JP2008073621A - 触媒の製造方法およびその方法により製造された触媒 - Google Patents
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Abstract
【課題】触媒表面上の触媒成分の密度に関係なく、ダストを多量に含むような排ガスを処理する場合にあっても、排ガス中のダストによって触媒が摩耗することがない、触媒の製造方法およびその方法により製造された触媒を提供する。
【解決手段】本発明の触媒の製造方法は、触媒成分が担持された担体構造体の端面部分に対して、（ｉ）金属のモルとして２．７〜３．８８モル／Ｌの金属塩水溶液に浸漬する工程、（ｉｉ）乾燥させる工程、（ｉｉｉ）再度、金属のモルとして２．７〜３．８８モル／Ｌの前記と同一の金属種の金属塩水溶液に浸漬する工程、および（ｉｖ）焼成処理を行い、触媒端面を硬化させる工程を順次行うことを特徴とするものである。
【選択図】なし
【解決手段】本発明の触媒の製造方法は、触媒成分が担持された担体構造体の端面部分に対して、（ｉ）金属のモルとして２．７〜３．８８モル／Ｌの金属塩水溶液に浸漬する工程、（ｉｉ）乾燥させる工程、（ｉｉｉ）再度、金属のモルとして２．７〜３．８８モル／Ｌの前記と同一の金属種の金属塩水溶液に浸漬する工程、および（ｉｖ）焼成処理を行い、触媒端面を硬化させる工程を順次行うことを特徴とするものである。
【選択図】なし
Description
本発明は、発電用の石炭焚きボイラーの排ガス、焼却炉の排ガス等のダスト含有量が多い排ガスの脱硝等のための触媒の製造方法およびその方法により製造された触媒に関する。
発電用の石炭焚きボイラー、焼却炉等から生じる排ガスに含まれるＮＯｘで知られる窒素化合物等の有害化合物は、従来から、ＴｉＯ２等の脱硝触媒活性金属酸化物等により分解処理されており、このような触媒成分を担持する触媒として、板状、ハニカム状等の構造を有する担体構造体の表面上にＴｉＯ２等の触媒成分を担持したものが用いられている。
しかしながら、上記の排ガスには、窒素化合物等の有害物の他、ダストが多量に含まれており、多量のダストが触媒表面上に接触することにより触媒表面に担持された触媒成分が削り取られ、時間の経過とともに表面上の触媒成分が減少する。このため、長時間にわたり上記の触媒を適用することが困難であった。このような問題は、排ガス中のダストと触媒との衝突頻度が大きい触媒端面において顕著である。
触媒成分の減少に対する対策として、触媒表面上に担持される触媒成分量を増加させる等の検討を行ったが大きな効果は認められなかった。したがって、ダストが多量に含まれる排ガスを接触させても触媒表面に担持された触媒成分が減少しない耐摩耗性に優れた触媒を開発することが望まれている。このような触媒の一つとして、ダストとの衝突頻度の高い触媒端面をコーティングにより強化した触媒が特許文献１に記載されている。
しかしながら、上記の触媒端面強化方法では、触媒表面上の触媒成分の密度が一定値以上である場合には有効であるものの、この密度が一定値より低くなると端面の摩耗による触媒成分の減少が認められるようになる。これは、触媒成分の密度が低くなると、触媒成分の粒子間の空隙が多くなり、そのため、端面硬化剤として金属塩水溶液を導入しても、多くなった空隙を埋めることができなくなるからである。また、端面硬化処理として金属塩水溶液に触媒を浸漬した後、乾燥工程を行わずに再度金属塩水溶液に浸漬しても、一度目の浸漬において触媒内の空隙が水溶液で満たされないために、二回目の浸漬時に金属塩水溶液が触媒内の空隙を更に埋めることはなく、したがって、このような方法では、端面の摩耗強度を向上させることはできない。
特開２００１−１７０４９１号公報
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、触媒表面上の触媒成分の密度に関係なく、ダストを多量に含むような排ガスを処理する場合にあっても、排ガス中のダストによって触媒が摩耗することがない、触媒の製造方法およびその方法により製造された触媒を提供することを目的とする。
本発明の触媒の製造方法は、触媒成分が担持された担体構造体の端面部分に対して、
（ｉ）金属のモルとして２．７〜３．８８モル／Ｌの金属塩水溶液に浸漬する工程、
（ｉｉ）乾燥させる工程、
（ｉｉｉ）再度、金属のモルとして２．７〜３．８８モル／Ｌの前記と同一の金属種の金属塩水溶液に浸漬する工程、および
（ｉｖ）焼成処理を行い、触媒端面を硬化させる工程
を順次行うことを特徴とするものである。
（ｉ）金属のモルとして２．７〜３．８８モル／Ｌの金属塩水溶液に浸漬する工程、
（ｉｉ）乾燥させる工程、
（ｉｉｉ）再度、金属のモルとして２．７〜３．８８モル／Ｌの前記と同一の金属種の金属塩水溶液に浸漬する工程、および
（ｉｖ）焼成処理を行い、触媒端面を硬化させる工程
を順次行うことを特徴とするものである。
触媒の耐摩耗特性を向上させるための金属塩水溶液としては、メタタングステン酸アンモニウム水溶液、メタバナジン酸アンモニウム水溶液が挙げられる。単位容積当たりの金属のモルで表される金属塩水溶液の濃度は、２．７モル／Ｌより低いと必要な摩耗強度が得られないので、少なくとも２．７モル／Ｌであることが必要である。金属塩水溶液の濃度の上限値については、触媒の摩耗強度の向上のためには特に限定はないが、経済的な面から３．８８モル／Ｌが上限値として適切である。
前記金属塩水溶液への浸漬後に行われる構造体の乾燥は、いかなる方法を用いてもよいが、好ましくは、加熱空気（例えば４０〜１５０℃）を触媒表面上にブローすることにより行われる。
本発明の方法における触媒成分は、例えば排ガス中のＮＯｘの選択的接触還元活性を有するチタニア、酸化バナジウム、酸化タングステン等であってよい。
前記構造体は、板状、ハニカム構造等のあらゆる形状を有していてよいが、ハニカム構造を有していることが好ましい。前記構造体をハニカム構造とする場合、そのような構造はいかなる方法により作製されてもよく、例えば、波状加工された複数枚のセラミック繊維シートと平板状の複数枚のセラミック繊維シートとを交互に接着させることにより作製される。
また、本発明は、上記いずれかの方法により製造された触媒、すなわち、全体にわたって耐摩耗性が強化された触媒、または、上記いずれかの方法が前記構造体の端面において実施することにより製造された触媒、すなわち、実際に用いる場合に最もダストの衝突が激しい端面が強化された触媒である。特に、本発明の触媒は、触媒成分の担持量が少ない場合にも、耐摩耗性に優れた触媒を得ることができる。
本発明の触媒の製造方法では、１回目の金属塩水溶液に浸漬した後、乾燥させ、その後に、２回目の金属塩水溶液に浸漬することにより、ダストを多く含む排ガスに使用してもダストによる摩耗が抑えられた触媒を製造することができる。
以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲は下記実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
（１）シリカゾルへの浸漬および乾燥処理がなされたハニカム構造体を、チタニア微粒子を均一に分散させたチタニアゾル中に０．５時間にわたり浸漬し、その後、該ゾルから構造体を取り出し、空気雰囲気下１７０℃で４０分間にわたり乾燥させ、続いて、空気雰囲気下５００℃で３時間にわたり焼成した。この操作により触媒成分であるチタニアが構造体上に担持された。別途行った測定によりチタニアの構造体上への担持量は７０ｇ／ｍ２であった。
（１）シリカゾルへの浸漬および乾燥処理がなされたハニカム構造体を、チタニア微粒子を均一に分散させたチタニアゾル中に０．５時間にわたり浸漬し、その後、該ゾルから構造体を取り出し、空気雰囲気下１７０℃で４０分間にわたり乾燥させ、続いて、空気雰囲気下５００℃で３時間にわたり焼成した。この操作により触媒成分であるチタニアが構造体上に担持された。別途行った測定によりチタニアの構造体上への担持量は７０ｇ／ｍ２であった。
（２）チタニアが担持された構造体を、シリカゾル中に０．５時間にわたり浸漬し、その後、ゾルから構造体を取り出し、空気雰囲気下５００℃で４０分間にわたり焼成した。この操作によりシリカが構造体上に担持された。
（３）シリカが担持された構造体を、３．８８モル／Ｌのメタバナジン酸アンモニウム水溶液に０．５時間にわたり浸漬し、その後、該水溶液から構造体を取り出し、空気雰囲気下２２０℃で２時間にわたり乾燥させた。
（４）バナジウムが担持された構造体の端面１０ｍｍの部分を、３．８８モル／Ｌのメタタングステン酸アンモニウム水溶液に５秒間にわたり浸漬した。
（５）上記のメタタングステン酸アンモニウム水溶液から構造体を取り出し、電気炉にて空気雰囲気下２２０℃で２時間にわたり乾燥させた。
（６）乾燥後の構造体を、再度上記（４）と同一の条件で浸漬し、上記（５）と同一の条件で構造体を乾燥させた。
（７）乾燥後、空気雰囲気下４００で３０分にわたり焼成し、触媒端面の硬化処理を行った。
（実施例２）
実施例１の乾燥を、電気炉の代わりに加熱空気（４０℃）を構造体の端面にブローさせることにより行ったこと以外は実施例１と同様にして触媒を作製した。
実施例１の乾燥を、電気炉の代わりに加熱空気（４０℃）を構造体の端面にブローさせることにより行ったこと以外は実施例１と同様にして触媒を作製した。
（実施例３）
メタタングステン酸水溶液の濃度を３．４９モル／Ｌとした点以外は実施例２と同様にして触媒を作製した。
メタタングステン酸水溶液の濃度を３．４９モル／Ｌとした点以外は実施例２と同様にして触媒を作製した。
（実施例４）
メタタングステン酸水溶液の濃度を、３．１０モル／Ｌとした点以外は実施例２と同様にして触媒を作製した。
メタタングステン酸水溶液の濃度を、３．１０モル／Ｌとした点以外は実施例２と同様にして触媒を作製した。
（実施例５）
メタタングステン酸水溶液の濃度を、２．７２モル／Ｌとした点以外は実施例２と同様にして触媒を作製した。
メタタングステン酸水溶液の濃度を、２．７２モル／Ｌとした点以外は実施例２と同様にして触媒を作製した。
（比較例１：金属塩水溶液の濃度が所定の濃度に満たない例）
メタタングステン酸水溶液の濃度を、１．９４モル／Ｌとした点以外は実施例２と同様にして触媒を作製した。
メタタングステン酸水溶液の濃度を、１．９４モル／Ｌとした点以外は実施例２と同様にして触媒を作製した。
（比較例２：２回目の金属塩浸漬を行わない例）
実施例１の（１）〜（５）の操作を行った後、（６）の操作を行うことなく（７）の操作を行うことにより触媒を作製した。
実施例１の（１）〜（５）の操作を行った後、（６）の操作を行うことなく（７）の操作を行うことにより触媒を作製した。
（比較例３：１回目の金属塩浸漬を行った後、乾燥工程を行わない例）
実施例１の（１）〜（４）の操作を行った後、構造体を金属塩水溶液から取り出し、室温で一晩放置し、その後、実施例１の（６）および（７）の操作を行うことにより触媒を作製した。
実施例１の（１）〜（４）の操作を行った後、構造体を金属塩水溶液から取り出し、室温で一晩放置し、その後、実施例１の（６）および（７）の操作を行うことにより触媒を作製した。
実施例１〜５および比較例１〜３により作製された触媒を、ダスト含有排気ガス処理装置中に設置し、各触媒のダストによる摩耗深さについて比較する実験を行った。
ダスト含有ガスに曝される時間を、実際の排気ガス処理装置で用いた場合の２０００時間に相当する時間とした。用いたダスト含有ガスのダスト含有量は、０．７ｇ／Ｌである。また、実験操作中の排気ガス処理装置中の温度を室温とし、排気ガスの風量を２５Ｌ／分とした。
得られた結果を下記表１に示す。
表１に示したように、本発明による実施例１〜５の触媒では触媒担面の表面にダストによる摩耗はほとんど認められなかったか、あるいは１ｍｍ程度であった。メタバナジン酸アンモニウム水溶液の濃度を１．９４モル／Ｌとした比較例１では、１ｍｍ以上の摩耗が認められ、比較例２および３でも１ｍｍ以上の摩耗が認められた。これにより、本発明による方法により摩耗強度が向上した触媒が得られることが確認できた。また、浸漬液の濃度は、２．７モル／Ｌ以上にする必要があることも確認できた。
Claims (3)
- 触媒成分が担持された担体構造体の端面部分に対して、
（ｉ）金属のモルとして２．７〜３．８８モル／Ｌの金属塩水溶液に浸漬する工程、
（ｉｉ）乾燥させる工程、
（ｉｉｉ）再度、金属のモルとして２．７〜３．８８モル／Ｌの前記と同一の金属種の金属塩水溶液に浸漬する工程、および
（ｉｖ）焼成処理を行い、触媒端面を硬化させる工程
を順次行うことを特徴とする触媒の製造方法。 - 前記金属塩は、メタタングステン酸アンモニウムである、請求項１に記載の方法。
- 請求項１または２に記載の方法により製造された触媒。
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