JP2005238196A - 窒素酸化物浄化用触媒、並びにそれを用いた窒素酸化物の浄化方法及び窒素酸化物浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 少なくとも、チタニア−ジルコニア型複合酸化物と、希土類金属、又は、チタン、鉄、ジルコニウム、ニオブ、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、及び金から選ばれるいずれかの金属と、を有効成分として含有することとしてもよいし、少なくとも、酸化タングステン−ジルコニア型複合酸化物と、希土類金属、又は、鉄、ジルコニウム、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、及び金から選ばれるいずれかの金属と、を有効成分として含有することとしてもよい。
【選択図】 なし
Description
式(1)・・・NO2+2NH3+1/2O2→3/2N2+3H2O
式(2)・・・NO+NH3+1/4O2→N2+3/2H2O
本発明に係る窒素酸化物浄化触媒は、少なくとも、チタニア−ジルコニア型複合酸化物又は酸化タングステン−ジルコニア型複合酸化物と、活性成分としての金属又はその金属酸化物と、を有効成分として含有する複合体からなるものであればどのようなものでもよい。
上述のように、本発明に係る窒素酸化物浄化触媒は窒素酸化物を高い効率で浄化することができることから、本発明に係る窒素酸化物浄化触媒を用いた窒素酸化物浄化方法や、本発明に係る窒素酸化物浄化触媒を備えた窒素酸化物浄化装置は、例えば、ディーゼル、石炭などの燃料を燃焼させた際に発生する排ガス中の窒素酸化物を浄化するのに有用である。
<Ce-Ti-SO4-Zr系触媒の製造>
100gのZrの塩(硫酸ジルコニウム)、50gのTiの塩(塩化チタン)、及び50gのCeの塩(硝酸セリウム)を1Lの水に溶解した混合水溶液を調製後、アルカリ溶液(アンモニア水)を加え中和し濾取した。その後、400℃以上で焼成し粉砕することにより、粉末を得た。その後、この粉末がCe-Ti-SO4-Zr系触媒であるかどうかを確認した(図1参照)。
<Fe-Si-Al系触媒の製造>
シリカ−アルミナからなる多孔質酸化物(モル組成比=40/1)1000gに、硝酸鉄水溶液(500Lの水に1000gの硝酸鉄を溶解)を攪拌しながら徐々に滴下した。得られたパウダーを120℃で乾燥後、450℃で2時間焼成し、粉末を得た。その後、この粉末がFe-Si-Al系触媒であるかどうかを確認した(図2参照)。
<Ce-W-Zr系触媒の製造>
100gのZrの塩(硫酸ジルコニウム)、及び50gのCeの塩(硝酸セリウム)を1Lの水に溶解した混合水溶液を調製し、アルカリ溶液(アンモニア水)を加え中和し濾取した。その後、15gのタングステン酸アンモニウムを含浸し、400℃以上で焼成し粉砕することにより、粉末を得た。その後、この粉末がCe-Ti-SO4-Zr系触媒であるかどうかを確認した(図3参照)。
<尿素の熱分解反応テスト>
従来のV2O5−TiO2系触媒雰囲気下で尿素(還元脱硝剤)を熱分解(加水分解)させると、アンモニア以外に副生成物を生成することが知られている。そこで、尿素の熱分解において本発明に係る窒素酸化物浄化触媒を用いると副生成物が生成されるかどうかを調べてみた。
<脱硝反応テスト1>
実施例1により得られたCe-Ti-SO4-Zr系触媒について、脱硝反応テストを以下の条件により行った。直径25mmφ、長さ50mmのハニカム担体に触媒担持し、反応ガスとして、O2が10%、NOとNO2はそれぞれ150ppm、H2Oは5%、残りは窒素からなるガスを用い、空間速度(SV)が50000/hの条件で導入した。触媒入口温度は、150℃〜400℃の範囲で行った。また、比較対照として、V2O5−TiO2系触媒を用いて同様の実験を行った。それらの結果を図5に示す。図5に示すように、Ce-Ti-SO4-Zr系触媒(○)は、V2O5−TiO2系触媒(●)に比べて高い効率で窒素酸化物を浄化できることがわかった。
<脱硝反応テスト2>
SCR入口温度に対する窒素酸化物の浄化率を調べるために、φ7.5”×7”(5L)のSCR触媒サイズのCe-Ti-SO4-Zr系触媒を5L−NAエンジンの排気マフラーに装着し、SCR触媒前段部にPt系酸化触媒(Pt−アルミナ触媒;東京濾器株式会社製)を装着して実機定常評価試験を行った。その結果を図6に示す。図6に示すように、Ce-Ti-SO4-Zr系触媒はSCR入口温度がおよそ220℃以上において80%以上の窒素酸化物を浄化できることがわかった。
<脱硝反応テスト5>
実施例3により得られたCe-W-Zr系触媒について、実施例5に記載の方法と同様に脱硝反応テストを行った。なお、触媒入口温度は150℃〜400℃の範囲で触媒評価をした。それらの結果を図7に示す。図7に示すように、Ce-W-Zr系触媒(○)は、250℃〜400℃の反応温度でV2O5−TiO2系触媒(●)より高い効率で窒素酸化物を浄化できることがわかった。
<アンモニア吸着テスト>
実施例2により得られたFe-Si-Al系触媒及び比較品(V2O5−TiO2系触媒)を用いたTPD−Mass分析により、アンモニア昇温脱離スペクトルを測定した。なお、昇温速度は+10℃/分とした。また、TPD−Mass分析はヘリウム雰囲気下で100℃〜500℃の範囲で行った。その結果を図8に示す。図8に示すように、Fe-Si-Al系触媒(○)は、比較品(●)に比べ、低温から高温においてアンモニアを保持できることがわかった。このことから、Fe-Si-Al系触媒は触媒活性性能向上に寄与するものと考えられる。
<脱硝反応テスト3>
実施例2により得られたFe-Si-Al系触媒について、実施例5に記載の方法と同様に脱硝反応テストを行った。なお、触媒入口温度は150℃〜400℃の範囲で触媒評価をした。それらの結果を図9に示す。図9に示すように、Fe-Si-Al系触媒(○)は、V2O5−TiO2系触媒(●)に比べ窒素酸化物を高い効率で浄化できることがわかった。
<脱硝反応テスト6>
次に、Ce-Ti-SO4-Zr系触媒とFe-Si-Al系触媒との混合触媒が、窒素酸化物の浄化効率に与える影響を調べるため、φ7.5”×7”(5L)のSCR触媒サイズのCe-Ti-SO4-Zr系触媒及びFe-Si-Al系触媒の混合触媒(材料担持比率(Ce-Ti-SO4-Zr系触媒/Fe-Si-Al系触媒)は1/2)を用いて実施例6に記載の方法に準じて実機定常評価試験を行った。その結果を図10に示す。図10に示すように、SCR温度が250℃以上において混合触媒(△)は、Ce-Ti-SO4-Zr系触媒(◆)やFe-Si-Al系触媒(■)を単品で用いた場合に比べて、窒素酸化物をより効率よく浄化できることがわかった。また、以上のことから、Fe-Si-Al系触媒の上にCe-Ti-SO4-Zr系触媒を担持することにより、シリカ−アルミナ材の高温排ガスアタックを抑制することができ、耐熱性が改善できるものと考えられる。
Claims (11)
- 少なくとも、チタニア−ジルコニア型複合酸化物と、希土類金属、又は、チタン、鉄、ジルコニウム、ニオブ、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、及び金から選ばれるいずれかの金属と、を有効成分として含有することを特徴とする窒素酸化物浄化触媒。
- 少なくとも、酸化タングステン−ジルコニア型複合酸化物と、希土類金属、又は、鉄、ジルコニウム、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、及び金から選ばれるいずれかの金属と、を有効成分として含有することを特徴とする窒素酸化物浄化触媒。
- さらに硫黄又はリンを含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の窒素酸化物浄化触媒。
- 少なくとも、チタニア−ジルコニア型複合酸化物と、希土類金属、又は、チタン、鉄、ジルコニウム、ニオブ、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、及び金から選ばれるいずれかの金属と、を有効成分として含有する第一の複合体と、
シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、及び酸化タングステンから選ばれる1又は2以上の酸化物と、希土類金属又は遷移金属と、を有効成分として含有する第二の複合体と、
を有し、前記第一の複合体と前記第二の複合体とは組成が異なることを特徴とする窒素酸化物浄化触媒。 - 少なくとも、チタニア−ジルコニア型複合酸化物と、希土類金属、又は、チタン、鉄、ジルコニウム、ニオブ、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、及び金から選ばれるいずれかの金属と、を有効成分として含有する第一の複合体と、
シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、及び酸化タングステンから選ばれる1又は2以上の酸化物と、希土類金属又は遷移金属と、を有効成分として含有する第二の複合体と、
を有し、前記第一の複合体と前記第二の複合体とは活性種成分が異なることを特徴とする窒素酸化物浄化触媒。 - 少なくとも、酸化タングステン−ジルコニア型複合酸化物と、希土類金属、又は、鉄、ジルコニウム、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、及び金から選ばれるいずれかの金属と、を有効成分として含有する第一の複合体と、
シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、及び酸化タングステンから選ばれる1又は2以上の酸化物と、希土類金属又は遷移金属と、を有効成分として含有する第二の複合体と、
を有し、前記第一の複合体と前記第二の複合体とは組成が異なることを特徴とする窒素酸化物浄化触媒。 - 少なくとも、酸化タングステン−ジルコニア型複合酸化物と、希土類金属、又は、鉄、ジルコニウム、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、及び金から選ばれるいずれかの金属と、を有効成分として含有する第一の複合体と、
シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、及び酸化タングステンから選ばれる1又は2以上の酸化物と、希土類金属又は遷移金属と、を有効成分として含有する第二の複合体と、
を有し、前記第一の複合体と前記第二の複合体とは活性種成分が異なることを特徴とする窒素酸化物浄化触媒。 - 前記第二の複合体における複合酸化物が、シリカ−アルミナ型複合酸化物であることを特徴とする請求項4〜7のいずれかに記載の窒素酸化物浄化触媒。
- 前記第二の複合体は担体基材に担持されており、
前記第一の複合体は前記第二の複合体に担持されていることを特徴とする請求項4〜8のいずれかに記載の窒素酸化物浄化触媒。 - 請求項1〜9のいずれかに記載の窒素酸化物浄化触媒に窒素酸化物とアンモニアとを接触させて、還元脱硝することを特徴とする窒素酸化物の浄化方法。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の窒素酸化物浄化触媒を備えることを特徴とする窒素酸化物浄化装置。
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