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JP2001114519A - 多孔質チタニア、それを用いた触媒およびその製造方法 - Google Patents

多孔質チタニア、それを用いた触媒およびその製造方法

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Publication number
JP2001114519A
JP2001114519A JP2000176520A JP2000176520A JP2001114519A JP 2001114519 A JP2001114519 A JP 2001114519A JP 2000176520 A JP2000176520 A JP 2000176520A JP 2000176520 A JP2000176520 A JP 2000176520A JP 2001114519 A JP2001114519 A JP 2001114519A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solution
titanium alkoxide
solvent
porous titania
polymer
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.)
Pending
Application number
JP2000176520A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuyuki Oki
泰行 沖
Hironobu Koike
宏信 小池
Yoshiaki Takeuchi
美明 竹内
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.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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 Sumitomo Chemical Co Ltd filed Critical Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority to JP2000176520A priority Critical patent/JP2001114519A/ja
Publication of JP2001114519A publication Critical patent/JP2001114519A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱硝などの用途において優れた触媒活性を示
す多孔質チタニア、それを用いた触媒およびその製造方
法を提供する。 【解決手段】 チタンアルコキシドを溶媒に溶解させて
チタンアルコキシド溶液を得、該チタンアルコキシド溶
液に水と溶媒とからなる混合溶液を添加して加水分解
し、重合させて重合体溶液を得、該重合体溶液を脂肪酸
存在下で焼成することによって、アナターゼ型の結晶構
造を有し、その結晶子径が3nm〜10nm、アナター
ゼ結晶化率が60%以上、BET比表面積が10m2
g以上、全細孔容積が0.05cm3/g以上、1nm
以上の細孔半径を有する細孔の容積が0.02cm3
g以上である多孔質チタニアを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多孔質チタニア、
それを用いた触媒およびその製造方法に関するものであ
る。詳細には脱硝、有機物の酸化、ダイオキシンの分
解、また、有機溶剤や農薬、界面活性剤等の分解除去等
に適用する場合に、優れた活性を示す多孔質チタニア、
それを用いた触媒およびその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ごみ焼却炉の排ガスに含まれる窒素酸化
物を除去するための脱硝触媒としてチタニア系触媒が知
られている。以前より、チタニア系触媒については、長
期間の触媒活性の保持を目的に、各種改良法が提案され
ている。例えば、特開平5−184923号公報には、
チタンアルコキシドとバナジウム化合物等との混合アル
コキシド溶液を加水分解しゲル化させるゾルゲル法によ
り作製したアモルファス繊維を熱処理し、アナターゼ型
酸化チタンと酸化バナジウムの結晶を析出させることに
よってチタニア系触媒が得られることが記載されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
5−184923号公報記載のチタニア系触媒は活性が
低く、脱硝性能が低いという問題があった。
【0004】本発明の目的は、脱硝などの用途において
優れた触媒活性を示す多孔質チタニア、それを用いた触
媒およびその製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、多孔質チ
タニアの触媒活性の向上について検討した結果、本発明
を完成するに至った。
【0006】即ち、本発明は、アナターゼ型の結晶構造
を有し、その結晶子径が3nm〜10nm、アナターゼ
結晶化率が60%以上、BET比表面積が10m2/g
以上、全細孔容積が0.05cm3/g以上、1nm以
上の細孔半径を有する細孔の容積が0.02cm3/g
以上であることを特徴とする多孔質チタニアを提供する
ものである。
【0007】本発明は、前記の多孔質チタニアを成形し
てなる触媒を提供するものである。
【0008】また、本発明は、チタンアルコキシドを溶
媒に溶解させてチタンアルコキシド溶液を得、該チタン
アルコキシド溶液に水と溶媒とからなる混合溶液を添加
して加水分解し、重合させて重合体溶液を得、該重合体
溶液を脂肪酸存在下で焼成することを特徴とする前記の
多孔質チタニアの製造方法を提供するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に本発明を更に詳細に説明す
る。チタニアはTiO2なる組成式を有し、結晶構造が
アナターゼ型、ルチル型および非晶質のものが知られて
いる。本発明の多孔質チタニアは、その中でもアナター
ゼ型の結晶構造を有するものであり、ここでは、X線回
折法によりアナターゼの(101)面のピークの半価幅
とピーク位置を求め、Scherrerの式により算出されるア
ナターゼ結晶子径が3nm以上10nm以下であること
を要件とする。アナターゼ結晶子径は5nm以上である
こと、また、9nm以下であることが好ましい。
【0010】本発明の多孔質チタニアを特定する第2の
要件は、アナターゼ結晶化率である。ここでのアナター
ゼ結晶化率は、チタニアのアナターゼ型結晶への相転移
の程度およびアナターゼ型結晶の成長の程度を表す指標
であり、X線回折法によりアナターゼの(101)面の
ピーク面積を求め、算出することができる。本発明で
は、アナターゼ結晶化率が60%以上であることを要件
とする。アナターゼ結晶化率は65%以上、さらには7
0%以上であり、また、95%以下、さらには90%以
下であることが好ましい。本発明による多孔質チタニア
は、そのアナターゼ結晶化率が60%未満であると、た
とえ、上で説明したアナターゼ結晶子径が3nm〜10
nmの範囲内のものであっても、触媒として十分な活性
を示すことが困難となる。
【0011】本発明の多孔質チタニアを特定する他の要
件は、BET比表面積、全細孔容積および1nm以上の
細孔半径を有する細孔の容積である。本発明では、BE
T比表面積が10m2/g以上、全細孔容積が0.05
cm3/g以上および1nm以上の細孔半径を有する細
孔の容積が0.02cm3/g以上であることを要件と
する。BET比表面積は180m2/g以上、さらには
200m2/gであること、全細孔容積は0.2cm3
g以上であること、また、1nm以上の細孔半径を有す
る細孔の容積は0.2cm3/g以上であることが好ま
しい。BET比表面積が10m2/g未満、全細孔容積
が0.05cm3/g未満または1nm以上の細孔半径
を有する細孔の容積が0.02cm3/g未満である
と、優れた活性を示す多孔質チタニアを得ることが困難
となる。なお、BET比表面積、全細孔容積および1n
m以上の細孔半径を有する細孔の容積は、窒素ガスを用
いる連続容量法により測定することができる。
【0012】本発明の多孔質チタニアは前記のアナター
ゼの結晶子径、BET比表面積、全細孔容積および1n
m以上の細孔半径を有する細孔の容積についての要件を
満足することに加え、その細孔半径に対する細孔容積の
分布曲線において、細孔半径1nm以上30nm以下、
好ましくは1nm以上10nm以下の範囲に極大値を示
す細孔構造を有するものであることが好ましい。特に、
多孔質チタニアの形状が繊維状である場合には、この細
孔構造を有することによって、繊維状多孔質チタニアは
触媒活性に優れるとともに、十分な引張強度を有する。
この繊維状多孔質チタニアは、通常、引張強度が約0.
1GPa以上であり、繊維径が約2μm〜約50μmで
ある。
【0013】また、多孔質チタニアには、脱硝用途等で
公知の触媒成分が含まれていてもよい。触媒成分として
は、V、W、Al、As、Ni、Zr、Mo、Ru、M
g、Ca、Fe、CrおよびPt等の元素が挙げられ
る。
【0014】本発明による多孔質チタニアは、成形して
球状、リング状、ハニカム状、シート状のような各種形
状にすることによって、脱硝触媒の他、有機物の酸化、
ダイオキシンの分解または水中の有機溶剤、農薬もしく
は界面活性剤の分解除去等に好適な触媒となる。
【0015】本発明による特定のアナターゼの結晶子
径、結晶化率、BET比表面積を有し、かつ全細孔容積
および1nm以上の細孔半径を有する細孔の容積が特定
量である多孔質チタニアは、例えば、チタンアルコキシ
ドを溶媒に溶解させてチタンアルコキシド溶液を得、該
チタンアルコキシド溶液に水と溶媒とからなる混合溶液
を添加して加水分解し、重合させて重合体溶液を得、該
重合体溶液を脂肪酸存在下で焼成する方法で得ることが
できる。
【0016】本発明の多孔質チタニアを製造するときに
用いるチタンアルコキシドとしては、下記式(I) Ti(OR14 (I) 〔式(I)中、R1は炭素数が1〜4のアルキルを表
す。〕で示されるチタンアルコキシドがあり、例えば、
チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チ
タンテトラn−プロポキシド、チタンテトライソプロポ
キシド、チタンテトラn−ブトキシド、チタンテトラs
ec−ブトキシド、チタンテトラtert−ブトキシド
が挙げられる。中でも、チタンテトライソプロポキシド
の適用が好ましい。式(I)におけるR1が炭素数5以上
のアルキルであるものの場合、得られる多孔質チタニア
の機械的強度が低くなることがある。
【0017】用いる溶媒としては、チタンアルコキシド
を溶解する各種溶媒が適用でき、例えばアルコール類、
エーテル類、芳香族炭化水素類がある。アルコール類
は、下記式(II) R2OH (II) 〔式(II)中、R2は炭素数が1〜4のアルキルを表
す。〕で示されるものがあり、具体例としてはエタノー
ル、イソプロピルアルコール等が挙げられる。エーテル
類としては、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等
がある。チタンアルコキシドを溶解するのに用いる溶媒
と、加水分解のときに添加する水と溶媒とからなる混合
溶液の調製に用いる溶媒は同種のものであることが好ま
しい。チタンアルコキシドを溶解するために用いる溶媒
の量は、通常、チタンアルコキシド1モルに対し0.5
モル〜50モルの範囲である。
【0018】また、用いる脂肪酸としては、下記式(II
I) R3COOH (III) 〔式(III)中、R3は水素または飽和もしくは不飽和の
炭化水素残基を表す。〕で示されるものが挙げられる。
飽和脂肪酸の具体例としては、ギ酸、酢酸、プロピオン
酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント
酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシ
ル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペン
タデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、イソステ
アリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグ
ノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モンタン
酸、メリシン酸、ラクセル酸等が挙げられる。不飽和脂
肪酸の具体例としては、アクリル酸、クロトン酸、イソ
クロトン酸、ウンデシレン酸、オレイン酸、エライジン
酸、セトレイン酸、エルカ酸、ブラシジン酸、ソルビン
酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、プロピオ
ール酸、ステアロール酸等が挙げられる。中でも、式
(III)で示され、R3が炭素数8以上の飽和または不飽
和の炭化水素残基である脂肪酸の適用が推奨される。重
合体溶液中の脂肪酸の量は、その種類により異なり一義
的ではないが、通常、重合体溶液の調製のために用いる
チタンアルコキシド1モルに対して0.01モル以上、
好ましくは0.05モル以上であり、0.5モル以下、
好ましくは0.3モル以下である。脂肪酸の量が0.0
1モルより少ない場合には、優れた活性を示す多孔質チ
タニアが得られないことがある。脂肪酸の量が0.5モ
ルより多いと多孔質チタニアの機械的強度が低くなるこ
とがある。脂肪酸は焼成に際して重合体溶液中に所定量
存在していればよく、例えば、チタンアルコキシド溶液
に脂肪酸を添加する方法、または重合体溶液に脂肪酸を
添加する方法で存在させればよい。。
【0019】本発明による繊維状である多孔質チタニア
について以下に詳しく説明する。この繊維状多孔質チタ
ニアは、チタンアルコキシドを溶媒に溶解させて得られ
るチタンアルコキシド溶液に水と溶媒とからなる混合溶
液を添加して加水分解し、重合させて、該チタンアルコ
キシド溶液に重合体を生成させる工程(以下、工程と
いう。)、該重合体を該重合体が可溶な有機溶媒に溶解
させて重合体溶液を得る工程(以下、工程とい
う。)、紡糸液としての該重合体溶液を紡糸して前駆体
繊維を得る工程(以下、工程という。)、該前駆体繊
維を焼成する工程(以下、工程という。)からなる製
造方法で得ることができる。
【0020】工程は、前記式(I)で示されるチタン
アルコキシドを溶媒に溶解させて得られるチタンアルコ
キシド溶液に水と溶媒との混合溶液を添加してチタンア
ルコキシドを加水分解し、重合させる方法で行うことが
できる。チタンアルコキシドを溶解するのに用いる溶媒
や、加水分解のときに添加する混合溶液の調製に用いる
溶媒には、チタンアルコキシドを溶解することが可能な
各種溶媒が適用でき、例えばアルコール類、エーテル
類、芳香族炭化水素類がある。アルコール類は、前記式
(II)で示される。混合溶液は、水濃度が約1重量%〜
約50重量%であり、その添加量は、通常、原料として
用いるチタンアルコキシド1モルに対してH2O換算で
1.5モル〜4モルの範囲である。
【0021】工程では、窒素のような不活性ガス雰囲
気下で、チタンアルコキシドを溶媒に溶解させて得られ
るチタンアルコキシド溶液に、水と溶媒との混合溶液を
添加して加水分解し、重合させることが好ましい。ま
た、前記式(III)で示される脂肪酸を添加するときに
は、例えば、脂肪酸をチタンアルコキシド溶液に所定量
添加する方法で行うことができる。ただし、脂肪酸の量
が0.5モルより多くなると、十分な引張強度を有する
繊維状多孔質チタニアを得ることが困難となる。
【0022】また、触媒成分を添加するときには、例え
ば、チタンアルコシキド溶液に、V、W、Al、As、
Ni、Zr、Mo、Ru、Mg、Ca、Fe、Crおよ
びPtの元素またはその化合物等を添加する。その化合
物としては、バナジウムアルコキシド、バナジルアルコ
キシド、トリエトキシバナジル、バナジウムアセチルア
セトネート、塩化バナジウム、塩化バナジルのようなバ
ナジウム化合物、タングステンアルコキシド、塩化タン
グステンのようなタングステン化合物、アルキルアルミ
ニウム、アルミニウムアルコキシドのようなアルミニウ
ム化合物、塩化ヒ素のようなヒ素化合物、ニッケルアル
コキシド、塩化ニッケルのようなニッケル化合物、ジル
コニウムアルコキシド、ジルコニウムアセチルアセトネ
ート、ジルコニウムブトキシアセチルアセトネート、ジ
ルコニウムテトラブトキシドのようなジルコニウム化合
物、モリブデンオキシアセチルアセトネート、塩化モリ
ブデンのようなモリブデン化合物、塩化ルテニウムのよ
うなルテニウム化合物、マグネシウムアルコキシド、マ
グネシウムアセチルアセトネート、塩化マグネシウムの
ようなマグネシウム化合物、カルシウムアルコキシド、
塩化カルシウムのようなカルシウム化合物、鉄アルコキ
シド、鉄アセチルアセトネート、塩化鉄のような鉄化合
物、クロムアルコキシド、クロムアセチルアセトネート
のようなクロム化合物、白金アセチルアセトネート、塩
化白金のような白金化合物等が挙げられる。ここで、バ
ナジウムアルコキシドは、バナジウムメトキシド、バナ
ジウムエトキシド、バナジウムn−プロポキシド、バナ
ジウムイソプロポキシド、バナジウムn−ブトキシド、
バナジウムsec−ブトキシドおよびバナジウムter
t−ブトキシド等を総称し、他の金属アルコキシドにつ
いても同様である。触媒成分の添加量は、その用途によ
って異なるが、例えば脱硝用途では、得られるチタニア
質触媒に対して酸化物換算で0.001重量%〜50重
量%である。触媒成分の添加は、焼成に際して重合体溶
液に所定量の触媒成分を存在させることができる方法で
行えばよく、例えば、チタンアルコキシド溶液に添加す
る方法、または重合体溶液に添加する方法がある。
【0023】工程において、チタンアルコキシド溶液
中に生成した重合体が析出する場合は、溶媒を除去また
は一部除去した後、紡糸液の濃度調整に移ればよい。一
方、チタンアルコキシド溶液中に生成した重合体が析出
しない場合は、そのまま紡糸液の濃度調整に移ればよ
い。
【0024】また、工程のチタンアルコキシド溶液の
加水分解、重合に際しては、水と溶媒との混合溶液を添
加するとともに、チタンアルコキシド溶液を還流させ、
添加する混合溶液に含まれる溶媒の量と同量の溶媒を留
出させながら行うことが好ましい。このような方法で加
水分解、重合を行うことによって、加水分解し、重合さ
せた後のチタンアルコキシド溶液中のチタン濃度の低下
を抑制することができる。
【0025】工程は、窒素ガスのような不活性ガス雰
囲気中で、工程で得られる重合体を該重合体が可溶な
有機溶媒に溶解させる方法で行うことができる。有機溶
媒は、多孔質チタニアの製造で使用する脂肪酸を溶解す
るものであればよく、エタノール、イソプロピルアルコ
ールのようなアルコール類、テトラヒドロフラン、ジエ
チルエーテルのようなエーテル類、ベンゼン、トルエン
のような芳香族炭化水素類が挙げられる。また、前記式
(III)で示される脂肪酸や上で示した触媒成分は、工
程にて添加することも可能であり、例えば、重合体溶
液に所定量の脂肪酸を添加する方法や重合体溶液に所定
量の触媒成分を添加する方法で行うことができる。
【0026】工程では、工程で得られる重合体を有
機溶媒に溶解させて重合体溶液を調製した後、重合体溶
液を加熱または減圧によって有機溶媒を除去して重合体
溶液を濃縮し、重合体濃度が50重量%〜80重量%で
ある紡糸液を調製することが好ましい。得られる紡糸液
の40℃における粘度は、通常、10ポイズ(1Pa・
s)〜2000ポイズ(200Pa・s)、好ましくは
20ポイズ(2Pa・s)〜1500ポイズ(150P
a・s)である。
【0027】工程は、工程で得られる紡糸液をノズ
ル押し出し紡糸、遠心紡糸、吹き出し紡糸のような各種
紡糸方法で行うことができる。得られる前駆体繊維に
は、回転するローラーや高速の空気流等により延伸を施
してもよい。
【0028】工程は、工程で得られる前駆体繊維を
200〜900℃で焼成する方法で行うことができる。
また、前駆体繊維には、その焼成前または焼成時に、水
蒸気処理を施すことが好ましい。水蒸気処理は、恒温恒
湿器、焼成炉等を用いて行えばよく、通常、水蒸気処理
の温度は70℃以上、好ましくは85℃以上であり、3
00℃以下が適当であり、水蒸気分圧は0.3気圧
(0.03MPa)以上、好ましくは0.5気圧(0.
05MPa)以上であり、接触時間は30分以上、好ま
しくは1時間以上、さらに好ましくは5時間以上であ
る。焼成時に水蒸気処理を行うときには、焼成炉に水蒸
気を吹き込む方法または水を噴霧する方法により、所定
の湿度を保持しながら昇温速度を調節して処理を行って
もよい。この場合、前駆体繊維は70〜300℃の間で
0.3気圧(0.03MPa)以上の水蒸気分圧を有す
る雰囲気に少なくとも30分以上保持されていればよ
く、その後は低い水蒸気分圧の雰囲気で焼成されてもよ
い。
【0029】本発明の多孔質チタニアの製造に際して
は、活性水素を有する化合物をチタンアルコキシド溶液
に添加してもよい。また、ケイ素化合物をチタンアルコ
キシド溶液または紡糸液に添加してもよい。活性水素を
有する化合物としては、下記式(IV) R4COCH2COR5 (IV) 〔式(IV)中、R4は炭素数1〜4のアルキルまたはア
ルコキシ、R5は炭素数1〜4のアルキルまたはアルコ
キシを表す。〕で示されるβ−ジケトン化合物またはサ
リチル酸アルキルエステルが好ましい。β−ジケトン化
合物としては、アセト酢酸エチル、アセト酢酸イソプロ
ピルが好ましく、サリチル酸アルキルエステルとして
は、サリチル酸エチル、サリチル酸メチルが好ましい。
活性水素を有する化合物の添加量は、チタンアルコキシ
ド1モルに対して0.05モル以上、好ましくは0.1
モル以上であり、1.9モル以下、さらには1.0モル
以下が適当である。ケイ素化合物としては、下記式
(V) Sinn-1(OR62n+2 (V) 〔式(V)中、R6は炭素数1〜4のアルキルを表し、n
は1以上の数を表す。〕で示されるアルキルシリケート
が好ましい。中でも、式(V)のR6がエチルかつnが4
〜6であるものの適用が推奨される。
【0030】
【発明の効果】本発明の多孔質チタニアは、優れた脱硝
作用を示し、触媒として用いることによって脱硝を効率
的に行うことができる。また、本発明による触媒を適用
すれば、脱硝、有機物の酸化、ダイオキシンの分解また
は水中の有機溶剤、農薬もしくは界面活性剤の分解除去
等を効率的に行うことができる。また、本発明の多孔質
チタニアやそれを用いる触媒によれば、触媒の必要設置
面積を低減させ、脱硝装置等の排ガス処理装置を小型化
することができる。
【0031】本発明の製造方法によれば、前記の多孔質
チタニアを簡易に製造することができる。
【0032】
【実施例】以下に実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はかかる実施例により制限を受けるものでは
ない。尚、本発明において、多孔質チタニアのアナター
ゼ結晶子径、アナターゼ結晶化率、BET比表面積、細
孔容積は以下の方法により求めた。実施例では繊維状で
ある多孔質チタニアについて示す。
【0033】アナターゼ結晶子径: 多孔質チタニアを
乳鉢にて粉砕した後、X線回折装置RAD−IIA(理学
電機製)でX線回折スペクトルを測定し、(101)面
のピークの半価幅β(ラジアン)と(101)面のピー
ク位置θ(ラジアン)を求め、下式により結晶子径L
(nm)を算出した。 L=K・λ/(β・cosθ) 〔式中、KはScherrer定数0.94、λ(nm)は測定
X線波長(CuKα線:0.15406nm)を表
す。〕
【0034】アナターゼ結晶化率: 多孔質チタニアを
乳鉢にて粉砕した後、X線回折装置RAD−IIA(理学
電機製)でX線回折スペクトルを測定し、(101)面
のピークの面積S1を求め、下式により結晶化率A
(%)を算出した。 A=S1/(S2・x) 〔式中、S2は標準試料(商品名:STT−65C−
S、チタン工業製)の(101)面のピークの面積、x
は多孔質チタニア中の全構成元素(酸素を除く。)に対
するチタンのモル分率を表す。〕
【0035】BET比表面積(m2/g)、全細孔容積
(cm3/g)、1nm以上の細孔半径を有する細孔の
容積(cm3/g): 多孔質チタニアを乳鉢にて粉砕
した後、ガス吸着/脱着アナライザーオムニソープ36
0(COULTER社製)を用い、温度130℃、保持
6時間、真空度6×10-5Torr(8mPa)の条件
で真空脱気し、窒素ガスによる連続容量法にて細孔半径
に対する細孔容積の分布曲線を求め、その分布曲線から
それぞれ算出した。
【0036】また、脱硝試験は、多孔質チタニア0.2
gを内径12mmφのガラス製反応管内に充填高さが5
mmになるように充填した後、NO 100ppm、N
3100ppm、O2 10%、H2O 20%を含有
する200℃の混合ガスを流速1NL/分で流通させて
行い、反応管の入口NO濃度、出口NO濃度をNOx自
動計測器ECL−77A型(柳本製作所製)により測定
し、脱硝率(%)を下式により算出した。脱硝率=(入
口NO濃度−出口NO濃度)/入口NO濃度×100
【0037】実施例1 チタンアルコキシドとしてチタンテトライソプロポキシ
ド(試薬1級、和光純薬工業製)225g、触媒成分と
してバナジウムイソプロポキシド(日亜化学工業製)6
1.9g、およびアセト酢酸エチル(試薬特級、和光純
薬工業製)10.3gを、溶媒としてのイソプロピルア
ルコール(試薬特級、和光純薬工業製)77.8gに溶
解させ、窒素雰囲気下、1時間還流して、チタンアルコ
キシド溶液を調製した。このとき、触媒成分の添加量
は、得られる繊維状多孔質チタニアに対し酸化バンジウ
ム(V25)として27重量%となる量である。また、
アセト酢酸エチルの添加量はチタンテトライソプロポキ
シド1モルに対し0.1モルである。次いで、水32.
7gとイソプロピルアルコール294.9gとを混合し
て水濃度10重量%の混合溶液を調製した。この水の量
はチタンテトライソプロポキシド1モルに対して2.3
0モルである。
【0038】上で得られたチタンアルコキシド溶液を窒
素雰囲気中で還流させると同時に、溶媒を留出させなが
ら、上で得られた混合溶液を撹拌下、添加した。溶媒の
留出速度と混合溶液添加による溶媒の供給速度はほぼ等
しくなるように調整した。混合溶液の添加時間は96分
であった。
【0039】混合溶液をチタンテトライソプロポキシド
1モルに対して1.80モル添加したとき、チタンアル
コキシド溶液中に重合体の析出が始まり、混合溶液を全
量添加したときにはチタンアルコキシド溶液は重合体ス
ラリーとなった。
【0040】得られた重合体スラリーを窒素雰囲気中で
1時間還流した後、そのまま加熱により溶媒を留出さ
せ、重合体スラリー中チタン濃度がTi換算で2.97
×10-3mol/gになるまで濃縮した。
【0041】濃縮された重合体スラリーに窒素雰囲気中
で有機溶媒としてテトラヒドロフラン(試薬特級、和光
純薬工業製)273gを添加し、1時間還流して重合体
を溶解させた後、脂肪酸としてイソステアリン酸(試
薬、和光純薬工業製)33.8gを加えて1時間還流
し、重合体溶液を得た。
【0042】得られた重合体溶液を窒素雰囲気中で孔径
3μmのフッ素樹脂製メンブレンフィルターで濾過した
後、加熱してイソプロピルアルコールとテトラヒドロフ
ランとの混合溶媒を留出させて濃縮し紡糸液247gを
得た。この紡糸液の40℃における粘度は50ポイズ
(5Pa・s)であった。
【0043】上で得られた紡糸液を40℃に保持し、2
0kg/cm2(2MPa)の窒素ガスで孔径50μm
のノズルから40℃、相対湿度60%の空気雰囲気中に
押し出し、70m/分の速度で巻き取り、前駆体繊維を
得た。
【0044】得られた前駆体繊維を85℃、相対湿度9
5%の恒温恒湿器の中に入れて15時間水蒸気処理した
後、200℃/時で昇温し、350℃の空気中で1時間
焼成して、アナターゼ型結晶構造を有し繊維径15μm
の繊維状多孔質チタニアを得た。得られた繊維状多孔質
チタニアの物性およびそれを用いて脱硝試験をしたとき
の脱硝率を表1に示す。
【0045】実施例2 実施例1において、焼成温度350℃を400℃に変え
た以外は同様にして繊維状多孔質チタニアを得た。得ら
れた繊維状多孔質チタニアの物性およびそれを用いて脱
硝試験をしたときの脱硝率を表1に示す。
【0046】実施例3 実施例1において、焼成温度350℃を300℃に変え
た以外は同様にして繊維状多孔質チタニアを得た。得ら
れた繊維状多孔質チタニアの物性およびそれを用いて脱
硝試験をしたときの脱硝率を表1に示す。
【0047】実施例4 チタンアルコキシドとしてチタンテトライソプロポキシ
ド(試薬1級、和光純薬工業製)225g、触媒成分と
してバナジウムイソプロポキシド(日亜化学工業製)6
1.9g、およびアセト酢酸エチル(試薬特級、和光純
薬工業製)20.6gを、溶媒としてのイソプロピルア
ルコール(試薬特級、和光純薬工業製)67.5gに溶
解させ、窒素雰囲気下、1時間還流して、チタンアルコ
キシド溶液を調製した。このとき、触媒成分の添加量
は、得られる繊維状多孔質チタニア中の酸化バナジウム
(V25)として27重量%となる量である。また、ア
セト酢酸エチルの添加量はチタンイソプロポキシド1モ
ルに対し0.2モルである。次いで、水35.5gとイ
ソプロピルアルコール320.5gとを混合して水濃度
10重量%の混合溶液を調製した。
【0048】上で得られたチタンアルコキシド溶液を窒
素雰囲気中で還流させると同時に、溶媒を留出させなが
ら、上で得られた混合溶液を撹拌下、添加した。溶媒の
留出速度と混合溶媒添加による溶媒の供給速度はほぼ等
しくなるように調整した。混合溶媒の添加時間は101
分であった。
【0049】混合溶液をチタンテトライソプロポキシド
1モルに対して2.07モル添加したとき、チタンアル
コキシド溶液中に重合体の析出が始まり、混合溶液を全
量添加したときにはチタンアルコキシド溶液は重合体ス
ラリーとなった。
【0050】得られた重合体スラリーを窒素雰囲気中で
1時間還流した後、そのまま加熱により溶媒を留出さ
せ、重合体スラリー中チタン濃度がTi換算で2.85
×10-3mol/gになるまで濃縮した。
【0051】濃縮された重合体スラリーに窒素雰囲気中
で有機溶媒としてテトラヒドロフラン(試薬特級、和光
純薬工業製)269gを添加し、1時間還流して重合体
を溶解させた後、脂肪酸としてラウリン酸(試薬、和光
純薬工業製)23.8gをテトラヒドロフラン(試薬特
級、和光純薬工業製)23.8gで溶解した溶液として
加え1時間還流し、重合体溶液を得た。
【0052】得られた重合体溶液を窒素雰囲気中で孔径
3μmのフッ素樹脂製メンブレンフィルターで濾過した
後、加熱してイソプロピルアルコールとテトラヒドロフ
ランとの混合溶媒を留出させて濃縮し紡糸液249gを
得た。この紡糸液の40℃における粘度は50ポイズ
(5Pa・s)であった。
【0053】得られた紡糸液を40℃に保持し、20k
g/cm2(2MPa)の窒素ガスで孔径50μmのノ
ズルから40℃、相対湿度60%の空気雰囲気中に押し
出し、前駆体繊維を得た。
【0054】得られた前駆体繊維を85℃、相対湿度9
5%の恒温恒湿器の中に入れて15時間水蒸気処理した
後、200℃/時で昇温し、350℃の空気中で1時間
焼成して、アナターゼ型結晶構造を有し繊維径15μm
の繊維状多孔質チタニアを得た。得られた繊維状多孔質
チタニアの物性およびそれを用いて脱硝試験をしたとき
の脱硝率を表1に示す。
【0055】比較例1 チタンアルコキシドとしてチタンテトライソプロポキシ
ド(試薬1級、和光純薬工業製)225g、触媒成分と
してバナジウムイソプロポキシド(日亜化学工業製)6
1.9g、およびアセト酢酸エチル(試薬特級、和光純
薬工業製)41.2gを、溶媒としてのイソプロピルア
ルコール(試薬特級、和光純薬工業製)18.1gに溶
解させ、窒素雰囲気下、1時間還流して、チタンアルコ
キシド溶液を調製した。このとき、触媒成分の添加量
は、得られる繊維状多孔質チタニア中の酸化バナジウム
(V25)として27重量%となる量である。また、ア
セト酢酸エチルの添加量はチタンイソプロポキシド1モ
ルに対し0.4モルである。次いで、水30.6gとイ
ソプロピルアルコール275.8gとを混合して水濃度
10重量%の混合溶液を調製した。
【0056】上で得られたチタンアルコキシド溶液を窒
素雰囲気中で還流させると同時に、溶媒を留出させなが
ら、上で調製した混合溶液を撹拌下、添加した。次い
で、窒素雰囲気中で1時間リフラックスした後、そのま
ま加熱により溶媒を留出させ、Ti濃度が3.27×1
-3mol/gになるまで濃縮した。
【0057】濃縮された重合体スラリーに窒素雰囲気中
で有機溶媒としてテトラヒドロフラン(試薬特級、和光
純薬工業製)271gを添加し、1時間還流して重合体
を溶解させた後、1時間還流して重合体溶液を得た。
【0058】得られた重合体溶液を窒素雰囲気中で孔径
3μmのフッ素樹脂製メンブレンフィルターで濾過した
後、加熱してイソプロピルアルコールとテトラヒドロフ
ランとの混合溶媒を留出させて濃縮し紡糸液197gを
得た。この紡糸液の40℃における粘度は50ポイズ
(5Pa・s)であった。
【0059】得られた紡糸液を40℃に保持し、20k
g/cm2(2MPa)の窒素ガスで孔径50μmのノ
ズルから40℃相対湿度60%の空気雰囲気中に押し出
し、前駆体繊維を得た。
【0060】得られた前駆体繊維を85℃、相対湿度9
5%の恒温恒湿器の中に入れて15時間水蒸気処理した
後、200℃/時で昇温し、400℃の空気中で1時間
焼成してアナターゼ型結晶構造を有し繊維径15μmの
繊維状多孔質チタニアを得た。得られた繊維状多孔質チ
タニアの物性およびそれを用いて脱硝試験をしたときの
脱硝率を表1に示す。
【0061】比較例2 比較例1において、焼成温度400℃を300℃に変え
た以外は同様にして繊維状多孔質チタニアを得た。得ら
れた繊維状多孔質チタニアの物性およびそれを用いて脱
硝試験をしたときの脱硝率を表1に示す。
【0062】
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01J 35/10 301 B01D 53/36 102D 102B (72)発明者 竹内 美明 愛媛県新居浜市惣開町5番1号 住友化学 工業株式会社内 Fターム(参考) 4D048 AA06 AB02 BA01X BA02X BA03X BA07X BA07Y BA08X BA22X BA23X BA23Y BA25X BA26X BA27X BA30X BA32X BA36X BA38X BB08 4G047 CA02 CB06 CB08 CD07 4G069 AA01 AA03 AA08 AA11 BA05A BA05B BA32A BA32C BB06A BB06B BC09A BC10A BC16A BC27A BC50A BC50B BC50C BC51A BC54A BC54B BC54C BC58A BC59A BC60A BC66A BC68A BC70A BC75A BE06A BE06B BE06C BE08A BE08B BE08C CA02 CA03 CA07 CA08 CA10 CA13 DA06 EA03X EA03Y EC02X EC03X EC04X EC05X EC07X EC08X FB66 FC05

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アナターゼ型の結晶構造を有し、その結
    晶子径が3nm〜10nm、アナターゼ結晶化率が60
    %以上、BET比表面積が10m2/g以上、全細孔容
    積が0.05cm3/g以上、1nm以上の細孔半径を
    有する細孔の容積が0.02cm3/g以上であること
    を特徴とする多孔質チタニア。
  2. 【請求項2】 BET比表面積が180m2/g以上で
    ある請求項1記載の多孔質チタニア。
  3. 【請求項3】 全細孔容積が0.2cm3/g以上であ
    り、1nm以上の細孔半径を有する細孔の容積が0.2
    cm3/g以上である請求項1または2記載の多孔質チ
    タニア。
  4. 【請求項4】 形状が繊維状である請求項1〜3のいず
    れか1項に記載の多孔質チタニア。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項に記載の多
    孔質チタニアを成形してなる触媒。
  6. 【請求項6】 チタンアルコキシドを溶媒に溶解させて
    チタンアルコキシド溶液を得、該チタンアルコキシド溶
    液に水と溶媒とからなる混合溶液を添加して加水分解
    し、重合させて重合体溶液を得、該重合体溶液を脂肪酸
    存在下で焼成することを特徴とする請求項1記載の多孔
    質チタニアの製造方法。
  7. 【請求項7】 チタンアルコキシドを溶媒に溶解させて
    チタンアルコキシド溶液を得、該チタンアルコキシド溶
    液に水と溶媒とからなる混合溶液を添加して加水分解
    し、重合させて重合体溶液を得、該重合体溶液を脂肪酸
    存在下で水蒸気処理し、焼成することを特徴とする請求
    項1記載の多孔質チタニアの製造方法。
  8. 【請求項8】 チタンアルコキシドが、下記式(I) Ti(OR14 (I) 〔式(I)中、R1は炭素数が1〜4のアルキルを表
    す。〕で示される請求項6または7記載の方法。
  9. 【請求項9】 脂肪酸が、下記式(III) R3COOH (III) 〔式(III)中、R3は水素または飽和もしくは不飽和の
    炭化水素残基を表す。〕で示される請求項6〜8のいず
    れか1項に記載の方法。
  10. 【請求項10】 チタンアルコキシドを溶媒に溶解させ
    て得られるチタンアルコキシド溶液に水と溶媒とからな
    る混合溶液を添加して加水分解し、重合させて、該チタ
    ンアルコキシド溶液に重合体を生成させる工程、該重
    合体を該重合体が可溶な有機溶媒に溶解させて紡糸液を
    得る工程、該紡糸液を紡糸して前駆体繊維を得る工程
    、該前駆体繊維を焼成する工程からなる方法であっ
    て、工程またはにて、脂肪酸を添加することを特徴
    とする請求項1記載の多孔質チタニアの製造方法。
  11. 【請求項11】 チタンアルコキシドが、式(I)で示
    される請求項10記載の方法。
  12. 【請求項12】 脂肪酸が、式(III)で示される請求
    項10または11記載の方法。
  13. 【請求項13】 工程またはにて、触媒成分を添加
    する請求項10〜12のいずれか1項に記載の方法
  14. 【請求項14】 触媒成分がV、W、Al、As、N
    i、Zr、Mo、Ru、Mg、Ca、Fe、Crおよび
    Ptから選ばれる請求項13記載の方法。
  15. 【請求項15】 工程にて、前駆体繊維に水蒸気処理
    を施す請求項10〜14のいずれか1項に記載の方法。
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