JP4841768B2 - Nitrogen oxide adsorbent comprising chromium-containing oxide and method for producing the same - Google Patents

Nitrogen oxide adsorbent comprising chromium-containing oxide and method for producing the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒素酸化物吸着剤として用いられる多孔質含クロム酸化物粒子及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
種々の燃焼器、エンジン、化学プロセスから環境中に排出される窒素酸化物は、健康被害や光化学スモッグ等様々な環境被害を引き起こしている。排ガス処理技術としては触媒を用いた分解技術が主に検討されているが、現状では反応ガス中のSOxや水分等の共存物質による触媒の機能低下や、反応により生成する酸素や反応ガス中に含まれる酸素によって触媒活性が大きく阻害されてしまう等の理由から実用的な浄化プロセスへの適用が困難となっている。
この課題を克服し、低コストで革新的な環境浄化プロセスを開発するための一つの方法として、選択的・高効率な吸着現象を積極的に組み入れ、窒素酸化物を分離濃縮できる吸着材料を用いることが考えられる。
【0003】
NO吸着剤として、これまでに活性炭、ゼオライト、種々の酸化物並びに複合酸化物等が知られているが、実用化には多くの克服すべき課題が残されている。
例えば、最近の総説(Machida, M.「Solid Sorbents for Catalytic NOx Removal」,In Catalysis,The Royal Society of Chemistry,Cambridge, 2000, Vol.15, pp.73-97.)等によれば、(1)活性炭では、アルカリを担持したものを使用して、予めOでNOをNOかそれ以上の高次酸化物に酸化して、中和吸収させる方法が検討されてきた。しかし、O添加の制御、過剰Oの除去等の煩雑さが克服すべき課題である。また、繊維状活性炭のマイクロ孔入り口付近にFeOOHやFeを分散させたものは常温付近で高いNO吸着能を示すことが報告されているが、酸化能力は有していない。
また、(2)ゼオライトではCuや種々の金属イオンでイオン交換したZSM型が良く知られているが、空気中、特に水蒸気存在下ではNO吸着能は認められていない。
さらに、(3)Y−Ba−Cu−O系、Ba−Cu−O系、Y−Sr−Co−O系、Ba−Al−O等では酸素雰囲気下でNO吸着能を有するが、レア・アース金属やアルカリ(土類)金属がCOと反応して表面に炭酸塩が生じ失活してしまう。
一方、(4)Mn−Zr−O系、Pt/Zr−Al−O系、Pd/ZrO系等ではCOによる障害は無く、NOは容易にNOとして吸着されるが、NO吸着能試験は150℃以上の高温でのみ行われている。
最近では、(5)Mn−Ce−O系酸化物が室温で高NO吸着能を示すことが報告されているが、比表面積等が100m/g以下と小さく、実用化に向けては更なる検討が必要である。
【0004】
上記の通り、これまでにNO吸着剤に関しては、多くの研究成果が公表されているが、常温付近の低温吸着に関する研究例は極めて少なく、また空気と混合したNOガスを対象とした吸着試験もほとんど行われていない。
上記の中で比較的高NO吸着能を示す(3)〜(5)の酸化物系NO吸着剤では、2種類以上の金属元素の組合せによって高い吸着性能が認められている。当該酸化物の表面に存在する金属元素がNOの吸着サイトであるが、比表面積が小さく、原料である金属元素を多量に必要とする。また、従来のNO吸着剤は、製造方法から粉末状で得られる場合がほとんどで、実際に吸着剤として用いるには造粒操作等の2次加工が必要である。
【0005】
更に、特開2001−2409号公報には、球形状含シリカ多孔体を製造するに当たり、アルコキシランと1−アルキルアミンとの混合液に、撹拌しながら、酸性水溶液を添加し、次いで生成した球形状粒子/1−アルキルアミン複合物を取り出し、その後この複合体より1−アルキルアミンを除去することを特徴とする球形状含シリカ多孔体の製造方法及び多数のシリカ微粒子の集合体から構成される直径5ミクロン以上300ミクロン以下の球形状粒子よりなり、多数の細孔を有することを特徴とする球形状含シリカ多孔体が記載されている。
【0006】
更にまた、本発明者は、水混和性有機溶媒、アルキルアミン及びケイ酸エステル或いはケイ酸エステルと水混和性有機溶媒に可溶な金属塩との組合せを含む混合液に、攪拌下に水或いは酸性水溶液を添加し、生成するシリカ−アルキルアミン複合生成物を球状粒子に成長させ、球状粒子中のアルキルアミンを除去して得られる球状多孔質シリカ乃至シリカ金属複合体粒子を合成した。(特許出願中)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、全く新規な特性、即ち窒素酸化物に対して吸着性を有し、一酸化窒素に対して酸化性を有する含クロム酸化物の合成に成功した。本発明の目的は、多孔性であり、比較的大きい比表面積と微細孔とを有し、吸着性と酸化性とを有する含クロム酸化物からなる窒素酸化物吸着剤及び、この含クロム酸化物の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
アルキルアミンとこのアルキルアミンを取り囲むクロム酸化物或いは更にシリカ及び/又は他の多価金属酸化物の規則的配列とからなり且つ回折角2θ=1.0乃至5.0度にX線回折(CuKα)ピークを有する複合体からアルキルアミンの少なくとも一部を除去することにより得られる含クロム酸化物であって、下記式(1)
aSiO・bMm/2・Mn/2 ‥(1)
式中、
はCrを表し、
はSi,Cr以外の多価金属元素を表し、
nはCrの価数であり、
mは多価金属の価数であり、
aはゼロを含む485以下の数であり、
bはゼロを含む2未満の数である、
で表される金属酸化物基準組成を有し、更に5m /g以上のBET比表面積と微細孔とを有する含クロム酸化物からなることを特徴とする窒素酸化物吸着剤が提供される。本発明で用いる含クロム酸化物は、NO吸着性を有すること、及びNOのNOへの酸化性を有することも顕著な特徴である。
本発明で用いる含クロム酸化物(以下、本発明の含クロム酸化物と呼ぶことがある)においては、
1.アルキルアミンもしくはその分解生成物の含有量が0.2重量%以下であること、
2.前記微細孔がマイクロポア及び/又はメソポアであること、
3.細孔径10乃至50オングストロームに0.05ml/g以上の細孔容積を有すること、
4.前記式(1)において、aが0乃至250の数であること、
が好ましい。
本発明によればまた、水混和性有機溶媒、アルキルアミン及び水混和性有機溶媒に可溶なクロム化合物或いは更にケイ酸エステルを含む混合液に、攪拌下に水或いは酸性水溶液を添加し、生成するアルキルアミン複合分解生成物粒子を成長させ、粒子中のアルキルアミンを除去することを特徴とする、窒素酸化物吸着剤として用いられる含クロム酸化物の製造方法が提供される。
本発明の製造方法においては、
1.ケイ酸エステルをCr元素1モル当たり0乃至485のモル比で用いること、
2.アルキルアミンをCr元素1モル当たり4乃至166モルの量で用いること、
3.水混和性有機溶媒をCr元素1モル当たり15乃至572モルの量で用いること、
4.水をCr元素1モル当たり80乃至18300モルの量で添加すること、
5.酸をCr元素1モル当たり33モル以下の量で用いること、
6.水混和性有機溶媒が1価乃至多価のアルコールであること、
7.ケイ酸エステルが炭素数が1乃至4のアルコールのケイ酸エステルであること、
好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】
酸化クロムとしては、2価、3価、6価クロムの化合物が最も普通に知られ、そのほか4価、5価化合物及び混合酸化物が知られているが、本発明者らの知る限り、NOに対して吸着性を示し、またNOのNOへの酸化作用を示すクロム酸化物は知られていない。また、公知のクロム酸化物は、比表面積が非常に小さく、BET比表面積は測定不能な程度である。
【0010】
これに対して、本発明の金属酸化物基準組成で表した含クロム酸化物は、下記式(1)
aSiO・bMm/2・Mn/2 ‥(1)
式中、MはCrを表し、MはSi,Cr以外の多価金属元素を表
し、
nはCrの価数であり、mは多価金属の価数であり、
aはゼロを含む485以下の数、好適には0乃至250、最も好適には0
乃至110であり、
bはゼロを含む2未満の数である、
で表され、クロムの価数は、3乃至6の値をとる。
1.a>0の場合は、クロムの含有量が少ない時(10<a≦485)には球形状を示し(実施例1)、特に窒素酸化物検知用のインジケータ素材として有用である。一方、クロムの含有量が多くなるに従って(0<a≦10)形状の規則性は低下する傾向であるが、窒素酸化物に対する吸着性に関して、最も好適となる(その一例として実施例2)。それぞれの粒子形態を図1のSEM像に示す。また、アルキルアミン等の有機成分を完全に除去した場合、シリカ成分が共存することで細孔構造は破壊されず、比表面積は600乃至1200m/gと大きいことが特徴である。
2.a=0の場合、BET比表面積が5m/g以上、特に10m/g以上が好ましい。また、アルキルアミン等の有機成分の大部分を除去することによって200m/g以上のBET比表面積を有することが特徴である。有機成分あるいはその分解生成物、具体的にはアルキルアミンあるいはその分解生成物は0.2重量%以下、好ましくは0.1重量%以下で、DTA曲線上400℃付近に発熱ピークとして認められる場合もある。(図8;実施例3)また、形状に関しては、シリカ成分を含まないため、上記同様規則性はほとんど失われてしまう。
以上の特徴により、本発明の含クロム酸化物は、NOに対して優れた吸着性を示し、また吸着したNOのNOへの酸化作用にも優れている。更に、本発明の含クロム酸化物に窒素酸化物を吸着させた後、それを350℃以上の温度、特に本発明のクロム酸化物の合成加熱処理の温度で焼成することにより再生でき繰り返し使用することができる。また、窒素酸化物は、硝酸等として回収することができる。
NOに対する吸着性能は、次の方法で評価することができる。
【0011】
本発明の含クロム酸化物のNO吸着性能の評価は、島津 NOA-7000型NOx分析計を少流量用に改良したものを使用した。本分析装置は、NOとオゾンによる化学発光反応を利用してNO濃度を測定する装置である。具体的には、NOとオゾンを反応させて励起状態となったNO が再び基底状態に戻るときに発生する光(波長590〜2500nm)の強度を半導体光電素子で測定し、この光強度をNO濃度に換算する。またNOを等しいモル数のNOに変換できるNO−NOコンバーターを備えており、間接的にNO濃度の測定も可能である。分析対象ガスはNOおよびNOx(NO+NO)の二種類であり、どちらか一方の測定モードを選択して別々に測定する。
マスフロー制御ガス混合器を用いて、0.1% NOに乾燥空気を混合して作製した約100ppmのNOガスを、約100ml/minの流量に調製した流通反応系で、サンプルカラムに0.04g充填した試料のNO吸着特性並びにNOへの酸化特性を室温下において破過曲線測定によって評価した。
図2にその一例を示す。本発明の含クロム酸化物は室温においてNO吸着能を示し、測定開始からある一定時間NO濃度は0ppmを保つことが分かる。この0ppmを保持する吸着挙動を初期吸着と定義する。一方、NO濃度が上昇するより前に、NOx(NO+NO)の発生が認められ、さらにNOx濃度は急激に上昇して、NO濃度を大きく上回る。このことは、吸着されたNOがNOに酸化されることを示しており、本発明の含クロム酸化物が窒素酸化物に対して吸着能と酸化能を併せ持つことを明示するものである。
更に、本発明による含クロム酸化物(式(1))で、a>0の場合は実施例1(図6)から明らかなようにクロム含有量が多くなるほどNOの吸着容量が大きくなることが分かる。また、a=0の場合、実施例3(図9)のNO破過曲線から15分後においてもNOは検出されず、NO2への酸化が長時間持続することが分かる。
また、本発明による含クロム酸化物は、窒素酸化物中にイオウ酸化物(SOx)が含まれていても、窒素酸化物の吸着及び酸化能に影響を及ぼさない。具体的には、100ppmのNOガスに20ppmのSOを含むガスに本発明による含クロム酸化物(実施例1−2)のものを接触させた場合、NO破過曲線はSOを含まない場合とほぼ重なり窒素酸化物に対する選択性が大きいことが分かった(図15)。更にまた本発明の含クロム酸化物は、大気中の水分にも影響されない。
本吸着及び酸化現象は、空気中室温下で適度に吸湿した試料でも認められ、このような雰囲気下ではCu-ZSM型ゼオライトがNO吸着能を全く示さないことと大きな相違点となっている(比較例2;図11)。
【0012】
また、市販の酸化クロム(Cr)は窒素酸化物に対して全く吸着性を示さないのに対して(比較例3;図12)、本発明のシリカを含まない含クロム酸化物は優れた吸着性を示しており(実施例3;図9)、本発明による予想外の効果が明らかとなる。
【0013】
本発明の含クロム酸化物が1次粒子内に微細孔を有しており、この微細孔が吸着活性及び酸化活性のサイトとなることは既に指摘したが、本発明の含クロム酸化物は細孔径10乃至50オングストロームに0.05ml/g以上、好ましくは0.07ml/g以上の細孔容積を有することが、吸着性や酸化作用の点で望ましい。
【0014】
本発明の含クロム酸化物は、アルキルアミンとこのアルキルアミンを取り囲むクロム酸化物或いは更にシリカや他の多価金属との複合体が規則的配列を有し且つ回折角2θ=1.0乃至5.0度にX線回折(CuKα)ピークを有する複合体(前駆体或いはナノ複合体とも呼ぶ)の脱アルキルアミン物(例えば前駆体を直接加熱処理して得られる焼成物、あるいは前駆体を酸性水溶液乃至エタノールと酸性水溶液との混合溶液により抽出処理して得られる生成物)からなることが、微細孔の形成及び保持のために好ましい。
【0015】
本発明の含クロム酸化物の前駆体となるアルキルアミンとのナノ複合粒子は、回折角2θ=1.0乃至5.0度にX線回折(CuKα)ピークを有するメソ構造体であることが特徴であり、この特徴により、本発明の含クロム酸化物は微細孔を保持しているのである。
【0016】
図3は、本発明の含クロム酸化物の前駆体である(a)Crを含むシリカメソ構造体(実施例1−2)と、(b)Siを含まないクロム酸化物メソ構造体(実施例3)のX線回折図であり、底面反射の存在は細孔を与える無機骨格の配列が規則的であることを示している。
また、図4は、図3(a)の600℃加熱処理生成物、(b)の350℃加熱処理生成物に対応する窒素吸着等温線である。前者にはHorvath-Kawazoe法、後者にはBJH法を適用して求めた細孔系分布曲線から、細孔直径のピーク値は(a)2nm、(b)2.4nmであり、シャープな分布を示すことが分かった。
本発明の含クロム酸化物は、アルキルアミンと無機溶存種との協調的秩序形成能により生成するメソ構造体を前駆体とすることによって、前駆体に含まれる有機化合物を加熱処理等により除去し、多孔性を賦与したことが特徴である。
【0017】
本発明の含クロム酸化物は、水混和性有機溶媒、アルキルアミン及び水混和性有機溶媒に可溶なクロム化合物或いは更にケイ酸エステルを含む混合液を攪拌したり、あるいは攪拌下に水或いは酸性水溶液を添加し、アルキルアミンと無機イオン種との協調的秩序形成能により生成するメソ構造体であるアルキルアミン複合分解生成物を前駆体として成長させ、アルキルアミンを除去することにより得られる。
【0018】
本発明の含クロム酸化物の製造法の概略機構は以下の様に推定され、その生成機構モデルを図5に示す。
例えば、塩化クロム・6水和物をアルコールに溶解すると、Cr元素がアルコールと反応して一部アルコキシド化すると同時にプロトンが生成して正電荷を有するクロム溶存種(I)が生成する。
この溶液にアルキルアミンを添加すると、アミン中のNH基は瞬時にNH (S)に変化して、塩素イオン(X)を媒介としてSの規則構造体が生成する。なお、Siを含む系ではIがSiと金属元素との複合化した溶存種となる。Sが核となって成長する1次粒子はSの集合したメソ構造体であり、さらにこの1次粒子間の衝突により粒子成長して最終的に、金属元素の添加割合が低い場合にはミクロンオーダーのマクロ形態を有する球状粒子が生成し易くなる。
無機骨格を取巻く有機成分を加熱等の処理により除去することで得られる最終生成物は、メソ構造体に由来した細孔構造を有する多孔性粒子となる。NOの吸着サイトはCr元素であり、NOに対する高吸着性能を達成するためには、無機骨格中にCrを高分散させNOとの接触を効率的に行うことが必要である。
上記生成機構に基づいて製造された本NO吸着剤は、粒子内部に生成する細孔に基づいた多孔性物質であり、NOを効果的に吸着する能力を発する。
【0019】
本製造法は、用いるアルキルアミン中の炭素数によって細孔径が容易にコントロール可能なことはもとより、窒素酸化物吸着剤の前駆体となるメソ構造体を、常温常圧下、80分以内で製造できる。
また、攪拌速度、酸濃度あるいはアルコールの添加割合により粒子径の制御が可能となる。
【0020】
本発明で使用される水混和性有機溶媒、アルキルアミン及び水混和性有機溶媒に可溶な金属化合物(金属塩並びに金属アルコキシド)或いは更にケイ酸エステルについて更に説明する。
【0021】
本発明で使用するシリカ原料としてのケイ酸エステルとしては、Si-アルコキシドで、テトラメチルオルトシリケート、テトラエチルオルトシリケート、テトライソプロピルオルトシリケート、テトラ-n-ブチルオルトシリケート等を用いることが可能で好ましくはテトラエチルオルトシリケート(以下TEOSと略す)を使用する。
【0022】
アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等を用いることができ、好ましくはエタノールを使用する。
【0023】
アルキルアミンとしては、直鎖アルキルアミンが好ましく、カーボン数8〜18のものが使用され、比較的廉価で常温において溶液状態にあるオクチルアミンとドデシルアミンが好ましい。
【0024】
金属種としては、Cr或いはSiの他に、Ti、Zr、Al、Fe、Zn、Mn、Co、Cu、Ni、V、Sn、Ce等の1種類あるいは複数を同時に用いることができる。
水混和性有機溶媒に可溶な金属塩としては、上記金属のハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩やその水和物等アルコールに可溶な全ての金属塩を使用することができる。
また、金属アルコキシドとしては、Tiではテトラエチルオルトチタネート、テトライソプロピルオルトチタネート、テトラ-n-ブチルオルトチタネート等の使用が可能であり、好ましくはテトラエチルオルトチタネートを用いる。Zrの場合には、ジルコニウムテトラ-n-ブトキシド溶液(1-ブタノールに80wt%溶解させた溶液;TBOZと略す)、また、Alの場合にはアルミニウム-トリ-sec-ブトキシド等を使用できる。
【0025】
また、クロム化合物としては、クロム塩、クロム酸塩、あるいはクロムカルボン酸塩、クロム−1,3−ジケト化合物、クロム酸エステル、クロム酸アミド等が挙げられ、具体的には、塩化クロム、硝酸クロム、硫酸クロム、重クロム酸カリウム、重クロム酸ナトリウム、酢酸クロム、ギ酸クロム、プロピオン酸クロム、ペンタン酸クロム、ヘキサカルボニルクロム、クロムアセチルアセテート、クロム−1,3−ブタンジオネート、ビス(tert-ブチル)クロメート、ビス(1,1-ジメチルプロピル)クロメート、ビス(2-フェニル-2-プロピル)クロメート、ビス(ビストリメチルシリルアミド)クロム(II)-THF錯体等が挙げられる。
【0026】
酸としては、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸等を使用することができる。
【0027】
本発明の含クロム酸化物の合成において、出発原料の混合モル比は、金属元素:TEOS:1−アルキルアミン:アルコール:酸:水=1:0〜485:4〜166:15〜572:0〜33:80〜18300である。
さらに出発原料の混合方式を詳細に記述すると、TEOSを使用する場合には、▲1▼TEOSとアルコールに溶解した金属塩との混合溶液に、アルキルアミンを加えるか、あるいは▲2▼TEOSとアルキルアミンとの混合溶液に、アルコールに溶解した金属塩を加え、いずれの場合も1分から20分間攪拌し、さらに攪拌を続けながら水あるいは酸性水溶液を添加し、充分な混合状態を保持しながら、室温で80分以内好ましくは10〜60分程度反応させる。また、TEOSを用いない場合には、予めアルコールに溶解した金属塩を攪拌しながら溶液状態を保持した状態で、アルキルアミンを加え1分から20分間攪拌し、さらに攪拌を続けながら水あるいは酸性水溶液を添加し、充分な混合状態を保持しながら、室温で80分以内好ましくは10〜60分程度反応させる。
出発原料の混合モル比は、好ましくは、金属元素:TEOS:1−アルキルアミン:アルコール:酸:水=1:0〜250:4〜90:15〜300:0〜10:80〜9500である。
【0028】
上記いずれの場合も、反応後懸濁液から固体生成物を分離し、室温〜100℃で充分乾燥させる。
最後に有機成分を除去して含クロム酸化物を作製するために、例えば300℃以上で30分間以上、好ましくは320℃以上で1時間加熱処理する。
【0029】
(用途)
本発明の含クロム酸化物は、必要に応じて顆粒状、棒状、ペレット状、ハニカム状にして、窒素酸化物の吸着・吸蔵剤また酸化剤や分解除去剤、あるいは窒素酸化物検知用のインジケータ用素材(具体的には、20ppm以下のNOガスを接触させることにより本発明の含クロム酸化物は、淡黄色から褐色に変化する)、さらには種々の形状選択性酸化触媒、例えば、ポリエチレン製造用酸化触媒等として、また有用イオン・分子の吸着・分離・貯蔵剤、また有害イオン・分子の吸着・分離さらには分解用触媒或いは触媒担体として、工業および環境保全に有用な材料などに適している。
本発明の含クロム酸化物は、種々の酸化触媒として使用され、用途に応じてゼオライト、セピオライト、抗菌剤、光反応性半導体、等を組み合わせて使用できる。また、塗料に添加して窒素酸化物吸着能をもつ塗料、更にはディーゼルエンジン排ガス中の窒素酸化物の処理、コージェネレーション、トンネル等での排ガス処理等に用いることができる。
【0030】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこの実施例によって限定されない。
尚、実施例で行った各試験方法は次の方法により行った。
【0031】
(測定法)
(1)走査型電子顕微鏡:日本電子製JSM5300を使用し、加速電圧10kV、WD10mmで観察した。
(2)比表面積・細孔径分布:日本ベル製BELSORP28を使用し、液体窒素温度で測定した窒素吸着等温線からBET比表面積を求め、細孔径分布はMP法、Horvath-Kawazoe法並びにBJH法により解析した。
(3)粒径:ベックマン・コールター製粒度分布測定装置コールターLS230によって測定した。
(4)形状:走査型電子顕微鏡写真から観察した。
(5)X線回折:リガク製ロータフレックスRU−300を使用し、CuKα線源、加速電圧40kV、80mAで測定した。
(6)NO破過曲線測定:島津NOA-7000型NOx分析計を使用し測定した。
(7)化学組成分析:シリカ(SiO)分はアルカリ溶融法により測定し、Crについてはアルカリ溶融後原子吸光法により測定した。
(8)熱分析:リガク製熱分析装置TG8120を用いて、TG−DTA測定を行った。
(9)元素分析:住化分析センター製NCH定量装置スミグラフNCH−21型を使用した。
【0032】
(実施例1)
TEOSを600rpmで攪拌し、エタノールに溶解したCrCl・6HOを添加後、オクチルアミンを加え10分間攪拌した後、塩酸水溶液を加え、さらにそのまま1時間攪拌する。混合溶液のモル比は表1にそれぞれ示したとおりである。反応後懸濁液から固体生成物を濾別し、50℃で充分乾燥させた後、600℃で1時間加熱して有機成分を除去して含クロム酸化物を作製する。
表1に出発原料組成、及び表2にそれぞれの合成条件で作製した含クロム酸化物のCr/Siモル比、比表面積と細孔形分布曲線から求めたピーク値を細孔径として示す。なお、実施例1−4では明確な細孔径分布曲線は得られず表2は空欄とした。また、粒子はいずれも球形で実施例1−2及び実施例1−3の中位径はそれぞれ37、42μmであった。実施例1−2のSEM像を図1aに示した。
NOx分析計(島津製作所製 NOA-7000)を使用して、0.1% NOに乾燥空気をマスフロー制御ガス混合器で約100ppm に濃度調整したNOガスを、室温下約100ml/minの流通反応系で、サンプルカラムに、実施例1-2、実施例1-3、実施例1-4の含クロム酸化物試料0.04gを充填し、NO吸着特性並びにNO酸化特性を破過曲線測定によって評価した。(なお、測定に当たって各サンプルは加熱処理後空気中に放置し充分に吸湿させた後使用した。)図6にその結果を示す。なお、実施例1−1のNO吸着特性並びにNO酸化特性に関する破過曲線は図2に示した。
本実施例で記載した含クロム酸化物はいずれも室温において優れたNO吸着能を示し、測定開始からある一定時間NO濃度は0ppmを保持し(この0ppmを保持する吸着挙動を初期吸着と呼ぶ)、この保持時間はCrの含有量が多いほど長いことが分かる。
さらに、本含クロム酸化物はCr/Si比、また前処理条件によって、NO吸着前には橙色、黄色あるいは鶯色等を呈し、いずれの場合もNO濃度に拠らずNOの吸着によって接触部分は瞬時に褐色に変化する。このNO吸着前後の着色の変化を利用して、本含クロム酸化物はNO検知剤あるいはNOモニター用インジケータとして使用することが可能である。
【0033】
(実施例2)
エタノールに溶解したCrCl・6HOにTEOSを添加し、さらにオクチルアミンを加え10分間攪拌した後、水を加え、そのまま1時間攪拌する。混合溶液のモル比はCr:Si:オクチルアミン:エタノール:HCl:HO = 1:1.02:5.5:18.6:0:197である。反応後懸濁液から固体生成物を遠心分離後、50℃で充分乾燥させた後、300℃以上で1時間加熱して有機成分を除去して含クロム酸化物を作製する。表1に出発原料組成、及び表2に400℃で1時間加熱して得られた含クロム酸化物ののCr/Siモル比とオクチルアミンもしくはその分解生成物割合、及び比表面積と細孔形分布曲線から求めたピーク値を細孔径として示す。本実施例の含クロム酸化物は図1bのSEM像に示す通り、球形ではなく不規則な形状を呈している。
本実施例の含クロム酸化物のNO破過曲線と、NOx濃度変化を図7に示す。本サンプルは前駆体であるメソ構造体を400℃、1時間加熱したもので、XRD測定の結果Crのピークと、低角(2θ=5°以下)にはメソ構造の痕跡を示す大きな立ち上がりが認められた。NO破過曲線から、NO吸着はSiを含む実施例1のサンプル同様、初期吸着挙動を経て極めて徐々に進行し、顕著なNO吸蔵挙動を示すと共に、NOの発生も緩慢で、本サンプルは酸化能力も極めて高いことが分かる。(測定に当たっては、特に吸湿させることなく空気中に放置したものを使用した。)
また、図7中には、加熱処理温度がNO破過曲線に及ぼす影響を示した。前駆体であるメソ構造体を350℃と600℃でそれぞれ1時間加熱したもので、600℃では細孔構造の破壊によって著しく機能低下することが明らかである。この結果が示すように、メソ構造体から有機物を取り除くための適切な加熱処理温度はCr含有量に依存することが分かる。
【0034】
(実施例3)
エタノールに溶解したCrCl・6HOに、オクチルアミンを加え10分間攪拌した後、水を加え、さらにそのまま1時間攪拌する。混合溶液のモル比はCr:Si:オクチルアミン:エタノール:HCl:HO = 1:0:5.4:18.6:0:197である。反応後懸濁液から固体生成物を遠心分離後、50℃で充分乾燥させた後、有機成分を加熱除去して含クロム酸化物を作製する。
表1に出発原料組成、及び表2に350℃で1時間加熱して得られた含クロム酸化物のオクチルアミンもしくはその分解生成物と、比表面積及び細孔形分布曲線から求めたピーク値を細孔径として示す。なお、図8の熱分析曲線上400℃付近に発熱ピークが認められることから、本含クロム酸化物中の残留分はアミン等の有機物あるいはその分解生成物等として存在すると考えられる。
XRD測定の結果、本含クロム酸化物試料には、Crのピークと、低角(2θ=5°以下)にはメソ構造の痕跡を示す大きな立ち上がりが認められた。
本実施例の含クロム酸化物のNO破過曲線と、NOx濃度変化を図9に示す。(測定に当たっては、特に吸湿させることなく空気中に放置したものを使用した。)NO破過曲線から、NO吸着はSiを含む実施例1、実施例2のサンプル同様、初期吸着挙動を経て徐々に進行すると同時に、NOの発生も認められることから、本サンプルは酸化能力も極めて高いことが分かる。
【0035】
(実施例4)
TEOSとTi-アルコキシド(テトラエチルオルトチタネート;TEOTと略す)とを混合して600rpmで攪拌し、エタノールに溶解したCrCl・6HOを添加後、オクチルアミンを加え10分間攪拌した後、塩酸水溶液を加え、さらにそのまま1時間攪拌する。混合溶液のモル比はCr:Ti:Si:オクチルアミン:エタノール:HCl:HO = 1:0.23:42.0:14.4:50.0:0.71:1593である。反応後懸濁液から固体生成物を濾別し、50℃で充分乾燥させた後、600℃で1時間加熱して有機成分を除去して含クロム酸化物を作製する。生成物は球形を呈し、中位径は51μmで、BET比表面積は795m/gであった。
Tiを含む球形含クロム酸化物のNO破過曲線を測定した結果を図10に示す。Ti以外ほぼ同一の出発物質混合比である実施例1-2の結果も図10に示した。Tiの添加により、初期吸着時間は短縮されるものの、室温において優れたNO吸着能を示し、またNOへの酸化能力を減じる作用をもたらす事が分かる。
【0036】
(比較例1)
実施例1と同様な方法で製造した、Cr以外の金属元素、Al、Zr、Fe、Mn、Co、Cu、Ni、Zn、Sn、Ceを含む多孔質シリカ金属複合体粒子のNO吸着特性を実施例1と同一方法で検討した結果、Crの場合と顕著な差異が認められ、NO吸着能を有しないことが分かった。
【0037】
(比較例2)
400℃で4時間加熱脱水したCu-ZSM型ゼオライトのNO破過曲線を図11に示す。ゼオライトの化学組成はCuO3.7wt%、SiO/Alモル比39である。空気と混合した室温条件下においては、Cu-ZSM型ゼオライトはNOをほとんど吸着することなく、NOの発生も全く認められない。また、吸着温度を200℃及び400℃とした場合には、初期吸着並びに酸化能は認められず、NO吸着能だけを有することことが分かった。
本発明の窒素酸化物吸着剤並びに酸化剤が、室温、空気混合条件下で、NO吸着能と酸化能を併せ持つことと、Cu-ZSM型ゼオライトがNO吸着能および酸化能を全く示さないことは顕著な相違点である。
【0038】
(比較例3)
XRD粉末測定でCrと同定され、さらにそのBET比表面積は極めて小さく上記装置では測定不能である市販試薬Crに対するNO破過曲線の結果を図12に示す。NO吸着は僅かに認められるものの、初期吸着は認められずしかも酸化能も有していないことが分かった。
本発明の実施例3の窒素酸化物吸着剤並びに酸化剤のXRD回折パターンは市販酸化第二クロム同様Crの回折ピークが認められるが、図3に示すメソ構造体である中間体を加熱処理して製造しており、表2の通り比表面積280m/gと多孔性を有すること、さらには表面クロム元素の存在状態が市販Crとは異なるものと考えられる。
【0039】
(比較例4)
実施例1と全く同様の手法、TEOSを600rpmで攪拌し、エタノールに溶解したCrCl・6HOを添加後、オクチルアミンを加え10分間攪拌した後、塩酸水溶液を加え、さらにそのまま1時間攪拌する。ただし、Cr量が極めて少ない条件で、混合溶液のモル比はCr:Si:オクチルアミン:エタノール:HCl:HO = 1:488:166:575:33:18390である。反応後懸濁液から固体生成物を濾別し、50℃で充分乾燥させた後、600℃で1時間加熱して有機成分を除去して含クロム酸化物を作製する。
図13に本サンプルのNO破過曲線を実施例1−1と比較して示す。本含クロム酸化物はNO吸着能を全く有しないことはないが、初期吸着はほとんど認められないことが分かる。また、本含クロム酸化物は淡黄色でNO吸着によって僅かに変色が認められるが、本含クロム酸化物単独ではNO検知剤あるいはNOモニター用インジケータとして使用することは難しい。
【0040】
(比較例5)
TEOSとTEOTとを混合して600rpmで攪拌し、エタノールに溶解したCrCl・6HOを添加後、オクチルアミンを加え10分間攪拌した後、塩酸水溶液を加え、さらにそのまま1時間攪拌する。ただし、実施例4よりもTi量を増加し、混合溶液のモル比はCr:Ti:Si:オクチルアミン:エタノール:HCl:HO = 1:2:46:15.9:55:0.79:1756である。反応後懸濁液から固体生成物を濾別し、50℃で充分乾燥させた後、600℃で1時間加熱して有機成分を除去して含クロム酸化物を作製する。
本Tiを含む球形含クロム酸化物のNO破過曲線を実施例4と比較して図14に示す。Tiの添加により、NO吸着能を全く示さないことが分かる。
【0041】
【表1】
含クロム酸化物の合成条件

Figure 0004841768
【0042】
【表2】
生成物である含クロム酸化物の特性
Figure 0004841768
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、高い比表面積と微細孔とを有し、窒素酸化物に対して吸着性を有し、一酸化窒素に対して酸化性を有する含クロム酸化物の合成に成功した。
本発明は、細孔構造の制御剤としてアルキルアミンを使用し、TEOS、アルコールに溶解した金属化合物、および水あるいは酸性水溶液を添加し、反応物質の混合割合、酸性度、またアルキル鎖のカーボン数を変化させることにより、常温、常圧下で含クロム酸化物の前駆体となる界面活性剤を含んだ有機無機ナノ複合体(メソ構造体)を短時間で作製し、最終的に有機物を取除くことにより、Siの一部をCrで置換したり、また骨格外にCr酸化物等として存在する含クロム酸化物の製造方法を提供する。
さらに、アルコールに溶解した金属塩の溶液相に、攪拌下でアルキルアミンと水或いは酸性水溶液を添加し、生成するアルキルアミン複合分解生成物粒子を成長させ、粒子中のアルキルアミンを除去することを特徴とする含クロム酸化物の製造方法を提供する。
しかも、本含クロム酸化物は、窒素酸化物に対する吸着能と酸化能を有することから、窒素酸化物の環境汚染防止対策に有用な反応プロセスに用いることが可能で、さらに種々の酸化反応プロセスにも適用でき、工業および環境保全の両面で有用な分子篩い、触媒担体、触媒さらにはセンサー等の機能性セラミックス素材として活用できる。特に、本発明は、ミクロンオーダーの球状粒子の特性を活かし、固定床ばかりでなく、流動床反応用の化学プロセス用触媒・触媒担体やクロマト分離用カラム充填剤の製造法として価値が高い。さらに、本含クロム酸化物はCr/Si比、また前処理条件によって、NO吸着前には橙色、黄色あるいは鶯色等を呈し、いずれの場合もNO濃度に拠らず、NOの吸着によって接触部分は瞬時に褐色に変化することから、この着色変化を利用した、NO検知剤あるいはNOモニター用インジケータとして使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】含クロム酸化物粒子、(a)実施例1-2、(b)実施例2の走査型電子顕微鏡写真(SEM)である。
【図2】実施例1-1の含クロム酸化物のNO吸着特性を示す破過曲線と、NOx濃度変化特性を示すグラフである。
【図3】実施例1-2の含クロム酸化物、および実施例3の含クロム酸化物の前駆体であるメソ構造体のX線回折パターン図である。
【図4】実施例1-2の含クロム酸化物、および実施例3の含クロム酸化物多孔性粒子の窒素吸着等温線である。
【図5】本発明の含クロム酸化物の生成機構を示す概念図である。
【図6】実施例1-2、実施例1-3、実施例1-4の含クロム酸化物のNO吸着特性を示す破過曲線と、それぞれに対応するNOx濃度変化特性を示すグラフである。
【図7】実施例2の含クロム酸化物のNO吸着特性を示す破過曲線と、NOx濃度変化特性を示すグラフである。
【図8】実施例3の含クロム酸化物の熱分析曲線である。
【図9】実施例3の含クロム酸化物のNO吸着特性を示す破過曲線と、NOx濃度変化特性を示すグラフである。
【図10】実施例4のTiを含む含クロム酸化物のNO吸着特性を示す破過曲線と、NOx濃度変化特性を示すグラフである。(実施例1-2との比較)
【図11】比較例2のCu-ZSM5型ゼオライトのNO吸着特性を示す破過曲線と、NOx濃度変化特性を示すグラフである。
【図12】比較例3の市販酸化第二クロムCrのNO吸着特性を示す破過曲線である。(実施例3との比較)
【図13】比較例4の含クロム酸化物のNO吸着特性を示す破過曲線である。(実施例1−1との比較)
【図14】比較例5のTiを含む含クロム酸化物のNO吸着特性を示す破過曲線である。(実施例4との比較)
【図15】含クロム酸化物(実施例1−2)のNO+SO混合ガス中のNO吸着特性を示す破過曲線である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present inventionUsed as nitrogen oxide adsorbentThe present invention relates to porous chromium-containing oxide particles and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Nitrogen oxides discharged into the environment from various combustors, engines, and chemical processes cause various environmental damages such as health damage and photochemical smog. As the exhaust gas treatment technology, the decomposition technology using a catalyst is mainly studied. However, at present, the function of the catalyst is deteriorated due to coexisting substances such as SOx and moisture in the reaction gas, and in the oxygen and reaction gas generated by the reaction. Application to a practical purification process is difficult because the catalytic activity is greatly hindered by the contained oxygen.
One method for overcoming this problem and developing an innovative environmental purification process at low cost is to use an adsorption material that can actively incorporate selective and highly efficient adsorption phenomena and separate and concentrate nitrogen oxides. It is possible.
[0003]
As NO adsorbents, activated carbon, zeolite, various oxides and composite oxides have been known so far, but many problems to be overcome remain in practical use.
For example, according to a recent review (Machida, M. “Solid Sorbents for Catalytic NOx Removal”, In Catalysis, The Royal Society of Chemistry, Cambridge, 2000, Vol. 15, pp. 73-97.) ) For activated carbon, use an alkali-supported one in advance.3NO to NO2A method of oxidizing to higher-order oxides and absorbing and absorbing them has been studied. But O3Addition control, excess O3This is a problem that should be overcome. In addition, FeOOH and Fe near the micropore entrance of fibrous activated carbon2O3It is reported that those in which NO is dispersed show a high NO adsorption ability at around room temperature, but do not have an oxidation ability.
In addition, (2) ZSM type ion-exchanged with Cu or various metal ions is well known as zeolite, but NO adsorption ability is not recognized in the air, particularly in the presence of water vapor.
Further, (3) Y—Ba—Cu—O, Ba—Cu—O, Y—Sr—Co—O, Ba—Al—O and the like have NO adsorption ability in an oxygen atmosphere. Earth metals and alkali (earth) metals are CO2Reacts with and forms carbonate on the surface and deactivates.
On the other hand, (4) Mn—Zr—O, Pt / Zr—Al—O, Pd / ZrO2CO2There is no obstacle caused by NO, NO is easily NO2However, the NO adsorption capacity test is conducted only at a high temperature of 150 ° C. or higher.
Recently, it has been reported that (5) Mn—Ce—O-based oxides exhibit high NO adsorption ability at room temperature, but the specific surface area and the like are 100 m.2/ G or less, and further study is necessary for practical use.
[0004]
As described above, a lot of research results have been published so far regarding NO adsorbents, but there are very few examples of low temperature adsorption near normal temperature, and adsorption tests for NO gas mixed with air are also available. Almost never done.
Among the above, in the oxide-based NO adsorbents (3) to (5) that exhibit a relatively high NO adsorption capacity, high adsorption performance is recognized by a combination of two or more metal elements. Although the metal element present on the surface of the oxide is an adsorption site for NO, the specific surface area is small and a large amount of metal element as a raw material is required. Further, most of the conventional NO adsorbents are obtained in powder form from the production method, and secondary processing such as granulation operation is necessary to actually use them as adsorbents.
[0005]
Furthermore, in JP-A-2001-2409, in producing a spherical silica-containing porous material, an acidic aqueous solution is added to a mixed liquid of alkoxylane and 1-alkylamine while stirring, and then the produced spheres are produced. It is composed of a method for producing a spherical silica-containing porous material characterized by removing a shaped particle / 1-alkylamine composite and then removing 1-alkylamine from the composite and an aggregate of a large number of silica fine particles. There is described a spherical silica-containing porous material comprising spherical particles having a diameter of 5 microns or more and 300 microns or less and having a large number of pores.
[0006]
Furthermore, the present inventor has added water or water under stirring to a mixed solution containing a water-miscible organic solvent, an alkylamine and a silicate ester or a combination of a silicate ester and a metal salt soluble in the water-miscible organic solvent. An acidic aqueous solution was added, and the resulting silica-alkylamine composite product was grown into spherical particles, and spherical porous silica or silica metal composite particles obtained by removing the alkylamine in the spherical particles were synthesized. (Patent pending)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
  The present inventors have succeeded in synthesizing chromium-containing oxides having completely new characteristics, that is, adsorptivity to nitrogen oxides and oxidizing properties to nitric oxide. An object of the present invention is a chromium-containing oxide which is porous, has a relatively large specific surface area and fine pores, and has adsorptivity and oxidation propertiesNitrogen oxide adsorbent comprisingas well asOf this chromium-containing oxideProvide manufacturing methodThere is.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
X-ray diffraction (CuKα) consisting of an alkylamine and a regular arrangement of chromium oxide surrounding this alkylamine or further silica and / or other polyvalent metal oxide and having a diffraction angle of 2θ = 1.0 to 5.0 degrees. ) A chromium-containing oxide obtained by removing at least part of the alkylamine from the complex having a peak,Following formula (1)
  aSiO2・ BM1Om / 2・ M2On / 2(1)
    Where
      M2Represents Cr,
      M1Represents a polyvalent metal element other than Si and Cr,
      n is the valence of Cr;
      m is the valence of the polyvalent metal,
      a is a number of 485 or less including zero,
      b is a number less than 2 including zero,
The metal oxide standard composition represented byAnd 5m 2 Nitrogen oxide adsorbent comprising a chromium-containing oxide having a BET specific surface area of not less than / g and fine poresIs provided. The present inventionUsed inChromium-containing oxides have NO adsorption and NO NO2It is also a prominent feature that it has an oxidizing property.
  The present inventionUsed inChromium-containing oxide(Hereafter, it may be called the chromium-containing oxide of this invention.)In
1.The content of alkylamine or its decomposition product is 0.2% by weight or less,
2.The micropores are micropores and / or mesopores;
3.Having a pore volume of 0.05 ml / g or more in a pore diameter of 10 to 50 angstroms;
4).In the formula (1), a is a number from 0 to 250,
Is preferred.
  According to the present invention, water or an acidic aqueous solution is also added to a mixed solution containing a water-miscible organic solvent, an alkylamine and a chromium compound soluble in the water-miscible organic solvent or further containing a silicate ester with stirring. Characterized by growing alkylamine complex decomposition product particles to remove alkylamine in the particlesUsed as nitrogen oxide adsorbentA method for producing a chromium-containing oxide is provided.
  In the production method of the present invention,
1. Using silicate esters in a molar ratio of 0 to 485 per mole of Cr element;
2. Using alkylamine in an amount of 4 to 166 moles per mole of Cr element;
3. Using a water miscible organic solvent in an amount of 15 to 572 moles per mole of Cr element;
4). Adding water in an amount of 80 to 18300 moles per mole of Cr element;
5. Using an acid in an amount of not more than 33 moles per mole of Cr element;
6). The water-miscible organic solvent is a monohydric to polyhydric alcohol,
7). The silicate ester is a silicate ester of an alcohol having 1 to 4 carbon atoms,
Butpreferable.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As the chromium oxide, divalent, trivalent and hexavalent chromium compounds are most commonly known, and in addition, tetravalent, pentavalent compounds and mixed oxides are known. However, as far as the present inventors know, NO is known. Adsorbent to NO and NO NO2There is no known chromium oxide that exhibits an oxidative action. In addition, the known chromium oxide has a very small specific surface area, and the BET specific surface area is not measurable.
[0010]
In contrast, the chromium-containing oxide represented by the metal oxide reference composition of the present invention has the following formula (1):
aSiO2・ BM1Om / 2・ M2On / 2  (1)
Where M2Represents Cr, M1Indicates polyvalent metal elements other than Si and Cr
And
n is the valence of Cr, m is the valence of the polyvalent metal,
a is a number of 485 or less including zero, preferably 0 to 250, most preferably 0.
To 110,
b is a number less than 2 including zero,
The valence of chromium takes a value of 3 to 6.
1. In the case of a> 0, when the content of chromium is small (10 <a ≦ 485), it shows a spherical shape (Example 1) and is particularly useful as an indicator material for detecting nitrogen oxides. On the other hand, the regularity of the shape tends to decrease as the chromium content increases (0 <a ≦ 10), but it is most suitable in terms of adsorptivity to nitrogen oxides (example 2 as an example). Each particle morphology is shown in the SEM image of FIG. Further, when organic components such as alkylamine are completely removed, the pore structure is not destroyed by the coexistence of the silica component, and the specific surface area is 600 to 1200 m.2The characteristic is as large as / g.
2. When a = 0, the BET specific surface area is 5 m2/ G or more, especially 10m2/ G or more is preferable. Also, by removing most of the organic components such as alkylamines, 200m2It is characterized by having a BET specific surface area of at least / g. When organic components or decomposition products thereof, specifically alkylamines or decomposition products thereof are 0.2% by weight or less, preferably 0.1% by weight or less, and are observed as an exothermic peak around 400 ° C. on the DTA curve. There is also. (FIG. 8; Example 3) Moreover, since the shape does not contain a silica component, the regularity is almost lost as described above.
Due to the above characteristics, the chromium-containing oxide of the present invention exhibits excellent adsorptivity to NO, and NO adsorbed NO.2Also excellent in oxidizing action. Further, after nitrogen oxide is adsorbed on the chromium-containing oxide of the present invention, it can be regenerated and repeatedly used by firing at a temperature of 350 ° C. or higher, particularly at the temperature of the synthetic heat treatment of the chromium oxide of the present invention. be able to. Nitrogen oxides can be recovered as nitric acid or the like.
The adsorption performance for NO can be evaluated by the following method.
[0011]
For the evaluation of the NO adsorption performance of the chromium-containing oxide of the present invention, a Shimadzu NOA-7000 type NOx analyzer improved for low flow rate was used. This analyzer is an apparatus for measuring NO concentration using a chemiluminescence reaction by NO and ozone. Specifically, NO is in an excited state by reacting NO with ozone.2 *The intensity of light (wavelength 590 to 2500 nm) generated when the light returns to the ground state again is measured with a semiconductor photoelectric device, and this light intensity is converted into NO concentration. NO2NO can be converted to NO with the same number of moles2-Equipped with NO converter, indirectly NO2Concentration measurement is also possible. Analyzed gases are NO and NOx (NO + NO2), Select either one of the measurement modes and measure separately.
Using a mass flow control gas mixer, about 100 ppm NO gas produced by mixing dry air with 0.1% NO was prepared at a flow rate of about 100 ml / min. NO adsorption characteristics and NO of packed sample2The oxidation characteristics were evaluated by breakthrough curve measurement at room temperature.
An example is shown in FIG. It can be seen that the chromium-containing oxide of the present invention exhibits NO adsorption ability at room temperature, and the NO concentration is kept at 0 ppm for a certain period from the start of measurement. This adsorption behavior holding 0 ppm is defined as initial adsorption. On the other hand, before the NO concentration increases, NOx (NO + NO2) Is observed, and the NOx concentration rapidly increases and greatly exceeds the NO concentration. This means that the adsorbed NO is NO2It is clearly shown that the chromium-containing oxide of the present invention has both adsorption ability and oxidation ability for nitrogen oxides.
Furthermore, in the case of a chromium-containing oxide according to the present invention (formula (1)), when a> 0, as is clear from Example 1 (FIG. 6), as the chromium content increases, the NO adsorption capacity increases. I understand. Further, when a = 0, NO is not detected even after 15 minutes from the NO breakthrough curve of Example 3 (FIG. 9), and it can be seen that the oxidation to NO2 lasts for a long time.
Further, the chromium-containing oxide according to the present invention does not affect the adsorption and oxidation ability of nitrogen oxides even if sulfur oxides (SOx) are contained in the nitrogen oxides. Specifically, 20 ppm SO in 100 ppm NO gas.2When a chromium-containing oxide according to the present invention (Example 1-2) is brought into contact with a gas containing NO, the NO breakthrough curve is SO2It was found that the selectivity to nitrogen oxides was large, almost overlapping with the case of not containing (FIG. 15). Furthermore, the chromium-containing oxide of the present invention is not affected by moisture in the atmosphere.
This adsorption and oxidation phenomenon is observed even in samples moderately absorbed at room temperature in air, which is a major difference from the fact that Cu-ZSM type zeolite does not show NO adsorption ability at all in such an atmosphere ( Comparative Example 2; FIG. 11).
[0012]
In addition, commercially available chromium oxide (Cr2O3) Does not show any adsorptivity to nitrogen oxides (Comparative Example 3; FIG. 12), whereas the chromium-containing oxides not containing silica of the present invention show excellent adsorptivity (Examples). 3; FIG. 9), the unexpected effect of the present invention becomes clear.
[0013]
It has already been pointed out that the chromium-containing oxide of the present invention has fine pores in the primary particles, and these fine pores become sites of adsorption activity and oxidation activity. It is desirable in terms of adsorptivity and oxidation action to have a pore volume of 0.05 ml / g or more, preferably 0.07 ml / g or more in a pore diameter of 10 to 50 angstroms.
[0014]
The chromium-containing oxide of the present invention has a regular arrangement of a complex of alkylamine and chromium oxide surrounding the alkylamine, or further silica or other polyvalent metal, and a diffraction angle 2θ = 1.0 to 5 Dealkylated amines of composites (also referred to as precursors or nanocomposites) that have an X-ray diffraction (CuKα) peak at 0 ° (for example, calcined products obtained by direct heat treatment of precursors, or acidic precursors) It is preferable for the formation and retention of micropores to be composed of an aqueous solution or a product obtained by extraction with a mixed solution of ethanol and an acidic aqueous solution.
[0015]
The nanocomposite particles with an alkylamine serving as a precursor of the chromium-containing oxide of the present invention should be a mesostructure having an X-ray diffraction (CuKα) peak at a diffraction angle 2θ = 1.0 to 5.0 degrees. This is a feature, and the chromium-containing oxide of the present invention retains micropores due to this feature.
[0016]
FIG. 3 shows (a) a silica mesostructure containing Cr (Example 1-2), which is a precursor of a chromium-containing oxide of the present invention, and (b) a chromium oxide mesostructure containing no Si (Example). It is an X-ray diffraction diagram of 3), and the presence of bottom reflection shows that the arrangement of the inorganic skeleton that gives pores is regular.
4 is a nitrogen adsorption isotherm corresponding to the 600 ° C. heat treatment product of FIG. 3A and the 350 ° C. heat treatment product of FIG. 3B. From the pore distribution curve obtained by applying the Horvath-Kawazoe method to the former and the BJH method to the latter, the peak values of the pore diameter are (a) 2 nm, (b) 2.4 nm, and a sharp distribution It was found that
The chromium-containing oxide of the present invention removes the organic compound contained in the precursor by heat treatment or the like by using the mesostructure formed by the cooperative order-forming ability of the alkylamine and the inorganic dissolved species as a precursor. It is characterized by imparting porosity.
[0017]
The chromium-containing oxide of the present invention is prepared by stirring a water-miscible organic solvent, alkylamine and a mixture containing a chromium compound soluble in a water-miscible organic solvent or further a silicate ester, or water or acidic under stirring. It is obtained by adding an aqueous solution, growing an alkylamine complex decomposition product, which is a mesostructure formed by the cooperative order formation ability of alkylamine and inorganic ionic species, as a precursor, and removing the alkylamine.
[0018]
The schematic mechanism of the method for producing a chromium-containing oxide according to the present invention is estimated as follows, and its production mechanism model is shown in FIG.
For example, when chromium chloride hexahydrate is dissolved in alcohol, the Cr element reacts with the alcohol to partially alkoxide, and at the same time, protons are generated and positively charged chromium dissolved species (I+) Is generated.
When alkylamine is added to this solution, NH in the amine is added.2The group is instantly NH3 +(S+) And chlorine ions (X) Through S+XI+The rule structure is generated. In systems containing Si, I+Becomes a dissolved species in which Si and a metal element are combined. S+XI+Primary particles that grow with nuclei as S+XI+The mesostructures are aggregated, and the particles grow by collision between the primary particles, and finally, when the addition ratio of the metal element is low, spherical particles having a macro form of micron order are easily generated. .
The final product obtained by removing the organic components surrounding the inorganic skeleton by a treatment such as heating becomes porous particles having a pore structure derived from the mesostructure. The adsorption site of NO is Cr element, and in order to achieve high adsorption performance for NO, it is necessary to highly disperse Cr in the inorganic skeleton and to efficiently make contact with NO.
The present NO adsorbent manufactured based on the above generation mechanism is a porous substance based on pores generated inside the particles, and emits an ability to effectively adsorb NO.
[0019]
In this production method, not only the pore diameter can be easily controlled by the number of carbon atoms in the alkylamine to be used, but also a mesostructure that is a precursor of the nitrogen oxide adsorbent can be produced within 80 minutes at room temperature and normal pressure. .
Further, the particle size can be controlled by the stirring speed, the acid concentration, or the alcohol addition ratio.
[0020]
The water-miscible organic solvent, alkylamine and metal compound (metal salt and metal alkoxide) soluble in the water-miscible organic solvent or silicate ester used in the present invention will be further described.
[0021]
As a silicate ester as a silica raw material used in the present invention, it is possible to use Si-alkoxide, such as tetramethyl orthosilicate, tetraethyl orthosilicate, tetraisopropyl orthosilicate, tetra-n-butyl orthosilicate and the like. Tetraethylorthosilicate (hereinafter abbreviated as TEOS) is used.
[0022]
As the alcohol, methanol, ethanol, propanol, butanol and the like can be used, and ethanol is preferably used.
[0023]
As the alkylamine, a linear alkylamine is preferable, an alkylamine having 8 to 18 carbon atoms is used, and octylamine and dodecylamine which are relatively inexpensive and in a solution state at normal temperature are preferable.
[0024]
As the metal species, in addition to Cr or Si, one or more of Ti, Zr, Al, Fe, Zn, Mn, Co, Cu, Ni, V, Sn, Ce and the like can be used simultaneously.
As the metal salt soluble in the water-miscible organic solvent, all metal salts soluble in alcohol such as the above-mentioned metal halides, nitrates, sulfates, carbonates and hydrates thereof can be used.
As the metal alkoxide, for Ti, tetraethyl orthotitanate, tetraisopropyl orthotitanate, tetra-n-butyl orthotitanate, etc. can be used, and tetraethyl orthotitanate is preferably used. In the case of Zr, zirconium tetra-n-butoxide solution (80% by weight dissolved in 1-butanol; abbreviated as TBOZ), and in the case of Al, aluminum-tri-sec-butoxide or the like can be used.
[0025]
Examples of chromium compounds include chromium salts, chromate salts, or chromium carboxylates, chromium-1,3-diketo compounds, chromate esters, chromate amides, and the like. Chromium, chromium sulfate, potassium dichromate, sodium dichromate, chromium acetate, chromium formate, chromium propionate, chromium pentanoate, hexacarbonyl chromium, chromium acetyl acetate, chromium-1,3-butanedionate, bis (tert -Butyl) chromate, bis (1,1-dimethylpropyl) chromate, bis (2-phenyl-2-propyl) chromate, bis (bistrimethylsilylamido) chromium (II) -THF complex and the like.
[0026]
As the acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, acetic acid and the like can be used.
[0027]
In the synthesis of the chromium-containing oxide of the present invention, the mixing molar ratio of the starting materials is as follows: metal element: TEOS: 1-alkylamine: alcohol: acid: water = 1: 0 to 485: 4 to 166: 15 to 572: 0. ~ 33: 80-18300.
Furthermore, the mixing method of the starting materials is described in detail. When TEOS is used, (1) alkylamine is added to a mixed solution of TEOS and a metal salt dissolved in alcohol, or (2) TEOS and alkyl are mixed. Add a metal salt dissolved in an alcohol to a mixed solution with an amine, and in each case, stir for 1 to 20 minutes, add water or an acidic aqueous solution while continuing to stir, and maintain a sufficiently mixed state at room temperature. Within 80 minutes, preferably about 10 to 60 minutes. In addition, when TEOS is not used, while maintaining the solution state while stirring the metal salt previously dissolved in alcohol, the alkylamine is added and stirred for 1 to 20 minutes, and water or acidic aqueous solution is added while continuing stirring. The mixture is added and allowed to react at room temperature within 80 minutes, preferably for about 10 to 60 minutes while maintaining a sufficient mixing state.
The mixing molar ratio of the starting materials is preferably metal element: TEOS: 1-alkylamine: alcohol: acid: water = 1: 0 to 250: 4 to 90:15 to 300: 0 to 10:80 to 9500. .
[0028]
In any of the above cases, the solid product is separated from the suspension after the reaction and sufficiently dried at room temperature to 100 ° C.
Finally, in order to remove the organic component and produce a chromium-containing oxide, for example, heat treatment is performed at 300 ° C. or higher for 30 minutes or longer, preferably 320 ° C. or higher for 1 hour.
[0029]
(Use)
The chromium-containing oxide of the present invention may be granulated, rod-shaped, pellet-shaped, or honeycomb-shaped as necessary, and adsorbing / occluding agent for nitrogen oxide, oxidizing agent, decomposition / removing agent, or indicator for detecting nitrogen oxide Materials (specifically, the chromium-containing oxide of the present invention changes from pale yellow to brown by contact with NO gas of 20 ppm or less), and various shape-selective oxidation catalysts such as polyethylene Suitable for materials useful for industrial and environmental conservation, such as oxidation catalysts for use, adsorption / separation / storage agent for useful ions / molecules, adsorption / separation of harmful ions / molecules, and decomposition catalyst or catalyst carrier Yes.
The chromium-containing oxide of the present invention is used as various oxidation catalysts, and can be used in combination with zeolite, sepiolite, antibacterial agent, photoreactive semiconductor, etc. depending on the application. Further, it can be added to paints and have a nitrogen oxide adsorption ability, and further can be used for treatment of nitrogen oxides in diesel engine exhaust gas, cogeneration, exhaust gas treatment in tunnels, and the like.
[0030]
【Example】
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited by this Example.
In addition, each test method performed in the Example was performed by the following method.
[0031]
(Measurement method)
(1) Scanning electron microscope: JSM5300 manufactured by JEOL Ltd. was used and observed at an acceleration voltage of 10 kV and a WD of 10 mm.
(2) Specific surface area / pore size distribution: BEL specific surface area was determined from nitrogen adsorption isotherm measured at liquid nitrogen temperature using BELSORP28 manufactured by Nippon Bell. Analyzed.
(3) Particle size: measured by a particle size distribution measuring device Coulter LS230 manufactured by Beckman Coulter.
(4) Shape: Observed from scanning electron micrograph.
(5) X-ray diffraction: Rigaku Rotorflex RU-300 was used and measured with a CuKα radiation source, an acceleration voltage of 40 kV, and 80 mA.
(6) NO breakthrough curve measurement: Measured using a Shimadzu NOA-7000 NOx analyzer.
(7) Chemical composition analysis: silica (SiO2) Content was measured by an alkali melting method, and Cr was measured by an atomic absorption method after alkali melting.
(8) Thermal analysis: TG-DTA measurement was performed using a Rigaku thermal analyzer TG8120.
(9) Elemental analysis: NCH quantitative apparatus Sumigraph NCH-21 type manufactured by Sumika Chemical Analysis Center was used.
[0032]
Example 1
Stir TEOS at 600 rpm, CrCl dissolved in ethanol3・ 6H2After adding O, octylamine is added and stirred for 10 minutes, then an aqueous hydrochloric acid solution is added, and the mixture is further stirred for 1 hour. The molar ratio of the mixed solution is as shown in Table 1. After the reaction, the solid product is filtered off from the suspension, sufficiently dried at 50 ° C., and then heated at 600 ° C. for 1 hour to remove organic components to produce a chromium-containing oxide.
Table 1 shows the starting material composition, and Table 2 shows the peak value obtained from the Cr / Si molar ratio, specific surface area and pore shape distribution curve of the chromium-containing oxide prepared under each synthesis condition as the pore diameter. In Example 1-4, a clear pore size distribution curve was not obtained, and Table 2 was left blank. The particles were all spherical, and the median diameters of Examples 1-2 and 1-3 were 37 and 42 μm, respectively. The SEM image of Example 1-2 is shown in FIG.
Using NOx analyzer (NOA-7000, manufactured by Shimadzu Corporation), NO gas with 0.1% NO and dry air adjusted to a concentration of about 100 ppm with a mass flow control gas mixer is used for a flow reaction of about 100 ml / min at room temperature. In this system, a sample column is packed with 0.04 g of the chromium-containing oxide sample of Example 1-2, Example 1-3, and Example 1-4, and the NO adsorption characteristics and NO2The oxidation characteristics were evaluated by breakthrough curve measurement. (In the measurement, each sample was left in the air after heat treatment and used after sufficiently absorbing moisture.) The results are shown in FIG. In addition, the NO adsorption characteristics and NO of Example 1-12The breakthrough curve for oxidation properties is shown in FIG.
All of the chromium-containing oxides described in this example show excellent NO adsorption capacity at room temperature, and the NO concentration is maintained at 0 ppm for a certain period of time from the start of measurement (this adsorption behavior holding 0 ppm is referred to as initial adsorption). The retention time is longer as the Cr content is higher.
Further, the present chromium-containing oxide exhibits orange, yellow, or amber color before NO adsorption depending on the Cr / Si ratio and pretreatment conditions, and in any case, the contact part by NO adsorption regardless of the NO concentration. Changes to brown instantly. Using this change in coloring before and after NO adsorption, the present chromium-containing oxide can be used as an NO detector or an NO monitor indicator.
[0033]
(Example 2)
CrCl dissolved in ethanol3・ 6H2Add TEOS to O, add octylamine and stir for 10 minutes, then add water and stir for 1 hour. The molar ratio of the mixed solution is Cr: Si: octylamine: ethanol: HCl: H2O = 1: 1.02: 5.5: 18.6: 0: 197. After the reaction, the solid product is centrifuged from the suspension, sufficiently dried at 50 ° C., and then heated at 300 ° C. or higher for 1 hour to remove organic components to produce a chromium-containing oxide. Table 1 shows the starting material composition, and Table 2 shows the Cr / Si molar ratio and octylamine or decomposition product ratio of the chromium-containing oxide obtained by heating at 400 ° C. for 1 hour, and the specific surface area and pore shape. The peak value obtained from the distribution curve is shown as the pore diameter. As shown in the SEM image of FIG. 1b, the chromium-containing oxide of this example has an irregular shape instead of a spherical shape.
FIG. 7 shows the NO breakthrough curve and the change in NOx concentration of the chromium-containing oxide of this example. This sample is a mesostructure which is a precursor heated at 400 ° C. for 1 hour. The result of XRD measurement is Cr2O3A large rise indicating a trace of a mesostructure was observed at the peak and the low angle (2θ = 5 ° or less). From the NO breakthrough curve, like the sample of Example 1 containing Si, NO adsorption progresses very gradually through the initial adsorption behavior, showing a remarkable NO storage behavior, and NO.2It can be seen that this sample is slow and the oxidation ability of this sample is extremely high. (In the measurement, a sample left in the air without absorbing moisture was used.)
Further, FIG. 7 shows the influence of the heat treatment temperature on the NO breakthrough curve. It is apparent that the mesostructure which is a precursor is heated at 350 ° C. and 600 ° C. for 1 hour, respectively, and at 600 ° C., the function is remarkably deteriorated due to the destruction of the pore structure. As this result shows, the appropriate heat treatment temperature for removing the organic substance from the mesostructure depends on the Cr content.
[0034]
(Example 3)
CrCl dissolved in ethanol3・ 6H2After adding octylamine to O and stirring for 10 minutes, water is added and the mixture is further stirred for 1 hour. The molar ratio of the mixed solution is Cr: Si: octylamine: ethanol: HCl: H2O = 1: 0: 5.4: 18.6: 0: 197. After the reaction, the solid product is centrifuged from the suspension and sufficiently dried at 50 ° C., and then the organic components are removed by heating to produce a chromium-containing oxide.
Table 1 shows the starting material composition, and Table 2 shows the peak value obtained from octylamine or its decomposition product of chromium-containing oxide obtained by heating at 350 ° C. for 1 hour, and the specific surface area and pore shape distribution curve. It shows as a pore diameter. In addition, since the exothermic peak is recognized by 400 degreeC vicinity on the thermal analysis curve of FIG. 8, it is thought that the residue in this chromium-containing oxide exists as organic substances, such as an amine, or its decomposition product.
As a result of XRD measurement, this chromium-containing oxide sample contains Cr2O3A large rise indicating a trace of a mesostructure was observed at the peak and the low angle (2θ = 5 ° or less).
FIG. 9 shows the NO breakthrough curve and the change in NOx concentration of the chromium-containing oxide of this example. (In the measurement, a sample that was left in the air without absorbing moisture was used.) From the NO breakthrough curve, NO adsorption was gradually performed through the initial adsorption behavior as in the samples of Examples 1 and 2 containing Si. NO at the same time2From this, it can be seen that this sample also has extremely high oxidation ability.
[0035]
Example 4
CrCl dissolved in ethanol by mixing TEOS and Ti-alkoxide (tetraethylorthotitanate; abbreviated as TEOT) and stirring at 600 rpm3・ 6H2After adding O, octylamine is added and stirred for 10 minutes, then an aqueous hydrochloric acid solution is added, and the mixture is further stirred for 1 hour. The molar ratio of the mixed solution is Cr: Ti: Si: octylamine: ethanol: HCl: H2O = 1: 0.23: 42.0: 14.4: 50.0: 0.71: 1593. After the reaction, the solid product is filtered off from the suspension, sufficiently dried at 50 ° C., and then heated at 600 ° C. for 1 hour to remove organic components to produce a chromium-containing oxide. The product has a spherical shape, the median diameter is 51 μm, and the BET specific surface area is 795 m.2/ G.
The result of measuring the NO breakthrough curve of the spherical chromium-containing oxide containing Ti is shown in FIG. The results of Example 1-2, which have almost the same starting material mixing ratio except Ti, are also shown in FIG. Although the initial adsorption time is shortened by the addition of Ti, it exhibits excellent NO adsorption capacity at room temperature, and NO2It can be seen that it has the effect of reducing the ability to oxidize.
[0036]
(Comparative Example 1)
NO adsorption characteristics of porous silica metal composite particles produced by the same method as in Example 1 and containing metallic elements other than Cr, including Al, Zr, Fe, Mn, Co, Cu, Ni, Zn, Sn, and Ce As a result of examining the same method as in Example 1, it was found that there was a significant difference from the case of Cr, and it did not have NO adsorption ability.
[0037]
(Comparative Example 2)
FIG. 11 shows an NO breakthrough curve of Cu—ZSM type zeolite dehydrated by heating at 400 ° C. for 4 hours. The chemical composition of zeolite is 3.7 wt% CuO, SiO2/ Al2O3The molar ratio is 39. Under room temperature conditions mixed with air, the Cu-ZSM zeolite hardly adsorbs NO,2Occurrence is not recognized at all. Moreover, when adsorption temperature was 200 degreeC and 400 degreeC, initial stage adsorption and oxidation ability were not recognized, but it turned out that it has only NO adsorption ability.
The nitrogen oxide adsorbent and the oxidant of the present invention have both NO adsorption ability and oxidation ability at room temperature under air mixing conditions, and that the Cu-ZSM type zeolite does not show NO adsorption ability and oxidation ability at all. This is a significant difference.
[0038]
(Comparative Example 3)
Cr by XRD powder measurement2O3In addition, the BET specific surface area is extremely small and cannot be measured with the above apparatus.2O3FIG. 12 shows the result of NO breakthrough curve for. Although NO adsorption was slightly observed, it was found that initial adsorption was not observed and it did not have oxidation ability.
The XRD diffraction pattern of the nitrogen oxide adsorbent and the oxidant in Example 3 of the present invention is similar to that of commercially available chromic oxide.2O3The diffraction peak is observed, but it is manufactured by heat-treating the intermediate that is the mesostructure shown in FIG.2/ G, and the presence state of surface chromium element is commercially available Cr2O3Is considered to be different.
[0039]
(Comparative Example 4)
Exactly the same method as in Example 1, TEOS stirred at 600 rpm, CrCl dissolved in ethanol3・ 6H2After adding O, octylamine is added and stirred for 10 minutes, then an aqueous hydrochloric acid solution is added, and the mixture is further stirred for 1 hour. However, the molar ratio of the mixed solution is Cr: Si: octylamine: ethanol: HCl: H under the condition that the amount of Cr is extremely small.2O = 1: 488: 166: 575: 33: 18390. After the reaction, the solid product is filtered off from the suspension, sufficiently dried at 50 ° C., and then heated at 600 ° C. for 1 hour to remove organic components to produce a chromium-containing oxide.
FIG. 13 shows the NO breakthrough curve of this sample in comparison with Example 1-1. This chromium-containing oxide does not have NO adsorption ability at all, but it is understood that initial adsorption is hardly recognized. The chromium-containing oxide is light yellow and slightly discolored by NO adsorption. However, it is difficult to use the chromium-containing oxide alone as a NO detector or an NO monitor indicator.
[0040]
(Comparative Example 5)
Mix the TEOS and TEOT, stir at 600 rpm, CrCl dissolved in ethanol3・ 6H2After adding O, octylamine is added and stirred for 10 minutes, then an aqueous hydrochloric acid solution is added, and the mixture is further stirred for 1 hour. However, the Ti amount was increased as compared with Example 4, and the molar ratio of the mixed solution was Cr: Ti: Si: octylamine: ethanol: HCl: H.2O = 1: 2: 46: 15.9: 55: 0.79: 1756. After the reaction, the solid product is filtered off from the suspension, sufficiently dried at 50 ° C., and then heated at 600 ° C. for 1 hour to remove organic components to produce a chromium-containing oxide.
FIG. 14 shows the NO breakthrough curve of the spherical chromium-containing oxide containing Ti in comparison with Example 4. It can be seen that the addition of Ti does not show any NO adsorption capacity.
[0041]
[Table 1]
Conditions for the synthesis of chromium-containing oxides
Figure 0004841768
[0042]
[Table 2]
Properties of the product chromium oxide
Figure 0004841768
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, a chromium-containing oxide having a high specific surface area and fine pores, adsorbing to nitrogen oxides, and oxidizing to nitric oxide has been successfully synthesized.
In the present invention, alkylamine is used as a pore structure control agent, TEOS, a metal compound dissolved in alcohol, and water or an acidic aqueous solution are added, and the mixing ratio of the reactants, the acidity, and the carbon number of the alkyl chain. By changing the temperature, organic-inorganic nanocomposites (mesostructures) containing surfactants that become chromium-containing oxide precursors at room temperature and normal pressure can be produced in a short time, and finally organic substances are removed. Thus, a method for producing a chromium-containing oxide in which a part of Si is substituted with Cr or exists as a Cr oxide or the like outside the skeleton is provided.
Furthermore, an alkylamine and water or an acidic aqueous solution are added to a solution phase of a metal salt dissolved in an alcohol with stirring to grow the resulting alkylamine complex decomposition product particles, and to remove the alkylamine in the particles. A method for producing a chromium-containing oxide is provided.
Moreover, since this chromium-containing oxide has adsorption ability and oxidation ability for nitrogen oxides, it can be used in reaction processes useful for measures to prevent nitrogen oxides from being contaminated by the environment, and in various oxidation reaction processes. It can also be used as a functional ceramic material for molecular sieves, catalyst carriers, catalysts, and sensors that are useful in both industrial and environmental conservation. In particular, the present invention is highly valuable as a method for producing not only a fixed bed but also a chemical process catalyst / catalyst support for fluidized bed reactions and a column filler for chromatographic separation by utilizing the characteristics of micron-order spherical particles. Furthermore, the chromium-containing oxide exhibits orange, yellow, or amber before NO adsorption, depending on the Cr / Si ratio and pretreatment conditions, and in any case, contacted by NO adsorption, regardless of the NO concentration. Since the portion changes to brown instantly, it can be used as a NO detection agent or a NO monitoring indicator using this color change.
[Brief description of the drawings]
1 is a scanning electron micrograph (SEM) of chromium-containing oxide particles, (a) Example 1-2, and (b) Example 2. FIG.
FIG. 2 is a breakthrough curve showing NO adsorption characteristics of the chromium-containing oxide of Example 1-1 and a graph showing NOx concentration change characteristics.
3 is an X-ray diffraction pattern diagram of a mesostructure that is a precursor of the chromium-containing oxide of Example 1-2 and the chromium-containing oxide of Example 3. FIG.
4 is a nitrogen adsorption isotherm of the chromium-containing oxide of Example 1-2 and the chromium-containing oxide porous particles of Example 3. FIG.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a mechanism for producing chromium-containing oxides of the present invention.
6 is a breakthrough curve showing NO adsorption characteristics of chromium-containing oxides of Example 1-2, Example 1-3, and Example 1-4, and a graph showing NOx concentration change characteristics corresponding to each of the breakthrough curves. FIG. .
7 is a breakthrough curve showing NO adsorption characteristics of the chromium-containing oxide of Example 2 and a graph showing NOx concentration change characteristics. FIG.
8 is a thermal analysis curve of the chromium-containing oxide of Example 3. FIG.
9 is a breakthrough curve showing NO adsorption characteristics of the chromium-containing oxide of Example 3 and a graph showing NOx concentration change characteristics. FIG.
10 is a breakthrough curve showing NO adsorption characteristics of a chromium-containing oxide containing Ti of Example 4 and a graph showing NOx concentration change characteristics. FIG. (Comparison with Example 1-2)
11 is a breakthrough curve showing NO adsorption characteristics of the Cu—ZSM5 type zeolite of Comparative Example 2 and a graph showing NOx concentration change characteristics. FIG.
12 is a commercially available chromic oxide Cr of Comparative Example 3. FIG.2O3It is a breakthrough curve which shows NO adsorption characteristics. (Comparison with Example 3)
13 is a breakthrough curve showing NO adsorption characteristics of the chromium-containing oxide of Comparative Example 4. FIG. (Comparison with Example 1-1)
14 is a breakthrough curve showing NO adsorption characteristics of the chromium-containing oxide containing Ti of Comparative Example 5. FIG. (Comparison with Example 4)
FIG. 15 shows NO + SO of chromium-containing oxide (Example 1-2).2It is a breakthrough curve which shows the NO adsorption characteristic in mixed gas.

Claims (14)

アルキルアミンとこのアルキルアミンを取り囲むクロム酸化物或いは更にシリカ及び/又は他の多価金属酸化物の規則的配列とからなり且つ回折角2θ=1.0乃至5.0度にX線回折(CuKα)ピークを有する複合体からアルキルアミンの少なくとも一部を除去することにより得られる含クロム酸化物であって、下記式(1)
aSiO・bMm/2・Mn/2 ‥(1)
式中、
はCrを表し、
はSi,Cr以外の多価金属元素を表し、
nはCrの価数であり、
mは多価金属の価数であり、
aはゼロを含む485以下の数であり、
bはゼロを含む2未満の数である、
で表される金属酸化物基準組成を有し、更に5m /g以上のBET比表面積と微細孔とを有する含クロム酸化物からなることを特徴とする窒素酸化物吸着剤。
X-ray diffraction (CuKα) consisting of an alkylamine and a regular arrangement of chromium oxide surrounding this alkylamine or further silica and / or other polyvalent metal oxide and having a diffraction angle of 2θ = 1.0 to 5.0 degrees. ) A chromium-containing oxide obtained by removing at least a part of an alkylamine from a complex having a peak, which has the following formula (1):
aSiO 2 · bM 1 O m / 2 · M 2 On / 2 (1)
Where
M 2 represents Cr,
M 1 represents a polyvalent metal element other than Si and Cr;
n is the valence of Cr;
m is the valence of the polyvalent metal,
a is a number of 485 or less including zero,
b is a number less than 2 including zero,
A nitrogen oxide adsorbent comprising a chromium oxide having a BET specific surface area of 5 m 2 / g or more and a fine pore.
アルキルアミンもしくはその分解生成物の含有量が0.2重量%以下であることを特徴とする請求項1に記載の窒素酸化物吸着剤The nitrogen oxide adsorbent according to claim 1 , wherein the content of alkylamine or a decomposition product thereof is 0.2% by weight or less. 前記微細孔がマイクロポア及び/又はメソポアであ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吸着剤。 The nitrogen oxide adsorbent according to claim 1 or 2 , wherein the micropores are micropores and / or mesopores . NO吸着及び酸化能を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の窒素酸化物吸着剤。 The nitrogen oxide adsorbent according to any one of claims 1 to 3 , which has NO adsorption and oxidation ability . 細孔径10乃至50オングストロームに0.05ml/g以上の細孔容積を有することを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の窒素酸化物吸着剤。 5. The nitrogen oxide adsorbent according to claim 1, which has a pore volume of 0.05 ml / g or more in a pore diameter of 10 to 50 angstroms . 前記式(1)において、aが0乃至250の数であることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の窒素酸化物吸着剤。 The nitrogen oxide adsorbent according to any one of claims 1 to 5 , wherein a in the formula (1) is a number from 0 to 250 . 水混和性有機溶媒、アルキルアミン及び水混和性有機溶媒に可溶なクロム化合物或いは更にケイ酸エステルを含む混合液に、攪拌下に水或いは酸性水溶液を添加し、生成するアルキルアミン複合分解生成物粒子を成長させ、粒子中のアルキルアミンを除去することを特徴とする、窒素酸化物吸着剤として用いられる含クロム酸化物の製造方法。Alkylamine complex decomposition product produced by adding water or acidic aqueous solution with stirring to a mixture containing water-miscible organic solvent, alkylamine and chromium compound soluble in water-miscible organic solvent or silicate ester. A method for producing a chromium-containing oxide used as a nitrogen oxide adsorbent, characterized by growing particles and removing alkylamine in the particles. ケイ酸エステルをCr元素1モル当たり0乃至485のモル比で用いることを特徴とする請求項7に記載の製造方法。8. The process according to claim 7 , wherein the silicate is used in a molar ratio of 0 to 485 per mole of Cr element. アルキルアミンをCr元素1モル当たり4乃至166モルの量で用いることを特徴とする請求項7又は8に記載の製造方法。9. The production method according to claim 7, wherein the alkylamine is used in an amount of 4 to 166 mol per mol of Cr element. 水混和性有機溶媒をCr元素1モル当たり15乃至572モルの量で用いることを特徴とする請求項7乃至9の何れかに記載の製造方法。The method according to any one of claims 7 to 9, wherein the water-miscible organic solvent is used in an amount of 15 to 572 mol per 1 mol of Cr element. 水をCr元素1モル当たり80乃至18300モルの量で添加することを特徴とする請求項7乃至10の何れかに記載の製造方法。The method according to any one of claims 7 to 10 , wherein water is added in an amount of 80 to 18300 mol per 1 mol of Cr element. 酸をCr元素1モル当たり33モル以下の量で用いることを特徴とする請求項7乃至11の何れかに記載の製造方法。The method according to any one of claims 7 to 11 , wherein the acid is used in an amount of 33 mol or less per 1 mol of Cr element. 水混和性有機溶媒が1価乃至多価のアルコールであることを特徴とする請求項7乃至12の何れかに記載の製造方法。The method according to any one of claims 7 to 12 , wherein the water-miscible organic solvent is a monohydric or polyhydric alcohol. ケイ酸エステルが炭素数が1乃至4のアルコールのケイ酸エステルであることを特徴とする請求項7乃至13の何れかに記載の製造方法。The method according to any one of claims 7 to 13 , wherein the silicate ester is a silicate ester of an alcohol having 1 to 4 carbon atoms.
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