be used alone or in combination of two or more types.

原料液A、原料液B及び原料液Cは、いずれも溶媒を含むことができる。溶媒の種類は特に限定されず、例えば、水;メタノール、エタノール等の炭素数1~4のアルコール;及びこれらの混合溶媒;N,N-ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒;N-メチルピロリドン等のピロリドン系溶媒等が使用できる。工程1での反応が進行しやすいという点で、原料液A、原料液B及び原料液Cに含まれる溶媒は、水及び前記アルコール、又はこれらの混合溶媒であることが好ましく、水であることがさらに好ましい。原料液A、原料液B及び原料液Cに含まれる溶媒は互いに同一であってもよいし、一部またはすべてが異なっていてもよく、いずれも水であることがさらに好ましい。 Raw material liquid A, raw material liquid B, and raw material liquid C may each contain a solvent. The type of solvent is not particularly limited, and examples that can be used include water; alcohols having 1 to 4 carbon atoms such as methanol and ethanol; and mixed solvents thereof; amide-based solvents such as N,N-dimethylformamide; and pyrrolidone-based solvents such as N-methylpyrrolidone. In terms of facilitating the reaction in step 1, the solvents contained in raw material liquid A, raw material liquid B, and raw material liquid C are preferably water and the alcohols, or mixed solvents thereof, and more preferably water. The solvents contained in raw material liquid A, raw material liquid B, and raw material liquid C may be the same as each other, or may be partially or entirely different, and more preferably all of them are water.

原料液Aにおいて、マンガン源の濃度は特に限定されない。例えば、原料液A中のマンガンの濃度は、1×10-4~2M、好ましくは1×10-3~1M、さらに好ましくは1×10-2~0.5Mとすることができる。 There is no particular limitation on the concentration of the manganese source in raw material liquid A. For example, the concentration of manganese in raw material liquid A can be 1×10 −4 to 2M, preferably 1×10 −3 to 1M, and more preferably 1×10 −2 to 0.5M.

原料液Bにおいて、金属元素M源の濃度は特に限定されない。例えば、原料液B中の金属元素M源の濃度は、1×10-4~2M、好ましくは1×10-3~1M、さらに好ましくは1×10-2~0.5Mとすることができる。 There is no particular limitation on the concentration of the metal element M source in the raw material liquid B. For example, the concentration of the metal element M source in the raw material liquid B can be 1×10 −4 to 2M, preferably 1×10 −3 to 1M, and more preferably 1×10 −2 to 0.5M.

原料液Cにおいて、還元剤の濃度は特に限定されない。例えば、原料液C中の還元剤の濃度は、1×10-4~2M、好ましくは1×10-3~1M、さらに好ましくは1×10-2~0.5Mとすることができる。 There is no particular limitation on the concentration of the reducing agent in the raw material liquid C. For example, the concentration of the reducing agent in the raw material liquid C can be 1×10 −4 to 2M, preferably 1×10 −3 to 1M, and more preferably 1×10 −2 to 0.5M.

工程1において、原料液A及び原料液Bの混合割合は特に限定されない。例えば、金属元素Mとマンガンとのモル比(金属元素M:Mn)が1:0.5~1:5となるように両者を混合することが好ましい。この場合、得られるVOC除去触媒は、低温でのVOC分解性能が向上しやすい。金属元素M:Mnは、1:1~1:4であることがより好ましく、1:2~1:4であることがさらに好ましく、1:3~1:4であることが特に好ましい。 In step 1, the mixing ratio of raw material liquid A and raw material liquid B is not particularly limited. For example, it is preferable to mix the two so that the molar ratio of metal element M to manganese (metal element M:Mn) is 1:0.5 to 1:5. In this case, the obtained VOC removal catalyst is likely to have improved VOC decomposition performance at low temperatures. The metal element M:Mn ratio is more preferably 1:1 to 1:4, even more preferably 1:2 to 1:4, and particularly preferably 1:3 to 1:4.

工程1において、原料液Cの使用量は特に限定されない。例えば、原料液C中の還元剤とマンガンのモル比(還元剤:マンガン)が1:0.1~1:5となるように原料液Cの量を調節することができる。 In step 1, the amount of raw material liquid C used is not particularly limited. For example, the amount of raw material liquid C can be adjusted so that the molar ratio of the reducing agent to manganese in raw material liquid C (reducing agent:manganese) is 1:0.1 to 1:5.

工程1において、原料液Aと原料液Bと原料液Cとを混合処理する方法は特に限定されない。一例としては、原料液Aと原料液Bとを、攪拌されている原料液Cに添加することで、混合処理を行うことができる。この場合、原料液Aと原料液Bとをそれぞれ別個に原料液Cに添加することができ、あるいは、原料液Aと原料液Bとをあらかじめ混合してから原料液Cに添加することができる。原料液Aと原料液Bとをそれぞれ別個に原料液Cに添加する場合、原料液Aと原料液Bとは同時に原料液Cに添加することもできる。 In step 1, the method of mixing raw material liquid A, raw material liquid B, and raw material liquid C is not particularly limited. As an example, the mixing process can be performed by adding raw material liquid A and raw material liquid B to raw material liquid C that is being stirred. In this case, raw material liquid A and raw material liquid B can be added separately to raw material liquid C, or raw material liquid A and raw material liquid B can be mixed in advance and then added to raw material liquid C. When raw material liquid A and raw material liquid B are added separately to raw material liquid C, raw material liquid A and raw material liquid B can also be added to raw material liquid C at the same time.

原料液A及び原料液Bの原料液Cへの添加速度は特に限定されず、例えば、0.1~50mL/min範囲で供給することができる。 The rate at which raw material liquid A and raw material liquid B are added to raw material liquid C is not particularly limited, and can be, for example, in the range of 0.1 to 50 mL/min.

原料液Aと原料液Bと原料液Cとを混合処理において、混合時の温度は特に限定されず、例えば、5~40℃、好ましくは室温付近(例えば、15~30℃)とすることができる。混合処理の時間も特に限定されず、混合時の温度に応じて適宜設定することが可能である。 When mixing raw material liquid A, raw material liquid B, and raw material liquid C, the temperature during mixing is not particularly limited and can be, for example, 5 to 40°C, and preferably around room temperature (for example, 15 to 30°C). The time for the mixing process is also not particularly limited and can be set appropriately depending on the temperature during mixing.

原料液Aと原料液Bと原料液Cとを混合処理することで、マンガン源、金属元素M源及び還元剤が反応し、沈殿物が生じ得る。得られた沈殿物は、遠心分離あるいはろ過等の適宜の方法で分離することができる。分離した沈殿物は必要に応じて洗浄、乾燥等を行うことができる。 By mixing raw material liquid A, raw material liquid B, and raw material liquid C, the manganese source, the metal element M source, and the reducing agent may react to produce a precipitate. The resulting precipitate can be separated by an appropriate method such as centrifugation or filtration. The separated precipitate can be washed, dried, etc., as necessary.

上記混合処理で得られる沈殿物は、後記工程2で焼成されて目的物であるVOC除去触媒となる。したがって、混合処理で得られる沈殿物は、いわばVOC除去触媒の前駆体である。斯かる前駆体は、例えば、マンガンの酸化物(MnO、つまり、マンガンの価数は不特定)及びセリウムの酸化物(例えば、CeO)を含み、また、前記固溶体を含むこともある。前駆体は、例えば、前記一般式(1)で表される。前駆体には、工程1で使用する還元剤も含まれるが、この還元剤は、後記工程2での焼成によって除去され得る。 The precipitate obtained by the above mixing process is calcined in step 2 described later to become the target VOC removal catalyst. Therefore, the precipitate obtained by the mixing process is, so to speak, a precursor of the VOC removal catalyst. Such a precursor contains, for example, an oxide of manganese (MnO x , i.e., the valence of manganese is not specified) and an oxide of cerium (e.g., CeO 2 ), and may also contain the solid solution. The precursor is represented, for example, by the general formula (1). The precursor also contains the reducing agent used in step 1, but this reducing agent can be removed by calcination in step 2 described later.

(工程2)
工程2は、工程1で得られた生成物(前駆体)を焼成処理するための工程である。斯かる焼成処理により、目的のVOC除去触媒が得られる。
(Step 2)
Step 2 is a step for calcining the product (precursor) obtained in step 1. The intended VOC removal catalyst is obtained by such calcination.

工程2において、焼成処理の方法は特に限定的ではなく、公知の焼成方法を広く採用することができる。例えば、焼成処理の温度は、250℃以上とすることができる。また、焼成で得られるVOC触媒中の酸化マンガンの結晶化度が低くなりやすいという点で、焼成処理の温度は、650℃未満とすることが好ましい。好ましい焼成温度は250~480℃、より好ましい焼成温度は290~450℃、さらに好ましい焼成温度は300~400℃である。 In step 2, the method of calcination is not particularly limited, and any known calcination method can be widely adopted. For example, the temperature of the calcination can be 250°C or higher. In addition, the calcination temperature is preferably less than 650°C, since the crystallinity of the manganese oxide in the VOC catalyst obtained by calcination tends to be low. The preferred calcination temperature is 250 to 480°C, more preferably 290 to 450°C, and even more preferably 300 to 400°C.

焼成時間は、焼成温度によって適宜選択すればよく、例えば、1.5~5時間とすることができる。工程2において、焼成を行う際の昇温速度も特に限定されず、適宜設定することができ、例えば、1~10℃/分である。 The firing time may be appropriately selected depending on the firing temperature, and may be, for example, 1.5 to 5 hours. In step 2, the heating rate during firing is not particularly limited and may be appropriately set, for example, 1 to 10°C/min.

焼成処理は、空気中及び不活性ガス雰囲気中のいずれで行ってもよい。好ましくは、空気中で焼成処理を行うことである。焼成処理は、例えば、市販の加熱炉等の公知の加熱装置を使用することができる。 The calcination process may be carried out in air or in an inert gas atmosphere. It is preferable to carry out the calcination process in air. For example, a known heating device such as a commercially available heating furnace can be used for the calcination process.

工程2での焼成処理によって、例えば、残存している還元剤等が除去され、前記生成物(前駆体)の焼結体が形成され、これを目的のVOC除去触媒として得ることができる。得られるVOC除去触媒は、前述の金属Mを含有する結晶性酸化マンガン(酸化マンガン1)を含む触媒であり、例えば、Ceを含む結晶性酸化マンガンである。 The calcination treatment in step 2 removes, for example, any remaining reducing agent, and forms a sintered body of the product (precursor), which can be obtained as the desired VOC removal catalyst. The resulting VOC removal catalyst is a catalyst containing crystalline manganese oxide (manganese oxide 1) containing the aforementioned metal M, for example, crystalline manganese oxide containing Ce.

上記工程1及び工程2を備える製造方法によれば、簡便な工程で容易に本発明のVOC除去触媒を得ることができ、しかも得られたVOC除去触媒は、低温であっても効率よくVOCを除去することができる。 By using the manufacturing method including steps 1 and 2 described above, the VOC removal catalyst of the present invention can be easily obtained through simple steps, and the obtained VOC removal catalyst can efficiently remove VOCs even at low temperatures.

3.VOC除去方法
本発明のVOC除去方法は、前述のVOC除去触媒、又は、前記工程1及び前記工程2を備える製造方法で得られたVOC触媒を用いてVOCを燃焼する工程を備える。
3. VOC Removal Method The VOC removal method of the present invention comprises a step of combusting VOCs using the above-mentioned VOC removal catalyst or the VOC catalyst obtained by the production method comprising the steps 1 and 2.

例えば、VOC除去触媒を容器内に収容し、該容器にトルエン等のVOCを導入し、所定の温度で処理することで、VOCを燃焼する。これにより、VOCを除去することができる。必要に応じて、容器内には窒素及び酸素の一方又は両方を流入させることができ、窒素及び酸素の一方又は両方の存在下でVOCを燃焼させることができる。 For example, a VOC removal catalyst is placed in a container, and VOCs such as toluene are introduced into the container and treated at a specified temperature to combust the VOCs. This allows the VOCs to be removed. If necessary, nitrogen and/or oxygen can be introduced into the container, allowing the VOCs to be combusted in the presence of nitrogen and/or oxygen.

VOCの除去にあたり、使用する容器の種類は特に限定されず、例えば、VOCの触媒燃焼で使用される公知の容器を広く使用することができる。容器内でのVOCの処理温度は特に限定されず、公知のVOCの除去のために設定される処理温度と同様とすることができる。特に本発明では、上記VOC除去触媒を使用することで、低温であってもVOC除去効率に優れる。 When removing VOCs, there is no particular limit to the type of container used; for example, any known container used in catalytic combustion of VOCs can be used. The treatment temperature of the VOCs in the container is not particularly limited, and can be the same as the treatment temperature set for the removal of known VOCs. In particular, in the present invention, by using the above-mentioned VOC removal catalyst, the VOC removal efficiency is excellent even at low temperatures.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の態様に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
図1の概略図に示す手順でVOC除去触媒を合成した。まず、原料液AとしてKMnOの濃度が0.1Mである水溶液(図1中のA soutiion)及び原料液BとしてCe(NOの濃度が0.1Mである水溶液(B soutiion)をそれぞれ準備した。これらを10mL/分の供給速度でそれぞれ、激しく攪拌している0.2Mクエン酸水溶液(原料液C)に滴下した。これにより茶黒色の懸濁液が得られた。得られた懸濁液の遠心分離によって固形物(生成物)を分離し、得られた固形物を脱イオン水で数回洗浄した後、60℃で一晩乾燥させ、VOC除触媒の前駆体を得た(工程1)。この前駆体をマッフル炉中、空気雰囲気下にて5℃/minの加熱速度で350℃まで昇温し、この温度を焼成温度として3時間にわたって前記生成物の焼成処理を行い(工程2)、Mn:Ceが1:1であるVOC除去触媒を得た。
Example 1
The VOC removal catalyst was synthesized according to the procedure shown in the schematic diagram of FIG. 1. First, an aqueous solution with a concentration of KMnO4 of 0.1 M (A solution in FIG. 1) was prepared as raw material solution A, and an aqueous solution with a concentration of Ce( NO3 ) 3 of 0.1 M (B solution) was prepared as raw material solution B. These were each dropped into a vigorously stirred 0.2 M citric acid aqueous solution (raw material solution C) at a feed rate of 10 mL/min. This resulted in a brown-black suspension. The resulting suspension was centrifuged to separate the solid (product), and the resulting solid was washed several times with deionized water and then dried overnight at 60°C to obtain a precursor of the VOC removal catalyst (step 1). This precursor was heated to 350°C at a heating rate of 5°C/min in an air atmosphere in a muffle furnace, and the product was calcined at this temperature for 3 hours (step 2), thereby obtaining a VOC removal catalyst with a Mn:Ce ratio of 1:1.

(実施例2)
原料液AにおけるKMnOの濃度を0.133Mに、原料液BにおけるCe(NOの濃度を0.067Mに変更したこと以外は実施例1と同様の方法で工程1及び工程2を実施し、これにより、Mn:Ceが2:1であるVOC除去触媒を得た。
Example 2
Steps 1 and 2 were carried out in the same manner as in Example 1, except that the concentration of KMnO4 in raw material solution A was changed to 0.133 M and the concentration of Ce( NO3 ) 3 in raw material solution B was changed to 0.067 M, thereby obtaining a VOC removal catalyst with a Mn:Ce ratio of 2:1.

(実施例3)
原料液AにおけるKMnOの濃度を0.15Mに、原料液BにおけるCe(NOの濃度を0.05Mに変更したこと以外は実施例1と同様の方法で工程1及び工程2を実施し、これにより、Mn:Ceが3:1であるVOC除去触媒を得た。
Example 3
Steps 1 and 2 were carried out in the same manner as in Example 1, except that the concentration of KMnO4 in raw material solution A was changed to 0.15 M and the concentration of Ce( NO3 ) 3 in raw material solution B was changed to 0.05 M, thereby obtaining a VOC removal catalyst with a Mn:Ce ratio of 3:1.

(実施例4)
原料液AにおけるKMnOの濃度を0.16Mに、原料液BにおけるCe(NOの濃度を0.04Mに変更したこと以外は実施例1と同様の方法で工程1及び工程2を実施し、これにより、Mn:Ceが4:1であるVOC除去触媒を得た。
Example 4
Steps 1 and 2 were carried out in the same manner as in Example 1, except that the concentration of KMnO4 in raw material solution A was changed to 0.16 M and the concentration of Ce( NO3 ) 3 in raw material solution B was changed to 0.04 M, thereby obtaining a VOC removal catalyst with a Mn:Ce ratio of 4:1.

(比較例1)
KMnOの濃度が0.1Mである水溶液を10mL/分の供給速度で、激しく攪拌している0.2Mクエン酸水溶液に滴下した。これにより茶黒色の懸濁液が得られた。得られた懸濁液の遠心分離によって固形物(生成物)を分離し、得られた固形物を脱イオン水で数回洗浄した後、60℃で一晩乾燥させ、VOC除触媒の前駆体を得た。この前駆体をマッフル炉中、空気雰囲気下にて5℃/minの加熱速度で350℃まで昇温し、この温度を焼成温度として3時間にわたって前記生成物の焼成処理を行い(工程2)、比較用触媒を得た。
(Comparative Example 1)
An aqueous solution with a concentration of 0.1 M KMnO4 was dropped at a feed rate of 10 mL/min into a vigorously stirred 0.2 M aqueous citric acid solution. This resulted in a brown-black suspension. The resulting suspension was centrifuged to separate the solid (product), which was washed several times with deionized water and then dried at 60°C overnight to obtain a precursor for VOC removal catalyst. This precursor was heated to 350°C in a muffle furnace under an air atmosphere at a heating rate of 5°C/min, and the product was calcined at this temperature for 3 hours (step 2) to obtain a comparative catalyst.

<評価方法>
(VOC除去試験)
図2に示す概略フローにより、各実施例で得たVOC除去触媒のトルエン除去試験を行った。この試験では、容器内にVOC除去触媒を石英ウールで挟み込むように充填し、そこへトルエンを所定の流速で流入させて反応させることで、トルエンを除去するようにした。図2に示すように、容器は、酸素ボンベ及び窒素ボンベと連結しており、容器内に酸素及び窒素を流入できるようにしている。トルエン除去試験の条件として、内径8mmのガラス反応器を使用し、そこへVOC除去触媒の充填量を50mgとし、容器内のトルエン濃度を1000体積ppmとなるようにした。また、容器内へのキャリアー用窒素ガス流量を40cm/min、トルエン導入用窒素ガス流量を40mL/min、酸素ガス流量を10cm/minとした。容器内での反応温度を130~300℃の範囲の種々の温度に調節して、トルエン除去特性を評価した。なお、130~210℃の範囲では、10℃毎に2回サンプリングをし、210~~300℃の範囲では、5℃毎に2回サンプリングをした。VOC濃度の測定は、島津製作所社製「GC-2014ガスクロマトグラフ」を使用した。また、容器出口から排出される二酸化炭素濃度をHORIBA社製FT-IRガス分析装置「FG-120」を使用して計測した。
<Evaluation method>
(VOC removal test)
According to the schematic flow shown in FIG. 2, a toluene removal test was performed on the VOC removal catalyst obtained in each Example. In this test, the VOC removal catalyst was packed in a container so as to be sandwiched between quartz wool, and toluene was flowed into the container at a predetermined flow rate to cause a reaction, thereby removing the toluene. As shown in FIG. 2, the container was connected to an oxygen cylinder and a nitrogen cylinder, so that oxygen and nitrogen could be flowed into the container. As conditions for the toluene removal test, a glass reactor with an inner diameter of 8 mm was used, the amount of the VOC removal catalyst packed therein was 50 mg, and the toluene concentration in the container was 1000 ppm by volume. In addition, the flow rate of the nitrogen gas for carrier into the container was 40 cm 3 /min, the flow rate of the nitrogen gas for introducing toluene was 40 mL/min, and the flow rate of the oxygen gas was 10 cm 3 /min. The reaction temperature in the container was adjusted to various temperatures in the range of 130 to 300° C., and the toluene removal characteristics were evaluated. In the range of 130 to 210°C, sampling was performed twice every 10°C, and in the range of 210 to 300°C, sampling was performed twice every 5°C. A Shimadzu GC-2014 gas chromatograph was used to measure the VOC concentration. In addition, a HORIBA FG-120 FT-IR gas analyzer was used to measure the carbon dioxide concentration discharged from the container outlet.

図3は、実施例1~4及び比較例1で得た触媒のSEM画像を示している。図3から、実施例4のようにMnのモル比が大きくなると多孔質状に形成されることがわかった。 Figure 3 shows SEM images of the catalysts obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. From Figure 3, it can be seen that when the molar ratio of Mn is increased, as in Example 4, the catalyst is formed in a porous form.

図4は、実施例1~4及び比較例1で得た触媒のXRDスペクトルを示している。 Figure 4 shows the XRD spectra of the catalysts obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1.

図4から、比較例1のXRDスペクトルと、実施例1~4のXRDスペクトルとの対比から、金属MであるCeが含まれることで、酸化マンガン(MnOx)の結晶性を抑制できることがわかった。特に実施例3及び4のようにMnのモル比が大きいと結晶化度は非常に小さく、アモルファス酸化マンガンに近い構造となることがわかった。Ce等の金属元素は、酸化マンガンの格子構造に挿入されて層間間隔が拡大され、これにより、酸化マンガンの結晶性を低下させることができるものと思われる。 From Figure 4, comparing the XRD spectrum of Comparative Example 1 with the XRD spectra of Examples 1 to 4, it was found that the inclusion of Ce as metal M can suppress the crystallinity of manganese oxide (MnOx). In particular, when the molar ratio of Mn is large as in Examples 3 and 4, the degree of crystallinity is very small, resulting in a structure close to that of amorphous manganese oxide. Metal elements such as Ce are inserted into the lattice structure of manganese oxide to expand the interlayer spacing, which is thought to reduce the crystallinity of manganese oxide.

図5は、実施例1~4及び比較例1で得られた触媒によるVOC除去試験の結果を示している。具体的に図5は、温度(X軸)とトルエン除去率(Y軸)との関係を示すプロットである。また、図5のグラフ中には、各触媒のトルエンの10%分解温度(T10%)、50%分解温度(T50%)、90%分解温度(T90%)及び100%分解温度(T100%)の値を挿入している。 Fig. 5 shows the results of the VOC removal test using the catalysts obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. Specifically, Fig. 5 is a plot showing the relationship between temperature (X-axis) and toluene removal rate (Y-axis). In addition, the values of the 10% decomposition temperature (T 10% ), 50% decomposition temperature (T 50% ), 90% decomposition temperature (T 90% ), and 100% decomposition temperature (T 100% ) of toluene for each catalyst are inserted in the graph of Fig. 5.

図5及の結果から、各実施例で得られたVOC除去触媒は、比較例1よりも優れたVOC除去性能を有していることがわかる。比較例1で得られた触媒は、300℃でもトルエンの分解率が70%にも満たないのに対し、各実施例で得られた触媒は、280℃より低い温度でVOCを処理したとしても、90%以上のトルエンが分解されることがわかった。特に実施例3及び4で得られた触媒は、100%分解温度(T100%)がそれぞれ215℃及び245℃であり、低温でのVOC除去効率が特に優れることがわかった。 5 and 6, it can be seen that the VOC removal catalysts obtained in each Example have better VOC removal performance than Comparative Example 1. The catalyst obtained in Comparative Example 1 had a toluene decomposition rate of less than 70% even at 300° C., whereas the catalysts obtained in each Example were found to decompose 90% or more of toluene even when VOCs were treated at a temperature lower than 280° C. In particular, the catalysts obtained in Examples 3 and 4 had 100% decomposition temperatures (T 100% ) of 215° C. and 245° C., respectively, and were found to have particularly excellent VOC removal efficiency at low temperatures.

以上より、各実施例で得られたVOC除去触媒は、代表的なVOC物質の一種であるトルエンの触媒燃焼の触媒として好適に使用できることがわかった。 From the above, it was found that the VOC removal catalysts obtained in each example can be suitably used as catalysts for the catalytic combustion of toluene, a typical VOC substance.

Claims (4)

VOC除去触媒の製造方法であって、
マンガン源を含む原料液Aと、セリウム源を含む原料液Bと、還元剤を含む原料液Cとを5~40℃で混合することで生成物を得る工程1と、
前記工程1で得られた生成物を250~480℃で焼成する工程2と、
を備え、
前記VOC除去触媒は、Ceを含有する結晶性酸化マンガンを含み、セリウムとマンガンとのモル比(Ce:Mn)が1:1~1:4である、VOC除去触媒の製造方法。
A method for producing a VOC removal catalyst, comprising the steps of:
A step 1 of obtaining a product by mixing a raw material liquid A containing a manganese source, a raw material liquid B containing a cerium source, and a raw material liquid C containing a reducing agent at 5 to 40° C.;
Step 2 of calcining the product obtained in step 1 at 250 to 480° C .;
Equipped with
The VOC removal catalyst comprises crystalline manganese oxide containing Ce, and the molar ratio of cerium to manganese (Ce:Mn) is 1:1 to 1:4 .
前記還元剤が、カルボン酸化合物及び/又はビタミンCである、請求項に記載のVOC除去触媒の製造方法。 The method for producing a VOC removal catalyst according to claim 1 , wherein the reducing agent is a carboxylic acid compound and/or vitamin C. 前記カルボン酸化合物が、クエン酸、ギ酸、及び、酢酸からなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項に記載のVOC除去触媒の製造方法。 The method for producing a VOC removal catalyst according to claim 2 , wherein the carboxylic acid compound is at least one selected from the group consisting of citric acid, formic acid, and acetic acid. 請求項1~3のいずれか1項に記載の製造方法で得られたVOC触媒を用いてVOCを分解する工程を備える、VOCの除去方法。 A method for removing VOCs, comprising a step of decomposing VOCs using a VOC catalyst obtained by the production method according to any one of claims 1 to 3 .
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