JPH0722705B2 - Method for producing oxidation catalyst - Google Patents
Method for producing oxidation catalystInfo
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- JPH0722705B2 JPH0722705B2 JP61062325A JP6232586A JPH0722705B2 JP H0722705 B2 JPH0722705 B2 JP H0722705B2 JP 61062325 A JP61062325 A JP 61062325A JP 6232586 A JP6232586 A JP 6232586A JP H0722705 B2 JPH0722705 B2 JP H0722705B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は各種燃焼器から排出される未燃の炭化水素、一
酸化炭素を完全燃焼し炭酸ガスと水にする酸化触媒の製
造方法に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing an oxidation catalyst that completely burns unburned hydrocarbons and carbon monoxide discharged from various combustors into carbon dioxide gas and water. .
従来の技術 一般に未燃の炭化水素を空気の存在下、炭酸ガスと水蒸
気に完全酸化させる酸化触媒については白金、パラジウ
ム等の白金族が最も活性が高い。このためアルミナ、シ
リカ等の各種担体に担持させた白金族系触媒が酸化触媒
として各種燃焼器に広く使用されている。一方コバル
ト、ニッケル、鉄等のいわゆる卑金属については単独の
金属酸化物としてよりも、最近では各種複合酸化物が検
討されている。特にペロブスカイト型の結晶構造をもっ
たものが活性が高いとされ注目されている。(例えば中
村、御園生ら、日化、1980、1679) 発明が解決しようとする問題点 白金、パラジウム、ロジウム等の白金族はそれ自体、酸
化活性は高く、500℃以下の温度での使用では問題がな
いが、500℃以上の温度、特に700〜800℃以上の温度で
使用すると、シリタングと称している担持金属の粒子径
が大きくなり、活性が低下するという熱的劣化の問題が
ある。このため耐熱性を上げる各種の方法が提案されて
いるが十分な結果は得られていない。さらに白金族はコ
ストが高いと共に価格変動の巾が大きく安定供給の面で
も問題がある。一方、ニッケル、コバルト、鉄等のいわ
ゆる卑金属単独の酸化物では酸化活性が低い、耐熱性が
低いということで実使用には至っていない。最近結晶構
造式ABO3で表わされるペロブスカイト型構造を有する複
合酸化物が酸化活性が高く、耐熱性が高いことが報告さ
れ注目を集めている。特にAサイトをランタン、ネオジ
ウム等の希土類でBサイトをコバルト、ニッケル、鉄等
の遷移金属で構成したものが酸化活性が高いとされ各種
研究されている。これらはいづれも、酢酸塩、硝酸塩等
の各種塩を量論比で混合した溶液を蒸発あるいは沈澱さ
せ焼成しペロブスカトト型構造を有する触媒粉末を作製
したものである。実使用にはこの触媒粉末をアルミナゾ
ル、シリカゾル等と一緒に混合したものをコーディライ
ト、アルミナ、シリカ、ムライト等の耐熱材料をハニカ
ム等に成型したものに担持し触媒としていた。この為触
媒とした場合、常に剥離の問題があると共に、触媒活性
の点からもバインダとして添加したアルミナゾル、シリ
カゾルが触媒粉末を遮蔽し活性が低下するという問題あ
るいは粉末方法では触媒担体の表面積が利用できず比表
面積が小さいものしか得られないという問題があった。
この為、これらの問題を解決する為、触媒担体上で溶液
から直接比表面積の高い微粒子のペロブスカイト型結晶
構造を作製する検討を行った結果次のような問題点が明
らかとなった。即ちペロブスカイト構造を作るには少く
とも700℃以上の温度で焼成することが必要であるが、
このような温度条件ではむしろ担体と担持金属の成分が
反応し、望みのペロブスカイト型構造が得られないとい
う問題がある。例えばBサイトの遷移金属としてコバル
ト、あるいはニッケルを用いた場合、担体としてアルミ
ナを用いた場合にはアルミ酸コバルト(CoAl2O4)、ア
ルミ酸ニッケル(NiAI2O4)を生成し、目的とするペロ
ブスカイトが生成しないという問題がある。2. Description of the Related Art Generally, platinum, such as platinum and palladium, has the highest activity as an oxidation catalyst for completely oxidizing unburned hydrocarbons into carbon dioxide and water vapor in the presence of air. Therefore, platinum group catalysts supported on various carriers such as alumina and silica are widely used as oxidation catalysts in various combustors. On the other hand, with respect to so-called base metals such as cobalt, nickel and iron, various composite oxides have recently been studied rather than as individual metal oxides. In particular, those having a perovskite type crystal structure have attracted attention because they have high activity. (For example, Nakamura, Misono, et al., Nikka, 1980, 1679) Problems to be solved by the invention Platinum, such as platinum, palladium, and rhodium, have high oxidation activity per se, and are problematic when used at a temperature of 500 ° C or lower. However, when it is used at a temperature of 500 ° C. or higher, particularly 700 to 800 ° C. or higher, there is a problem of thermal deterioration in that the particle size of the supporting metal called Siritung increases and the activity decreases. Therefore, various methods for improving heat resistance have been proposed, but sufficient results have not been obtained. Furthermore, the platinum group has a high cost and a wide range of price fluctuations, and there is a problem in terms of stable supply. On the other hand, oxides of so-called base metals such as nickel, cobalt, iron, etc. have not been actually used because they have low oxidation activity and low heat resistance. Recently, it has been reported that a composite oxide having a perovskite structure represented by the crystal structural formula ABO 3 has high oxidation activity and high heat resistance. Particularly, various studies have been made on the ones in which the A site is composed of a rare earth element such as lanthanum and neodymium and the B site is composed of a transition metal such as cobalt, nickel and iron, because they have high oxidation activity. In each of these, a catalyst powder having a perovskato structure is produced by evaporating or precipitating a solution obtained by mixing various salts such as acetate and nitrate in a stoichiometric ratio and firing the mixture. For practical use, a mixture of this catalyst powder with alumina sol, silica sol, etc. was carried on a honeycomb etc. molded of a heat resistant material such as cordierite, alumina, silica, mullite to serve as a catalyst. Therefore, when it is used as a catalyst, there is always a problem of peeling, and also from the viewpoint of catalytic activity, the problem that alumina sol and silica sol added as a binder shield the catalyst powder and the activity decreases, or the surface area of the catalyst carrier is used in the powder method. However, there was a problem that only those having a small specific surface area could be obtained.
For this reason, in order to solve these problems, as a result of conducting an investigation to directly prepare a perovskite type crystal structure of fine particles having a high specific surface area from a solution on a catalyst carrier, the following problems were clarified. That is, it is necessary to bake at a temperature of at least 700 ° C. or more to form a perovskite structure,
Under such temperature conditions, there is a problem that the components of the carrier and the supported metal react rather, and the desired perovskite structure cannot be obtained. For example, when cobalt or nickel is used as the transition metal of the B site, and when alumina is used as the carrier, cobalt aluminate (CoAl 2 O 4 ) and nickel aluminate (NiAI 2 O 4 ) are produced, and There is a problem that the perovskite that does not generate.
この為、上記のような担体との相互作用をなくすために
各種金属酸化物を予め担持するという、いわゆるプレー
コートの効果について検討を加えた。この結果、ランタ
ン、セリウム等の希土類酸化物あるいはストロンチウ
ム、マグネシウム等のアルカリ土類金属の酸化物を担体
に対して1〜15重量パーセント望ましくは5〜10重量パ
ーセントを予めペロブスカイトを合成する温度よりも50
〜100℃程度高い温度で焼結することによって担体との
相互作用をおさえることが出来ることを見出した。しか
しながらこのように触媒担体に希土類元素酸化物等を用
いてプレコートするには通常の硝酸塩、酸化物からでは
担体重量当り7〜10%必要である。これより少い担持量
では担体との相互作用との影響があらわれ活性が低下す
る。しかしながら逆にこのようにプレコートを10%程度
担持すると担体がおおわれてしまい比表面積が小さくな
ってしまい担体本来の比表面積が有効に生かせないとい
う問題がある。本発明はこのように直接担持法により高
活性なペロブスカイト型触媒を作製する際の問題点を解
決しようとするものである。Therefore, the effect of so-called precoat, in which various metal oxides are preliminarily supported in order to eliminate the interaction with the carrier as described above, was examined. As a result, 1 to 15% by weight of rare earth oxides such as lanthanum and cerium or alkaline earth metal oxides such as strontium and magnesium relative to the carrier, preferably 5 to 10% by weight, is higher than the temperature for pre-synthesizing the perovskite. 50
It has been found that the interaction with the carrier can be suppressed by sintering at a temperature as high as ~ 100 ° C. However, in order to pre-coat the catalyst carrier with a rare earth element oxide as described above, it is necessary to use 7 to 10% based on the weight of the carrier from ordinary nitrates and oxides. If the loading amount is less than this, the effect of interaction with the carrier appears and the activity decreases. However, conversely, when the precoat is carried by about 10%, the carrier is covered and the specific surface area becomes small, so that the original specific surface area of the carrier cannot be effectively utilized. The present invention is intended to solve the problems in producing a highly active perovskite type catalyst by the direct loading method as described above.
問題点を解決するための手段 このように直接担持にまつわる問題を解決する為に、ア
ルミナ、シリカ、コーディライト等の無機耐熱材料を母
材とする触媒担体にアルコキシド法で作製したランタ
ン、セリウム等の希土類元素の酸化物の薄膜あるいはス
トロンチウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属の酸
化物の薄膜を作製後ペロブスカイト構造を有する複合酸
化物を担持するという構成を採用した。Means for Solving the Problems In order to solve the problems related to the direct loading as described above, lanthanum produced by the alkoxide method on a catalyst carrier whose base material is an inorganic heat-resistant material such as alumina, silica, cordierite, cerium, etc. A structure in which a thin film of an oxide of a rare earth element or a thin film of an oxide of an alkaline earth metal such as strontium or magnesium is prepared and then a composite oxide having a perovskite structure is supported is adopted.
作用 アルミナ、シリカ、コーディライト等の無機耐熱材料を
母材とする触媒担体上にランタン、セリウム等の希土類
元素あるいはストロンチウム、マグネシウム等のアルカ
リ土類金属の酸化物の薄膜をアルコキシド法で担持した
為、触媒担体とプレコート材料との密着性が非常によく
少量の担持量でプレコートの役割が果たせ、担体との相
互作用がなく活性の高いペロブスカイト型複合酸化物を
触媒担体上に作製することが出来た。Action A thin film of a rare earth element such as lanthanum or cerium or an oxide of an alkaline earth metal such as strontium or magnesium is supported by an alkoxide method on a catalyst carrier whose base material is an inorganic heat-resistant material such as alumina, silica, or cordierite. Adhesion between the catalyst carrier and the precoat material is very good, and the role of precoat can be fulfilled with a small loading amount, and it is possible to produce a highly active perovskite type complex oxide on the catalyst carrier without interaction with the carrier. It was
実 施 例 以下本発明を用いて調整した触媒の実施例について述べ
る。Examples Examples of catalysts prepared by using the present invention will be described below.
(実施例1) コーディライト1gにイソプロポキシランタン(La(i−
opr)3)のイソプロパノール溶液(0.1g/100ml)を25m
l注入し、一昼夜放置した後窒素バブリングにより乾燥
した。乾燥後900℃で5時間焼成した。このときの酸化
ランタンとしての担持量は担体に対し3重量パーセント
とした。その後、モル比がLa:Sr:Co=0.8:0.2:1.0にな
るように混合した酢酸塩溶液に含浸、乾燥を繰り返しLa
0.8Sr0.2CoO3全体として5.8重量パーセント担持した
後、空気中850℃5時間焼成し触媒とした。(Example 1) Isopropoxy lanthanum (La (i-
opr) 3) isopropanol solution (0.1g / 100ml) 25m
The solution was injected, left standing for 24 hours, and dried by nitrogen bubbling. After drying, it was baked at 900 ° C. for 5 hours. The amount of lanthanum oxide supported at this time was 3% by weight with respect to the carrier. After that, impregnation into a mixed acetate solution with a molar ratio of La: Sr: Co = 0.8: 0.2: 1.0 and drying were repeated.
0.8 Sr 0.2 CoO 3 As a whole, 5.8 wt% was supported, and then the mixture was calcined in air at 850 ° C. for 5 hours to obtain a catalyst.
(実施例2) 実施例1と同様に酸化セリウムとして5重量パーセント
をアルコキシド法で担持後、900℃で1時間焼成後、モ
ル比がLa:Ce:Co=0.9:0.1:1.0になるように硝酸塩溶液
に含浸、乾燥を繰り返しLa0.9Ce0.1CoO3全体として5.8
重量パーセント担持した後、空気中800℃で1時間焼成
し触媒とした。上記実施例1及び実施例2の触媒を用い
てプロパンの酸化活性の検討を行った所、プレコートと
して硝酸塩から酸化ランタンを10%担持後、La0.8Sr0.2
C0O3のペロブスカイト型複合酸化物を7重量パーセント
担持した触媒に比較し重量当りの反応速度で、いずれの
実施例の触媒でも約2倍の活性が得られた。以上の実施
例ではランタン、セリウム等希土類酸化物をプレコート
に用いた例であるが、ストロンチウム、マグネシウム等
アルカリ土類酸化物をプレコートした場合にも同様の結
果が得られた。また実施例で用いたペロブスカイト複合
酸化物の例としてLa0.8Sr0.2CoO3及びLa0.9Ce0.1CoO3を
用いたが、その他のペロブスカイト複合酸化物(Aサイ
トをランタン、ストロンチウム、セリウムの他にネオジ
ウム、プラセオジム等、またBサイトをコバルトの他
鉄、ニッケル、マンガン等を用いたもの)を用いた例の
場合でも同様の結果が得られた。(Example 2) As in Example 1, after supporting 5% by weight of cerium oxide by the alkoxide method and baking at 900 ° C for 1 hour, the molar ratio was set to La: Ce: Co = 0.9: 0.1: 1.0. Repeated impregnation in a nitrate solution and drying, La 0.9 Ce 0.1 CoO 3 5.8 as a whole
After supporting by weight percent, it was calcined in air at 800 ° C. for 1 hour to obtain a catalyst. When the oxidation activity of propane was examined using the catalysts of Examples 1 and 2 above, 10% of lanthanum oxide was loaded from nitrate as a precoat, and then La 0.8 Sr 0.2
As compared with the catalyst supporting 7 weight percent of C 0 O 3 perovskite type complex oxide, the catalyst of any of the examples obtained about twice the activity at the reaction rate per weight. In the above examples, rare earth oxides such as lanthanum and cerium were used for precoating, but similar results were obtained when precoating with alkaline earth oxides such as strontium and magnesium. Further, La 0.8 Sr 0.2 CoO 3 and La 0.9 Ce 0.1 CoO 3 were used as examples of the perovskite composite oxide used in the examples, but other perovskite composite oxides (lanthanum, strontium, cerium at the A site, and neodymium in addition to cerium) were used. , Praseodymium, etc., and B site using other than cobalt, such as iron, nickel, manganese, etc.), similar results were obtained.
発明の効果 以上のように本発明によりコーディライト、アルミナ、
シリカ等無機耐熱材料を母材とする触媒担体にプレコー
トとしてランタン、セリウム等の希土類あるいはストロ
ンチウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属の酸化物
をアルコキシド法により薄膜として担持後、ペロブスカ
イト型複合酸化物を合成するように量論比を調節した、
酢酸塩、硝酸塩等の溶液を含浸、焼成して酸化触媒を調
製した結果、次のような効果が得られた。As described above, according to the present invention, cordierite, alumina,
A perovskite-type composite oxide is synthesized after supporting a rare earth metal such as lanthanum or cerium or an oxide of an alkaline earth metal such as strontium or magnesium as a thin film by the alkoxide method as a precoat on a catalyst carrier whose base material is an inorganic heat-resistant material such as silica. The stoichiometric ratio was adjusted so that
As a result of preparing an oxidation catalyst by impregnating with a solution of acetate, nitrate or the like and firing, the following effects were obtained.
アルコキシド法によりプレコートするので担体と希土
類、アルカリ土類金属等のプレコート材料の密着性、遮
蔽性がよくなり、プレコートの担持量が少くて済み、コ
ストを下げることが出来た。さらにプレコートの担持量
が少いため、担体の表面積を下げることが少くなり、そ
の結果、担体の表面積をペロブスカイトを合成する際に
生かすことが出来、微粒子のペロブスカイト複合酸化物
を合成することが出来、その結果酸化活性が、粉末から
合成した触媒に比較すると大巾に向上した。Since the precoating is performed by the alkoxide method, the adhesion between the carrier and the precoat material such as rare earth or alkaline earth metal and the shielding property are improved, the amount of the precoat carried is small, and the cost can be reduced. Furthermore, since the amount of the precoat carried is small, the surface area of the carrier is reduced, and as a result, the surface area of the carrier can be utilized when synthesizing the perovskite, and it is possible to synthesize the fine particle perovskite composite oxide. As a result, the oxidation activity was significantly improved as compared with the catalyst synthesized from powder.
───────────────────────────────────────────────────── 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 23/34 ZAB A 8017−4G 23/78 ZAB A 8017−4G ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI Technical display location B01J 23/34 ZAB A 8017-4G 23/78 ZAB A 8017-4G
Claims (1)
ク状、あるいは布状に構成したものを触媒担体とし、前
記担体上にランタン、セリウム、ストロンチウム、マグ
ネシウムの一種類以上からなる酸化物をアルコキシド法
で薄層に担持し、酸化物としての担持量の合計を担体に
対し1〜15重量パーセントの範囲で担持した後、結晶構
造式ABO3であらわされるペロブスカイト型複合酸化物の
Aサイトをランタン、ネオジウム、プラセオジウムの希
土類及びアルカリ土類金属から少なくとも一種の元素で
構成し、Bサイトを鉄、コバルト、ニッケルおよびマン
ガンから少なくとも一種の元素を選択し、ペロブスカイ
ト型複合酸化物としての担持量が担体に対して1〜15重
量パーセントの範囲で担持する構成とした酸化触媒の製
造方法。1. A catalyst carrier comprising an inorganic heat-resistant material in the form of a honeycomb, a foamed ceramic, or a cloth, and an alkoxide method comprising an oxide of one or more of lanthanum, cerium, strontium, and magnesium on the carrier. After supporting in a thin layer with a total of 1 to 15% by weight of the oxide as a carrier, the A site of the perovskite-type composite oxide represented by the crystal structural formula ABO 3 is lanthanum, It is composed of at least one element from rare earth and alkaline earth metals such as neodymium and praseodymium, and B site is selected from at least one element from iron, cobalt, nickel and manganese, and the amount supported as perovskite type complex oxide is used as a carrier. On the other hand, a method for producing an oxidation catalyst, which is configured to be supported in the range of 1 to 15 weight percent.
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