[go: up one dir, main page]

JP7669692B2 - Nitrogen oxide purification method - Google Patents

Nitrogen oxide purification method Download PDF

Info

Publication number
JP7669692B2
JP7669692B2 JP2020217611A JP2020217611A JP7669692B2 JP 7669692 B2 JP7669692 B2 JP 7669692B2 JP 2020217611 A JP2020217611 A JP 2020217611A JP 2020217611 A JP2020217611 A JP 2020217611A JP 7669692 B2 JP7669692 B2 JP 7669692B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
zeolite
catalyst
less
nitrogen oxides
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020217611A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022102718A (en
Inventor
学 田中
隆彦 武脇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP2020217611A priority Critical patent/JP7669692B2/en
Publication of JP2022102718A publication Critical patent/JP2022102718A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7669692B2 publication Critical patent/JP7669692B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

本発明は、窒素酸化物浄化用触媒を用いた窒素酸化物の浄化方法に関するものであり、例えば、自動車や工場、発電所等の内燃機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物の浄化用に適用される。 The present invention relates to a method for purifying nitrogen oxides using a nitrogen oxide purification catalyst, and is applicable, for example, to purifying nitrogen oxides contained in exhaust gases emitted from internal combustion engines of automobiles, factories, power plants, etc.

自動車用エンジン、および工場や発電所等の内燃機関は、燃費向上のために酸素過剰な条件下で運転されることが多い。酸素過剰条件下では、内燃機関の燃焼室内で、窒素酸化物(以下「NO」と記載することがある。)が発生する。窒素酸化物はそれ自体が有害であるほか、光化学オキシダントの原因物質としても知られている。従って、排ガス中に含まれる窒素酸化物、その中でも特に一酸化窒素(NO)を浄化することが必要である。 Automobile engines and internal combustion engines in factories, power plants, etc. are often operated under conditions of excess oxygen to improve fuel efficiency. Under conditions of excess oxygen, nitrogen oxides (hereinafter sometimes referred to as " NOx ") are generated in the combustion chamber of the internal combustion engine. Nitrogen oxides are themselves harmful, and are also known as causative substances of photochemical oxidants. Therefore, it is necessary to purify the nitrogen oxides contained in exhaust gas, especially nitric oxide (NO).

NOを浄化するための従来技術としては、アンモニアや炭化水素、水素等の還元剤と触媒の組み合わせを用いる除去方法、及び還元剤を用いずに触媒のみでNOを窒素(N)と酸素(O)に直接分解する方法などが知られている。特に、自動車用エンジンから排出される排ガス中のNOの分解には、装置の簡便さ等の観点から、後者の触媒のみを用いた直接分解法が最も好ましいとされている。 Known conventional techniques for purifying NO include a removal method that uses a combination of a catalyst and a reducing agent such as ammonia, hydrocarbon, or hydrogen, and a method that directly decomposes NO into nitrogen ( N2 ) and oxygen ( O2 ) using only a catalyst without using a reducing agent. In particular, the latter direct decomposition method using only a catalyst is considered to be the most preferable for decomposing NO in exhaust gases emitted from automobile engines, from the standpoint of the simplicity of the device, etc.

直接分解法に用いる窒素酸化物浄化用触媒としては、これまでにゼオライト系、ペロブスカイト系などが報告されている。(非特許文献1~3)
また、AEI型ゼオライトにCuを担持したゼオライト触媒についても開示されている(特許文献1)。
As catalysts for purifying nitrogen oxides for use in the direct decomposition method, zeolite-based, perovskite-based, and other catalysts have been reported so far (Non-Patent Documents 1 to 3).
Also, a zeolite catalyst in which Cu is supported on AEI zeolite has been disclosed (Patent Document 1).

日本化学会誌 1991 Vol.5、574-583Journal of the Chemical Society of Japan 1991 Vol. 5, 574-583 Comptes Rendus Chimie、19、1254-1265(2016)Comptes Rendus Chimie, 19, 1254-1265 (2016) Catalysis Today、281、566-574(2017)Catalysis Today, 281, 566-574 (2017)

特開2017-81809号公報JP 2017-81809 A

直接分解法に触媒として用いられるペロブスカイト系触媒は、耐熱性に優れているため、工場排ガスのように800℃以上の高い温度で排出される排ガスに含まれる窒素酸化物浄化用に使用する事は可能と考えられている。しかし、自動車排ガスのような300~400℃の温度領域においては、触媒活性が低いという課題を有しており、適用範囲が限られている。
一方、ゼオライト系触媒ではCu/ZSM-5が知られており、300~400℃の温度領域でも高い触媒活性を示す(非特許文献1及び2)。しかしCu/ZSM-5のNO直接分解反応への適用例は1980年代に初めて報告されているが、実用に必要とされる触媒活性には至らずまた活性の向上も難しく、更に触媒活性の経時的な性能低下が早いという課題もある事から、未だに実用化の目途はたっていない。
Perovskite catalysts used as catalysts in the direct decomposition method have excellent heat resistance, and are therefore thought to be capable of being used to purify nitrogen oxides contained in exhaust gases emitted at high temperatures of 800°C or more, such as factory exhaust gases. However, they have the problem of low catalytic activity in the temperature range of 300 to 400°C, such as automobile exhaust gases, limiting their range of application.
On the other hand, Cu/ZSM-5 is known as a zeolite catalyst, and it shows high catalytic activity even in the temperature range of 300 to 400° C. (Non-Patent Documents 1 and 2). However, although the application of Cu/ZSM-5 to the direct decomposition reaction of NO was first reported in the 1980s, it did not achieve the catalytic activity required for practical use, and it was difficult to improve the activity. Furthermore, there is also the issue that the performance of the catalytic activity deteriorates rapidly over time, so that there is still no prospect of practical use.

最近では、Fe/ゼオライトを触媒に用いてマイクロウェーブ(MW)を使用することで瞬間的に触媒を加熱して窒素酸化物を浄化する方法について報告されている(非特許文献3)が、例えば自動車においてはMWを搭載する必要があり、エネルギー供給源も必要となる事から、実用化は困難と考えられる。 Recently, a method has been reported in which Fe/zeolite is used as a catalyst and microwaves (MW) are used to instantly heat the catalyst and purify nitrogen oxides (Non-Patent Document 3). However, for example, automobiles need to be equipped with MW, which also requires an energy source, making this method difficult to put into practical use.

また、本発明者らは、Si/Al比の低い、かつ結晶性の高いAEI型ゼオライトの合成に成功し、これにCuを担持したゼオライト触媒についても開示した(特許文献1)。当該触媒は還元剤を用いることで極めて優れた脱硝性能を有することがわかっている。 The inventors also succeeded in synthesizing an AEI zeolite with a low Si/Al ratio and high crystallinity, and disclosed a zeolite catalyst in which Cu is supported on the AEI zeolite (Patent Document 1). It has been found that this catalyst has extremely excellent denitration performance when used with a reducing agent.

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、排ガス中に含まれる窒素酸化物、特にNOを低い温度でも高効率で浄化できる窒素酸化物の浄化方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a method for purifying nitrogen oxides contained in exhaust gas, particularly NO, with high efficiency even at low temperatures.

本発明者らは、窒素酸化物を含む雰囲気下において、8員環構造を有するゼオライトに活性点となる金属を、ゼオライト中のAlに対してモル比で0.5~2.0担持した触媒を用いると、効率よく窒素酸化物を浄化することが可能であることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、以下の[1]~[9]を提供する。
[1]気体中に含まれる窒素酸化物を金属が担持されたゼオライトと接触させることにより除去する窒素酸化物の浄化方法であって、前記ゼオライトが8員環構造を有し、かつゼオライト中のAlに対する金属担持量のモル比が0.5~2.0であることを特徴とする窒素酸化物の浄化方法。
[2]前記ゼオライトがアルミノシリケートゼオライトである上記[1]に記載の窒素酸化物の浄化方法。
[3]前記ゼオライトのSiO/Al(モル比)が3~100である上記[2]に記載の窒素酸化物の浄化方法。
[4]前記ゼオライトがAEI型、CHA型、AFX型、RHO型のいずれかである上記[2]又は[3]に記載の窒素酸化物の浄化方法。
[5]前記ゼオライトに担持する金属がCu及びFeからなる群から選ばれる少なくとも1種である上記[1]~[4]のいずれかに記載の窒素酸化物の浄化方法。
[6]前記ゼオライトに担持する金属の担持量が、触媒100質量部に対し1~15質量部である上記[1]~[5]のいずれかに記載の窒素酸化物の浄化方法。
[7]前記気体中に含まれる窒素酸化物に対するモル比が0.1以下の還元剤を使用する上記[1]~[6]のいずれかに記載の窒素酸化物の浄化方法。
[8]前記還元剤の合計のモル量に対する窒素を含む還元剤の合計のモル量の比が0.1以下である上記[7]に記載の窒素酸化物の浄化方法。
[9]前記気体中の窒素酸化物量が10~10000体積ppmである上記[1]~[8]のいずれかに記載の窒素酸化物の浄化方法。
The present inventors have discovered that in an atmosphere containing nitrogen oxides, nitrogen oxides can be efficiently purified by using a catalyst in which a metal that serves as an active site is supported on a zeolite having an eight-membered ring structure in a molar ratio of 0.5 to 2.0 relative to Al in the zeolite, and have arrived at the present invention.
That is, the present invention provides the following [1] to [9].
[1] A method for purifying nitrogen oxides, which comprises contacting nitrogen oxides contained in a gas with a zeolite carrying a metal to remove the nitrogen oxides, the method being characterized in that the zeolite has an eight-membered ring structure and the molar ratio of the amount of metal carried to Al in the zeolite is 0.5 to 2.0.
[2] The method for purifying nitrogen oxides according to the above [1], wherein the zeolite is an aluminosilicate zeolite.
[3] The method for purifying nitrogen oxides according to the above [2], wherein the zeolite has a SiO 2 /Al 2 O 3 (molar ratio) of 3 to 100.
[4] The method for purifying nitrogen oxides according to the above [2] or [3], wherein the zeolite is any one of AEI type, CHA type, AFX type, and RHO type.
[5] The method for purifying nitrogen oxides according to any one of the above [1] to [4], wherein the metal supported on the zeolite is at least one selected from the group consisting of Cu and Fe.
[6] The method for purifying nitrogen oxides according to any one of the above [1] to [5], wherein the amount of the metal supported on the zeolite is 1 to 15 parts by mass per 100 parts by mass of the catalyst.
[7] The method for purifying nitrogen oxides according to any one of the above [1] to [6], wherein a reducing agent is used in a molar ratio of 0.1 or less to the nitrogen oxides contained in the gas.
[8] The method for purifying nitrogen oxides according to the above [7], wherein the ratio of the total molar amount of the nitrogen-containing reducing agent to the total molar amount of the reducing agents is 0.1 or less.
[9] The method for purifying nitrogen oxides according to any one of the above [1] to [8], wherein the amount of nitrogen oxides in the gas is 10 to 10,000 ppm by volume.

本発明によれば、8員環構造を有するゼオライト(以下、「8員環ゼオライト」と記載する場合がある。)に、ゼオライト中のAlに対して金属(以下「M」と記載する場合がある。)の含有量(M/Al、モル比)が0.5~2.0になるように担持した触媒は、従来のCu/ZSM-5に比べてNOを含む排ガス中において、高い転化率でNOを除去する事が出来る。しかも、8員環ゼオライトは細孔入口サイズ(以下、「細孔径」と記載する場合がある。)が小さいことから、排ガス中に含まれる分子サイズの大きい炭化水素が細孔内に侵入しにくくなり、触媒活性点においてNOが炭化水素と競争吸着することがなく、活性低下に対しての影響も小さくなると考えられる。 According to the present invention, a catalyst in which a zeolite having an eight-membered ring structure (hereinafter sometimes referred to as "eight-membered ring zeolite") is supported with a metal (hereinafter sometimes referred to as "M") content relative to Al in the zeolite (M/Al, molar ratio) of 0.5 to 2.0 can remove NO at a higher conversion rate in exhaust gases containing NO than conventional Cu/ZSM-5. Furthermore, because the pore entrance size (hereinafter sometimes referred to as "pore diameter") of eight-membered ring zeolite is small, it is difficult for large molecular hydrocarbons contained in exhaust gases to penetrate into the pores, so there is no competitive adsorption of NO with hydrocarbons at the catalytic active sites, and it is believed that the impact on activity reduction is also small.

図1は、実施例1の触媒1(CAT-A)及び比較例1の触媒2(CAT-B)の触媒活性の評価結果を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the evaluation results of the catalytic activity of Catalyst 1 (CAT-A) of Example 1 and Catalyst 2 (CAT-B) of Comparative Example 1.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はこれらの内容に何ら限定されない。 The following describes in detail the embodiments of the present invention, but the following description is one example (representative example) of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents in any way.

[窒素酸化物の浄化方法]
本発明に係る窒素酸化物の浄化方法は、気体中に含まれる窒素酸化物を金属が担持されたゼオライトと接触させることにより除去するものであり、該ゼオライトが8員環構造を有し、ゼオライトに含まれるAlに対する金属担持量のモル比が0.5~2.0であることを特徴とする。
ここで、気体とは、主に工場排ガス、自動車排ガス等の排ガス等が好ましい。
[Method for purifying nitrogen oxides]
The method for purifying nitrogen oxides according to the present invention removes nitrogen oxides contained in a gas by contacting the nitrogen oxides with a zeolite carrying a metal, and is characterized in that the zeolite has an eight-membered ring structure and the molar ratio of the amount of the metal carried to the Al contained in the zeolite is 0.5 to 2.0.
Here, the gas is preferably an exhaust gas such as an industrial exhaust gas or an automobile exhaust gas.

<窒素酸化物>
本発明が対象とする触媒により浄化される窒素酸化物としては、一酸化窒素、二酸化窒素、亜酸化窒素等が挙げられる。本明細書において窒素酸化物を浄化するとは、窒素酸化物を触媒上で反応させ、窒素と酸素等に分解することをいう。
この場合、還元剤を使用せずに窒素酸化物を直接触媒に接触させて反応することが好ましいが、実排ガス中に含まれる還元剤として機能する成分が共存することもある。還元剤としては、アンモニア、尿素、有機アミン類、一酸化炭素、炭化水素、水素等が用いられ、好ましくはアンモニア、尿素、炭化水素、水素が用いられる。
<Nitrogen oxides>
Nitrogen oxides that can be purified by the catalyst of the present invention include nitric oxide, nitrogen dioxide, nitrous oxide, etc. In this specification, purifying nitrogen oxides means reacting nitrogen oxides on the catalyst and decomposing them into nitrogen, oxygen, etc.
In this case, it is preferable to react the nitrogen oxides directly with the catalyst without using a reducing agent, but components that function as reducing agents contained in the actual exhaust gas may coexist. As the reducing agent, ammonia, urea, organic amines, carbon monoxide, hydrocarbons, hydrogen, etc. are used, and ammonia, urea, hydrocarbons, and hydrogen are preferably used.

<排気浄化システム>
本発明の窒素酸化物の浄化方法は、上述のように、排ガス中に含まれる窒素酸化物を浄化するものであるが、該排ガスには窒素酸化物以外の成分が含まれていてもよく、例えば炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素、酸素、硫黄酸化物、水が含まれていてもよい。したがって、窒素酸化物の浄化とともに、炭化水素、一酸化炭素、硫黄酸化物などの有害ガスも同時に浄化し得る排気浄化システムであることが好ましい。
また、窒素酸化物の浄化に際し、触媒使用時には、アンモニア、尿素、ヒドラジン、炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム及びギ酸アンモニウム等の窒素含有化合物(但し、窒素酸化物を除く)、炭化水素等の公知の還元剤を使用してもよいが、還元剤を構成する分子の中に窒素を含まない還元剤が好ましい。具体的には、本発明の排ガス処理用触媒により、ディーゼル自動車、ガソリン自動車、定置発電・船舶・農業機械・建設機械・二輪車・航空機用の各種ディーゼルエンジン、ボイラー、ガスタービン等から排出される多種多様の排ガスに含まれる窒素酸化物を浄化することができる。
<Exhaust gas purification system>
As described above, the nitrogen oxide purification method of the present invention purifies nitrogen oxides contained in exhaust gas, but the exhaust gas may contain components other than nitrogen oxides, such as hydrocarbons, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, nitrogen, oxygen, sulfur oxides, and water. Therefore, an exhaust purification system that can purify harmful gases such as hydrocarbons, carbon monoxide, and sulfur oxides at the same time as purifying nitrogen oxides is preferable.
In addition, when using the catalyst to purify nitrogen oxides, known reducing agents such as nitrogen-containing compounds (excluding nitrogen oxides) such as ammonia, urea, hydrazine, ammonium carbonate, ammonium carbamate, ammonium hydrogen carbonate, and ammonium formate, and hydrocarbons may be used, but reducing agents that do not contain nitrogen in the molecules that constitute the reducing agent are preferred. Specifically, the exhaust gas treatment catalyst of the present invention can purify nitrogen oxides contained in a wide variety of exhaust gases emitted from diesel automobiles, gasoline automobiles, various diesel engines for stationary power generation, ships, agricultural machinery, construction machinery, motorcycles, and aircraft, boilers, gas turbines, and the like.

触媒が接触するガス中に含まれる窒素酸化物に対する還元剤のモル比は、0.1以下が好ましく、0.08以下がより好ましく、0.07以下が更に好ましく、0.05以下が特に好ましく、0.03以下がとりわけ好ましく、0.01以下が最も好ましく、下限値は特に設定されない。すなわち、還元剤が存在しない状態でも本発明に係る触媒は有効に機能し、窒素酸化物を浄化することができる。
また、触媒が接触するガス中に含まれる還元剤の合計のモル量に対する窒素を含む還元剤の合計のモル量の比は、通常0.1以下であり、0.08以下が好ましく、0.06以下がより好ましく、0.05以下が更に好ましく、0.03以下がよりさらに好ましく、0.01以下が特に好ましい。
以上のように、本発明では、排ガス中に共存する還元剤として機能する成分以外に、さらに窒素を含む還元剤をガス中に存在させる必要がない。
The molar ratio of the reducing agent to the nitrogen oxides contained in the gas with which the catalyst comes into contact is preferably 0.1 or less, more preferably 0.08 or less, even more preferably 0.07 or less, particularly preferably 0.05 or less, particularly preferably 0.03 or less, and most preferably 0.01 or less, with no lower limit being set. In other words, even in the absence of a reducing agent, the catalyst according to the present invention functions effectively and can purify nitrogen oxides.
In addition, the ratio of the total molar amount of the nitrogen-containing reducing agent to the total molar amount of the reducing agents contained in the gas with which the catalyst comes into contact is usually 0.1 or less, preferably 0.08 or less, more preferably 0.06 or less, even more preferably 0.05 or less, still more preferably 0.03 or less, and particularly preferably 0.01 or less.
As described above, in the present invention, there is no need for a nitrogen-containing reducing agent to be present in the exhaust gas other than the components that function as reducing agents and coexist in the gas.

本発明の方法では、窒素酸化物浄化用触媒を、排ガス中に設置することによって排ガスの浄化を行うとよい。また、本発明の方法は、例えば、公知の炭化水素吸着剤や、酸化触媒および三元触媒等の公知の窒素酸化物除去用触媒と併用してもよい。このように吸着剤や触媒を組み合わせた排気浄化システムにより、排ガス中の窒素酸化物以外にも、炭化水素、一酸化炭素、ススを有効に除去することが可能である。 In the method of the present invention, exhaust gas can be purified by placing a nitrogen oxide purification catalyst in the exhaust gas. The method of the present invention may also be used in combination with known nitrogen oxide removal catalysts, such as known hydrocarbon adsorbents, oxidation catalysts, and three-way catalysts. In this way, an exhaust purification system that combines adsorbents and catalysts can effectively remove not only nitrogen oxides from exhaust gas, but also hydrocarbons, carbon monoxide, and soot.

本発明の方法に上記の公知の吸着剤や触媒を用いる場合、その設置場所は、特に制限されず、公知の吸着剤や触媒を窒素酸化物浄化用触媒の上流側に設置する、あるいは公知の吸着剤や触媒を窒素酸化物浄化用触媒の下流側に設置してもよい。また、公知の吸着剤は窒素酸化物浄化用触媒の上流側に設置し、触媒を窒素酸化物浄化用触媒の下流側に設置するのもよい。公知の吸着剤や触媒は、材料の特性に合わせて配置を決めればよい。
公知の吸着剤としては、例えばApplied Catalysis A, General 570(2019) 1-14に記載されているような、排ガスの温度が200℃以下の低温領域において窒素酸化物を吸着する吸着剤を用いてもよい。
When the above-mentioned known adsorbents or catalysts are used in the method of the present invention, the locations of the known adsorbents or catalysts are not particularly limited, and the known adsorbents or catalysts may be installed upstream of the nitrogen oxide purification catalyst, or may be installed downstream of the nitrogen oxide purification catalyst. Also, the known adsorbents may be installed upstream of the nitrogen oxide purification catalyst, and the catalyst may be installed downstream of the nitrogen oxide purification catalyst. The locations of the known adsorbents and catalysts may be determined according to the properties of the materials.
As a known adsorbent, for example, an adsorbent that adsorbs nitrogen oxides in a low temperature range where the exhaust gas temperature is 200° C. or less, as described in Applied Catalysis A, General 570 (2019) 1-14, may be used.

本発明の方法を適用する処理対象の気体に含まれる窒素酸化物の量には特に制限はないが、窒素酸化物の量が好ましくは10~10000体積ppm、より好ましくは20~5000体積ppm、更に好ましくは25~4000体積ppm、特に好ましくは50~2000体積ppm、最も好ましくは100~1000体積ppmである排ガスの処理に好適に用いられる。 There is no particular restriction on the amount of nitrogen oxides contained in the gas to be treated when the method of the present invention is applied, but it is suitable for treating exhaust gases in which the amount of nitrogen oxides is preferably 10 to 10,000 ppm by volume, more preferably 20 to 5,000 ppm by volume, even more preferably 25 to 4,000 ppm by volume, particularly preferably 50 to 2,000 ppm by volume, and most preferably 100 to 1,000 ppm by volume.

本発明の方法に三元触媒を組合せて使用する場合に、三元触媒としては特に制限されず、通常、炭化水素(以下「HC」と記載することがある)、NOx、COを同時に処理することができる触媒として用いられるものであればいずれでもよい。好ましくは、三元触媒は、触媒活性成分を、耐火性無機酸化物(好ましくは、多孔質の耐火性無機酸化物)に担持されてなる。ここで、耐火性無機酸化物としては、特に制限されず、公知の耐火性無機酸化物が使用できる。具体的には、活性アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリアなどの高表面積を有するもの、またはこれらの複合酸化物などを挙げることができる。これらのうち、活性アルミナ、ジルコニア、セリアが好ましく、特に活性アルミナが好ましい。また、上記耐火性無機酸化物は、単独で使用しても、あるいは2以上を混合して用いてもよい。 When a three-way catalyst is used in combination with the method of the present invention, the three-way catalyst is not particularly limited, and may be any catalyst that can be used as a catalyst that can simultaneously treat hydrocarbons (hereinafter sometimes referred to as "HC"), NOx, and CO. Preferably, the three-way catalyst is made by supporting a catalytically active component on a refractory inorganic oxide (preferably a porous refractory inorganic oxide). Here, the refractory inorganic oxide is not particularly limited, and any known refractory inorganic oxide can be used. Specific examples include those having a high surface area such as activated alumina, silica, zirconia, titania, and ceria, or composite oxides of these. Of these, activated alumina, zirconia, and ceria are preferred, and activated alumina is particularly preferred. The above refractory inorganic oxides may be used alone or in a mixture of two or more.

また、三元触媒に使用される触媒活性成分として、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(pd)およびそれらの混合物が挙げられ、好ましくはPt-Rh系、Pd-Rh系、Pt-Pd-Rh系、より好ましくはPd-Rh系が用いられる。特に、Pt-Rh、Pd-Rh、Pt-Pd-Rh系の貴金属を多孔質無機酸化物に担持したものが好ましく用いられる。 The catalytically active components used in three-way catalysts include platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium (Pd) and mixtures thereof, with Pt-Rh, Pd-Rh and Pt-Pd-Rh being preferred, and Pd-Rh being even more preferred. In particular, Pt-Rh, Pd-Rh and Pt-Pd-Rh precious metals supported on porous inorganic oxides are preferred.

三元触媒は、他の添加成分を含むことができ、該添加成分としては、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)等の希土類金属;ジルコニウム(Zr)、鉄(Fe)、コバルト(Co)およびニッケル(Ni)などの金属;上記金属の酸化物;上記金属の複合酸化物などが挙げられる。これらのうち、Zr、Ce、La、Y、Nd、Prの酸化物、あるいはそれらの複合酸化物が好ましく、Zr、Ce、Laの酸化物、あるいはそれらの複合酸化物がより好ましい。
ここで、三元触媒は、モノリス担体に被覆して用いられ得る。この際、モノリス担体は、特に制限されない。
The three-way catalyst may contain other additive components, such as rare earth metals such as scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), etc.; metals such as zirconium (Zr), iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni); oxides of the above metals; composite oxides of the above metals, etc. Among these, oxides of Zr, Ce, La, Y, Nd, and Pr, or composite oxides thereof, are preferred, and oxides of Zr, Ce, and La, or composite oxides thereof are more preferred.
The three-way catalyst may be used by coating a monolithic carrier, and the monolithic carrier is not particularly limited.

本発明において、モノリス担体としては、特に制限されず、公知のものが使用される。具体的には、モノリス担体は、ガスがそのまま通過しうるフロースルー型、排ガス中のススをこすことができるフィルター型を用いることができる。 In the present invention, the monolithic carrier is not particularly limited, and any known carrier may be used. Specifically, the monolithic carrier may be a flow-through type that allows gas to pass through as is, or a filter type that can filter out soot in the exhaust gas.

ここで、モノリス担体がフロースルー型である場合の、モノリス担体もまた、特に制限されず、公知のものが使用される。具体的には、ハニカム、メタルハニカム、プラグハニカム、メタルメッシュ、コルゲート形状など、軸方向に貫通する多数の貫通孔を有する筒状のモノリス担体およびフォーム型モノリス担体などが挙げられ、ハニカム型モノリス担体、コルゲート型モノリス担体が好ましく使用され、ハニカム型モノリス担体が特に好ましく使用される。 Here, when the monolith carrier is a flow-through type, the monolith carrier is also not particularly limited, and known monolith carriers can be used. Specific examples include cylindrical monolith carriers having a large number of through holes penetrating in the axial direction, such as honeycomb, metal honeycomb, plug honeycomb, metal mesh, and corrugated shapes, and foam-type monolith carriers. Honeycomb-type monolith carriers and corrugated-type monolith carriers are preferably used, and honeycomb-type monolith carriers are particularly preferably used.

また、モノリス担体がハニカム型やコルゲート型である場合では、モノリス担体は、複数の孔を有するが、その際の構造や製造方法は、特に制限されず、公知の構造と同様のものが使用できる。例えば、モノリス担体は、押出成形法やシート状素子を巻き固める方法等で製造され得る。また、モノリス担体のガス通過口の形状(セル形状)は、6角形、4角形、3角形またはコルゲーション形など、いずれであってもよい。セル密度(セル数/単位断面積)は、100~600セル/平方インチであれば十分に使用可能である。 In addition, when the monolith carrier is a honeycomb type or a corrugated type, the monolith carrier has a plurality of holes, but the structure and manufacturing method are not particularly limited, and structures similar to those known in the art can be used. For example, the monolith carrier can be manufactured by an extrusion molding method or a method of rolling up a sheet-like element. The shape of the gas passage port (cell shape) of the monolith carrier may be any of hexagonal, quadrangular, triangular, and corrugated shapes. A cell density (number of cells/unit cross-sectional area) of 100 to 600 cells/square inch is sufficient for use.

モノリス担体の材質は、特に制限されず、通常使用されるのと同様の材質が使用されうる。例えば、コージェライト、ムライト、ベタライト、アルミナ(α-アルミナ)、シリカ、ジルコニア、チタニア、リン酸チタン、アルミニウムチタネート、スポンジュメン、アルミノシリケート、マグネシウムシリケート、ゼオライト、シリカ等を材料とするハニカム担体が好ましく、なかでもコージェライト質のものが特に好ましい。そのほか、ステンレス鋼、Fe-Cr-Al合金等の酸化抵抗性の耐熱性金属を用いて一体構造としたものも使用される。 The material of the monolith carrier is not particularly limited, and the same materials as those normally used can be used. For example, honeycomb carriers made of cordierite, mullite, betalite, alumina (α-alumina), silica, zirconia, titania, titanium phosphate, aluminum titanate, spongium, aluminosilicate, magnesium silicate, zeolite, silica, etc. are preferred, and cordierite is particularly preferred. In addition, one-piece structures made of oxidation-resistant heat-resistant metals such as stainless steel and Fe-Cr-Al alloys are also used.

また、モノリス担体がフィルター型である場合には、モノリス担体は、壁に細孔を有し、ススをこすことができ、ガスは壁を通過することができる。また、フィルター型には、担体の排ガス入口側に市松状に穴を封じかつ、封じてない穴は排ガス出口側の穴が封じてあり、排ガス入口側の封じてある穴の排ガス出口側の穴は封じていないものがある。 When the monolith carrier is a filter type, the monolith carrier has pores in the wall that can filter out soot and allow gas to pass through the wall. In addition, some filter types have holes sealed in a checkerboard pattern on the exhaust gas inlet side of the carrier, and the unsealed holes are sealed on the exhaust gas outlet side, but the holes on the exhaust gas outlet side of the sealed holes on the exhaust gas inlet side are not sealed.

モノリス担体への三元触媒の被覆(担持)量は、特に制限されず、公知の三元触媒での被覆(担持)量と同様の量とすることができる。 The amount of three-way catalyst coated (supported) on the monolithic carrier is not particularly limited, and can be the same as the amount coated (supported) with known three-way catalysts.

本発明の方法に酸化触媒を組合せて使用する場合は、通常HC、COを酸化できる酸化触媒として用いられるものであればいずれでもよく、公知の酸化触媒が使用できる。好ましくは、酸化触媒は、貴金属等の触媒活性成分が、耐火性無機酸化物(好ましくは、多孔質の耐火性無機酸化物)に担持されてなる。活性成分としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウムなどの貴金属が好ましく、耐火性無機酸化物としては、特にアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニアまたはこれらの複合酸化物を好適に用いることができる。より好ましくは、白金および/またはパラジウムである貴金属(触媒活性成分)と、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニアまたはこれらの複合酸化物の耐火性無機酸化物とを含む。さらに、酸化ランタン(La)等の希土類酸化物や鉄、コバルト、ニッケル等の金属を1種または2種以上添加する場合がある。 When an oxidation catalyst is used in combination with the method of the present invention, any one that is normally used as an oxidation catalyst capable of oxidizing HC and CO may be used, and a known oxidation catalyst may be used. Preferably, the oxidation catalyst is formed by supporting a catalytically active component such as a noble metal on a refractory inorganic oxide (preferably a porous refractory inorganic oxide). As the active component, for example, a noble metal such as platinum, palladium, or rhodium is preferable, and as the refractory inorganic oxide, particularly alumina, silica, zirconia, titania, or a composite oxide thereof can be suitably used. More preferably, the catalyst contains a noble metal (catalytically active component) that is platinum and/or palladium, and a refractory inorganic oxide that is alumina, titania, silica, zirconia, or a composite oxide thereof. Furthermore, one or more of rare earth oxides such as lanthanum oxide (La 2 O 3 ) and metals such as iron, cobalt, and nickel may be added.

ここで、酸化触媒は、モノリス担体に被覆して用いられ得る。この際、モノリス担体は、特に制限されない。また、モノリス担体への酸化触媒の被覆(担持)量は、特に制限されず、公知の酸化触媒での被覆(担持)量と同様の量とすることができる。 Here, the oxidation catalyst can be used by coating it on a monolithic carrier. In this case, the monolithic carrier is not particularly limited. In addition, the amount of the oxidation catalyst coated (supported) on the monolithic carrier is not particularly limited, and can be the same amount as the amount of the oxidation catalyst coated (supported) on the monolithic carrier.

本発明の方法は、触媒に、窒素酸化物(特に一酸化窒素)を含む排ガスを接触させて、排ガス中の窒素酸化物を除去する。この処理を行う際の条件については特に制限はなく、最適な条件を適宜選択して処理を行うことができる。例えば、排ガスの空間速度(1時間において触媒体積当り通過する排ガス量)は、非特許文献1に記載の触媒活性評価ではおよそ10,000hr-1の条件で行われているが、実際に自動車等の排ガスを処理する際に比べて低い条件であり、本発明に用いる触媒に使用されている8員環ゼオライトのように、細孔サイズが小さいゼオライトではガスが細孔内に侵入しにくいことから、触媒とガスの境膜を薄くしてよりガスが触媒に接触しやすい条件の方が効率的に反応させる事が出来る。
従って、通常、空間速度は10,000hr-1以上であり、好ましくは15,000hr-1以上であり、より好ましくは20,000hr-1以上であり、更に好ましくは30,000hr-1以上であり、特に好ましくは40,000hr-1以上であり、とりわけ好ましくは50,000hr-1以上であり、最も好ましくは60,000hr-1以上である。一方、滞留時間を長くして反応を促進させるためには、通常、200,000hr-1以下であり、好ましくは150,000hr-1以下であり、より好ましくは120,000hr-1以下であり、更に好ましくは100,000hr-1以下であり、特に好ましくは90,000hr-1以下であり、最も好ましくは80,000hr-1以下である。
また、窒素酸化物(特に一酸化窒素)を含む排ガスを本発明の触媒と接触させる温度は、反応速度を高くするには、通常、180℃以上であり、好ましくは200℃以上であり、より好ましく250℃以上であり、更に好ましくは280℃以上であり、特に好ましくは300℃以上である。一方、触媒が劣化し難い点では、通常、600℃以下であり、好ましくは500℃以下であり、より好ましくは450℃以下であり、更に好ましくは400℃以下であり、特に好ましくは350℃以下である。
In the method of the present invention, exhaust gas containing nitrogen oxides (particularly nitric oxide) is contacted with a catalyst to remove nitrogen oxides from the exhaust gas. There are no particular limitations on the conditions for this treatment, and the treatment can be performed by appropriately selecting optimal conditions. For example, the catalytic activity evaluation described in Non-Patent Document 1 is performed under conditions of a space velocity of the exhaust gas (amount of exhaust gas passing per catalyst volume in one hour) of about 10,000 hr -1 . However, this is a lower condition than when actually treating exhaust gas from automobiles, etc., and since gas does not easily penetrate into the pores of zeolites with small pore sizes such as the 8-membered ring zeolite used in the catalyst of the present invention, the reaction can be more efficient under conditions where the boundary film between the catalyst and the gas is made thinner and the gas can more easily come into contact with the catalyst.
Therefore, the space velocity is usually 10,000 hr -1 or more, preferably 15,000 hr -1 or more, more preferably 20,000 hr -1 or more, even more preferably 30,000 hr -1 or more, particularly preferably 40,000 hr -1 or more, particularly preferably 50,000 hr -1 or more, and most preferably 60,000 hr -1 or more. On the other hand, in order to promote the reaction by extending the residence time, it is usually 200,000 hr -1 or less, preferably 150,000 hr -1 or less, more preferably 120,000 hr -1 or less, even more preferably 100,000 hr -1 or less, particularly preferably 90,000 hr -1 or less, and most preferably 80,000 hr -1 or less.
Furthermore, in order to increase the reaction rate, the temperature at which exhaust gas containing nitrogen oxides (particularly nitric oxide) is brought into contact with the catalyst of the present invention is usually 180° C. or higher, preferably 200° C. or higher, more preferably 250° C. or higher, even more preferably 280° C. or higher, and particularly preferably 300° C. or higher. On the other hand, in terms of preventing the catalyst from deteriorating, the temperature is usually 600° C. or lower, preferably 500° C. or lower, more preferably 450° C. or lower, even more preferably 400° C. or lower, and particularly preferably 350° C. or lower.

[触媒]
本発明の対象とする触媒とは、上述の、窒素酸化物を浄化することができる触媒をいい、具体的には、金属が担持されたゼオライトを含む窒素酸化物浄化用触媒をいう。(以下、単に触媒ということがある。)
[catalyst]
The catalyst targeted by the present invention refers to the above-mentioned catalyst capable of purifying nitrogen oxides, specifically, a catalyst for purifying nitrogen oxides that contains a zeolite carrying a metal (hereinafter, sometimes simply referred to as a catalyst).

[ゼオライト]
本発明に用いられるゼオライトとは、International Zeolite Association(以下「IZA」と記載する)の規定によるゼオライト類をいい、具体的には、骨格構造を構成する原子として、少なくとも酸素、アルミニウム(Al)、リン(P)を含むもの(以下、「アルミノフォスフェート」ということがある。)あるいはアルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、リン(P)を含むもの(シリコアルミノフォスフェート)、及び少なくとも酸素、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)を含むもの(以下、「アルミノシリケート」ということがある。)等が挙げられる。
[Zeolite]
The zeolite used in the present invention refers to zeolites defined by the International Zeolite Association (hereinafter referred to as "IZA"). Specific examples of the zeolite include those containing at least oxygen, aluminum (Al), and phosphorus (P) as atoms constituting the skeletal structure (hereinafter sometimes referred to as "aluminophosphates"), those containing aluminum (Al), silicon (Si), and phosphorus (P) (silicoaluminophosphates), and those containing at least oxygen, aluminum (Al), and silicon (Si) (hereinafter sometimes referred to as "aluminosilicates").

アルミノシリケートとは骨格構造を構成する原子として、少なくとも酸素、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)を含むものであり、これらの原子の一部がP以外の他の原子(Me)で置換されていてもよい。
他の原子Meは、1種でも2種以上含まれていてもよい。好ましいMeは、周期表の第3周期又は第4周期に属する元素である。
An aluminosilicate contains at least oxygen, aluminum (Al), and silicon (Si) as atoms constituting the skeleton structure, and some of these atoms may be substituted with atoms other than P (Me).
The other atom Me may be one type or two or more types. A preferred Me is an element belonging to the third or fourth period of the periodic table.

本発明に係る触媒のゼオライトとしては、水蒸気存在下における構造安定性が高いことからアルミノシリケートが好ましい。
一方、Pを骨格に有するアルミノフォスフェートは親水性が高く、水蒸気存在下における構造安定性がアルミノシリケートに対し低い。
As the zeolite of the catalyst according to the present invention, an aluminosilicate is preferred because it has high structural stability in the presence of water vapor.
On the other hand, aluminophosphates having P in the framework are highly hydrophilic and have lower structural stability in the presence of water vapor than aluminosilicates.

ゼオライトは通常結晶性であり、メタン型のSiO四面体あるいはAlO四面体(以下、これらを一般化してTOとし、含有する酸素以外の原子をT原子という。)が、各頂点の酸素原子を共有し連結した規則的な網目構造を有する。T原子としてはAl、Si以外の原子も知られている。網目構造の基本単位のひとつに、8個のTO四面体が環状に連結したものがあり、これは8員環と呼ばれている。同様に、6員環、10員環などもゼオライト構造の基本単位となる。 Zeolites are usually crystalline and have a regular network structure in which methane-type SiO4 tetrahedrons or AlO4 tetrahedrons (hereinafter, these are generalized as TO4 , and the atoms other than oxygen contained therein are called T atoms) are connected by sharing the oxygen atoms at each vertex. Atoms other than Al and Si are also known as T atoms. One of the basic units of the network structure is a ring in which eight TO4 tetrahedrons are connected in a ring shape, which is called an 8-membered ring. Similarly, 6-membered rings and 10-membered rings are also basic units of the zeolite structure.

なお、本発明に用いられるゼオライトの構造は、X線回折法(X-ray diffraction、以下「XRD」と記載する。)により決定される。 The structure of the zeolite used in the present invention is determined by X-ray diffraction (hereinafter referred to as "XRD").

本発明に用いられるゼオライトとしては、骨格構造中に8員環構造を有し、ゼオライト結晶構造中の最大の細孔が酸素の8員環により形成されるゼオライトが好ましい。
具体的な8員環構造を有するゼオライトとしては、IZAが定めるコードで、ABW、AEI、AEN、AFN、AFR、AFS、AFT、AFX、AFY、ANA、APC、APD、ATN、ATT、ATV、AWO、AWW、BCT、BIK、BPH、BRE、CAS、CDO、CGF、CGS、CHA、CLO、DAC、DDR、DFO、DFT、EAB、EDI、EON、EPI、ERI、ESV、ETR、FER、GIS、GME、GOO、HEU、IHW、ITE、ITW、IWW、JBW、KFI、LAW、LEV、LOV、LTA、MAZ、MER、MFS、MON、MOR、MOZ、MTF、NAT、NSI、OBW、OFF、OSO、OWE、PAU、PHI、RHO、RRO、RSN、RTE、RTH、RWR、SAS、SAT、SAV、SBE、SFO、SIV、SOS、STI、SZR、THO、TSC、UEI、UFI、VNI、VSV、WEI、WEN、YUG、ZON、MWFが挙げられるが、中でも、触媒活性の点から、AEI、CHA、AFX、RHOから選ばれるいずれかであるのが好ましく、特にAEI、CHAが好ましく、AEIが最も好ましい。
The zeolite used in the present invention is preferably a zeolite having an eight-membered ring structure in the framework structure, with the largest pore in the zeolite crystal structure being formed by the eight-membered oxygen ring.
Specific examples of zeolites having an 8-membered ring structure include, in accordance with the codes set by the IZA, ABW, AEI, AEN, AFN, AFR, AFS, AFT, AFX, AFY, ANA, APC, APD, ATN, ATT, ATV, AWO, AWW, BCT, BIK, BPH, BRE, CAS, CDO, CGF, CGS, CHA, CLO, DAC, DDR, DFO, DFT, EAB, EDI, EON, EPI, ERI, ESV, ETR, FER, GIS, GME, GOO, HEU, IHW, ITE, ITW, IWW, JBW, KFI, LAW, LEV, LOV, and LTA. , MAZ, MER, MFS, MON, MOR, MOZ, MTF, NAT, NSI, OBW, OFF, OSO, OWE, PAU, PHI, RHO, RRO, RSN, RTE, RTH, RWR, SAS, SAT, SAV, SBE, SFO, SIV, SOS, STI, SZR, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, VSV, WEI, WEN, YUG, ZON, and MWF can be mentioned. Among these, from the viewpoint of catalytic activity, it is preferable to be any one selected from AEI, CHA, AFX, and RHO, particularly AEI and CHA are preferable, and AEI is most preferable.

AEI型ゼオライトとは、IZAが定めるゼオライトの骨格構造を規定するコードでAEI構造のものである。その構造は、X線回折のデータにより特徴付けられる。ただし、実際に作製されたゼオライトを測定する場合には、ゼオライトの成長方向や、構成する元素の比、吸着した物質、欠陥の存在、乾燥状態などの影響を受け、各ピークの強度比やピーク位置に若干のずれを生じるためIZAの規定に記載されたAEI構造の各パラメータと全く同じ数値が得られるわけではなく、10%程度の幅は許容される。
X線回折における主だったピークとしては、例えば、線源にCuKα線を用いた場合、2θ=9.5°±0.2°に110面のピーク、2θ=16.1°±0.2°に202のピーク(非常に近いので重なることが多い)、16.9°±0.2°に022面のピーク、20.8°±0.2°に310面のピークなどが挙げられる。
AEI zeolite is a code that specifies the zeolite framework structure defined by IZA, and has an AEI structure. The structure is characterized by X-ray diffraction data. However, when actually measuring a produced zeolite, the intensity ratio and peak position of each peak may vary slightly due to the influence of the zeolite growth direction, the ratio of constituent elements, adsorbed substances, the presence of defects, the drying state, etc., so the values obtained are not exactly the same as the parameters of the AEI structure specified by IZA, and a margin of about 10% is allowed.
For example, when CuKα radiation is used as the radiation source, major peaks in X-ray diffraction include the 110 plane peak at 2θ=9.5°±0.2°, the 202 peak at 2θ=16.1°±0.2° (which are very close and often overlap), the 022 plane peak at 16.9°±0.2°, and the 310 plane peak at 20.8°±0.2°.

本発明に用いるゼオライトとして、より好ましいものは、アルミノシリケート類であり、かつゼオライト結晶構造中の最大細孔が8員環構造を有するゼオライトである。
本発明におけるゼオライト類は、基本単位として有する骨格構造を構成する成分とは別に、他のカチオンとイオン交換可能なカチオンを持つものを含んでいてもよい。その場合のカチオンは特に限定されないが、プロトン、Li、Na、K、Csなどのアルカリ元素、Mg、Caなどのアルカリ土類元素、La、Ce等の希土類元素などが挙げられ、中でも、プロトン、アルカリ元素、アルカリ土類元素が好ましい。
More preferred zeolites for use in the present invention are aluminosilicates, and are zeolites in which the largest pore in the zeolite crystal structure has an eight-membered ring structure.
The zeolites of the present invention may contain cations that are exchangeable with other cations in addition to the components that constitute the framework structure as basic units. In this case, the cations are not particularly limited, but include protons, alkali elements such as Li, Na, K, and Cs, alkaline earth elements such as Mg and Ca, and rare earth elements such as La and Ce, and among these, protons, alkali elements, and alkaline earth elements are preferred.

本発明におけるゼオライト類のフレームワーク密度は(以下、「FD」と略すことがある。)、特に限定されるものではないが、通常13.0T/nm以上、好ましくは、13.5T/nm以上、より好ましくは14.0T/nm以上である。また、一方で、通常17.5T/nm以下、好ましくは17.0T/nm以下、より好ましくは16.5T/nm以下、更に好ましくは16.0T/nm以下であり、特に好ましくは15.5T/nm以下であり、最も好ましくは15.0T/nm以下である。なお、フレームワーク密度(T/nm)は、ゼオライトの単位体積nmあたり存在するT原子(ゼオライトの骨格を構成する酸素以外の元素の原子)の数を意味し、この値はゼオライトの構造により決まるものである。FDが高いと、構造が安定であり、十分な耐久性が得られる傾向があり、一方、FDが低いと十分な吸着量及び触媒活性が得られ、触媒としての使用に適する。上記フレームワーク密度は、Ch.BaerlocherらによるATLAS OF ZEOLITE FRAME WORK TYPES(Sixth Revis ed Edition、2007、ELSEVIER)に記載の値である。 The framework density of the zeolites in the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as "FD") is not particularly limited, but is usually 13.0 T/nm 3 or more, preferably 13.5 T/nm 3 or more, more preferably 14.0 T/nm 3 or more. On the other hand, it is usually 17.5 T/nm 3 or less, preferably 17.0 T/nm 3 or less, more preferably 16.5 T/nm 3 or less, even more preferably 16.0 T/nm 3 or less, particularly preferably 15.5 T/nm 3 or less, and most preferably 15.0 T/nm 3 or less. The framework density (T/nm 3 ) means the number of T atoms (atoms of elements other than oxygen that constitute the framework of the zeolite) present per unit volume nm 3 of the zeolite, and this value is determined by the structure of the zeolite. When the FD is high, the structure is stable and sufficient durability tends to be obtained, while when the FD is low, sufficient adsorption amount and catalytic activity are obtained, making it suitable for use as a catalyst. The framework density is a value described in ATLAS OF ZEOLITE FRAME WORK TYPES (Sixth Revis ed Edition, 2007, ELSEVIER) by Ch. Baerlocher et al.

本発明に用いるゼオライトの結晶構造中の最大細孔径は、特に限定されるものではないが、排ガス中に含まれる炭化水素等の細孔内への侵入により、窒素酸化物の拡散を妨げられ難い点では細孔径は小さいことが好ましい。そのため、通常、5.0Å以下、好ましくは4.5Å以下、より好ましくは4.3Å以下、更に好ましくは4.2Å以下、特に好ましくは4.1Å以下であり、とりわけ好ましくは4.0Å以下であり、最も好ましくは3.8Å以下である。
一方、ガスの拡散性の観点では、細孔径が大きいことが好ましい。そのため、通常、3.0Å以上、好ましくは3.2Å以上、より好ましくは3.4Å以上、特に好ましくは3.5Å以上、最も好ましくは3.6Å以上である。上記細孔径は、Ch.BaerlocherらによるATLAS OF ZEOLITE FRAME WORK TYPES(Sixth Revis ed Edition、2007、ELSEVIER)に記載の値である。
The maximum pore size in the crystal structure of the zeolite used in the present invention is not particularly limited, but a small pore size is preferable in order to prevent the diffusion of nitrogen oxides from being hindered by the intrusion of hydrocarbons and the like contained in exhaust gas into the pores, and therefore the pore size is usually 5.0 Å or less, preferably 4.5 Å or less, more preferably 4.3 Å or less, even more preferably 4.2 Å or less, particularly preferably 4.1 Å or less, particularly preferably 4.0 Å or less, and most preferably 3.8 Å or less.
On the other hand, from the viewpoint of gas diffusion, it is preferable that the pore diameter is large. Therefore, it is usually 3.0 Å or more, preferably 3.2 Å or more, more preferably 3.4 Å or more, particularly preferably 3.5 Å or more, and most preferably 3.6 Å or more. The pore diameter is the value described in ATLAS OF ZEOLITE FRAME WORK TYPES (Sixth Revis ed Edition, 2007, ELSEVIER) by Ch. Baerlocher et al.

本発明に用いられるゼオライトは、後述するゼオライトの製造方法で、原料の仕込み組成比を変えること等により得ることができる。また、AEI型ゼオライトを用いる場合についても、後述するAEI型ゼオライトの製造方法で、原料の仕込み組成比を変えること等により、広い範囲のSiO/Alモル比のAEI型ゼオライトを製造することができる。よって、本発明に用いられるゼオライトのSiO/Alモル比は特に限定されるものではない。但し、触媒としての活性点が多い方が好ましいことからSiO/Alモル比は、通常、100以下であり、好ましくは50以下、より好ましくは40以下、更に好ましくは30以下、特に好ましくは25以下、とりわけ好ましくは22以下、最も好ましくは20以下である。一方、骨格内のAl量が多いゼオライトは水蒸気を含むガスにさらされた場合、骨格内Alが脱離して構造破壊が起きる可能性が高まるため、SiO/Alモル比は通常3以上であり、好ましくは5以上、より好ましくは8以上、更に好ましくは10以上、とりわけ好ましくは12以上、最も好ましくは15以上である。すなわち、本発明に用いられるゼオライトのSiO/Alモル比は、3~100であることが好ましい。 The zeolite used in the present invention can be obtained by changing the composition ratio of the raw materials in the zeolite manufacturing method described later. In addition, when AEI zeolite is used, AEI zeolite with a wide range of SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio can be manufactured by changing the composition ratio of the raw materials in the AEI zeolite manufacturing method described later. Therefore, the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite used in the present invention is not particularly limited. However, since it is preferable to have more active sites as a catalyst, the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is usually 100 or less, preferably 50 or less, more preferably 40 or less, even more preferably 30 or less, particularly preferably 25 or less, particularly preferably 22 or less, and most preferably 20 or less. On the other hand, when a zeolite having a large amount of Al in the framework is exposed to a gas containing water vapor, there is a high possibility that Al in the framework will be desorbed and the structure will be destroyed, so the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is usually 3 or more, preferably 5 or more, more preferably 8 or more, even more preferably 10 or more, particularly preferably 12 or more, and most preferably 15 or more. That is, the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite used in the present invention is preferably 3 to 100.

窒素酸化物浄化用触媒は、窒素酸化物を含む排ガスを浄化し、且つ650℃以上の水熱耐久性を有することが好ましい。結晶性に差が無ければ、SiO/Alモル比が低いゼオライトは、SiO/Alモル比の高い触媒よりも活性点が多いため、窒素酸化物を含む排ガスに対して高い浄化性能を示す。例えば、トラックでは、通常700℃以下と比較的低温で、水蒸気を含むガス雰囲気下に触媒として用いるため、水蒸気による骨格内Alの脱Alは進行しにくい。従って窒素酸化物を含む排ガスの浄化性能が優先され、ゼオライト骨格中の活性点が多い、SiO/Alモル比が通常は100以下、好ましくは50以下、更に好ましくは25以下、最も好ましくは22以下のゼオライトの使用が望まれる。一方で、SiO/Alモル比の高いゼオライトは、ゼオライト骨格中のAl量が少ないことから水蒸気を含む高温のガス雰囲気下でも構造が崩壊しにくい利点がある。ディーゼル乗用車やガソリン車では、通常800℃以上で水蒸気を含むガス雰囲気下に触媒として用いるため、高い水蒸気耐性を求められる。従ってSiO/Alモル比が5を超え、より好ましくは、10以上、更に好ましくは12以上、特に好ましくは15以上のゼオライトを使用することが望まれる。 The nitrogen oxide purification catalyst preferably purifies exhaust gas containing nitrogen oxides and has hydrothermal durability of 650°C or more. If there is no difference in crystallinity, a zeolite with a low SiO2 / Al2O3 molar ratio has more active sites than a catalyst with a high SiO2 / Al2O3 molar ratio, and therefore exhibits high purification performance for exhaust gas containing nitrogen oxides. For example, in a truck, the catalyst is usually used at a relatively low temperature of 700°C or less and in a gas atmosphere containing steam, so that dealuminization of Al in the framework by steam does not proceed easily. Therefore, the purification performance of exhaust gas containing nitrogen oxides is prioritized, and it is desirable to use a zeolite with a SiO2 / Al2O3 molar ratio of usually 100 or less, preferably 50 or less, more preferably 25 or less, and most preferably 22 or less, which has many active sites in the zeolite framework. On the other hand, zeolites with a high SiO2 / Al2O3 molar ratio have the advantage that the structure is less likely to collapse even in a high-temperature gas atmosphere containing water vapor because the amount of Al in the zeolite framework is small. In diesel passenger cars and gasoline cars, high water vapor resistance is required because they are usually used as catalysts in a gas atmosphere containing water vapor at 800°C or higher. Therefore, it is desirable to use zeolites with a SiO2 / Al2O3 molar ratio of more than 5, more preferably 10 or more, even more preferably 12 or more, and particularly preferably 15 or more.

本発明に用いられるゼオライトは、通常、酸量が0.3mmol/g以上であり、好ましくは0.6mmol/g以上、より好ましくは0.8mmol/g以上、更に好ましくは1.0mmol/g以上、特に好ましくは1.2mmol/g以上であり、3.0mmol/g以下が好ましく、2.5mmol/g以下がより好ましく、2.0mmol/g以下が更に好ましい。 The zeolite used in the present invention usually has an acid amount of 0.3 mmol/g or more, preferably 0.6 mmol/g or more, more preferably 0.8 mmol/g or more, even more preferably 1.0 mmol/g or more, and particularly preferably 1.2 mmol/g or more, and preferably 3.0 mmol/g or less, more preferably 2.5 mmol/g or less, and even more preferably 2.0 mmol/g or less.

本発明に用いられるゼオライトの平均一次粒子径は、特に限定されないが、触媒として用いた時のガス拡散性を高くするために、0.01~10μmが好ましく、より好ましくは0.02~8μm、更に好ましくは0.05~5μmである。特に本発明に用いられるゼオライトの平均一次粒子径は、0.01μm以上、3μm以下であることが好ましく、また、取扱いが容易である点から0.1~3μmの範囲であることが好ましい。
なお、ゼオライトの平均一次粒子径は、具体的には後述の実施例の項に記載される方法で測定することができる。
The average primary particle size of the zeolite used in the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10 μm, more preferably 0.02 to 8 μm, and even more preferably 0.05 to 5 μm in order to improve gas diffusivity when used as a catalyst. In particular, the average primary particle size of the zeolite used in the present invention is preferably 0.01 μm or more and 3 μm or less, and is preferably in the range of 0.1 to 3 μm in terms of ease of handling.
The average primary particle size of zeolite can be specifically measured by the method described in the Examples section below.

本発明に用いられるゼオライトの比表面積は、特に限定されないが、細孔内表面に存在する活性点が多くなることから、300~1000m/gが好ましく、より好ましくは350~800m/g、更に好ましくは450~750m/gである。
なお、ゼオライトの比表面積は、BET法により測定することができる。
The specific surface area of the zeolite used in the present invention is not particularly limited, but since there are many active sites present on the inner surface of the pores, it is preferably 300 to 1000 m 2 /g, more preferably 350 to 800 m 2 /g, and even more preferably 450 to 750 m 2 /g.
The specific surface area of zeolite can be measured by the BET method.

<ゼオライトの製造方法>
本発明に用いられるゼオライトは、公知の化合物を用いることができる。また、本発明に用いられるゼオライトは、通常用いられる方法に準じて製造することができる。本発明におけるゼオライトの製造方法は、特に限定されないが、例えば、AEI型ゼオライトを用いる場合は、米国特許第5958370号公報、国際公開第2015/005369号公報、特開2017-81809号公開公報に記載されている方法に準じて製造することができる。以下、本発明に用いられるゼオライトとして特に好ましいAEI型ゼオライトを代表例として、AEI型ゼオライトとその製造方法について詳述する。
<Method of manufacturing zeolite>
The zeolite used in the present invention may be a known compound. The zeolite used in the present invention may be produced in accordance with a commonly used method. The method for producing the zeolite in the present invention is not particularly limited, but for example, when AEI zeolite is used, it may be produced in accordance with the methods described in U.S. Pat. No. 5,958,370, WO 2015/005369, and JP 2017-81809 A. Hereinafter, AEI zeolite and its production method will be described in detail, taking AEI zeolite as a representative example that is particularly preferred as the zeolite used in the present invention.

<AEI型ゼオライトの製造方法>
<アルミニウム原子原料>
本発明に用いられるAEI型ゼオライトを製造する際に使用するアルミニウム原子原料は特に限定されない。従って、結晶性アルミノシリケートゼオライトや非晶質のアルミノシリケートを用いても構わないが、好ましくは、製造過程において不純物として混入する以外は実質的にSiを含まないアルミニウム源がよく、アモルファスの水酸化アルミニウム、ギブサイト構造を持つ水酸化アルミニウム、バイヤーライト構造を持つ水酸化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酸化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、ベーマイト、擬ベーマイト、アルミニウムアルコキシドが好ましい。特に好ましくは、アモルファスの水酸化アルミニウム、ギブサイト構造を持つ水酸化アルミニウム、バイヤーライト構造を持つ水酸化アルミニウムであり、これらの中でもアモルファスの水酸化アルミニウムがとりわけ好ましい。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの原料は安定した品質のものを容易に入手でき、コストダウンを図ることができる。
<Method of producing AEI zeolite>
<Aluminum atom source>
The aluminum atom raw material used in producing the AEI zeolite used in the present invention is not particularly limited. Therefore, crystalline aluminosilicate zeolite or amorphous aluminosilicate may be used, but preferably, an aluminum source that does not substantially contain Si except for that mixed as an impurity in the production process is preferable, and amorphous aluminum hydroxide, aluminum hydroxide having a gibbsite structure, aluminum hydroxide having a Bayerite structure, aluminum nitrate, aluminum sulfate, aluminum oxide, sodium aluminate, boehmite, pseudo-boehmite, and aluminum alkoxide are preferable. Particularly preferable are amorphous aluminum hydroxide, aluminum hydroxide having a gibbsite structure, and aluminum hydroxide having a Bayerite structure, and among these, amorphous aluminum hydroxide is particularly preferable. These may be used alone or in combination of two or more. These raw materials are easily available in stable quality, and cost reduction can be achieved.

アルミニウム原子原料の使用量は、反応前混合物ないしはこれを熟成して得られた水性ゲルの調製しやすさや生産効率の点から、本発明で添加するゼオライト以外の原料混合物に含まれるアルミニウム原子原料中のアルミニウム(Al換算)に対するケイ素(SiO換算)のモル比で、通常、100以下、好ましくは80以下、より好ましくは60以下、更に好ましくは50以下、特に好ましくは40以下である。また下限は特に限定されないが、水性ゲル中にアルミニウム原子原料を均一に溶解させやすい点から通常5以上、好ましくは10以上、より好ましくは15以上、更に好ましくは20以上、特に好ましくは25以上、最も好ましくは30以上である。 The amount of the aluminum atom raw material used, in terms of ease of preparation of the pre-reaction mixture or the aqueous gel obtained by aging the pre-reaction mixture and production efficiency, is usually 100 or less, preferably 80 or less, more preferably 60 or less, even more preferably 50 or less, and particularly preferably 40 or less, in terms of the molar ratio of silicon (in terms of SiO2 ) to aluminum (in terms of Al2O3 ) in the aluminum atom raw material contained in the raw material mixture other than the zeolite added in the present invention. In addition, the lower limit is not particularly limited, but in terms of ease of uniformly dissolving the aluminum atom raw material in the aqueous gel, it is usually 5 or more, preferably 10 or more, more preferably 15 or more, even more preferably 20 or more, particularly preferably 25 or more, and most preferably 30 or more.

<ケイ素原子原料>
本発明に用いられるAEI型ゼオライトを製造する際に使用するケイ素原子原料としては、特に限定されず、公知の種々の物質を使用することができ、例えば、結晶性アルミノシリケートゼオライトや非晶質のアルミノシリケートを使用してもかまわない。好ましくは製造過程において不純物として混入する以外は実質的にAlを含まないアルミニウム源がよく、コロイダルシリカ、無定型シリカ、珪酸ナトリウム、トリメチルエトキシシラン、テトラエチルオルトシリケートなどを用いることができる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらのうち、他の成分と十分均一に混合できる形態のものであって、特に水に溶解しやすい原料が好ましく、コロイダルシリカ、トリメチルエトキシシラン、テトラエチルオルトシリケートが好ましく、コロイダルシリカが最も好ましい。
ケイ素原子原料は、ケイ素原子原料に対する他の原料の使用量がそれぞれ前述ないしは後述の好適範囲となるように用いられる。
<Silicon atom source>
The silicon atom raw material used in producing the AEI zeolite used in the present invention is not particularly limited, and various known substances can be used, for example, crystalline aluminosilicate zeolite or amorphous aluminosilicate can be used.Preferably, an aluminum source that does not substantially contain Al except for that mixed in as an impurity during the production process is good, and colloidal silica, amorphous silica, sodium silicate, trimethylethoxysilane, tetraethylorthosilicate, etc. can be used.These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, materials that can be mixed sufficiently uniformly with other components and are particularly easily soluble in water are preferred, with colloidal silica, trimethylethoxysilane, and tetraethylorthosilicate being preferred, and colloidal silica being most preferred.
The silicon atom source is used so that the ratio of the amount of the other source to the amount of the silicon atom source falls within the preferred ranges described above or below.

<アルカリ金属原子原料>
本発明に用いられるAEI型ゼオライトを製造する際に使用するアルカリ金属原子原料に含まれるアルカリ金属は、特に限定されず、ゼオライトの合成に使用される公知のものが使用できるが、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム及びセシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ金属イオンを含むことが好ましい。
これらのアルカリ金属原子が含まれることにより、結晶化の進行が容易となり、また副生物(不純物結晶)が生成しにくくなる。
<Alkali metal atom source>
The alkali metal contained in the alkali metal atom raw material used in producing the AEI zeolite used in the present invention is not particularly limited, and any known alkali metal atom raw material used in the synthesis of zeolites can be used, but it is preferable that the alkali metal contains at least one alkali metal ion selected from the group consisting of lithium, sodium, potassium, rubidium, and cesium.
By containing these alkali metal atoms, crystallization proceeds more easily and by-products (impurity crystals) are less likely to be produced.

アルカリ金属原子原料としては、上記のアルカリ金属原子の水酸化物、酸化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、塩化物、臭化物等の無機酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩等の有機酸塩などを用いることができる。アルカリ金属原子原料は、1種でも2種以上含まれていてもよい。 As the alkali metal atom raw material, inorganic acid salts such as hydroxides, oxides, sulfates, nitrates, phosphates, chlorides, and bromides of the above alkali metal atoms, and organic acid salts such as acetates, oxalates, and citrates can be used. One or more types of alkali metal atom raw materials may be included.

アルカリ金属原子原料は、その適当量を使用することにより、結晶構造内の電荷補償に必要なアルカリ金属原子がアルミニウムに好適に配位し結晶構造を作りやすくできる。原料混合物中の本発明で添加するゼオライト以外の原料混合物に含まれるケイ素(Si)に対するアルカリ金属原子のモル比は通常、0.05以上であり、好ましくは0.10以上、より好ましくは0.15以上、更に好ましくは0.20以上、特に好ましくは0.25以上、とりわけ好ましくは0.30以上、最も好ましくは0.35以上である。
一方、アルカリ金属原子の量は、アルカリ金属原子による、有機構造規定剤のアルミニウムへの配位の阻害が起こり難い点では少ないことが好ましく、通常、1.0以下が好ましく、0.80以下がより好ましく、0.60以下が更に好ましく、0.50以下が特に好ましく、0.45以下がとりわけ好ましく、0.40以下が最も好ましい。
By using an appropriate amount of the alkali metal atom raw material, the alkali metal atoms necessary for charge compensation in the crystal structure can be suitably coordinated to aluminum, making it easy to form the crystal structure. The molar ratio of the alkali metal atoms to silicon (Si) contained in the raw material mixture other than the zeolite added in the present invention in the raw material mixture is usually 0.05 or more, preferably 0.10 or more, more preferably 0.15 or more, even more preferably 0.20 or more, particularly preferably 0.25 or more, particularly preferably 0.30 or more, and most preferably 0.35 or more.
On the other hand, the amount of alkali metal atoms is preferably small so that the coordination of the organic structure-directing agent to aluminum is less likely to be hindered by the alkali metal atoms, and is usually preferably 1.0 or less, more preferably 0.80 or less, even more preferably 0.60 or less, particularly preferably 0.50 or less, particularly preferably 0.45 or less, and most preferably 0.40 or less.

<有機構造規定剤>
有機構造規定剤(「テンプレート」とも呼称される。以下有機構造規定剤を「SDA」と称す場合がある。)としては、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド(TEAOH)やテトラプロピルアンモニウムハイドロオキサイド(TPAOH)などの公知の各種の物質を使用することができる。また、例えば、米国特許第5958370号公報に記載の窒素含有系有機構造規定剤として、以下のような物質を使用することができる。
<Organic Structure Directing Agent>
As the organic structure directing agent (also called "template". Hereinafter, the organic structure directing agent may be referred to as "SDA"), various known substances such as tetraethylammonium hydroxide (TEAOH) and tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH) can be used. In addition, for example, as the nitrogen-containing organic structure directing agent described in U.S. Pat. No. 5,958,370, the following substances can be used.

すなわち、N,N-ジエチル-2,6-ジメチルピペリジニウムカチオン、N,N-ジメチル-9-アゾニアビシクロ[3.3.1]ノナン、N,N-ジメチル-2,6-ジメチルピペリジニウムカチオン、N-エチル-N-メチル-2,6-ジメチルピペリジニウムカチオン、N,N-ジエチル-2-エチルピペリジニウムカチオン、N,N-ジメチル-2-(2-ヒドロキシエチル)ピペリジニウムカチオン、N,N-ジメチル-2-エチルピペリジニウムカチオン、N,N-ジメチル-3,5-ジメチルピペリジニウムカチオン、N-エチル-N-メチル-2-エチルピペリジニウムカチオン、2,6-ジメチル-1-アゾニウム[5.4]デカンカチオン、N-エチル-N-プロピル-2,6-ジメチルピペリジニウムカチオン等が挙げられる。また、cis体やtrans体のような構造異性体がある場合は、いずれを使用しても構わず、cis体やtrans体の混合でもよい。このうち特に好ましい窒素含有系有機構造規定剤としては、N,N-ジメチル-3,5-ジメチルピペリジニウムカチオンがよく、具体的には、N,N-ジメチル-3,5-ジメチルピペリジニウムハイドロオキサイドを用いることが好ましい。 That is, N,N-diethyl-2,6-dimethylpiperidinium cation, N,N-dimethyl-9-azoniabicyclo[3.3.1]nonane, N,N-dimethyl-2,6-dimethylpiperidinium cation, N-ethyl-N-methyl-2,6-dimethylpiperidinium cation, N,N-diethyl-2-ethylpiperidinium cation, N,N-dimethyl-2-(2-hydroxyethyl)piperidinium cation, N,N-dimethyl-2-ethylpiperidinium cation, N,N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium cation, N-ethyl-N-methyl-2-ethylpiperidinium cation, 2,6-dimethyl-1-azonium[5.4]decane cation, N-ethyl-N-propyl-2,6-dimethylpiperidinium cation, etc. In addition, when structural isomers such as cis isomers and trans isomers exist, any of them may be used, and a mixture of cis isomers and trans isomers may be used. Among these, a particularly preferred nitrogen-containing organic structure-directing agent is the N,N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium cation, and more specifically, it is preferable to use N,N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium hydroxide.

また、リン含有系有機構造規定剤としてChemistry Letters(2014)、Vol.43、No.3 P302-304に記載されている、テトラブチルホスホニウム、ジフェニルジメチルホスホニウムのような物質を使用することができる。
しかし、リン化合物は合成されたゼオライトを焼成してSDAを除去する時に有害物質である五酸化二リンを発生する可能性があるため、窒素含有系有機構造規定剤が好ましい。
In addition, as the phosphorus-containing organic structure directing agent, substances such as tetrabutylphosphonium and diphenyldimethylphosphonium described in Chemistry Letters (2014), Vol. 43, No. 3, pp. 302-304, can be used.
However, since phosphorus compounds may generate the harmful substance diphosphorus pentoxide when the synthesized zeolite is calcined to remove the SDA, nitrogen-containing organic structure directing agents are preferred.

これらの有機構造規定剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 These organic structure directing agents may be used alone or in combination of two or more.

有機構造規定剤の使用量は、結晶の生成しやすさの観点から、本発明で用いるゼオライト以外の原料混合物に含まれるケイ素(Si)に対するモル比で、通常0.01以上、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上、更に好ましくは0.15以上、特に好ましくは0.2以上である。また、コストダウンの観点から、通常1.0以下、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.6以下、更に好ましくは0.5以下、特に好ましくは0.4以下、とりわけ好ましくは0.3以下、最も好ましくは0.25以下である。 From the viewpoint of ease of crystal formation, the amount of organic structure directing agent used is, in terms of a molar ratio to silicon (Si) contained in the raw material mixture other than the zeolite used in the present invention, usually 0.01 or more, preferably 0.05 or more, more preferably 0.1 or more, even more preferably 0.15 or more, and particularly preferably 0.2 or more. From the viewpoint of cost reduction, the amount is usually 1.0 or less, preferably 0.8 or less, more preferably 0.6 or less, even more preferably 0.5 or less, particularly preferably 0.4 or less, especially preferably 0.3 or less, and most preferably 0.25 or less.

また、原料組成物に4級アンモニウムカチオンを混合しても構わない。具体的な4級アンモニウムカチオンとしては、テトラメチルアンモニウムカチオン、エチルトリメチルアンモニウムカチオン、トリメチルプロピルアンモニウムカチオン、イソプロピルトリメチルアンモニウムカチオン、ブチルトリメチルアンモニウムカチオン、イソブチルトリメチルアンモニウムカチオン、セカンダリーブチルトリメチルアンモニウムカチオン、ターシャリーブチルトリメチルアンモニウムカチオン、ヒドロキシメチルトリメチルアンモニウムカチオン、ジヒドロキシメチルトリメチルアンモニウムカチオン、トリヒドロキシメチルトリメチルアンモニウムカチオン、(2-ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(1-ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(1-ヒドロキシプロピル)トリメチルアンモニウムカチオン、(2-ヒドロキシプロピル)トリメチルアンモニウムカチオン、(3-ヒドロキシプロピル)トリメチルアンモニウムカチオン、(2-ヒドロキシ-1-メチルエチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(1-ヒドロキシ-1-メチルエチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(2,3-ジヒドロキシプロピル)トリメチルアンモニウムカチオン、(1-ヒドロキシブチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(2-ヒドロキシブチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(3-ヒドロキシブチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(4-ヒドロキシブチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(1-ヒドロキシ-2-メチルプロピル)トリメチルアンモニウムカチオン、(2-ヒドロキシ-2-メチルプロピル)トリメチルアンモニウムカチオン、(3-ヒドロキシ-2-メチルプロピル)トリメチルアンモニウムカチオン、(1-ヒドロキシ-1-メチルプロピル)トリメチルアンモニウムカチオン、(2-ヒドロキシ-1-メチルプロピル)トリメチルアンモニウムカチオン、(3-ヒドロキシ-1-メチルプロピル)トリメチルアンモニウムカチオン、(2-アミノエチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(2-メルカプトエチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(2-クロロエチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(2-オキソエチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(3-アミノプロピル)トリメチルアンモニウムカチオ ン、(2-メトキシエチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(2-オキソプロピル)トリメチルアンモニウムカチオン、(4-オキソブチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(2-アミノ-2-オキソエチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(2-カルボキシエチル)トリメチルアンモニウムカチオン、(2-ヒドロキシイミノエチル)トリメチルアンモニウムカチオン、及び(3-クロロ-2-ヒドロキシプロピル)トリメチルアンモニウムカチオンからなる群から選ばれる少なくとも1種、更にはテトラメチルアンモニウムカチオン(以下、「TMA」ともいう。)、エチルトリメチルアンモニウムカチオン(以下、「ETMA」ともいう。)、トリメチルプロピルアンモニウムカチオン(以下、「TMPA」ともいう。)、イソプロピルトリメチルアンモニウムカチオン(以下、「IPTMA」ともいう。)、ブチルトリメチルアンモニウムカチオン(以下、「BTMA」ともいう。)、イソブチルトリメチルアンモニウムカチオン(以下、「IBTMA」ともいう。)、セカンダリーブチルトリメチルアンモニウムカチオン(以下、「SIBTMA」ともいう。)、ヒドロキシメチルトリメチルアンモニウムカチオン(以下、「HMTMA」ともいう。)、(2-ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムカチオン(以下、「2-HETMA」ともいう。)、(2-ヒドロキシプロピル)トリメチルアンモニウムカチオン(以下、「2-HPTMA」ともいう。)、及び(2-ヒドロキシブチル)トリメチルアンモニウムカチオン(以下、「2-HPTMA」ともいう。)等が挙げられる。 In addition, a quaternary ammonium cation may be mixed into the raw material composition. Specific examples of quaternary ammonium cations include tetramethylammonium cation, ethyltrimethylammonium cation, trimethylpropylammonium cation, isopropyltrimethylammonium cation, butyltrimethylammonium cation, isobutyltrimethylammonium cation, secondary butyltrimethylammonium cation, tertiary butyltrimethylammonium cation, hydroxymethyltrimethylammonium cation, dihydroxymethyltrimethylammonium cation, trihydroxymethyltrimethylammonium cation, (2-hydroxyethyl)trimethylammonium cation, (1-hydroxyethyl)trimethylammonium cation, (1-hydroxypropyl)trimethylammonium cation, (2-hydroxypropyl)trimethylammonium cation, (3-hydroxypropyl)trimethylammonium cation, (2-hydroxy-1-methylethyl)trimethylammonium cation, (1-hydroxy-1-methylethyl)trimethylammonium cation, (2, ... (dihydroxypropyl)trimethylammonium cation, (1-hydroxybutyl)trimethylammonium cation, (2-hydroxybutyl)trimethylammonium cation, (3-hydroxybutyl)trimethylammonium cation, (4-hydroxybutyl)trimethylammonium cation, (1-hydroxy-2-methylpropyl)trimethylammonium cation, (2-hydroxy-2-methylpropyl)trimethylammonium cation, (3-hydroxy-2-methylpropyl)trimethylammonium cation, (1-hydroxy-1-methylpropyl)trimethylammonium cation, (2-hydroxy-1-methylpropyl)trimethylammonium cation, (3-hydroxy-1-methylpropyl)trimethylammonium cation, (2-aminoethyl)trimethylammonium cation, (2-mercaptoethyl)trimethylammonium cation, (2-chloroethyl)trimethylammonium cation, (2-oxoethyl)trimethylammonium cation, (3-aminopropyl)trimethylammonium cation at least one selected from the group consisting of (2-methoxyethyl)trimethylammonium cation, (2-oxopropyl)trimethylammonium cation, (4-oxobutyl)trimethylammonium cation, (2-amino-2-oxoethyl)trimethylammonium cation, (2-carboxyethyl)trimethylammonium cation, (2-hydroxyiminoethyl)trimethylammonium cation, and (3-chloro-2-hydroxypropyl)trimethylammonium cation, and further tetramethylammonium cation (hereinafter also referred to as "TMA"). ), ethyl trimethyl ammonium cation (hereinafter also referred to as "ETMA"), trimethyl propyl ammonium cation (hereinafter also referred to as "TMPA"), isopropyl trimethyl ammonium cation (hereinafter also referred to as "IPTMA"), butyl trimethyl ammonium cation (hereinafter also referred to as "BTMA"), isobutyl trimethyl ammonium cation (hereinafter also referred to as "IBTMA"), secondary butyl trimethyl ammonium cation (hereinafter also referred to as "SIBTMA"), hydroxymethyl trimethyl ammonium cation (hereinafter also referred to as "HMTMA"), (2-hydroxyethyl) trimethyl ammonium cation (hereinafter also referred to as "2-HETMA"), (2-hydroxypropyl) trimethyl ammonium cation (hereinafter also referred to as "2-HPTMA"), and (2-hydroxybutyl) trimethyl ammonium cation (hereinafter also referred to as "2-HPTMA").

4級アンモニウムカチオンの使用量は、原料混合物に含まれるケイ素(Si)に対するモル比で0.0001以上0.1以下、更には0.001以上0.05以下、また更には0.001以上0.01以下であることが好ましい。この範囲とすることで、AEI型ゼオライトの結晶化が促進されやすくなる。 The amount of quaternary ammonium cation used is preferably 0.0001 or more and 0.1 or less, more preferably 0.001 or more and 0.05 or less, and even more preferably 0.001 or more and 0.01 or less, in terms of molar ratio to silicon (Si) contained in the raw material mixture. By setting the amount within this range, the crystallization of AEI zeolite is more easily promoted.

<水>
水の使用量は、結晶が生成しやすいという観点から、本発明で用いるゼオライト以外の原料混合物に含まれるケイ素(Si)に対するモル比で、通常5以上、好ましくは7以上、より好ましくは9以上、更に好ましくは10以上、特に好ましくは12以上である。また、一方で、廃液処理にかかるコストダウンの観点から、本発明で用いるゼオライト以外の原料混合物に含まれるケイ素(Si)に対するモル比で、通常100以下、好ましくは50以下、より好ましくは40以下、更に好ましくは30以下、特に好ましくは25以下、とりわけ好ましくは20以下、最も好ましくは15以下である。
<Water>
From the viewpoint of facilitating crystal formation, the amount of water used, in terms of a molar ratio to silicon (Si) contained in the raw material mixture other than the zeolite used in the present invention, is usually 5 or more, preferably 7 or more, more preferably 9 or more, even more preferably 10 or more, and particularly preferably 12 or more. On the other hand, from the viewpoint of reducing the cost of waste liquid treatment, the amount of water used, in terms of a molar ratio to silicon (Si) contained in the raw material mixture other than the zeolite used in the present invention, is usually 100 or less, preferably 50 or less, more preferably 40 or less, even more preferably 30 or less, particularly preferably 25 or less, particularly preferably 20 or less, and most preferably 15 or less.

<原料の混合(反応前混合物の調製)>
本発明に用いられるAEI型ゼオライトの製造方法においては、以上に述べた、アルミニウム原子原料、ケイ素原子原料、アルカリ金属原子原料、有機構造規定剤、及び水を混合する。ここで、この混合物に、種晶としてゼオライトを添加して十分に混合してから、得られた反応前混合物を水熱合成してもよい。
<Mixing of raw materials (preparation of pre-reaction mixture)>
In the method for producing the AEI zeolite used in the present invention, the aluminum atom raw material, the silicon atom raw material, the alkali metal atom raw material, the organic structure directing agent, and water described above are mixed together. Here, zeolite may be added as seed crystals to this mixture and mixed thoroughly, and then the resulting pre-reaction mixture may be subjected to hydrothermal synthesis.

種晶として用いられるゼオライトは、ゼオライト結晶構造中に含まれるComposition Building Unit(以下、「CBU」と称す。)にdouble 8 ring(以下、「D8r」と称す。)を有するものが好ましく、具体的にはAEI、AFT、AFX、CHA、EAB、EMT、ERI、FAU、GME、KFI、LEV、LTL、LTN、MOZ、MSO、MWW、OFF、SAS、SAT、SAV、SBS、SBT、SZR、TSC、WENが挙げられる。その中でも、AEI、AFX、CHAがより好ましく、AEI、CHAが特に好ましい。 Zeolites used as seed crystals are preferably those having a double 8 ring (hereinafter referred to as "D8r") in the Composition Building Unit (hereinafter referred to as "CBU") contained in the zeolite crystal structure, and specific examples include AEI, AFT, AFX, CHA, EAB, EMT, ERI, FAU, GME, KFI, LEV, LTL, LTN, MOZ, MSO, MWW, OFF, SAS, SAT, SAV, SBS, SBT, SZR, TSC, and WEN. Among these, AEI, AFX, and CHA are more preferable, and AEI and CHA are particularly preferable.

これらの原料の混合順序は、特に限定はないが、好ましくはアルカリ溶液を調製した後にケイ素原子原料、アルミニウム原子原料を添加した方がより均一に原料が溶解しやすい点から、水、有機構造規定剤、及びアルカリ金属原子原料を混合してアルカリ溶液を調製した後、このアルカリ溶液へアルミニウム原子原料、ケイ素原子原料、種晶のゼオライトの順番で添加して混合することが好ましい。 There are no particular limitations on the order in which these raw materials are mixed, but it is preferable to prepare an alkaline solution by mixing water, an organic structure directing agent, and an alkali metal atom raw material, and then add and mix the aluminum atom raw material, silicon atom raw material, and seed crystal zeolite in that order, because adding the silicon atom raw material and aluminum atom raw material after preparing the alkaline solution makes it easier to dissolve the raw materials uniformly.

なお、本発明に用いられるAEI型ゼオライトの製造方法においては、上記のアルミニウム原子原料、ケイ素原子原料、アルカリ金属原子原料、有機構造規定剤、水及び種晶としてのゼオライト以外に、ゼオライトの合成を助けるための成分となる補助剤、たとえば反応を促進させる酸成分や、ポリアミンのような金属の安定化剤などの他の添加剤を必要に応じて任意の工程で添加混合して反応前混合物を調製してもよく、又後述のように触媒として働く銅などの金属を水熱合成時に添加してもよい。 In the method for producing AEI zeolite used in the present invention, in addition to the above-mentioned aluminum atom raw material, silicon atom raw material, alkali metal atom raw material, organic structure directing agent, water, and zeolite as seed crystals, other additives such as auxiliary agents that serve as components to assist in the synthesis of zeolite, for example, acid components that promote the reaction, and metal stabilizers such as polyamines, may be added and mixed at any step as necessary to prepare a pre-reaction mixture, and metals such as copper that act as catalysts as described below may be added during hydrothermal synthesis.

<アルカリ土類金属の添加>
また、ゼオライトの合成時にアルカリ土類金属を添加して合成することもできる。アルカリ土類金属を添加すると、ゼオライトの耐水熱特性が向上しやすくなる。本発明の方法に用いられるAEI型ゼオライトを製造する際も、水熱合成前の原料混合物に、アルカリ土類金属を含有する化合物を添加することができる。アルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどが使用でき、好ましくはマグネシウム又はカルシウム、最も好適にはカルシウムである。アルカリ土類金属は、通常化合物の形で供給することができ、酸化物、水酸化物、硫化物等が挙げられる。これらの供給形態は、いずれも用いることができ、特に限定されないが、好ましくは水酸化物のかたちで添加するとよい。
<Addition of alkaline earth metal>
Zeolite can also be synthesized by adding an alkaline earth metal during synthesis. Adding an alkaline earth metal tends to improve the hydrothermal resistance of the zeolite. When producing the AEI zeolite used in the method of the present invention, a compound containing an alkaline earth metal can also be added to the raw material mixture before hydrothermal synthesis. As the alkaline earth metal, magnesium, calcium, strontium, barium, etc. can be used, preferably magnesium or calcium, and most preferably calcium. The alkaline earth metal can usually be supplied in the form of a compound, such as an oxide, hydroxide, sulfide, etc. Any of these supply forms can be used and are not particularly limited, but it is preferable to add it in the form of a hydroxide.

<熟成>
上記のようにして調製された反応前混合物は、調製後直ちに水熱合成してもよいが、より高い結晶性を有するゼオライトを得るために、所定の温度条件下で一定時間熟成することが好ましい。特に、スケールアップする場合は、均一に撹拌することが難しくなり、原料の混合状態が不十分となりやすい。そのため、一定期間原料を撹拌しながら熟成させることにより、原料をより均一な状態に改善することが好ましい。熟成温度は、通常100℃以下、好ましくは95℃以下、より好ましくは90℃以下、特に好ましくは80℃以下であり、その下限は特に限定されないが、通常0℃以上、好ましくは20℃以上、より好ましくは30℃以上、更に好ましくは40℃以上、特に好ましくは50℃以上である。熟成温度は熟成中一定でもよいし、段階的又は連続的に変化させてもよい。熟成期間は特に限定されないが、通常2時間以上、好ましくは3時間以上、より好ましくは5時間以上であって、通常30日以下、好ましくは10日以下、さらに好ましくは4日以下である。
<Aging>
The pre-reaction mixture prepared as described above may be hydrothermally synthesized immediately after preparation, but in order to obtain a zeolite with higher crystallinity, it is preferable to age it for a certain period of time under a predetermined temperature condition. In particular, when scaling up, it becomes difficult to stir uniformly, and the raw material tends to be insufficiently mixed. Therefore, it is preferable to improve the raw material to a more uniform state by aging the raw material while stirring it for a certain period of time. The aging temperature is usually 100°C or less, preferably 95°C or less, more preferably 90°C or less, and particularly preferably 80°C or less, and the lower limit is not particularly limited, but is usually 0°C or more, preferably 20°C or more, more preferably 30°C or more, even more preferably 40°C or more, and particularly preferably 50°C or more. The aging temperature may be constant during aging, or may be changed stepwise or continuously. The aging period is not particularly limited, but is usually 2 hours or more, preferably 3 hours or more, more preferably 5 hours or more, and is usually 30 days or less, preferably 10 days or less, and more preferably 4 days or less.

<水熱合成>
水熱合成は、上記のようにして調製された反応前混合物ないしはこれを熟成して得られる水性ゲルを耐圧容器に入れ、自己発生圧力下、又は結晶化を阻害しない程度の気体加圧下で、撹拌下、又は、容器を回転ないしは揺動させながら、或いは静置状態で、所定温度を保持することにより行われる。
<Hydrothermal synthesis>
Hydrothermal synthesis is carried out by placing the pre-reaction mixture prepared as described above or an aqueous gel obtained by maturing the pre-reaction mixture in a pressure-resistant container, and maintaining the mixture at a predetermined temperature under self-generated pressure or under gas pressure to an extent that does not inhibit crystallization, while stirring, rotating or rocking the container, or leaving the mixture stationary.

水熱合成の際の反応温度は、通常、120℃以上であり、好ましくは130℃以上、より好ましくは140℃以上、更に好ましくは150℃以上、特に好ましくは160℃以上、最も好ましくは170℃以上であり、また、一方で、通常230℃以下、好ましくは220℃以下、より好ましくは200℃以下、更に好ましくは190℃以下、特に好ましくは180℃以下である。反応時間は特に限定されないが、通常5時間以上、好ましくは10時間以上、より好ましくは1日以上、更に好ましくは1.5日以上、より更に好ましくは2日以上、特に好ましくは3日以上であり、また、一方で、通常30日以下、好ましくは10日以下、より好ましくは7日以下、更に好ましくは5日以下である。反応温度は反応中一定でもよいし、段階的又は連続的に変化させてもよい。
上記の条件で反応させることにより、目的とするAEI型ゼオライトの収率が向上し、異なるタイプのゼオライトが生成し難くなるため好ましい。
The reaction temperature during hydrothermal synthesis is usually 120 ° C. or higher, preferably 130 ° C. or higher, more preferably 140 ° C. or higher, even more preferably 150 ° C. or higher, particularly preferably 160 ° C. or higher, and most preferably 170 ° C. or higher, and on the other hand, usually 230 ° C. or lower, preferably 220 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower, even more preferably 190 ° C. or lower, and particularly preferably 180 ° C. or lower. The reaction time is not particularly limited, but is usually 5 hours or more, preferably 10 hours or more, more preferably 1 day or more, even more preferably 1.5 days or more, even more preferably 2 days or more, and particularly preferably 3 days or more, and on the other hand, usually 30 days or less, preferably 10 days or less, more preferably 7 days or less, and even more preferably 5 days or less. The reaction temperature may be constant during the reaction, or may be changed stepwise or continuously.
By carrying out the reaction under the above conditions, the yield of the target AEI zeolite is improved and it becomes difficult to produce a different type of zeolite, which is preferable.

<ゼオライトの回収>
上記の水熱合成後、生成物であるゼオライトを、水熱合成反応液より分離する。
得られたゼオライト(以下、「SDA等含有ゼオライト」と称する。)は、細孔内に有機構造規定剤及びアルカリ金属原子の両方又はいずれか一方を含有している。水熱合成反応液からのSDA等含有ゼオライトの分離方法は特に限定されないが、通常、濾過、デカンテーション、又は直接乾燥等による方法が挙げられる。
<Zeolite Recovery>
After the above hydrothermal synthesis, the product zeolite is separated from the hydrothermal synthesis reaction liquid.
The obtained zeolite (hereinafter referred to as "SDA-containing zeolite") contains both or either of an organic structure directing agent and an alkali metal atom in the pores. The method for separating the SDA-containing zeolite from the hydrothermal synthesis reaction liquid is not particularly limited, but typically includes methods such as filtration, decantation, or direct drying.

水熱合成反応液から分離回収したSDA等含有ゼオライトは、製造時に使用した有機構造規定剤等を除去するために、必要に応じて水洗、乾燥した後、焼成等を行って有機構造規定剤等を含有しないゼオライトとすることができる。
本発明に用いられるゼオライトを触媒(触媒担体も含む)や吸着材等の用途で使用する場合、必要に応じてこれらを除去した後に使用に供する。
The SDA-containing zeolite separated and recovered from the hydrothermal synthesis reaction liquid can be washed with water and dried as necessary to remove the organic structure-directing agent, etc. used during production, and then calcined or otherwise processed to obtain a zeolite that does not contain the organic structure-directing agent, etc.
When the zeolite used in the present invention is used as a catalyst (including a catalyst carrier) or an adsorbent, these may be removed as necessary before use.

<有機構造規定剤を含む分離液のリサイクル>
水熱合成反応液からゼオライトを分離、回収した後に得られる分離液には、未反応の構造規定剤が含まれる。未反応の構造規定剤を含む分離液を用いて、水熱合成前のゲルと同じ仕込み組成となるように不足分のケイ素原子原料、アルミニウム原子原料、有機構造規定剤、および水等を加えて混合物を調製し、この混合物を水熱合成に供することで、分離液中の未反応の構造規定剤を再利用してもよい。また、回収された濾液に含まれる微量成分の影響により、同じ仕込み組成でもゼオライトに結晶成長しない、あるいは不純物を含む混相になることもある。その場合は、濾液を用いてもゼオライトが単相で得られるように、仕込み組成や水熱合成条件を調整してもよい。
具体的な未反応の構造規定剤のリサイクル方法として、例えば、米国特許2015/0118150号公報や特開2019-202929号公開公報に記載の方法を用いてもよい。
<Recycling of separated liquid containing organic structure directing agent>
The separated liquid obtained after separating and recovering zeolite from the hydrothermal synthesis reaction liquid contains unreacted structure-directing agent. Using the separated liquid containing unreacted structure-directing agent, a mixture is prepared by adding the shortage of silicon atom raw material, aluminum atom raw material, organic structure-directing agent, water, etc. so as to have the same composition as the gel before hydrothermal synthesis, and the mixture is subjected to hydrothermal synthesis, so that the unreacted structure-directing agent in the separated liquid can be reused. In addition, due to the influence of trace components contained in the recovered filtrate, crystal growth may not occur on the zeolite even with the same composition, or it may become a mixed phase containing impurities. In that case, the composition of the feed or the hydrothermal synthesis conditions may be adjusted so that the zeolite can be obtained in a single phase even when the filtrate is used.
As a specific method for recycling the unreacted structure directing agent, for example, the methods described in U.S. Patent Publication No. 2015/0118150 and JP-A-2019-202929 may be used.

<SDA等含有ゼオライトからの有機構造規定剤等の除去>
SDA等含有ゼオライトからの有機構造規定剤及びアルカリ金属の両方又はいずれか一方の除去処理は、酸性溶液や有機構造規定剤分解成分を含んだ薬液を用いた液相処理、レジンなどを用いたイオン交換処理、熱分解処理を採用することができ、これらの処理を組合せて用いてもよい。通常、空気又は酸素含有の不活性ガス、あるいは不活性ガス雰囲気下に300℃から1000℃の温度で焼成したり、エタノール水溶液などの有機溶剤により抽出したりする等の方法により、含有される有機構造規定剤等を除去することができる。製造性の面で焼成による有機構造規定剤等の除去が好ましい。この場合、焼成温度については、好ましくは400℃以上、より好ましくは450℃以上、さらに好ましくは500℃以上であり、また、一方で、好ましくは900℃以下、より好ましくは850℃以下、さらに好ましくは800℃以下である。不活性ガスとしては、窒素などを用いることができる。
<Removal of organic structure-directing agents, etc. from zeolite containing SDA, etc.>
The removal treatment of both or either one of the organic structure directing agent and the alkali metal from the SDA-containing zeolite can be carried out by a liquid phase treatment using an acidic solution or a chemical solution containing an organic structure directing agent decomposition component, an ion exchange treatment using a resin, or a thermal decomposition treatment, or a combination of these treatments. Usually, the organic structure directing agent contained therein can be removed by a method such as baking at a temperature of 300°C to 1000°C under air or an oxygen-containing inert gas or an inert gas atmosphere, or extraction with an organic solvent such as an ethanol aqueous solution. In terms of manufacturability, the removal of the organic structure directing agent by baking is preferred. In this case, the baking temperature is preferably 400°C or higher, more preferably 450°C or higher, and even more preferably 500°C or higher, and on the other hand, it is preferably 900°C or lower, more preferably 850°C or lower, and even more preferably 800°C or lower. As the inert gas, nitrogen or the like can be used.

本発明に用いられるゼオライトのイオン交換能は、アルカリ金属原子原料、あるいはアルミニウム原子原料、ケイ素原子原料、有機構造規定剤、及び種晶のゼオライトに含まれるアルカリ金属原子由来のアルカリ金属部分を、プロトン型やNH 型に変換して用いることもできる。その方法は、公知の技術を採用することができる。例えば、NHNO、NaNOなどアンモニウム塩あるいは塩酸などの酸で、通常、室温から100℃で処理後、水洗する方法などにより行うことができる。 The ion exchange capacity of the zeolite used in the present invention can be achieved by converting the alkali metal atom source, or the alkali metal portion derived from the alkali metal atom contained in the aluminum atom source, the silicon atom source, the organic structure directing agent, and the seed zeolite, into a proton type or an NH 4 + type. This can be achieved by using a known technique. For example, this can be achieved by treating the zeolite with an ammonium salt such as NH 4 NO 3 or NaNO 3 or an acid such as hydrochloric acid at room temperature to 100° C., followed by washing with water.

<金属の後担持による耐熱性向上>
本発明に用いられるゼオライトは、後述する触媒として使用するために、活性点となる金属(例えばCuやFe)を担持した後の触媒に更に金属を担持させてもよい。金属を担持させる効果としては、ゼオライト骨格中のAlに金属が配位することで、水蒸気からの保護効果が発現されると考えられる。担持させる金属としては、Mg、Ca、Sr、La、Pr、B、Zr、Ceが挙げられる。これらの金属は、2種類以上併用してもよい。また、AEI型ゼオライトの水熱合成前のゲルにこれらの金属の塩を加えて、金属を含有したゼオライトを製造してもよい。この場合、通常、遷移金属の硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩、塩化物、臭化物等の無機酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩等の有機酸塩、ペンタカルボニル、フェロセン等の有機金属化合物などが使用される。これらの塩のうち、水に対する溶解性の観点から、無機酸塩、有機酸塩が好ましい。
<Improvement of heat resistance by post-loading of metal>
The zeolite used in the present invention may further support a metal on the catalyst after supporting a metal (e.g., Cu or Fe) that serves as an active site in order to be used as a catalyst described later. It is considered that the effect of supporting a metal is that the metal coordinates with Al in the zeolite framework, thereby exerting a protective effect against water vapor. Examples of the metal to be supported include Mg, Ca, Sr, La, Pr, B, Zr, and Ce. Two or more of these metals may be used in combination. In addition, a salt of these metals may be added to the gel before the hydrothermal synthesis of the AEI zeolite to produce a zeolite containing a metal. In this case, inorganic acid salts such as sulfates, phosphates, nitrates, chlorides, and bromides of transition metals, organic acid salts such as acetates, oxalates, and citrates, and organometallic compounds such as pentacarbonyl and ferrocene are usually used. Among these salts, inorganic acid salts and organic acid salts are preferred from the viewpoint of solubility in water.

ゼオライトに上述の金属を担持させる場合、金属担持ゼオライト中の金属の含有量は、ゼオライト中のアルミニウムに対する金属のモル比として通常0.0001以上、好ましくは0.0005以上、より好ましくは、0.001以上、更に好ましくは0.005以上である。金属含有量の上限は特に限定されないが、触媒として使用する場合は活性点となる遷移金属もイオン交換する必要があるため、通常1以下、好ましくは0.95以下、更に好ましくは0.8以下、より好ましくは0.5以下である。 When the above-mentioned metals are supported on the zeolite, the content of the metal in the metal-supported zeolite is usually 0.0001 or more, preferably 0.0005 or more, more preferably 0.001 or more, and even more preferably 0.005 or more, expressed as a molar ratio of the metal to the aluminum in the zeolite. There is no particular upper limit to the metal content, but when used as a catalyst, the transition metal that serves as the active site must also be ion-exchanged, so the upper limit is usually 1 or less, preferably 0.95 or less, more preferably 0.8 or less, and even more preferably 0.5 or less.

[窒素酸化物浄化用触媒]
ゼオライトを触媒として使用する際には、バインダーと混合し、造粒して用いることやハニカム状等の所定の形状に成形して用いることができる。触媒を、特に排ガス処理に用いる場合については、例えば、該触媒をシリカ、アルミナ、粘土鉱物等の無機バインダーや、アルミナ繊維、ガラス繊維等の無機繊維と混合した後、造粒するかまたは押出法や圧縮法等によりハニカム状等の所定の形状に成形し、続いて焼成することにより、粒状の触媒やハニカム触媒、触媒成形品を得ることができる。
[Nitrogen oxide purification catalyst]
When using zeolite as a catalyst, it can be mixed with a binder and granulated or molded into a predetermined shape such as a honeycomb. When using the catalyst for exhaust gas treatment, in particular, the catalyst can be mixed with an inorganic binder such as silica, alumina, or clay mineral, or an inorganic fiber such as alumina fiber or glass fiber, and then granulated or molded into a predetermined shape such as a honeycomb by an extrusion method or a compression method, followed by firing to obtain a granular catalyst, honeycomb catalyst, or molded catalyst product.

ゼオライトを触媒として使用する際は、シートやハニカム等の基材に塗布して用いてもよい。具体的には、例えば、本発明に用いるゼオライトを含む触媒と、シリカ、アルミナ、粘土鉱物等の無機バインダーとを混合し、スラリーを作製し、コージェライト等の無機物で作製された基材の表面に塗布し、焼成する方法等が挙げられる。好ましくは、この際にハニカム形状の基材に塗布することにより、触媒が塗布されたハニカム状のハニカム触媒を得ることができる。 When using zeolite as a catalyst, it may be applied to a substrate such as a sheet or honeycomb. Specifically, for example, a method may be used in which a catalyst containing the zeolite used in the present invention is mixed with an inorganic binder such as silica, alumina, or clay mineral to prepare a slurry, which is then applied to the surface of a substrate made of an inorganic material such as cordierite, and then fired. Preferably, the slurry is applied to a substrate having a honeycomb shape, thereby obtaining a honeycomb-shaped honeycomb catalyst coated with the catalyst.

ここでは排ガス処理用触媒を例にして説明しているため無機バインダーを用いているが、用途や使用条件によっては有機バインダーを用いてもよいことは言うまでもない。 In this example, an inorganic binder is used because an exhaust gas treatment catalyst is used as an example, but it goes without saying that an organic binder can also be used depending on the application and conditions of use.

ゼオライトを触媒として使用する際は、ゼオライトに金属を担持させる。担持させる金属は、Si及びAl以外の金属である。ゼオライトに担持させる金属は遷移金属が好ましく、鉄、コバルト、パラジウム、イリジウム、白金、銅、銀、金、セリウム、ランタン、プラセオジウム、チタン、ジルコニウム等が好ましい。更に好ましくは、銅あるいは鉄であり、最も好ましくは銅である。これらの金属の2種以上を組み合わせてもよい。
金属の担持量は、触媒全量中、通常1.0質量%以上、好ましくは2.0質量%以上、より好ましくは3.0質量%以上、更に好ましくは5.0質量%以上、特に好ましくは6.0質量%以上、とりわけ好ましくは8.0質量%以上、最も好ましくは10質量%以上であり、また、一方で、通常20質量%以下、好ましくは18質量%以下、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは12質量%以下、特に好ましくは10質量%以下である。すなわち、ゼオライトに担持する金属の担持量は、触媒全量に対して、1.0~20質量%が好ましい。
When using zeolite as a catalyst, a metal is supported on the zeolite. The supported metal is a metal other than Si and Al. The metal supported on the zeolite is preferably a transition metal, and is preferably iron, cobalt, palladium, iridium, platinum, copper, silver, gold, cerium, lanthanum, praseodymium, titanium, zirconium, etc. More preferably, it is copper or iron, and most preferably, it is copper. Two or more of these metals may be combined.
The amount of the metal supported is usually 1.0 mass% or more, preferably 2.0 mass% or more, more preferably 3.0 mass% or more, even more preferably 5.0 mass% or more, particularly preferably 6.0 mass% or more, particularly preferably 8.0 mass% or more, and most preferably 10 mass% or more, based on the total amount of the catalyst, and on the other hand, it is usually 20 mass% or less, preferably 18 mass% or less, more preferably 15 mass% or less, even more preferably 12 mass% or less, and particularly preferably 10 mass% or less. That is, the amount of the metal supported on the zeolite is preferably 1.0 to 20 mass% based on the total amount of the catalyst.

ゼオライト中のAlに対する金属担持量のモル比としては、通常0.5以上であり、0.55以上が好ましく、0.6以上がより好ましく、0.65以上が更に好ましく、0.7以上が特に好ましく、0.75以上がとりわけ好ましく、0.8以上が最も好ましい。また、上限としては、通常2.0以下であり、1.95以下が好ましく、1.9以下がより好ましく、1.85以下が更に好ましく、1.8以下が特に好ましい。すなわち、ゼオライトに担持する金属の担持量は、ゼオライト中のAlに対するモル比として0.5~2.0であることが好ましい。 The molar ratio of the amount of metal supported to Al in the zeolite is usually 0.5 or more, preferably 0.55 or more, more preferably 0.6 or more, even more preferably 0.65 or more, particularly preferably 0.7 or more, especially preferably 0.75 or more, and most preferably 0.8 or more. The upper limit is usually 2.0 or less, preferably 1.95 or less, more preferably 1.9 or less, even more preferably 1.85 or less, and especially preferably 1.8 or less. In other words, the amount of metal supported on the zeolite is preferably 0.5 to 2.0 in terms of the molar ratio to Al in the zeolite.

<金属担持触媒の製造方法>
ゼオライトに金属を担持させる方法としては、特に限定されないが、一般的に用いられるイオン交換法、含浸担持法、沈殿担持法、固相イオン交換法、CVD法、噴霧乾燥法等が挙げられ、これらのうち、好ましくは、固相イオン交換法、含浸担持法、噴霧乾燥法により、AEI型ゼオライトに金属を担持させる方法が好ましく、含浸担持法が最も好ましい。
<Metal-supported catalyst manufacturing method>
The method for supporting a metal on a zeolite is not particularly limited, but examples thereof include commonly used ion exchange methods, impregnation support methods, precipitation support methods, solid-phase ion exchange methods, CVD methods, spray drying methods, and the like. Among these, the methods for supporting a metal on an AEI zeolite by the solid-phase ion exchange methods, impregnation support methods, and spray drying methods are preferred, and the impregnation support method is most preferred.

含侵担持法によってゼオライトに金属を担持させる場合、減圧蒸留により処理を行ってもよい。減圧蒸留を行う場合のゼオライトと担持金属原料を含む水溶液の温度は、通常0℃以上であり、20℃以上が好ましく、30℃以上がより好ましく、40℃以上が更に好ましく、50℃以上が特に好ましい。また、一方で、上限値としては、通常100℃以下であり、90℃以下が好ましく、80℃以下がより好ましく、70℃以下が更に好ましく、60℃以下が特に好ましい。 When metals are loaded onto zeolite by the impregnation loading method, the treatment may be carried out by vacuum distillation. When vacuum distillation is carried out, the temperature of the aqueous solution containing the zeolite and the loaded metal raw material is usually 0°C or higher, preferably 20°C or higher, more preferably 30°C or higher, even more preferably 40°C or higher, and particularly preferably 50°C or higher. On the other hand, the upper limit is usually 100°C or lower, preferably 90°C or lower, more preferably 80°C or lower, even more preferably 70°C or lower, and particularly preferably 60°C or lower.

含侵担持を行う際の水溶液中の金属原料の濃度は特に限定されないが、効率的に含侵担持を行うには濃度が濃いほうがよく、通常は0.1質量%であり、0.3質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、0.8質量%以上が更に好ましく、1.0質量%以上が特に好ましく、1.2質量%以上がとりわけ好ましく、1.5質量%以上が最も好ましい。一方、ゼオライトに金属を担持する際の分散性が良くなりやすいことから、通常10質量%以下であり、8質量%以下が好ましく、6質量%以下がより好ましく、5質量%以下が更に好ましく、3質量%以下が特に好ましく、2質量%以下がとりわけ好ましい。 The concentration of the metal raw material in the aqueous solution when impregnating is not particularly limited, but in order to perform impregnation efficiently, the higher the concentration, the better. It is usually 0.1 mass%, preferably 0.3 mass% or more, more preferably 0.5 mass% or more, even more preferably 0.8 mass% or more, particularly preferably 1.0 mass% or more, especially preferably 1.2 mass% or more, and most preferably 1.5 mass% or more. On the other hand, since it is easy to improve the dispersibility when the metal is supported on the zeolite, it is usually 10 mass% or less, preferably 8 mass% or less, more preferably 6 mass% or less, even more preferably 5 mass% or less, especially preferably 3 mass% or less, and especially preferably 2 mass% or less.

ゼオライトに遷移金属を担持させる場合、イオン交換法、含侵法などの方法を用いると、大量の廃液を排出するため廃液処理が問題となり、また、ゼオライト浸漬スラリーの濾過、洗浄などの工程数が多くなりがちである。これに対して、遷移金属原料である遷移金属酸化物や遷移金属塩をゼオライト合成工程のゲル、即ち、前述の反応前混合物に導入することにより、遷移金属を含むAEI型ゼオライトを一工程で合成するワンポット合成法であれば、この問題が解決される。 When using methods such as ion exchange and impregnation to load transition metals onto zeolite, waste liquid treatment becomes an issue because large amounts of waste liquid are discharged, and the number of steps such as filtering and washing the zeolite-soaked slurry tends to increase. In contrast, this problem can be solved by using a one-pot synthesis method in which the transition metal-containing AEI zeolite is synthesized in one step by introducing the transition metal raw material, a transition metal oxide or transition metal salt, into the gel of the zeolite synthesis process, i.e., the pre-reaction mixture described above.

ワンポット合成法で用いる遷移金属原料は特に限定されず、通常、遷移金属の硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩、塩化物、臭化物等の無機酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩等の有機酸塩、ペンタカルボニル、フェロセン等の有機金属化合物などが使用される。これらのうち、水に対する溶解性の観点からは無機酸塩、有機酸塩が好ましく、より具体的には例えば硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、塩酸塩等が好ましい。場合によってはコロイド状の酸化物、あるいは微粉末状の酸化物を用いてもよい。 The transition metal raw material used in the one-pot synthesis method is not particularly limited, and typically includes inorganic acid salts such as sulfates, phosphates, nitrates, chlorides, and bromides of transition metals, organic acid salts such as acetates, oxalates, and citrates, and organometallic compounds such as pentacarbonyl and ferrocene. Of these, inorganic acid salts and organic acid salts are preferred from the viewpoint of solubility in water, and more specifically, for example, nitrates, sulfates, acetates, and hydrochlorides are preferred. In some cases, colloidal oxides or finely powdered oxides may be used.

またゲル中で遷移金属を安定化させるためにポリアミンを用いて錯塩を形成させてもよい。
具体的なポリアミンとしては、中でもジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミンが安価であり、好ましく、中でもトリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミンが特に好ましい。これらのポリアミンは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、分岐状のポリアミンを含んでいてもよい。
In order to stabilize the transition metal in the gel, a complex salt may be formed using a polyamine.
As specific polyamines, diethylenetriamine, triethylenetetramine, and tetraethylenepentamine are inexpensive and preferable, and triethylenetetramine and tetraethylenepentamine are particularly preferable. These polyamines may be used alone or in combination of two or more. In addition, branched polyamines may be included.

ゼオライトに上記金属を担持させた後は、好ましくは300℃ ~900℃、より好ましくは350℃~850℃、さらに好ましくは400℃ ~800℃で、1秒~24時間、好ましくは10秒~8時間、さらに好ましくは30分~5時間程度焼成することが好ましい。この焼成は必ずしも必要ではないが、焼成を行うことにより、ゼオライトの骨格構造に担持させた金属の分散性を高めることができ、触媒活性の向上に有効である。 After the above metals are supported on the zeolite, it is preferable to calcinate the zeolite at 300°C to 900°C, more preferably 350°C to 850°C, and even more preferably 400°C to 800°C for 1 second to 24 hours, preferably 10 seconds to 8 hours, and even more preferably 30 minutes to 5 hours. Although this calcination is not necessarily required, calcination can increase the dispersibility of the metals supported in the zeolite framework, which is effective in improving catalytic activity.

また、本発明に用いられる触媒は、主に原料に由来するアルカリ金属原子、例えばナトリウム、カリウム、セシウム等を含んでいてもよい。このうち容易に除去できるナトリウムに関しては、特に限定されないが、比較的除去の難しいカリウム、セシウム等に関しては、触媒中のアルミニウムに対するモル比として、0.001以上、1.0以下であることが好ましい。触媒から無理に除去することにより、ゼオライトの骨格などにダメージを与えることを防ぐ点から、触媒中のアルミニウムに対するカリウム及び/又はセシウムのモル比は、上述の範囲が好ましい。 The catalyst used in the present invention may contain alkali metal atoms, such as sodium, potassium, cesium, etc., mainly derived from the raw materials. Of these, sodium, which can be easily removed, is not particularly limited, but potassium, cesium, etc., which are relatively difficult to remove, preferably have a molar ratio to aluminum in the catalyst of 0.001 or more and 1.0 or less. In order to prevent damage to the zeolite framework, etc., caused by forcibly removing them from the catalyst, the molar ratio of potassium and/or cesium to aluminum in the catalyst is preferably in the above-mentioned range.

本発明に用いられる触媒の比表面積は、ゼオライトの比表面積として前述したとおりである。 The specific surface area of the catalyst used in the present invention is as described above for the specific surface area of the zeolite.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り以下の実施例により何ら限定されるものではない。
〔分析・評価〕
以下の実施例及び比較例において得られたゼオライトの分析及び性能評価は、以下の方法により行った。
The present invention will be specifically described below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples in any way as long as the gist of the present invention is not exceeded.
[Analysis and Evaluation]
The analysis and performance evaluation of the zeolites obtained in the following Examples and Comparative Examples were carried out by the following methods.

[粉末XRDの測定]
<試料の調製>
めのう乳鉢を用いて人力で粉砕したゼオライト試料約100mgを同一形状のサンプルホルダーを用いて試料量が一定となるようにした。
<装置仕様及び測定条件>
粉末XRD測定装置仕様及び測定条件は、以下の表1及び表2に示す通りである。
[Powder XRD Measurement]
<Sample preparation>
Approximately 100 mg of a zeolite sample was manually crushed using an agate mortar and placed in a sample holder of the same shape so that the amount of sample was constant.
<Apparatus specifications and measurement conditions>
The specifications of the powder XRD measurement device and the measurement conditions are as shown in Tables 1 and 2 below.

[平均一次粒子径の測定]
本発明に用いられるゼオライトの平均一次粒子径とは、一次粒子の粒子径の平均値に相当する。平均一次粒子径は、走査型電子顕微鏡による粒子の観察において、任意に選択した30個の一次粒子について粒子径を測定し、その一次粒子の粒子径を平均して求めた。粒子径は、粒子の投影面積と等しい面積を持つ円の直径(円相当径)とした。
[Measurement of average primary particle size]
The average primary particle size of the zeolite used in the present invention corresponds to the average particle size of the primary particles. The average primary particle size was determined by measuring the particle sizes of 30 randomly selected primary particles in the observation of the particles with a scanning electron microscope, and averaging the particle sizes of the primary particles. The particle size was defined as the diameter of a circle having an area equal to the projected area of the particle (circle equivalent diameter).

[Cu含有量とゼオライト組成の分析]
標準試料であるゼオライト中のケイ素原子とアルミニウム原子の含有量、及び銅原子の含有量は、以下の方法で定量した。
ゼオライト試料を塩酸水溶液に加熱溶解させた後、ICP分析によりケイ素原子、アルミニウム原子と銅原子の含有量(質量%)を求めた。そして、標準試料中の分析元素の蛍光X線強度と分析元素の原子濃度との検量線を作成した。
この検量線により、蛍光X線分析法(XRF)でゼオライトよりなる触媒試料中のケイ素原子、アルミニウム原子及び銅原子の含有量(質量%)を求めた。ICP分析は、株式会社堀場製作所製 装置名:ULTIMA 2Cを用いて行った。XRFは、株式会社島津製作所製 装置名:EDX-700を用いて行った。
[Analysis of Cu content and zeolite composition]
The silicon atom content, aluminum atom content, and copper atom content in the zeolite standard sample were quantified by the following method.
The zeolite sample was dissolved in a hydrochloric acid solution by heating, and the silicon, aluminum and copper atom contents (mass%) were determined by ICP analysis. Then, a calibration curve of the fluorescent X-ray intensity of the analyzed element in the standard sample and the atomic concentration of the analyzed element was created.
Using this calibration curve, the contents (mass%) of silicon atoms, aluminum atoms, and copper atoms in the catalyst sample made of zeolite were determined by X-ray fluorescence analysis (XRF). ICP analysis was performed using an apparatus named ULTIMA 2C manufactured by Horiba, Ltd. XRF was performed using an apparatus named EDX-700 manufactured by Shimadzu Corporation.

[触媒活性の評価]
調製した触媒試料をプレス成形後、破砕して篩に通し、0.6~1mmに整粒した。整粒した触媒試料1mlを常圧固定床流通式反応管に充填した。触媒層に下記表3の組成のガスを空間速度SV=60000h-1で流通させながら、触媒層を加熱した。300℃において、出口のNO濃度が一定となったとき、以下の式により求められるNO浄化率(%)の値によって、触媒試料の窒素酸化物除去活性を評価した。
NO浄化率(%)={(入口NO濃度)-(出口NO濃度)}/(入口NO濃度)×100
[Evaluation of catalytic activity]
The prepared catalyst sample was press-molded, crushed, sieved, and sized to 0.6 to 1 mm. 1 ml of the sized catalyst sample was packed into an atmospheric pressure fixed-bed flow-type reactor. The catalyst layer was heated while a gas having the composition shown in Table 3 below was passed through the catalyst layer at a space velocity SV of 60,000 h -1 . When the outlet NO concentration became constant at 300°C, the nitrogen oxide removal activity of the catalyst sample was evaluated based on the NO purification rate (%) calculated by the following formula.
NO purification rate (%)={(inlet NO concentration)−(outlet NO concentration)}/(inlet NO concentration)×100

[実施例1]
〔ゼオライトの合成〕
4.0gの水と、有機構造規定剤(SDA)として5.4gのN,N-ジメチル-3,5-ジメチルピペリジニウムハイドロオキサイド(35質量%水溶液、セイケム社製)と、0.8gのNaOH顆粒(和光純薬株式会社製)を混合したものに、アモルファスAl(OH)(Al:53.5質量% 、Aldrich社製)0.29gを加えて撹拌し、溶解させて透明溶液とした。これにスノーテックス40(シリカ濃度:40質量%、日産化学株式会社製)8.9gを加えて室温で5分間撹拌した後、種晶として未焼成品のCHA型ゼオライト(SiO/Al比=22)0.18gを添加し、室温で2時間撹拌して反応前混合物を得た。
[Example 1]
[Zeolite synthesis]
4.0g of water, 5.4g of N,N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium hydroxide (35% by weight aqueous solution, manufactured by Seichem Co., Ltd.) as an organic structure directing agent (SDA), and 0.8g of NaOH granules (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were mixed, and 0.29g of amorphous Al(OH) 3 ( Al2O3 : 53.5 % by weight, manufactured by Aldrich Co., Ltd.) was added and stirred to dissolve the mixture into a transparent solution. 8.9g of Snowtex 40 (silica concentration: 40% by weight, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added and stirred at room temperature for 5 minutes, and then 0.18g of uncalcined CHA-type zeolite ( SiO2 / Al2O3 ratio = 22) was added as a seed crystal, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours to obtain a pre-reaction mixture.

この反応前混合物を耐圧容器に入れ、170℃のオーブン中で回転させながら(15rpm)、3日間水熱合成を行った。この水熱合成反応後、反応液を冷却して、濾過により生成した結晶を回収した。回収した結晶を100℃で12時間乾燥した後、得られたゼオライト粉のXRDを測定したところ、格子面間隔表示で、表4に示すような位置にピーク及び相対強度を有するXRDパターンを示すAEI型のアルミノシリケートゼオライト1を合成できたことが確認された。XRF分析によるアルミノシリケートゼオライト1のSiO/Alモル比は15であった。 The pre-reaction mixture was placed in a pressure vessel and rotated (15 rpm) in an oven at 170° C. for 3 days to carry out hydrothermal synthesis. After the hydrothermal synthesis reaction, the reaction solution was cooled and the generated crystals were collected by filtration. The collected crystals were dried at 100° C. for 12 hours, and the XRD of the obtained zeolite powder was measured. It was confirmed that AEI-type aluminosilicate zeolite 1 was synthesized, which showed an XRD pattern with peaks and relative intensities at the positions shown in Table 4 in terms of lattice spacing. The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of aluminosilicate zeolite 1 was 15 according to the XRF analysis.


〔触媒の調製・触媒活性の評価〕
ゼオライト中の有機物を除去するために、実施例1で合成したアルミノシリケートゼオライト1を600℃の空気気流下で5時間焼成した。次に焼成したゼオライト中のNaイオンを除去するために、焼成したゼオライトを1モル/Lの硝酸アンモニウム水溶液に分散させ、60℃で5時間イオン交換を行った。濾過によりゼオライトを回収し、イオン交換水での洗浄を3回行った。その後、前記のイオン交換と洗浄を更に繰り返し2回行った。得られたゼオライト粉を100℃で12時間乾燥して、NH 型のアルミノシリケートゼオライト2を得た。その後、空気下において500℃で2時間焼成し、H型のアルミノシリケートゼオライト3を得た。
[Catalyst preparation and evaluation of catalytic activity]
In order to remove organic matter in the zeolite, the aluminosilicate zeolite 1 synthesized in Example 1 was calcined under an air stream at 600°C for 5 hours. Next, in order to remove Na ions in the calcined zeolite, the calcined zeolite was dispersed in an aqueous ammonium nitrate solution of 1 mol/L and ion-exchanged at 60°C for 5 hours. The zeolite was recovered by filtration and washed with ion-exchanged water three times. Then, the ion-exchange and washing were repeated two more times. The obtained zeolite powder was dried at 100°C for 12 hours to obtain an NH 4 + type aluminosilicate zeolite 2. Then, the calcined zeolite was calcined under air at 500°C for 2 hours to obtain an H + type aluminosilicate zeolite 3.

アルミノシリケートゼオライト3に含侵担持処理を行うことによりCuを担持させた。10質量%のCuが担持出来るように、1gのアルミノシリケートゼオライト3に対して0.3gの酢酸銅(II)(キシダ化学株式会社製)を20gの水に溶解して、酢酸銅(II)水溶液を得た。アルミノシリケートゼオライト3をこの酢酸銅(II)水溶液中に分散させ、50℃のウォーターバスで加温しながら、エバポレーターを用いて減圧蒸留により水分を除去した。水分を除去した後、10gのイオン交換水を加えて再分散させ、50℃のウォーターバスで加温しながら、減圧蒸留により水分を除去した。水分除去後、再度10gのイオン交換水を加えて再分散させ、50℃のウォーターバスで加温しながら、減圧蒸留により水分を除去した。以上のように、合計3回の減圧蒸留を行い、含侵担持処理を終了して触媒1を得た。触媒1についてXRF分析を行った結果、Cu/Alモル比は0.8であった。 Cu was supported by impregnation support treatment on aluminosilicate zeolite 3. 0.3 g of copper acetate (II) (Kishida Chemical Co., Ltd.) was dissolved in 20 g of water for 1 g of aluminosilicate zeolite 3 so that 10% by mass of Cu could be supported, to obtain an aqueous solution of copper acetate (II). Aluminosilicate zeolite 3 was dispersed in this aqueous solution of copper acetate (II), and water was removed by vacuum distillation using an evaporator while heating in a water bath at 50 ° C. After removing water, 10 g of ion-exchanged water was added and redispersed, and water was removed by vacuum distillation while heating in a water bath at 50 ° C. After removing water, 10 g of ion-exchanged water was added again and redispersed, and water was removed by vacuum distillation while heating in a water bath at 50 ° C. As described above, a total of three vacuum distillations were performed to complete the impregnation support treatment, and catalyst 1 was obtained. XRF analysis of catalyst 1 revealed that the Cu/Al molar ratio was 0.8.

[比較例1]
東ソー株式会社製のZSM-5(SiO/Alモル比が40)を用いて、実施例1と同様にエバポレーターを用いた減圧蒸留による操作で4.0質量%のCuを担持する処理を行い、触媒2を得た。触媒2についてXRF分析を行った結果、Cu/Alモル比は0.75であった。
[Comparative Example 1]
ZSM-5 (SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio: 40) manufactured by Tosoh Corporation was used to carry 4.0 mass % of Cu by vacuum distillation using an evaporator in the same manner as in Example 1, to obtain Catalyst 2. XRF analysis of Catalyst 2 revealed that the Cu/Al molar ratio was 0.75.

触媒1及び触媒2の触媒活性の評価結果は、触媒1のNOの転化率が39%であり、触媒2の転化率が35%であった。なお、触媒1及び触媒2の触媒活性の評価結果を図1にも示した。排ガス処理において重要とされる300℃程度の低温での活性について、触媒1(図1中ではCAT-Aと記載)は、触媒2(図1中ではCAT-Bと記載)よりも高い活性を持つ触媒であることが分かった。なお、図1において、NO転化率(%)は「NO conversion (%)」と記載する。 The evaluation results of the catalytic activity of catalyst 1 and catalyst 2 showed that the NO conversion rate of catalyst 1 was 39%, and that of catalyst 2 was 35%. The evaluation results of the catalytic activity of catalyst 1 and catalyst 2 are also shown in Figure 1. It was found that catalyst 1 (shown as CAT-A in Figure 1) has higher activity than catalyst 2 (shown as CAT-B in Figure 1) in terms of activity at low temperatures of around 300°C, which is considered important in exhaust gas treatment. In Figure 1, the NO conversion rate (%) is shown as "NO conversion (%)".

通常、8員環ゼオライトは10員環構造を有するゼオライトに比べると細孔サイズが小さいことから、金属を担持する際に細孔内が金属で閉塞しやすく、活性点として機能する金属を増やすことは難しい。例えば、非特許文献1のTable 1において、ZSM-5(細孔サイズ:5.5×5.1Å)よりも小さいサイズの細孔を持つFerrierite(細孔サイズ:5.4×4.2Å)のCuイオン交換後の物性を示しており、ゼオライト中のCuイオン交換量はZSM-5に比べて多いにもかかわらず、NO吸着量がZSM-5よりも少ないことから、触媒活性点となる有効なCuはZSM-5に比べて少ないことを示している。従って、ZSM-5よりも小さい細孔径を持つゼオライトにおいて、イオン交換率100%を超えるようなCuの過剰担持は、通常考えない。
一方、本発明に用いた8員環ゼオライトはいずれもZSM-5と比べて細孔サイズは小さいが、活性点となるCuをCu/Al=0.5(イオン交換率100%)以上に担持した場合において高い触媒活性を示した。これは、非特許文献1の579頁にCu-Cuダイマーが本反応系における活性点とされているが、本発明に係る8員環ゼオライトの場合は細孔サイズが小さいため近接Alの距離が近く、Alに担持したCuの距離も近くなることからより触媒活性に効果的なCu-Cuダイマーを作りやすく、細孔閉塞の影響よりも高活性が得られる効果があったと考えられる。
In general, 8-membered ring zeolites have smaller pore sizes than zeolites having a 10-membered ring structure, and therefore the pores are easily blocked by metal when metal is supported, making it difficult to increase the amount of metal that functions as an active site. For example, Table 1 in Non-Patent Document 1 shows the physical properties of Ferrierite (pore size: 5.4×4.2 Å) having pores smaller than ZSM-5 (pore size: 5.5×5.1 Å) after Cu ion exchange, and shows that although the amount of Cu ion exchange in the zeolite is greater than that of ZSM-5, the amount of NO adsorption is less than that of ZSM-5, and therefore the amount of Cu available to serve as catalytic active sites is less than that of ZSM-5. Therefore, in zeolites having pore sizes smaller than ZSM-5, excessive support of Cu with an ion exchange rate exceeding 100% is usually not considered.
On the other hand, all of the 8-membered ring zeolites used in the present invention have smaller pore sizes than ZSM-5, but showed high catalytic activity when Cu, which serves as an active site, was supported at Cu/Al = 0.5 (ion exchange rate 100%) or more. This is because, although page 579 of Non-Patent Document 1 states that Cu + -Cu + dimers are the active sites in this reaction system, in the case of the 8-membered ring zeolite of the present invention, the pore size is small, so the distance between adjacent Al is short, and the distance between Cu supported on Al is also short, making it easier to create Cu + -Cu + dimers that are more effective for catalytic activity, and it is believed that this had the effect of obtaining high activity rather than being affected by pore blockage.

本発明により、工場や自動車排ガス中等に含まれる窒素酸化物に対して、処理能力に優れた触媒を用いることで無害な物質に浄化する方法を提供することができる。特に、還元剤のインフラ整備が難しい場所に使用できることから、幅広い環境下に適用可能である。 The present invention provides a method for purifying nitrogen oxides contained in factory and automobile exhaust gases into harmless substances by using a catalyst with excellent processing capabilities. In particular, since it can be used in places where it is difficult to establish infrastructure for reducing agents, it can be applied in a wide range of environments.

Claims (4)

気体中に含まれる窒素酸化物を金属として銅が担持されたゼオライトと接触させることにより除去する窒素酸化物の浄化方法であって、
前記ゼオライトの最大の細孔径が8員環構造を有するアルミノシリケートゼオライトであり、前記ゼオライトのSiO /Al (モル比)が3~100であり、かつゼオライト中のAlに対する金属担持量のモル比が0.65~2.0であり、
前記気体中に含まれる窒素酸化物に対するモル比が0.1以下の還元剤を使用し、
前記窒素酸化物の浄化方法の排ガスの空間速度が10,000hr -1 以上であることを特徴とする窒素酸化物の浄化方法。
A method for purifying nitrogen oxides in a gas by contacting the nitrogen oxides with a zeolite carrying copper as a metal, the method comprising the steps of:
The zeolite is an aluminosilicate zeolite having an 8-membered ring structure with a maximum pore size , the zeolite has a SiO 2 /Al 2 O 3 (molar ratio) of 3 to 100, and the molar ratio of the amount of metal supported to Al in the zeolite is 0.65 to 2.0 ;
using a reducing agent having a molar ratio of 0.1 or less to the nitrogen oxides contained in the gas,
The method for purifying nitrogen oxides, wherein the space velocity of exhaust gas in the method for purifying nitrogen oxides is 10,000 hr -1 or more .
前記ゼオライトがAEI型、CHA型、AFX型、RHO型のいずれかである請求項に記載の窒素酸化物の浄化方法。 2. The method for purifying nitrogen oxides according to claim 1 , wherein the zeolite is any one of AEI type, CHA type, AFX type, and RHO type. 前記ゼオライトに担持する金属の担持量が、触媒全量に対して1.0~20質量%である請求項1又は2に記載の窒素酸化物の浄化方法。 3. The method for purifying nitrogen oxides according to claim 1, wherein the amount of the metal supported on the zeolite is 1.0 to 20% by mass based on the total amount of the catalyst. 前記気体中の窒素酸化物量が10~10000体積ppmである請求項1~のいずれか1項に記載の窒素酸化物の浄化方法。 4. The method for purifying nitrogen oxides according to claim 1 , wherein the amount of nitrogen oxides in the gas is 10 to 10,000 ppm by volume.
JP2020217611A 2020-12-25 2020-12-25 Nitrogen oxide purification method Active JP7669692B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020217611A JP7669692B2 (en) 2020-12-25 2020-12-25 Nitrogen oxide purification method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020217611A JP7669692B2 (en) 2020-12-25 2020-12-25 Nitrogen oxide purification method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022102718A JP2022102718A (en) 2022-07-07
JP7669692B2 true JP7669692B2 (en) 2025-04-30

Family

ID=82273169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020217611A Active JP7669692B2 (en) 2020-12-25 2020-12-25 Nitrogen oxide purification method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7669692B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015516882A (en) 2012-04-27 2015-06-18 ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット Method and system for purifying exhaust gas from an internal combustion engine
JP2020529964A (en) 2017-08-10 2020-10-15 中触媒新材料股▲ふん▼有限公司 AEI structure molecular sieve and its manufacturing method and use

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2737188B2 (en) * 1988-12-16 1998-04-08 東ソー株式会社 Nitrogen oxide catalytic cracking catalyst, its production method and its use

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015516882A (en) 2012-04-27 2015-06-18 ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット Method and system for purifying exhaust gas from an internal combustion engine
JP2020529964A (en) 2017-08-10 2020-10-15 中触媒新材料股▲ふん▼有限公司 AEI structure molecular sieve and its manufacturing method and use

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022102718A (en) 2022-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12030042B2 (en) Zeolite synthesis with alkaline earth metal
JP6780650B2 (en) Method for producing oxygen 8-membered ring zeolite and AEI type zeolite
JP7487113B2 (en) Stable small pore zeolite
JP6951343B2 (en) Methods for Direct Synthesis of Iron-Containing AEI Zeolite Catalysts
US11667536B2 (en) Method for the preparation of a molecular sieve of the CHA-type
JP2013507321A (en) Copper-containing levite molecular sieve for selective reduction of NOx
CN112041060B (en) Stable CHA zeolite
US20240075466A1 (en) One-Pot Synthesis of Transition Metal-Promoted Chabazites
JP7251471B2 (en) Transition metal-supported zeolite, method for producing the same, catalyst for purifying nitrogen oxides, and method for using the same
CN111960433A (en) CHA type molecular sieve synthesized by using bicyclic group-containing quaternary ammonium onium template agent, and preparation and application of catalyst
CN110961144A (en) Symbiotic composite molecular sieve with CHA/LEV topological structure, preparation method thereof and SCR application thereof
CN111871451A (en) CHA molecular sieve synthesized by novel structure template agent, SCR catalyst and application thereof
CN111871454A (en) CHA zeolite molecular sieve for purifying nitrogen oxides and preparation method and application of catalyst thereof
JP7669692B2 (en) Nitrogen oxide purification method
JP7091768B2 (en) Zeolite powder
CN111871453A (en) CHA structure molecular sieve, synthesis method, nitrogen oxide selective reduction catalyst and application
JP7158141B2 (en) Slurry composition for catalyst, method for producing the same, method for producing catalyst using the same, and method for producing Cu-containing zeolite
JP6769107B2 (en) Manufacturing method of AEI type zeolite
JP7234765B2 (en) Nitrogen oxide adsorbent and method for producing the same
JP7679603B2 (en) Method for producing AEI zeolite, catalyst, and adsorbent
CN110961148A (en) AEI/LEV structure symbiotic composite molecular sieve, preparation method and SCR application thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231025

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240802

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240813

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20241009

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241212

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250318

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250331

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7669692

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150