JPH08108043A

JPH08108043A - 窒素酸化物の除去方法

Info

Publication number: JPH08108043A
Application number: JP6246328A
Authority: JP
Inventors: Takaharu Yoshimura; 敬治吉村; Yasunobu Hosose; 泰伸細瀬; Senji Kasahara; 泉司笠原; Kazuhiko Sekizawa; 和彦関沢
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【構成】窒素酸化物及び炭化水素を含有する酸素
過剰の排ガスに一種以上の遷移金属を含有するＳｉＯ₂
／Ａｌ₂Ｏ₃モル比が１５以上のゼオライトに、Ｍｎ及び
Ｍｎ以外の金属元素からなる複合酸化物を混合してなる
触媒を接触させて、排ガスから窒素酸化物を除去する方
法。【効果】アンモニア等の還元剤を使用することな
く、ＳＯｘ共存下でも比較的低温から効率良く窒素酸化
物を除去することができ、自動車等、特にディーゼルエ
ンジンより排出される酸素過剰の排ガスから窒素酸化物
をより効率的に除去する方法として好適である

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボイラー、自動車エン
ジン等から排出される窒素酸化物を含有する酸素過剰の
排ガスを触媒を用いて処理する方法に関し、更に詳細に
は、硫黄酸化物（以下、ＳＯｘという）共存下において
も活性、特に低温活性の優れた触媒を用いて窒素酸化物
を除去する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボイラー、自動車エンジン等から排出さ
れる排ガス中の窒素酸化物を除去する方法として、触媒
の存在下でアンモニアを用いる選択的接触還元法、ま
た、排ガスを触媒に通し、未燃焼の一酸化炭素及び炭化
水素により還元する非選択的接触還元法等が実用化され
ている。

【０００３】例えば、特開昭６０−１２５２５０号公報
には、還元剤非共存下で窒素酸化物を直接接触分解でき
る触媒として、銅イオン交換したゼオライトが提案され
ている。

【０００４】また、ディーゼルエンジン、低燃費化を目
的とした希薄燃焼エンジンの排ガス浄化用に、酸素過剰
下でも、未燃焼の一酸化炭素，炭化水素等の還元成分に
より窒素酸化物を選択的に還元できる触媒として、卑金
属をゼオライト等に含有させた触媒が提案されている
（例えば、特開昭６３−１００９１９号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の提案されている触媒は、活性、特に低温での活性が不
十分であり、実用化されるに至っていない。

【０００６】本発明の目的は、アンモニア等の還元剤を
使用することなく、ＳＯｘ共存下でも低温から脱硝性能
に優れた触媒を用いて、自動車等、特にディーゼルエン
ジンより排出される酸素過剰の排ガスから窒素酸化物を
より効率的に除去する方法を提供するところにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
について鋭意検討した結果、遷移金属を含有するゼオラ
イトにＭｎ及びＭｎ以外の金属元素からなる複合酸化物
を混合した触媒を用いることにより、低温から効率よく
排ガス浄化できることを見出し、本発明を完成するに至
った。

【０００８】すなわち本発明は、窒素酸化物及び炭化水
素を含有する酸素過剰の排ガス中から窒素酸化物を除去
する方法において、一種以上の遷移金属を含有するＳｉ
Ｏ₂／Ａｌ₂Ｏ₃モル比が１５以上のゼオライトに、Ｍｎ
及びＭｎ以外の金属元素からなる複合酸化物を混合して
なる触媒を、窒素酸化物及び炭化水素を含有する酸素過
剰の排ガスに接触させることを特徴とする、窒素酸化物
を除去する方法を提供するものである。

【０００９】以下、本発明をより詳細に説明する。

【００１０】本発明の方法において用いられる触媒は、
ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃モル比が１５以上のゼオライトに遷
移金属を導入し、これにＭｎ及びＭｎ以外の金属元素を
含む複合酸化物を混合させた触媒である。

【００１１】本発明において用いられるゼオライトのＳ
ｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃モル比は、１５以上である。ＳｉＯ₂／
Ａｌ₂Ｏ₃モル比の上限は限定されるものではないが、１
５〜２００であれば、十分な耐熱性、耐久性をもった実
用触媒を得ることができる。

【００１２】また、ゼオライトの種類は特に限定されな
いが、例えば、モルデナイト、フェリエライト、ゼオラ
イトβ、ＺＳＭ−５、ＺＳＭ−８、ＺＳＭ−１１、ＺＳ
Ｍ−１２、ＺＳＭ−２０、ＺＳＭ−２２、ＺＳＭ−３
５、ＺＳＭ−５７等のゼオライトが使用できる。その中
でもＺＳＭ−５が好適に用いられる。またこれらのゼオ
ライトの製造方法は限定されるものではない。またゼオ
ライトＹ、ゼオライトＬ等のゼオライトを脱アルミニウ
ムしたものであってもよい。

【００１３】ゼオライトは、合成品あるいはそのか焼品
等が用いられるが、ゼオライト中のＮａ等のイオンをア
ンモニウム塩あるいは鉱酸等で処理し、Ｈ型あるいはア
ンモニウム型として用いることもできる。更には、Ｋ，
Ｃｓ，Ｂａ等でイオン交換して用いることもできる。

【００１４】ゼオライトは、一種以上の遷移金属を含有
することが必須である。遷移金属種としては通常排ガス
浄化に使用される遷移金属であれば良く、例えば、Ｃ
ｕ，Ａｇ，Ａｕ等のＩｂ族、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，
Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔ等のＶＩＩＩ族、Ｃｒ，Ｍｏ等のＶＩ
ａ族、あるいは、Ｍｎ等のＶＩＩａ族が用いられる。特
に好ましくはＣｕである。

【００１５】遷移金属を含有させる方法は特に限定され
ず、含浸担持法、蒸発乾固法、イオン交換法等の手法を
用いることができる。遷移金属はゼオライトのイオン交
換サイトに存在する場合に、より高活性となるために、
イオン交換法で遷移金属を導入することが好ましい。イ
オン交換は、ゼオライトを、遷移金属の塩を含む水溶液
中に混合し、撹拌、洗浄して行われる。

【００１６】遷移金属の塩としては、遷移金属の塩化
物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩等の塩が好適に用いられ
る。また、遷移金属のアンミン錯塩等も好適に用い得
る。

【００１７】イオン交換の際の遷移金属の添加量、濃
度、交換温度、時間等は特に限定されず、一般的に行わ
れている方法で良い。遷移金属の添加量は、十分な活性
を持たせるためには、ゼオライト中のＡｌに対し、原子
比で０．２〜２０が好ましい。また、イオン交換のスラ
リー濃度は、通常行われる５〜５０重量％が好ましい。
また、イオン交換温度、時間は、十分な活性を持たせる
ために、室温〜１００℃の温度、５分〜３日の時間であ
ることが好ましい。また、必要に応じて、イオン交換操
作を繰り返し行うこともできる。

【００１８】遷移金属を含有したゼオライトは、Ｍｎ及
びＭｎ以外の金属元素を含む複合酸化物を混合させるこ
とが必須である。ここでいう複合酸化物とは２種類以上
の金属と酸素の化合物あるいは２種類以上の金属酸化物
の混合された状態をいう。

【００１９】Ｍｎ以外の金属元素種としては特に制限さ
れないが、例えば、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ等のＩＩａ
族、Ｓｃ，Ｙ，希土類金属等のＩＩＩａ族、Ｔｉ，Ｚｒ
等のＩＶａ族、Ｃｒ，Ｍｏ等のＶＩａ族、Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔ等のＶＩＩＩ族、Ｚｎ，
Ｃｄ等のＩＩｂ族、あるいは、Ｇｅ，Ｓｎ等のＩＶｂ族
が用いられる。特に好ましくはＳｎ，Ｚｒ，Ｚｎであ
る。

【００２０】Ｍｎ及びＭｎ以外の金属元素を含む複合酸
化物の製造方法は特に限定されないが、Ｍｎ塩及びＭｎ
以外の金属元素の塩を含有する水溶液を蒸発乾固し焼成
する方法、あるいは、Ｍｎ塩及びＭｎ以外の金属塩を混
合し共沈させ焼成する方法、あるいは、Ｍｎ酸化物及び
Ｍｎ以外の金属酸化物を混合し焼成する方法等が使用で
きる。また、Ｍｎ塩及びＭｎ以外の金属塩を含有する水
溶液のｐＨを調整し共沈させ焼成することもできる。焼
成は、１００〜１５００℃好ましくは３００〜１０００
℃、時間は、５ｍｉｎ〜１００ｈｒで空気中で行うこと
ができる。

【００２１】複合酸化物の組成は特に限定されないが、
（Ｍｎ以外の金属元素）／Ｍｎの原子比が０．０１〜１
００が好ましい。更に好ましくは、０．１〜１０であ
る。

【００２２】本発明で用いられる触媒は、遷移金属を含
有するゼオライトと、Ｍｎ及びＭｎ以外の金属元素を含
む複合酸化物を混合することよりなる。ここで、混合と
は２種類以上の物質を共存させた状態である。その均一
性は特に限定されないが、より高活性とするためには、
均一に混合することが望ましい。混合方法は特に限定さ
れないが、ゼオライトと複合酸化物を粉末状で混合、あ
るいは、スラリー状態で均一に混合後、固液分離し乾燥
する等の方法で調製することができる。また、遷移金属
含有ゼオライト共存下での蒸発乾固法、共沈法等により
複合酸化物を混合することもできる。

【００２３】以上のようにして、本発明で用いられる排
ガス浄化触媒を調製することができる。

【００２４】本発明で用いられる排ガス浄化用触媒は、
粘土鉱物等のバインダーと混合し成形して使用すること
もできる。成形する際に用いられるバインダーとして
は、カオリン、アタパルガイト、モンモリロナイト、ベ
ントナイト、アロフェン、セピオライト等の粘土鉱物で
ある。また、コージェライト製あるいは金属製のハニカ
ム状基材に本発明で用いられる排ガス浄化用触媒をウォ
ッシュコートして用いることもできる。

【００２５】このようにして調製された排ガス浄化用触
媒は、窒素酸化物及び炭化水素を含む酸素過剰の排ガス
と接触させ、窒素酸化物除去を行う。本発明で用いられ
る排ガスは、窒素酸化物及び炭化水素を含み酸素過剰で
あることが重要であるが、二酸化硫黄，一酸化炭素，水
素等が含まれている場合にも有効である。酸素過剰の排
ガスとは、排ガス中に含まれる一酸化炭素、炭化水素、
水素を完全に酸化するのに必要な酸素量よりも過剰な酸
素が含まれていることを示す。例えば、自動車等の内燃
機関から排出される排ガスの場合には、空燃比が大きい
状態（リーン領域）である。

【００２６】又、対象となる排ガスは必要に応じてガソ
リン、軽油等の燃料油、あるいは、セタン、オクタン等
の炭化水素を添加したものであっても良い。

【００２７】排ガス中の各成分の濃度としては特に限定
はされないが、ＮＯ＝０．００５〜１ｍｏｌ％、炭化水
素：ＴＨＣ＝０．０１〜３ｍｏｌ％、Ｏ₂＝２〜１５ｍ
ｏｌ％、Ｈ₂Ｏ＝０〜１５ｍｏｌ％、ＳＯｘ＝０〜０．
１ｍｏｌ％が好ましい。ここで、ＴＨＣとはメタンに換
算した時の濃度である。

【００２８】窒素酸化物を除去する際の空間速度、温度
等は特に限定されないが、空間速度１００〜５００００
０ｈｒ^-1、温度１００〜８００℃であることが好まし
い。

【００２９】

【実施例】以下、実施例において本発明を更に詳細に説
明する。しかし、本発明はこれら実施例のみに限定され
るものではない。

【００３０】製造例１アンモニウム型ＺＳＭ−５ゼオライト（ＳｉＯ₂／Ａｌ₂
Ｏ₃モル比が４１）：１００ｇを０．０７ｍｏｌ／ｌの
酢酸銅水溶液１０００ｃｃに添加し、アンモニア水によ
りｐＨ＝１０．５に調整し、室温で２０時間撹拌した
後、洗浄し、Ｃｕイオン交換操作を行った。この操作を
２回繰返した後、乾燥してＣｕイオン交換ゼオライトを
得た。化学分析の結果、その組成は無水ベースにおける
酸化物のモル比で表して次の組成を有していた。

【００３１】１．０５ＣｕＯ，Ａｌ₂Ｏ₃，４１ＳｉＯ₂ 製造例２塩化第二スズ５２ｇと硝酸マンガン６水和物９０ｇとを
水５００ｇに溶解し、撹拌しながら２．５％アンモニア
水を滴下してＭｎとＳｎとの複合化合物を共沈させた。
得られた複合化合物を空気中５５０℃で３時間焼成し、
Ｍｎ・Ｓｎ複合酸化物を得た。化学分析の結果、その組
成はＳｎ／Ｍｎの原子比で表して０．５７であった。

【００３２】製造例３塩化第二スズ７４ｇと硝酸マンガン６水和物６５ｇとを
水５００ｇに溶解し、撹拌しながら２．５％アンモニア
水を滴下してＭｎとＳｎとの複合化合物を共沈させた。
得られた複合化合物を空気中５５０℃で３時間焼成し、
Ｍｎ・Ｓｎ複合酸化物を得た。化学分析の結果、その組
成はＳｎ／Ｍｎの原子比で表して１．３７であった。

【００３３】製造例４塩化第二スズ１２０ｇと硝酸マンガン６水和物２６ｇと
を水５００ｇに溶解し、撹拌しながら２．５％アンモニ
ア水を滴下してＭｎとＳｎとの複合化合物を共沈させ
た。得られた複合化合物を空気中５５０℃で３時間焼成
し、Ｍｎ・Ｓｎ複合酸化物を得た。化学分析の結果、そ
の組成はＳｎ／Ｍｎの原子比で表して３．５９であっ
た。

【００３４】製造例５硝酸ジルコニル２水和物４０ｇと硝酸マンガン６水和物
４６ｇとを水１ｋｇに溶解し、撹拌しながら２．５％ア
ンモニア水を滴下してＭｎとＺｒとの複合化合物を共沈
させた。得られた複合化合物を空気中５５０℃で３時間
焼成し、Ｍｎ・Ｚｒ複合酸化物を得た。化学分析の結
果、その組成はＺｒ／Ｍｎの原子比で表して０．９８で
あった。

【００３５】製造例６硝酸亜鉛６水和物９３ｇと硝酸マンガン６水和物９０ｇ
とを水１ｋｇに溶解し、これを撹拌しながら２．５％ア
ンモニア水を滴下してＭｎとＺｎとの複合化合物を共沈
させた。得られた複合化合物を空気中５５０℃で３時間
焼成し、Ｍｎ・Ｚｎ複合酸化物を得た。化学分析の結
果、その組成はＺｎ／Ｍｎの原子比で表して１．２９で
あった。

【００３６】製造例７製造例２において、塩化第二スズを添加しなかったこと
以外は製造例２と同様にして、酸化マンガンを調製し
た。

【００３７】実施例１製造例１で得られたＣｕイオン交換ゼオライト１０ｇ及
び製造例２で得られたＭｎ・Ｓｎ複合酸化物１０ｇを乳
鉢で混合し、触媒１を調製した。

【００３８】実施例２製造例１で得られたＣｕイオン交換ゼオライト１０ｇ及
び製造例３で得られたＭｎ・Ｓｎ複合酸化物１０ｇを乳
鉢で混合し、触媒２を調製した。

【００３９】実施例３製造例１で得られたＣｕイオン交換ゼオライト１０ｇ及
び製造例４で得られたＭｎ・Ｓｎ複合酸化物１０ｇを乳
鉢で混合し、触媒３を調製した。

【００４０】実施例４製造例１で得られたＣｕイオン交換ゼオライト１０ｇ及
び製造例５で得られたＭｎ・Ｚｒ複合酸化物１０ｇを乳
鉢で混合し、触媒４を調製した。

【００４１】実施例５製造例１で得られたＣｕイオン交換ゼオライト１０ｇ及
び製造例６で得られたＭｎ・Ｚｎ複合酸化物１０ｇを乳
鉢で混合し、触媒５を調製した。

【００４２】比較例１製造例１において調製したＣｕイオン交換ゼオライトを
比較触媒１とした。

【００４３】比較例２製造例７で調製した酸化マンガン１０ｇと製造例１で得
られたＣｕイオン交換ゼオライト１０ｇを乳鉢で混合し
比較触媒２を得た。

【００４４】実施例１〜５、比較例１〜２で得られた触
媒１〜５および比較触媒１〜２を用いて活性評価を行っ
た。各触媒をプレス成形した後粉砕して１２〜２０メッ
シュに整粒した。その３ｃｃを常圧固定床流通式反応管
に充填し、ディーゼルエンジンの排ガスを模擬したガス
（表１）を空間速度４５，０００／ｈｒで流しながら５
５０℃で３０分の前処理を行なった後、各温度での定常
浄化活性を測定した。定常浄化活性は、各温度で３０分
間保持した後の転化率とした。得られた結果を表２に示
す。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【表２】

【００４７】

【発明の効果】本発明の方法によれば、アンモニア等の
還元剤を使用することなく、ＳＯｘ共存下でも比較的低
温から効率良く窒素酸化物を除去することができ、自動
車等、特にディーゼルエンジンより排出される酸素過剰
の排ガスから窒素酸化物をより効率的に除去する方法と
して好適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ０１Ｊ 29/46 ＺＡＢＡ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒素酸化物及び炭化水素を含有する酸素
過剰の排ガス中から窒素酸化物を除去する方法におい
て、一種以上の遷移金属を含有するＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃
モル比が１５以上のゼオライトに、Ｍｎ及びＭｎ以外の
金属元素からなる複合酸化物を混合してなる触媒を、窒
素酸化物及び炭化水素を含有する酸素過剰の排ガスに接
触させることを特徴とする窒素酸化物の除去方法。