JP7363153B2 - Zeolite and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本開示は新規の構造を有するゼオライト及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to a zeolite with a novel structure and a method for producing the same.
酸素八員環から形成される細孔を有する、いわゆる小細孔ゼオライトは、オレフィン製造触媒、窒素酸化物の選択還元反応(SCR反応)の触媒として利用されている。触媒反応の活性や耐久性はゼオライトの結晶構造によって異なるため、新規構造のゼオライトが求められている。 So-called small-pore zeolites, which have pores formed from eight-membered oxygen rings, are used as catalysts for olefin production and selective reduction reactions (SCR reactions) of nitrogen oxides. Since the activity and durability of catalytic reactions vary depending on the crystal structure of the zeolite, zeolites with new structures are needed.
新規構造の一つとして、結晶構造が連晶からなる小細孔ゼオライトが報告されている。 As one of the novel structures, small pore zeolites whose crystal structure consists of interlocking crystals have been reported.
例えば特許文献1には、ERI構造とLEV構造の連晶からなるゼオライトが報告されており、この連晶がオレフィン製造反応を触媒することが開示されている。 For example, Patent Document 1 reports a zeolite consisting of intergrowth of an ERI structure and a LEV structure, and discloses that this intergrowth catalyzes an olefin production reaction.
例えば特許文献2には、ERI構造とOFF構造の連晶からなるゼオライトがSCR反応を触媒することが開示されている。 For example, Patent Document 2 discloses that a zeolite consisting of an intergrowth of an ERI structure and an OFF structure catalyzes the SCR reaction.
本開示は、新規構造の連晶からなるゼオライトを提供すること、金属を含有させることでSCR反応の触媒として使用した際に高い耐熱性及び窒素酸化物還元能を有する連晶からなるゼオライトを提供すること、この様なゼオライトの製造方法を提供すること、の少なくとも1つを目的とする。 The present disclosure provides a zeolite composed of interlocked crystals with a new structure, and provides a zeolite composed of interlocked crystals that has high heat resistance and nitrogen oxide reduction ability when used as a catalyst for SCR reaction by containing a metal. and to provide a method for producing such a zeolite.
本発明者は、連晶からなるゼオライトについて検討した。従来とは異なる構造を有する連晶からなるゼオライトが高い耐熱性及び窒素酸化物還元能を有することを見出した。 The present inventor studied zeolite consisting of intergrowth crystals. We have discovered that zeolite consisting of intergrowth crystals with a structure different from conventional ones has high heat resistance and nitrogen oxide reducing ability.
すなわち、本開示の要旨は以下のとおりである。
[1] 以下の表で示す粉末X線回折ピークを有することを特徴とするゼオライト。
That is, the gist of the present disclosure is as follows.
[1] A zeolite characterized by having powder X-ray diffraction peaks shown in the table below.
[2] 結晶構造がLEV構造、ERI構造及びOFF構造の連晶からなる、上記[1]に記載のゼオライト。
[3] ERI/OFF比<1である、上記[1]又は[2]に記載のゼオライト。
[4] アルミナに対するシリカのモル比が5以上50以下である上記[1]乃至[3]のいずれかに記載のゼオライト。
[5] 銅又は鉄の少なくともいずれかを含有する上記[1]乃至[4]のいずれかに記載のゼオライト。
[6] テトラエチルアンモニウムカチオン源、N,N-ジメチルピペリジニウムカチオン源、シリカ源、アルミナ源、カリウムカチオン源、及び水を含む組成物を結晶化する結晶化工程、を有する上記[1]乃至[5]のいずれかに記載のゼオライトの製造方法。
[7] 前記組成物が、テトラエチルアンモニウムカチオン源、シリカ源、アルミナ源及び水を混合して80℃以上100℃未満で加熱し得られる混合物と、N,N-ジメチルピペリジニウムカチオン源、カリウムカチオン源及び水を混合して得られる組成物である上記[6]に記載のゼオライトの製造方法。
[8] 上記[1]乃至[5]のいずれかに記載のゼオライトを含む触媒。
[9] 上記[1]乃至[5]のいずれかに記載のゼオライトを使用することを特徴とする窒素酸化物の還元方法。
[2] The zeolite according to [1] above, wherein the crystal structure is composed of intergrowth of LEV structure, ERI structure, and OFF structure.
[3] The zeolite according to [1] or [2] above, having an ERI/OFF ratio <1.
[4] The zeolite according to any one of [1] to [3] above, wherein the molar ratio of silica to alumina is 5 or more and 50 or less.
[5] The zeolite according to any one of [1] to [4] above, containing at least either copper or iron.
[6] The crystallization step of crystallizing a composition containing a tetraethylammonium cation source, an N,N-dimethylpiperidinium cation source, a silica source, an alumina source, a potassium cation source, and water. The method for producing zeolite according to any one of [5].
[7] The composition is obtained by mixing a tetraethylammonium cation source, a silica source, an alumina source, and water and heating the mixture at 80° C. or higher and lower than 100° C., an N,N-dimethylpiperidinium cation source, and potassium. The method for producing zeolite according to the above [6], which is a composition obtained by mixing a cation source and water.
[8] A catalyst containing the zeolite according to any one of [1] to [5] above.
[9] A method for reducing nitrogen oxides, comprising using the zeolite described in any one of [1] to [5] above.
本開示により、新規構造の連晶からなるゼオライトを提供すること、金属を含有させることでSCR反応の触媒として使用した際に高い耐熱性及び窒素酸化物還元能を有する連晶ゼオライトを提供すること、この様な連晶からなるゼオライトの製造方法を提供することの少なくとも1つができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a zeolite composed of interlocked crystals with a new structure, and to provide an interlocked zeolite that has high heat resistance and nitrogen oxide reducing ability when used as a catalyst for an SCR reaction by containing a metal. , it is possible to provide at least one method for producing a zeolite consisting of such interlocking crystals.
以下、本開示のゼオライトについて説明する。 The zeolite of the present disclosure will be explained below.
本開示のゼオライトは、以下の表で示す粉末X線回折(以下、「XRD」ともいう。)ピークを有するゼオライトである。このようなXRDピークを有するゼオライトは、その結晶構造が連晶からなる。これに金属を含有させることで、SCR反応の触媒として使用した際に高い耐熱性及び窒素酸化物還元能を有するゼオライトを提供することができる。 The zeolite of the present disclosure is a zeolite having powder X-ray diffraction (hereinafter also referred to as "XRD") peaks shown in the table below. A zeolite having such an XRD peak has an intergrowth crystal structure. By containing a metal, it is possible to provide a zeolite that has high heat resistance and nitrogen oxide reducing ability when used as a catalyst for an SCR reaction.
本開示のゼオライトは、これらのXRDピークに加え、2θ=23.6±0.2°のXRDピーク(以下、「基準ピーク」ともいう。)の強度に対する相対強度が10%未満のピークを有していてもよい。なお本明細書において、2θの角度はCuKα線を線源とした場合の数値を記載している。 In addition to these XRD peaks, the zeolite of the present disclosure has a peak whose relative intensity is less than 10% of the intensity of the XRD peak at 2θ = 23.6 ± 0.2° (hereinafter also referred to as "reference peak"). You may do so. Note that in this specification, the 2θ angle is a numerical value when CuKα radiation is used as a radiation source.
更に本開示のゼオライトは、下表に示すいずれか1以上のXRDピークを有していてもよい。 Furthermore, the zeolite of the present disclosure may have any one or more of the XRD peaks shown in the table below.
本開示のゼオライトは、半値幅(以下、「FWHM」ともいう。)が下表に示す範囲であることが好ましい。 The zeolite of the present disclosure preferably has a full width at half maximum (hereinafter also referred to as "FWHM") within the range shown in the table below.
本開示のゼオライトは結晶性アルミノシリケートである。結晶性アルミノシリケートは、アルミニウム(Al)とケイ素(Si)とが酸素(O)を介したネットワークの繰り返しからなる結晶構造を有する。 The zeolites of the present disclosure are crystalline aluminosilicates. Crystalline aluminosilicate has a crystal structure consisting of a repeating network of aluminum (Al) and silicon (Si) via oxygen (O).
本開示のゼオライトは連晶からなるゼオライトであり、例えば、LEV構造、ERI構造及びOFF構造を有する連晶(intergrowth)からなるゼオライトであることが挙げられる。 The zeolite of the present disclosure is a zeolite consisting of intergrowth, and examples include intergrowth zeolite having an LEV structure, an ERI structure, and an OFF structure.
本開示においてゼオライトの構造は、国際ゼオライト学会(International Zolite Association)のStructure Commisionが定めているIUPAC構造コード(以下、単に「構造コード」ともいう。)で表される各構造であり、LEV構造、ERI構造及びOFF構造は、構造コードでそれぞれ、LEV型、ERI型及びOFF型となる構造である。 In the present disclosure, the structure of zeolite is each structure expressed by the IUPAC structure code (hereinafter also simply referred to as "structure code") defined by the Structure Commission of the International Zolite Association, and includes the LEV structure, The ERI structure and the OFF structure are structures whose structure codes are LEV type, ERI type, and OFF type, respectively.
LEV構造、ERI構造及びOFF構造は、それぞれ、三次元的な周期構造を有する結晶構造である。一方、連晶は、少なくとも積層不整を有する結晶構造であり、三次元的規則性を有する2以上の周期構造が、二次元又は一次元の規則的な周期で積層している結晶構造である。例えばLEV構造、ERI構造及びOFF構造を有する連晶(以下、「LEV-ERI-OFF連晶」ともいい、また、連晶に含まれる各構造(LEV構造、ERI構造、OFF構造等)を示し、当該連晶を「LEV-ERI連晶」等ともいう。)は、a軸方向及びb軸方向にはLEV構造、ERI構造又はOFF構造いずれかの三次元的規則性を有する周期構造を有し、なおかつ、c軸方向にはLEV構造、ERI構造及びOFF構造が規則的な周期で積層している結晶構造であり、LEV構造、ERI構造及びOFF構造の積層不整を有する結晶構造である。 The LEV structure, ERI structure, and OFF structure are crystal structures each having a three-dimensional periodic structure. On the other hand, intergrowth is a crystal structure that has at least stacking irregularity, and is a crystal structure in which two or more periodic structures with three-dimensional regularity are stacked in a two-dimensional or one-dimensional regular period. For example, intergrowth having LEV structure, ERI structure, and OFF structure (hereinafter also referred to as "LEV-ERI-OFF intergrowth"), and each structure included in the intergrowth (LEV structure, ERI structure, OFF structure, etc.) (This intergrowth is also referred to as "LEV-ERI intergrowth." Moreover, it has a crystal structure in which the LEV structure, ERI structure, and OFF structure are stacked at regular intervals in the c-axis direction, and has a stacking misalignment of the LEV structure, ERI structure, and OFF structure.
連晶からなるゼオライトは、そのXRDパターンと、DIFFaXを用いたシミュレーションにより得られるXRDパターン(以下、「DIFFaXパターン」ともいう。)とを比較することや、透過型電子顕微鏡による観察によって確認できる。 Zeolite consisting of intergrown crystals can be confirmed by comparing its XRD pattern with an XRD pattern obtained by simulation using DIFFaX (hereinafter also referred to as "DIFFaX pattern") or by observation using a transmission electron microscope.
DiFFaXパターンは、国際ゼオライト学会のホームページに掲載された構造データ(cifファイル)を用いた計算により得られる。計算で使用する各構造のTRANSITONパラメータは下記のようにすればよい。LEV構造、ERI構造、及びOFF構造を有する連晶の場合、
LEV型からLEV型へのTRANSITIONパラメータ・・・a
LEV型からERI型へのTRANSITIONパラメータ・・・b
LEV型からOFF型へのTRANSITIONパラメータ・・・c
ERI型からLEV型へのTRANSITIONパラメータ・・・d
ERI型からERI型へのTRANSITIONパラメータ・・・e
ERI型からOFF型へのTRANSITIONパラメータ・・・f
OFF型からLEV型へのTRANSITIONパラメータ・・・g
OFF型からERI型へのTRANSITIONパラメータ・・・h
OFF型からOFF型へのTRANSITIONパラメータ・・・i
としたとき、a=d=g、b=e=h、c=f=i、a+b+c=1、d+e+f=1、及びg+h+i=1とすればよい。
The DiFFaX pattern is obtained by calculation using structural data (cif file) posted on the website of the International Zeolite Society. The TRANSITON parameters of each structure used in the calculation may be set as follows. In the case of intergrowth with LEV structure, ERI structure, and OFF structure,
TRANSITION parameter from LEV type to LEV type...a
TRANSITION parameter from LEV type to ERI type...b
TRANSITION parameter from LEV type to OFF type...c
TRANSITION parameter from ERI type to LEV type...d
TRANSITION parameter from ERI type to ERI type...e
TRANSITION parameter from ERI type to OFF type...f
TRANSITION parameter from OFF type to LEV type...g
TRANSITION parameter from OFF type to ERI type...h
TRANSITION parameter from OFF type to OFF type...i
Then, a=d=g, b=e=h, c=f=i, a+b+c=1, d+e+f=1, and g+h+i=1.
LEV構造、ERI構造及びOFF構造を有し、OFF構造とERI構造の体積割合が等しい連晶のDIFFaXパターンを図1に、LEV構造及びOFF構造を有する連晶のDIFFaXパターンを図2に、並びに、LEV構造及びERI構造を有する連晶のDIFFaXパターンを図3に、それぞれ示す。各図中の100:0などの表記は各構造の体積割合である。 Figure 1 shows the DIFFaX pattern of intergrowth having LEV structure, ERI structure, and OFF structure, and the volume ratio of OFF structure and ERI structure is equal, and Figure 2 shows the DIFFaX pattern of intergrowth having LEV structure and OFF structure, and , LEV structure, and ERI structure are shown in FIG. 3, respectively. The notation such as 100:0 in each figure is the volume ratio of each structure.
図1乃至3で示すように、連晶からなるゼオライトのXRDパターンは、異なる結晶構造からなるゼオライトが2以上物理的に混合された混合物のXRDパターンとは異なるXRDパターンである。例えばLEV構造を有するゼオライト及びERI構造を有するゼオライトが物理的に混合された混合物のXRDパターンは、両構造のXRDピークが単に足し合わされたXRDパターンである。これに対し、図3で示すように、LEV構造とERI構造を有する連晶からなるゼオライトのXRDパターンは、両構造のXRDピークが単に足し合わされたXRDパターンではなく、連晶に由来するXRDピークを有するXRDパターンである。連晶に由来するXRDピークとして、各構造に由来するXRDピークの一部がブロード化したXRDピークや、各構造に由来するXRDピークがピークシフトしたXRDピーク、などが挙げられる。LEV構造を含む連晶に由来する具体的なXRDピークとして、例えば、LEV構造の(012)面に相当するXRDピークであって、当該ピークが低角側にピークシフトするとともにブロード化したものが挙げられる。 As shown in FIGS. 1 to 3, the XRD pattern of a zeolite consisting of intergrowth is different from the XRD pattern of a mixture in which two or more zeolites having different crystal structures are physically mixed. For example, an XRD pattern of a mixture in which a zeolite having an LEV structure and a zeolite having an ERI structure are physically mixed is an XRD pattern in which the XRD peaks of both structures are simply added together. On the other hand, as shown in Figure 3, the XRD pattern of a zeolite consisting of intergrown crystals having LEV structure and ERI structure is not an XRD pattern in which the XRD peaks of both structures are simply added together, but an XRD pattern originating from intergrowth crystals. It is an XRD pattern with Examples of the XRD peak derived from intergrowth include an XRD peak in which a part of the XRD peak derived from each structure is broadened, and an XRD peak in which the XRD peak derived from each structure is peak-shifted. A specific XRD peak derived from intergrowth containing an LEV structure is, for example, an XRD peak corresponding to the (012) plane of the LEV structure, which is shifted to the lower angle side and broadened. Can be mentioned.
本開示のゼオライトは、2θ=25.2±0.2°にXRDピークを有する。当該XRDピークはLEV構造に由来するピークであり、当該ゼオライトがLEV構造の三次元的規則性を有する周期構造を有することを示す。これにより、本開示のゼオライトは高い耐熱性を有する。基準ピークの強度に対する、2θ=25.2±0.2°のピークの強度の比は10以上50以下であり、20以上40以下であることが好ましい。 The zeolite of the present disclosure has an XRD peak at 2θ=25.2±0.2°. The XRD peak is a peak derived from the LEV structure, indicating that the zeolite has a periodic structure with the three-dimensional regularity of the LEV structure. Thereby, the zeolite of the present disclosure has high heat resistance. The ratio of the intensity of the peak at 2θ=25.2±0.2° to the intensity of the reference peak is 10 or more and 50 or less, preferably 20 or more and 40 or less.
本開示のゼオライトは2θ=9.7±0.2°にXRDピークを有することが好ましい。当該XRDピークはERI構造に由来するピークであり、当該ゼオライトがERI構造の三次元的規則性を有する周期構造を有することを示す。これにより、本開示のゼオライトはより優れた耐熱性を有しやすくなる。基準ピークの強度に対する、2θ=9.7±0.2°のピークの強度の比は10以上50以下であることが好ましく、20以上40以下であることがより好ましい。 The zeolite of the present disclosure preferably has an XRD peak at 2θ=9.7±0.2°. The XRD peak is a peak derived from the ERI structure, and indicates that the zeolite has a periodic structure having the three-dimensional regularity of the ERI structure. Thereby, the zeolite of the present disclosure tends to have better heat resistance. The ratio of the intensity of the peak at 2θ=9.7±0.2° to the intensity of the reference peak is preferably 10 or more and 50 or less, more preferably 20 or more and 40 or less.
本開示のゼオライトの結晶構造におけるLEV構造、ERI構造及びOFF構造の合計に対するLEV構造の体積割合(以下、「LEV比率」ともいう。)は、好ましくは50%以上80%以下であり、より好ましくは60%以上80%以下である。 The volume ratio of the LEV structure to the total of the LEV structure, ERI structure, and OFF structure in the crystal structure of the zeolite of the present disclosure (hereinafter also referred to as "LEV ratio") is preferably 50% or more and 80% or less, and more preferably is 60% or more and 80% or less.
本開示のゼオライトにおけるLEV比率は、ゼオライトのXRDパターンと、LEV構造、ERI構造及びOFF構造を有する連晶のDIFFaXパターンと、のXRDピーク強度(B)に対するXRDピーク強度(A)の強度比(A/B)、を比較することにより求めることができる。 The LEV ratio in the zeolite of the present disclosure is the intensity ratio ( A/B).
XRDピーク強度(A) :
2θ=20.75±0.7°の範囲で最も強いピーク強度を有するXRDピークの強度
XRDピーク強度(B) :
2θ=22.25±0.7°の範囲で最も強いピーク強度を有するXRDピークの強度
ここで、XRDピーク強度(A)は、LEV構造の(211)面及び(015)面、OFF構造の(210)面、並びにERI構造の(120)面及び(210)面に相当するピーク群のXRDピーク強度の最大値、XRDピーク強度(B)は、LEV構造の(122)面、並びにERI構造の(211)面及び(121)面に相当するピーク群のXRDピーク強度の最大値、に相当する。
XRD peak intensity (A):
Intensity of XRD peak having the strongest peak intensity in the range of 2θ = 20.75 ± 0.7° XRD peak intensity (B):
Intensity of the XRD peak with the strongest peak intensity in the range of 2θ = 22.25 ± 0.7° Here, the XRD peak intensity (A) is the (211) plane and (015) plane of the LEV structure, and the (015) plane of the OFF structure. The maximum value of the XRD peak intensity of the peak group corresponding to the (210) plane, the (120) plane and the (210) plane of the ERI structure, and the XRD peak intensity (B) are the (122) plane of the LEV structure and the ERI structure. This corresponds to the maximum value of the XRD peak intensity of the peak group corresponding to the (211) plane and (121) plane of .
本開示のゼオライトは、結晶構造におけるOFF構造に対するERI構造の体積割合(以下、「ERI/OFF比」ともいう。)が1を下回ること(ERI/OFF比<1)であることが好ましい。ERI/OFF比<1のとき、より高い耐熱性を示す傾向がある。 In the zeolite of the present disclosure, it is preferable that the volume ratio of the ERI structure to the OFF structure in the crystal structure (hereinafter also referred to as "ERI/OFF ratio") is less than 1 (ERI/OFF ratio < 1). When the ERI/OFF ratio is <1, it tends to exhibit higher heat resistance.
ERI/OFF比の下限としては特に制限はないが、例えば0以上であること(0≦ERI/OFF比)が挙げられ、0を超えること(0<ERI/OFF比)が好ましい。 The lower limit of the ERI/OFF ratio is not particularly limited, but for example, it may be 0 or more (0≦ERI/OFF ratio), and preferably greater than 0 (0<ERI/OFF ratio).
ERI/OFF比は、DIFFaXパターンにおけるLEV構造の(012)面及びERI構造の(101)面に相当するXRDピーク(以下、「LEV(012)-ERI(101)ピーク」ともいう。)の2θと、本開示のゼオライトのLEV(012)-ERI(101)ピークの2θと、の比較により導出することができる。 The ERI/OFF ratio is the 2θ of the XRD peak (hereinafter also referred to as "LEV (012) - ERI (101) peak") corresponding to the (012) plane of the LEV structure and the (101) plane of the ERI structure in the DIFFaX pattern. and 2θ of the LEV (012) - ERI (101) peak of the zeolite of the present disclosure.
すなわち、LEV(012)-ERI(101)ピークは、2θ=11±0.4°にピークトップを有するXRDピークであり、LEV-ERI-OFF連晶においてはERI/OFF比により当該2θが変化する。そのため、LEV-ERI-OFF連晶(体積比 LEV:ERI:OFF=1:1:1)、LEV-ERI連晶(体積比 LEV:ERI:OFF=1:1:0)、及びLEV-OFF連晶(体積比 LEV:ERI:OFF=1:0:1)のDIFFaXパターンにおけるLEV(012)-ERI(101)ピークの2θであって、本開示のゼオライトと同じLEV比率に対応する2θ値をそれぞれ求めることにより、LEV構造、ERI構造及びOFF構造の合計に対するERI構造の体積割合(ERI比率)の変化に伴うLEV(012)-ERI(101)ピークの2θの変化を示す一次近似線が得られる。得られた一次近似線と、本開示のゼオライトのXRDパターンにおけるLEV(012)-ERI(101)ピークの2θと、を対比することで、ERI/OFF比が導出できる。 That is, the LEV (012) -ERI (101) peak is an XRD peak with a peak top at 2θ = 11 ± 0.4°, and in LEV-ERI-OFF intergrowth, the 2θ changes depending on the ERI/OFF ratio. do. Therefore, LEV-ERI-OFF intergrowth (volume ratio LEV:ERI:OFF=1:1:1), LEV-ERI intergrowth (volume ratio LEV:ERI:OFF=1:1:0), and LEV-OFF The 2θ value of the LEV (012) - ERI (101) peak in the DIFFaX pattern of intergrowth (volume ratio LEV:ERI:OFF=1:0:1), which corresponds to the same LEV ratio as the zeolite of the present disclosure. By determining the respective values, a first-order approximation line showing the change in 2θ of the LEV (012) - ERI (101) peak due to a change in the volume ratio of the ERI structure (ERI ratio) to the total of the LEV structure, ERI structure, and OFF structure can be obtained. can get. The ERI/OFF ratio can be derived by comparing the obtained first-order approximation line with the 2θ of the LEV (012) - ERI (101) peak in the XRD pattern of the zeolite of the present disclosure.
本開示のゼオライトのアルミナに対するシリカのモル比(以下、「SiO2/Al2O3比」ともいう。)は5以上、更には10以上であることが好ましい。SiO2/Al2O3比が5以上であれば高温下での使用においてより高い耐熱性を有する。SiO2/Al2O3比は50以下、更には20以下であれば、触媒としてより十分な量の酸点を有する。 The molar ratio of silica to alumina (hereinafter also referred to as "SiO 2 /Al 2 O 3 ratio") of the zeolite of the present disclosure is preferably 5 or more, and more preferably 10 or more. If the SiO 2 /Al 2 O 3 ratio is 5 or more, it has higher heat resistance when used at high temperatures. When the SiO 2 /Al 2 O 3 ratio is 50 or less, more preferably 20 or less, the material has a sufficient amount of acid sites as a catalyst.
好ましいSiO2/Al2O3比の範囲として5以上50以下、更には10以上20以下を挙げることができる。 A preferable range of the SiO 2 /Al 2 O 3 ratio is 5 or more and 50 or less, more preferably 10 or more and 20 or less.
本開示のゼオライトの比表面積は300m2/g以上800m2/g以下、更には400m2/g以上600m2/g以下であることが挙げられる。比表面積がこの範囲であるとき、本開示のゼオライトは窒素酸化物還元触媒のみならず、各種の触媒、更には吸着剤としてもより十分な性能を示すことができる。 The specific surface area of the zeolite of the present disclosure is 300 m 2 /g or more and 800 m 2 /g or less, and more preferably 400 m 2 /g or more and 600 m 2 /g or less. When the specific surface area is within this range, the zeolite of the present disclosure can exhibit more sufficient performance not only as a nitrogen oxide reduction catalyst but also as various catalysts and even as an adsorbent.
本開示のゼオライトは金属を含有していること、更には金属で修飾されていることが好ましい。金属を含有することで窒素酸化物還元触媒として使用した場合に、実用的な窒素酸化物還元特性を示すことができる。含有する金属は銅又は鉄の少なくともいずれか、更には銅であることが好ましい。 The zeolite of the present disclosure preferably contains a metal and is further modified with a metal. By containing a metal, it can exhibit practical nitrogen oxide reduction properties when used as a nitrogen oxide reduction catalyst. The metal contained is preferably at least either copper or iron, and more preferably copper.
本開示のゼオライトが銅又は鉄の少なくともいずれか(以下、「銅等」ともいう。)を含有する場合、ゼオライト質量に対する銅等の質量割合として0.1質量%以上10質量%以下、更には1質量%以上5質量%以下であることが挙げられる。なお、ゼオライト質量に対する銅の質量割合の算出において、銅の重量は金属銅として計算するものである。 When the zeolite of the present disclosure contains at least either copper or iron (hereinafter also referred to as "copper etc."), the mass ratio of copper etc. to the mass of the zeolite is 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, and The content may be 1% by mass or more and 5% by mass or less. In addition, in calculating the mass ratio of copper to the mass of zeolite, the weight of copper is calculated as metallic copper.
次に、本開示のゼオライトの製造方法について説明する。 Next, a method for producing zeolite according to the present disclosure will be described.
本開示のゼオライトは、テトラエチルアンモニウムカチオン(以下、「TEA+」ともいう。)源、N,N-ジメチルピペリジニウムカチオン(以下、「DMPy+」ともいう。)源、シリカ源、アルミナ源、カリウムカチオン源及び水を含む組成物(以下、「原料組成物」ともいう。)を結晶化する結晶化工程、を有する製造方法により得ることができる。 The zeolite of the present disclosure includes a tetraethylammonium cation (hereinafter also referred to as "TEA + ") source, an N,N-dimethylpiperidinium cation (hereinafter also referred to as "DMPy + ") source, a silica source, an alumina source, It can be obtained by a production method including a crystallization step of crystallizing a composition containing a potassium cation source and water (hereinafter also referred to as "raw material composition").
TEA+源はTEA+を含む塩であればよい。TEA+源は、テトラエチルアンモニウム塩化物、テトラエチルアンモニウム臭化物及びテトラエチルアンモニウム水酸化物(以下、「TEAOH」ともいう。)からなる群の少なくとも1種が好ましく、TEAOHであることがより好ましい。 The TEA + source may be any salt containing TEA + . The TEA + source is preferably at least one member of the group consisting of tetraethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, and tetraethylammonium hydroxide (hereinafter also referred to as "TEAOH"), and more preferably TEAOH.
DMPy+源はDMPy+を含む塩であればよい。DMPy+源は、N,N-ジメチルピペリジニウム塩化物(以下、「DMPyCl」ともいう。)、N,N-ジメチルピペリジニウム臭化物及びN,N-ジメチルピペリジニウム水酸化物からなる群の少なくとも1種であることが好ましく、DMPyClであることがより好ましい。 The DMPy + source may be any salt containing DMPy + . The DMPy + source is a group consisting of N,N-dimethylpiperidinium chloride (hereinafter also referred to as "DMPyCl"), N,N-dimethylpiperidinium bromide, and N,N-dimethylpiperidinium hydroxide. It is preferable that it is at least one kind of, and more preferable that it is DMPyCl.
シリカ源はケイ素を含む化合物であり、シリカゾル、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、沈降法シリカ、無定形ケイ酸、結晶性アルミノシリケート及び非晶質アルミノシリケートからなる群の少なくとも1種であることが好ましく、結晶性アルミノシリケート及び非晶質アルミノシリケートの少なくともいずれかがより好ましく、結晶性アルミノシリケートであることが更に好ましい。 The silica source is a compound containing silicon, and is preferably at least one member of the group consisting of silica sol, fumed silica, colloidal silica, precipitated silica, amorphous silicic acid, crystalline aluminosilicate, and amorphous aluminosilicate. , at least one of crystalline aluminosilicate and amorphous aluminosilicate is more preferred, and crystalline aluminosilicate is even more preferred.
アルミナ源はアルミニウムを含む化合物であり、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、結晶性アルミノシリケート、非晶質アルミノシリケート、金属アルミニウム及びアルミニウムアルコキシドからなる群の少なくとも1種であることが好ましく、結晶性アルミノシリケート及び非晶質アルミノシリケートの少なくともいずれかであることがより好ましく、結晶性アルミノシリケートであることが更に好ましい。 The alumina source is a compound containing aluminum, and is at least one member of the group consisting of aluminum hydroxide, aluminum oxide, aluminum sulfate, aluminum chloride, aluminum nitrate, crystalline aluminosilicate, amorphous aluminosilicate, metallic aluminum, and aluminum alkoxide. It is preferably at least one of crystalline aluminosilicate and amorphous aluminosilicate, and even more preferably crystalline aluminosilicate.
シリカ源及びアルミナ源は、結晶性アルミノシリケート及び非晶質アルミノシリケートの少なくともいずれかであることが好ましく、結晶性アルミノシリケートであることがより好ましく、FAU型ゼオライト(結晶性アルミノシリケート)であることが更に好ましい。 The silica source and the alumina source are preferably at least one of crystalline aluminosilicate and amorphous aluminosilicate, more preferably crystalline aluminosilicate, and preferably FAU type zeolite (crystalline aluminosilicate). is even more preferable.
カリウムカチオン源は、カリウムカチオンを含む塩であればよい。カリウムカチオン源としてフッ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム及び水酸カリウムからなる群の少なくとも1種が挙げられ、水酸化カリウムであることが好ましい。 The potassium cation source may be any salt containing potassium cations. Examples of the potassium cation source include at least one member of the group consisting of potassium fluoride, potassium chloride, potassium bromide, potassium iodide, and potassium hydroxide, with potassium hydroxide being preferred.
原料組成物は、リチウムカチオン、ナトリウムカチオン、ルビジウムカチオン及びセシウムカチオンからなる群の少なくとも1種を含む塩(以下、「アルカリ源」ともいう。)を含んでいてもよい。 The raw material composition may contain a salt containing at least one member of the group consisting of lithium cations, sodium cations, rubidium cations, and cesium cations (hereinafter also referred to as "alkali source").
アルカリ源は、リチウムカチオン、ナトリウムカチオン、ルビジウムカチオン及びセシウムカチオンからなる群の少なくとも1種を含むフッ素物、塩素物、臭素物、ヨウ素物及び水酸化物からなる群の少なくとも1種であることが好ましく、水酸化物であることがより好ましい。特に好ましいアルカリ源として、ナトリウムカチオンを含むフッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物及び水酸化物からなる群の少なくとも1種、更には水酸化ナトリウムが挙げられる。 The alkali source may be at least one member of the group consisting of fluorides, chlorides, bromines, iodides, and hydroxides, including at least one member of the group consisting of lithium cations, sodium cations, rubidium cations, and cesium cations. Preferably, hydroxide is more preferable. Particularly preferred alkali sources include at least one member of the group consisting of fluorides, chlorides, bromides, iodides, and hydroxides containing sodium cations, as well as sodium hydroxide.
水は、例えば、純水であればよい。なお、原料組成物の各原料(水を除く)は、水溶液として使用することもできる。 The water may be, for example, pure water. In addition, each raw material (excluding water) of the raw material composition can also be used as an aqueous solution.
原料組成物は、各原料を任意の方法で混合して得られる組成物であればよいが、TEA+源、シリカ源、アルミナ源及び水を混合して80℃以上100℃未満、好ましくは85℃以上95℃未満、で加熱して得られる混合物(以下、「前駆混合物」ともいう。)と、DMPy+源、カリウムカチオン源及び水を混合し得て得られる組成物であることが好ましい。 The raw material composition may be a composition obtained by mixing each raw material by any method, but the composition obtained by mixing the TEA + source, silica source, alumina source, and water is 80°C or higher and lower than 100°C, preferably 85°C. It is preferable that the composition be obtained by mixing a mixture obtained by heating at a temperature of .degree. C. or higher and lower than 95.degree. C. (hereinafter also referred to as "precursor mixture"), a DMPy + source, a potassium cation source, and water.
以下に前駆混合物及び原料組成物について、具体的に示す。
(前駆混合物)
前駆混合物は、TEA+源、シリカ源、アルミナ源及び水を含む混合物を加熱して得られ、該混合物はTEA+源、シリカ源、アルミナ源及び水に加えて、必要に応じてDMPy+源、カリウムカチオン源及びアルカリ源からなる群の少なくとも1種を含んでいてもよい。
The precursor mixture and raw material composition will be specifically shown below.
(precursor mixture)
The precursor mixture is obtained by heating a mixture comprising a TEA + source, a silica source, an alumina source and water, which in addition to the TEA + source, silica source, alumina source and water optionally includes a DMPy + source. , a potassium cation source, and an alkali source.
前駆混合物の組成として、以下のモル組成を上げることができる。 As the composition of the precursor mixture, the following molar composition can be mentioned.
SiO2/Al2O3比は10以上、更には15以上であることが好ましい。一方、SiO2/Al2O3比は50以下、更には30以下であることが好ましい。好ましいSiO2/Al2O3比として10以上30以下を挙げることができる。 The SiO 2 /Al 2 O 3 ratio is preferably 10 or more, more preferably 15 or more. On the other hand, the SiO 2 /Al 2 O 3 ratio is preferably 50 or less, more preferably 30 or less. A preferable SiO 2 /Al 2 O 3 ratio is 10 or more and 30 or less.
シリカに対するTEA+のモル比(以下、「TEA+/SiO2比」ともいう。)は0.1以上、更には0.2以上であることが好ましい。一方、TEA+/SiO2比は1.0以下、更には0.5以下であることが好ましい。 The molar ratio of TEA + to silica (hereinafter also referred to as "TEA + /SiO 2 ratio") is preferably 0.1 or more, and more preferably 0.2 or more. On the other hand, the TEA + /SiO 2 ratio is preferably 1.0 or less, more preferably 0.5 or less.
シリカに対する水酸化物イオンのモル比(以下、「OH/SiO2比」ともいう。)は1.0以下、更には0.6以下であることが好ましい。一方、水酸化物イオンが含まれるとき、OH/SiO2比が0.2以上、更には0.4以上であることが好ましい。 The molar ratio of hydroxide ions to silica (hereinafter also referred to as "OH/SiO 2 ratio") is preferably 1.0 or less, more preferably 0.6 or less. On the other hand, when hydroxide ions are included, the OH/SiO 2 ratio is preferably 0.2 or more, more preferably 0.4 or more.
シリカに対する水(H2O)のモル比(以下、「H2O/SiO2比」ともいう。)は100以下、更には50以下であれば、より効率良くゼオライトが結晶化する。適度な流動性の観点から、H2O/SiO2比は3.0以上、更には5.0以上であることが好ましい。 Zeolite crystallizes more efficiently when the molar ratio of water (H 2 O) to silica (hereinafter also referred to as "H 2 O/SiO 2 ratio") is 100 or less, further 50 or less. From the viewpoint of appropriate fluidity, the H 2 O/SiO 2 ratio is preferably 3.0 or more, more preferably 5.0 or more.
シリカに対するDMPy+のモル比(以下、「DMPy+/SiO2比」ともいう。)は0であることが好ましい。 The molar ratio of DMPy + to silica (hereinafter also referred to as "DMPy + /SiO 2 ratio") is preferably 0.
シリカに対するカリウムカチオンのモル比(以下、「K/SiO2比」ともいう。)は0以上0.02以下であることが好ましく、0以上0.01以下であることがより好ましい。 The molar ratio of potassium cations to silica (hereinafter also referred to as "K/SiO 2 ratio") is preferably 0 or more and 0.02 or less, more preferably 0 or more and 0.01 or less.
シリカに対するアルカリカチオンのモル比(以下、「M/SiO2比」ともいい、アルカリカチオンがナトリウムカチオン等である場合、それぞれ「Na/SiO2比」等ともいう。)は0以上0.02以下が好ましく、0以上0.01以下であることがより好ましい。 The molar ratio of alkali cation to silica (hereinafter also referred to as "M/SiO 2 ratio", and when the alkali cation is a sodium cation etc., also referred to as "Na/SiO 2 ratio", etc.) is 0 or more and 0.02 or less is preferable, and more preferably 0 or more and 0.01 or less.
前駆混合物における組成のモル比として好ましい範囲を以下に挙げることができる。 Preferred ranges for the molar ratio of the composition in the precursor mixture can be listed below.
10≦SiO2/Al2O3比≦30
0.1≦TEA+/SiO2比≦0.5
DMPy+/SiO2比=0
0≦K/SiO2比≦0.02
0≦Na/SiO2比≦0.02
0.2≦OH/SiO2比≦1
3≦H2O/SiO2比≦50
(原料組成物)
原料組成物は、前駆混合物と、DMPy+源、カリウムカチオン源及び水を混合して得られる組成物であり、該組成物は必要に応じて、前駆混合物、DMPy+源、カリウムカチオン源及び水に加え、シリカ源、アルミナ源、TEA+源及びアルカリ源からなる群の少なくとも1種を混合して得られる組成物であってもよい。しかしながら、原料組成物の調製においては、追加のシリカ源、アルミナ源及びTEA+源を、前駆混合物と混合しないことが好ましい。
10 ≦ SiO2 / Al2O3 ratio≦30
0.1≦TEA + / SiO2 ratio≦0.5
DMPy + /SiO 2 ratio = 0
0≦K/ SiO2 ratio≦0.02
0≦Na/ SiO2 ratio≦0.02
0.2≦OH/ SiO2 ratio≦1
3≦ H2O / SiO2 ratio≦50
(Raw material composition)
The raw material composition is a composition obtained by mixing a precursor mixture, a DMPy + source, a potassium cation source, and water; In addition, the composition may be obtained by mixing at least one of the group consisting of a silica source, an alumina source, a TEA + source, and an alkali source. However, it is preferred that additional silica, alumina and TEA + sources are not mixed with the precursor mixture in the preparation of the raw composition.
好ましいSiO2/Al2O3比及びTEA+/SiO2比は前駆混合物と同じ範囲である。 The preferred SiO2 / Al2O3 and TEA + / SiO2 ratios are in the same range as the precursor mixture.
DMPy+/SiO2比は0.1以上、更には0.2以上であることが好ましい。一方、DMPy+/SiO2比は1.0以下、更には0.6以下であることが好ましい。 The DMPy + /SiO 2 ratio is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more. On the other hand, the DMPy + /SiO 2 ratio is preferably 1.0 or less, more preferably 0.6 or less.
K/SiO2比は0.01以上、更には0.02以上であればよい。K/SiO2は0.2以下、更には0.1以下であることが好ましい。 The K/SiO 2 ratio may be at least 0.01, more preferably at least 0.02. K/SiO 2 is preferably 0.2 or less, more preferably 0.1 or less.
Na/SiO2比は、0.05以上であることが好ましい。Na/SiO2は0.5以下、更には0.3以下であることが好ましい。 The Na/SiO 2 ratio is preferably 0.05 or more. Na/SiO 2 is preferably 0.5 or less, more preferably 0.3 or less.
OH/SiO2比は1.0以下、更には0.6以下であることが好ましい。OH/SiO2比が1.0以下であることで、ゼオライトの収率が高くなりやすい。一方、原料組成物に水酸化物イオンが含まれるとき、OH/SiO2比が0.2以上、更には0.4以上であることが好ましい。 The OH/SiO 2 ratio is preferably 1.0 or less, more preferably 0.6 or less. When the OH/SiO 2 ratio is 1.0 or less, the yield of zeolite tends to be high. On the other hand, when the raw material composition contains hydroxide ions, the OH/SiO 2 ratio is preferably 0.2 or more, more preferably 0.4 or more.
H2O/SiO2比は100以下、更には50以下であれば、より効率良くゼオライトが結晶化する。適度な流動性を有する原料組成物とするため、H2O/SiO2比は3.0以上、更には5.0以上であることが好ましい。 When the H 2 O/SiO 2 ratio is 100 or less, more preferably 50 or less, zeolite crystallizes more efficiently. In order to obtain a raw material composition having appropriate fluidity, the H 2 O/SiO 2 ratio is preferably 3.0 or more, more preferably 5.0 or more.
原料組成物における組成のモル比として好ましい範囲を以下に挙げることができる。 Preferred ranges for the molar ratio of the composition in the raw material composition can be listed below.
10≦SiO2/Al2O3比≦30
0.1≦TEA+/SiO2比≦0.5
0.1≦DMPy+/SiO2比≦1.0
0.01≦K/SiO2比≦0.1
0≦Na/SiO2比≦0.5
0.2≦OH/SiO2比≦1
3≦H2O/SiO2比≦50
本開示の製造方法では結晶化工程を経ることでゼオライトが得られる。結晶化工程では、上記の原料組成物を水熱合成することにより、これを結晶化する。結晶化の方法としては、例えば、原料組成物を密閉容器に充填し、これを加熱することが挙げられる。
10 ≦ SiO2 / Al2O3 ratio≦30
0.1≦TEA + / SiO2 ratio≦0.5
0.1≦DMPy + /SiO 2 ratio≦1.0
0.01≦K/ SiO2 ratio≦0.1
0≦Na/ SiO2 ratio≦0.5
0.2≦OH/ SiO2 ratio≦1
3≦ H2O / SiO2 ratio≦50
In the production method of the present disclosure, zeolite is obtained through a crystallization step. In the crystallization step, the above raw material composition is hydrothermally synthesized to crystallize it. Examples of the crystallization method include filling a raw material composition into a closed container and heating the container.
結晶化工程において、原料組成物に種晶を混合してもよい。種晶を混合することで、ゼオライトの核発生が促進され、より短い時間で結晶化することができる。 In the crystallization step, seed crystals may be mixed into the raw material composition. By mixing seed crystals, nucleation of zeolite is promoted and crystallization can be achieved in a shorter time.
結晶化を促進する観点から、結晶化温度は100℃以上とすればよい。結晶化温度が高いほど結晶化が促進されるため、結晶化温度は130℃以上が好ましく、140℃以上がより好ましい。一方、原料組成物が結晶化すれば必要以上に結晶化温度を高くする必要はない。そのため、結晶化温度は200℃以下、更には170℃以下であることが好ましい。また、結晶化は原料組成物を攪拌した状態又は静置した状態のいずれの状態で行うことができる。 From the viewpoint of promoting crystallization, the crystallization temperature may be 100° C. or higher. Since crystallization is promoted as the crystallization temperature is higher, the crystallization temperature is preferably 130°C or higher, more preferably 140°C or higher. On the other hand, if the raw material composition is crystallized, there is no need to make the crystallization temperature higher than necessary. Therefore, the crystallization temperature is preferably 200°C or lower, more preferably 170°C or lower. Further, crystallization can be carried out either in a state where the raw material composition is stirred or in a state where it is left standing.
結晶化工程における結晶化の時間は、12時間以上100時間未満であることが好ましく、15時間以上80時間未満であることがより好ましい。 The crystallization time in the crystallization step is preferably 12 hours or more and less than 100 hours, more preferably 15 hours or more and less than 80 hours.
本開示のゼオライトを触媒や吸着剤とする場合、本開示の製造方法は洗浄工程、乾燥工程、焼成工程、イオン交換工程や金属含有工程などを含んでいてもよい。 When the zeolite of the present disclosure is used as a catalyst or adsorbent, the production method of the present disclosure may include a washing step, a drying step, a calcination step, an ion exchange step, a metal-containing step, and the like.
洗浄工程では、ゼオライトと液相とを固液分離し、不純物を除去する。固液分離は、公知の方法を使用することができる。固液分離後、固相として得られるゼオライトを純水で洗浄することができる。 In the washing step, the zeolite and the liquid phase are subjected to solid-liquid separation to remove impurities. A known method can be used for solid-liquid separation. After solid-liquid separation, the zeolite obtained as a solid phase can be washed with pure water.
乾燥工程はゼオライトの吸着水等の水分を除去する。乾燥工程の処理条件は任意であるが、ゼオライトを、大気中、50℃以上150℃以下、好ましくは60℃以上140℃以下で2時間以上処理することが例示できる。 The drying process removes moisture such as water adsorbed by zeolite. Although the treatment conditions for the drying step are arbitrary, an example is treating the zeolite in the air at 50°C or higher and 150°C or lower, preferably 60°C or higher and 140°C or lower for 2 hours or more.
焼成工程は、ゼオライトに含まれる有機物を燃焼除去する。焼成工程の処理条件は任意であるが、具体的な処理としては、ゼオライトを、大気中、500℃以上900℃以下、好ましくは550℃以上850℃以下で処理することが例示できる。 The calcination process burns and removes organic substances contained in the zeolite. Although the treatment conditions for the firing step are arbitrary, a specific example of the treatment is to treat the zeolite in the air at 500°C or more and 900°C or less, preferably 550°C or more and 850°C or less.
イオン交換工程では、ゼオライトを任意のカチオンタイプとする。例えば、金属イオンをアンモニウムイオン(NH4 +)や、プロトン(H+)等の非金属カチオンにイオン交換することが挙げられる。アンモニウムイオンへのイオン交換の具体的な処理としては、ゼオライトを塩化アンモニウム水溶液に混合して、攪拌することが挙げられる。また、プロトンへのイオン交換の具体的な処理としては、ゼオライトをアンモニアでイオン交換した後、これを焼成することが挙げられる。 In the ion exchange step, the zeolite can be of any cation type. For example, ion exchange of metal ions to non-metal cations such as ammonium ions (NH 4 + ) and protons (H + ) can be mentioned. A specific treatment for ion exchange into ammonium ions includes mixing zeolite with an aqueous ammonium chloride solution and stirring the mixture. Moreover, as a specific treatment for ion exchange into protons, zeolite is ion-exchanged with ammonia and then calcined.
金属含有工程では、金属とゼオライトとを接触させてゼオライトに金属を修飾することで、これを含有させる。含有させる金属としては特に制限はなく、銅(Cu)及び鉄(Fe)の少なくともいずれかであることが好ましい。 In the metal-containing step, the metal is brought into contact with the zeolite to modify the zeolite with the metal, thereby incorporating the metal. The metal to be included is not particularly limited, and is preferably at least one of copper (Cu) and iron (Fe).
本開示のゼオライトに銅(Cu)及び鉄(Fe)の少なくともいずれかを含有させる場合、銅及び鉄の少なくともいずれかを含む化合物(以下、「銅化合物等」ともいう。)を用いることが好ましく、銅及び鉄の少なくともいずれかを含む無機酸塩、更には銅及び鉄の少なくともいずれかを含む硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩及び塩化物からなる群の少なくとも1種を用いることがより好ましい。 When the zeolite of the present disclosure contains at least one of copper (Cu) and iron (Fe), it is preferable to use a compound containing at least one of copper and iron (hereinafter also referred to as "copper compound etc."). It is more preferable to use at least one member of the group consisting of inorganic acid salts containing at least one of copper and iron, and sulfates, nitrates, acetates, and chlorides containing at least one of copper and iron.
金属含有工程は、ゼオライトのイオン交換サイト及び細孔の少なくともいずれかに金属が含有又は修飾される方法であればよい。具体的な方法として、イオン交換法、蒸発乾固法及び含浸担持法からなる群の少なくとも1種を挙げることができ、含浸担持法、更には遷移金属化合物を含む水溶液とゼオライトとを混合する方法であることが好ましい。 The metal-containing step may be any method as long as a metal is contained or modified in at least one of the ion exchange sites and pores of the zeolite. Specific methods include at least one of the group consisting of an ion exchange method, an evaporation drying method, and an impregnating support method, and furthermore, a method of mixing an aqueous solution containing a transition metal compound and zeolite. It is preferable that
金属含有工程の後、洗浄工程、乾燥工程、又は活性化工程の少なくともいずれか1以上の工程を含んでいてもよい。 After the metal-containing step, at least one of a washing step, a drying step, and an activation step may be included.
金属含有工程後の洗浄工程は、不純物等が除去されれば、任意の洗浄方法を用いることができる。例えば、ゼオライトを十分量の純水で洗浄することが挙げられる。 In the cleaning step after the metal-containing step, any cleaning method can be used as long as impurities and the like are removed. For example, zeolite may be washed with a sufficient amount of pure water.
金属含有工程後の乾燥工程は水分を除去すればよく、大気中で、100℃以上200℃以下、好ましくは110℃以上190℃以下で処理することが例示できる。 In the drying step after the metal-containing step, moisture may be removed, and an example of this is treatment in the air at a temperature of 100° C. or higher and 200° C. or lower, preferably 110° C. or higher and 190° C. or lower.
金属含有工程後の活性化工程は有機物を除去する。金属含有ゼオライトを、大気中、200℃を超え、600℃以下で処理することが例示でき、大気中、300℃を超え、600℃以下で処理することが好ましい。 An activation step after the metal-containing step removes organic matter. For example, the metal-containing zeolite may be treated in the air at a temperature of more than 200°C and no more than 600°C, and it is preferably treated in the air at a temperature of more than 300°C and no more than 600°C.
本開示のゼオライトは触媒として用いることができ、例えば、アルコールやケトンからの低級オレフィン製造用触媒、クラッキング触媒、脱ろう触媒、異性化触媒、及び排気ガスからの窒素酸化物還元触媒として使用することできる。特に、窒素酸化物還元触媒として使用することが好ましい。 The zeolite of the present disclosure can be used as a catalyst, for example, as a catalyst for the production of lower olefins from alcohols or ketones, a cracking catalyst, a dewaxing catalyst, an isomerization catalyst, and a catalyst for reducing nitrogen oxides from exhaust gas. can. In particular, it is preferable to use it as a nitrogen oxide reduction catalyst.
本開示のゼオライトは、窒素酸化物の還元方法において、好適に使用することができる。 The zeolite of the present disclosure can be suitably used in a method for reducing nitrogen oxides.
以下、実施例を挙げて本開示を説明する。しかしながら、本開示はこれら実施例に限定されるものではない。なお、「比」は特に断らない限り、「モル比」である。 Hereinafter, the present disclosure will be described with reference to Examples. However, the present disclosure is not limited to these examples. Note that the "ratio" is a "molar ratio" unless otherwise specified.
(結晶構造の同定)
一般的なX線回折装置(装置名:UltimaIV、リガク社製)を使用し、試料のXRD測定をした。線源にはCuKα線(λ=1.5405Å)を用い、測定範囲は2θとして3°から43°の範囲で測定した。得られた回折プロファイルをPseudo voigt関数でピーク分離し、それぞれのピークの角度、格子面間隔(以下「d」ともいう。)、ピーク高さ、FWHMを求めた。
(Identification of crystal structure)
The sample was subjected to XRD measurement using a general X-ray diffraction device (device name: Ultima IV, manufactured by Rigaku Corporation). A CuKα ray (λ=1.5405 Å) was used as a radiation source, and the measurement range was 2θ from 3° to 43°. The obtained diffraction profile was peak-separated using a pseudo voigt function, and the angle, lattice spacing (hereinafter also referred to as "d"), peak height, and FWHM of each peak were determined.
得られたXRDパターンのXRDピーク群をDIFFaXパターンと比較することによって、LEV比率、ERI/OFF比を求めた。ここで、比較に用いたDIFFaXパターンは図1~図3で示したシミュレーションパターンであり、LEV構造、ERI構造及びOFF構造の合計に対する各構造の体積割合は0~100%として作成した。 The LEV ratio and ERI/OFF ratio were determined by comparing the XRD peak group of the obtained XRD pattern with the DIFFaX pattern. Here, the DIFFaX pattern used for comparison is the simulation pattern shown in FIGS. 1 to 3, and was created with the volume ratio of each structure to the total of the LEV structure, ERI structure, and OFF structure from 0 to 100%.
(組成分析)
フッ酸と硝酸の混合水溶液に試料を溶解して試料溶液を調製した。一般的なICP装置(装置名:OPTIMA5300DV、PerkinElmer社製)を使用して、該試料溶液を誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP-AES)で測定した。得られたSi、Alの測定値から、試料のSiO2/Al2O3比を求めた。
(composition analysis)
A sample solution was prepared by dissolving the sample in a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and nitric acid. The sample solution was measured by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES) using a general ICP device (device name: OPTIMA5300DV, manufactured by PerkinElmer). The SiO 2 /Al 2 O 3 ratio of the sample was determined from the obtained measured values of Si and Al.
(比表面積の測定)
試料の比表面積は、窒素吸着測定により算出した。窒素吸着測定には一般的な窒素吸着装置(装置名:BelsorpMax、マイクロトラックベル株式会社製)を用いた。試料を真空下350℃で2時間前処理し、液体窒素温度で窒素ガスを吸着させた。値の算出にはBET法を用いた。
(Measurement of specific surface area)
The specific surface area of the sample was calculated by nitrogen adsorption measurement. A general nitrogen adsorption device (device name: BelsorpMax, manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd.) was used for nitrogen adsorption measurement. The sample was pretreated under vacuum at 350° C. for 2 hours to adsorb nitrogen gas at liquid nitrogen temperature. The BET method was used to calculate the value.
実施例1(ゼオライトの作製)
FAU型アルミノシリケート(SiO2/Al2O3比=20)及びTEAOH水溶液を混合して、以下の組成の前駆混合物を得た。
Example 1 (Preparation of zeolite)
FAU type aluminosilicate (SiO 2 /Al 2 O 3 ratio = 20) and TEAOH aqueous solution were mixed to obtain a precursor mixture having the following composition.
SiO2/Al2O3比=20
TEA+/SiO2比=0.4
DMPy+/SiO2比=0
K/SiO2比=0
Na/SiO2比=0
OH/SiO2比=0.4
H2O/SiO2比=6.5
得られた前駆混合物を密閉容器内に充填し、この容器を100rpmで攪拌しながら90℃で12時間反応させた。密閉容器を冷却・開放し、純水、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及びDMPyCl水溶液を混合して、以下の組成を有する原料組成物を得た。
SiO 2 /Al 2 O 3 ratio = 20
TEA + /SiO 2 ratio = 0.4
DMPy + /SiO 2 ratio = 0
K/ SiO2 ratio = 0
Na/ SiO2 ratio=0
OH/ SiO2 ratio=0.4
H2O / SiO2 ratio = 6.5
The obtained precursor mixture was filled into a closed container, and the container was reacted at 90° C. for 12 hours while stirring at 100 rpm. The sealed container was cooled and opened, and pure water, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and DMPyCl aqueous solution were mixed to obtain a raw material composition having the following composition.
SiO2/Al2O3比=20
TEA+/SiO2比=0.4
DMPy+/SiO2比=0.2
K/SiO2比=0.05
Na/SiO2比=0.1
OH/SiO2比=0.55
H2O/SiO2比=20
また、原料組成物の主な組成を表5に示す。
SiO 2 /Al 2 O 3 ratio = 20
TEA + /SiO 2 ratio = 0.4
DMPy + /SiO 2 ratio = 0.2
K/ SiO2 ratio=0.05
Na/ SiO2 ratio=0.1
OH/ SiO2 ratio=0.55
H2O / SiO2 ratio = 20
Further, the main composition of the raw material composition is shown in Table 5.
得られた原料組成物を密閉容器内に充填し、この容器を100rpmで攪拌しながら150℃で72時間反応させた。結晶化後の原料組成物を固液分離し、純水で洗浄した後、110℃で乾燥させた。 The obtained raw material composition was filled into a closed container, and the container was reacted at 150° C. for 72 hours while stirring at 100 rpm. The raw material composition after crystallization was separated into solid and liquid, washed with pure water, and then dried at 110°C.
得られた乾燥粉を空気中、550℃、2時間焼成して本実施例のゼオライトを得た。本実施例のゼオライトのXRDパターンを表6に示す。なお、本実施例においては、2θ=23.6°のピークを基準ピークとしてピーク強度を算出した。 The obtained dry powder was calcined in air at 550°C for 2 hours to obtain the zeolite of this example. Table 6 shows the XRD pattern of the zeolite of this example. In this example, the peak intensity was calculated using the peak at 2θ=23.6° as the reference peak.
本実施例のゼオライトは、SiO2/Al2O3比が14、及び比表面積が526m2/gであった。 The zeolite of this example had a SiO 2 /Al 2 O 3 ratio of 14 and a specific surface area of 526 m 2 /g.
2θ=9.7°及び25.2°のXRDピークの存在から、本実施例のゼオライトはERI構造及びLEV構造が連続した領域が存在すると考えられる。一方、2θ=24.8°のXRDピーク等、その他のERI構造に由来するXRDピークが存在しないことから、ERI構造のみの結晶構造からなるゼオライトは含まれていないと考えられる。また、LEV構造及びERI構造のみの連晶からなるゼオライトのXRDパターンとも異なるため、本実施例のゼオライトは、LEV構造及びERI構造を有し、かつ他の結晶構造を有する連晶からなるゼオライトである。 From the presence of XRD peaks at 2θ=9.7° and 25.2°, it is considered that the zeolite of this example has a region where the ERI structure and LEV structure are continuous. On the other hand, since there are no other XRD peaks derived from the ERI structure, such as the XRD peak at 2θ=24.8°, it is considered that zeolite having a crystal structure of only the ERI structure is not included. In addition, since it is different from the XRD pattern of a zeolite consisting of intergrowth with only LEV structure and ERI structure, the zeolite of this example is a zeolite consisting of intergrowth with LEV structure and ERI structure and other crystal structures. be.
LEV(012)-ERI(101)ピークの2θからOFF構造の存在が確認できる。従って、本実施例のゼオライトは、LEV構造、ERI構造及びOFF構造を有する連晶からなるゼオライトである。 The presence of an OFF structure can be confirmed from the 2θ of the LEV (012) - ERI (101) peak. Therefore, the zeolite of this example is a zeolite consisting of intergrowth having LEV structure, ERI structure, and OFF structure.
2θ=20.75±0.7°の範囲で最も強いピーク強度(A)(ピーク強度:125(20.8°)と、2θ=22.25±0.7°の範囲で最も強いピーク強度(B)(ピーク強度:131(22.4°)の比(A/B)値は0.98であり、DIFFaXパターンにおける当該比(A/B)値との比較から、LEV比率は60~80%である。 The strongest peak intensity (A) in the range of 2θ = 20.75 ± 0.7° (peak intensity: 125 (20.8°) and the strongest peak intensity in the range of 2θ = 22.25 ± 0.7° The ratio (A/B) value of (B) (peak intensity: 131 (22.4°)) is 0.98, and from the comparison with the ratio (A/B) value in the DIFFaX pattern, the LEV ratio is 60~ It is 80%.
さらに、LEV(012)-ERI(101)ピークの2θは11.1°であり、ERI/OFF比<1である。 Furthermore, the 2θ of the LEV (012) -ERI (101) peak is 11.1°, and the ERI/OFF ratio is <1.
以上の事実から、本実施例のゼオライトはLEV構造、ERI構造及びOFF構造の連晶からなるゼオライトであり、ERI/OFF比<1である。 From the above facts, the zeolite of this example is a zeolite consisting of intergrowth of LEV structure, ERI structure, and OFF structure, and the ERI/OFF ratio is <1.
本実施例のゼオライトのSEM写真を図5に示した。 A SEM photograph of the zeolite of this example is shown in FIG.
比較例1
実施例1と同様な方法で前駆混合物を得た後に、原料組成物を以下の組成としたこと以外は、実施例1と同様の方法で本比較例のゼオライトを得た。
Comparative example 1
After obtaining a precursor mixture in the same manner as in Example 1, a zeolite of this comparative example was obtained in the same manner as in Example 1, except that the raw material composition was changed to the following composition.
SiO2/Al2O3比=20
TEA+/SiO2比=0.4
DMPy+/SiO2比=0.2
K/SiO2比=0
Na/SiO2比=0.1
OH/SiO2比=0.5
H2O/SiO2比=20
本比較例のゼオライトは*BEA構造のゼオライトとLEV構造のゼオライトの混合物であり、本開示のゼオライトとは異なる物質であった。原料組成物の主な組成を表5に合わせて示す。
SiO 2 /Al 2 O 3 ratio = 20
TEA + /SiO 2 ratio = 0.4
DMPy + /SiO 2 ratio = 0.2
K/ SiO2 ratio = 0
Na/ SiO2 ratio=0.1
OH/ SiO2 ratio=0.5
H2O / SiO2 ratio = 20
The zeolite of this comparative example was a mixture of a zeolite with a *BEA structure and a zeolite with an LEV structure, and was a different substance from the zeolite of the present disclosure. The main composition of the raw material composition is also shown in Table 5.
表5から、カリウムカチオンを含有することで本開示のゼオライトが得られることが確認できた。 From Table 5, it was confirmed that the zeolite of the present disclosure could be obtained by containing potassium cations.
比較例2
実施例1と同様な方法で前駆混合物を得た後に、原料組成物を以下の組成としたこと以外は、実施例1と同様の方法で本比較例のゼオライトを得た。
Comparative example 2
After obtaining a precursor mixture in the same manner as in Example 1, a zeolite of this comparative example was obtained in the same manner as in Example 1, except that the raw material composition was changed to the following composition.
SiO2/Al2O3比=20
TEA+/SiO2比=0.4
DMPy+/SiO2比=0
K/SiO2比=0.05
Na/SiO2比=0.1
OH/SiO2比=0.55
H2O/SiO2比=20
本比較例のゼオライトは*BEA構造からなるゼオライトであり、本開示のゼオライトとは異なる物質であった。原料組成物の主な組成を表5に合わせて示す。
SiO 2 /Al 2 O 3 ratio = 20
TEA + /SiO 2 ratio = 0.4
DMPy + /SiO 2 ratio = 0
K/ SiO2 ratio=0.05
Na/ SiO2 ratio=0.1
OH/ SiO2 ratio=0.55
H2O / SiO2 ratio = 20
The zeolite of this comparative example was a zeolite having a *BEA structure, and was a different substance from the zeolite of the present disclosure. The main composition of the raw material composition is also shown in Table 5.
表5から、DMPy+を含有することで本開示のゼオライトが得られることが確認できた。 From Table 5, it was confirmed that the zeolite of the present disclosure could be obtained by containing DMPy + .
実施例2(金属含有ゼオライトの作製)
実施例1のゼオライトを20重量%のNH4Cl水溶液に懸濁させ、固液分離及び温水洗浄することでカチオンタイプをNH4型にした。
Example 2 (Preparation of metal-containing zeolite)
The zeolite of Example 1 was suspended in a 20% by weight aqueous NH 4 Cl solution, and the cation type was changed to the NH 4 type by solid-liquid separation and washing with hot water.
得られたNH4型のゼオライトを1.1g秤量し、これに硝酸銅水溶液を添加して乳鉢で混合した。硝酸銅水溶液には硝酸銅3水和物127mgを純水0.5gに溶解して硝酸銅水溶液を調製したものを使用した。 1.1 g of the obtained NH 4 type zeolite was weighed, and an aqueous copper nitrate solution was added thereto and mixed in a mortar. The copper nitrate aqueous solution used was prepared by dissolving 127 mg of copper nitrate trihydrate in 0.5 g of pure water.
混合後の試料を110℃で一晩乾燥した後、空気中、550℃で1時間焼成することで銅をゼオライトに修飾させ、3質量%の銅を含有する銅含有連晶ゼオライトを得た。 After drying the mixed sample at 110° C. overnight, it was calcined in air at 550° C. for 1 hour to modify copper to zeolite, thereby obtaining a copper-containing intergrowth zeolite containing 3% by mass of copper.
参考例1
米国特許4544538号の記載に従い、SiO2/Al2O3比=25のCHA型ゼオライトを調製した。得られた乾燥粉を空気中、550℃、2時間焼成、実施例2と同様の方法で処理することによって、1.7質量%の銅を含有する銅含有CHA型ゼオライトを得た。
Reference example 1
A CHA type zeolite with a SiO 2 /Al 2 O 3 ratio of 25 was prepared according to the description in US Pat. No. 4,544,538. The obtained dry powder was calcined in air at 550° C. for 2 hours and treated in the same manner as in Example 2 to obtain a copper-containing CHA type zeolite containing 1.7% by mass of copper.
測定例1
実施例2で得られた銅含有連晶ゼオライト及び参考例1で得られた銅含有CHA型ゼオライトを窒素酸化物還元触媒とし、以下に示すアンモニアSCR方法により、窒素酸化物還元特性を評価した。
Measurement example 1
The copper-containing intergrowth zeolite obtained in Example 2 and the copper-containing CHA type zeolite obtained in Reference Example 1 were used as nitrogen oxide reduction catalysts, and the nitrogen oxide reduction properties were evaluated by the ammonia SCR method shown below.
(試料の前処理)
試料をプレス成形した後、凝集径12~20メッシュの凝集粒子とした。得られた凝集粒子体を1.5mL量りとり、これを反応管に充填した。
(Sample pretreatment)
After the sample was press-molded, it was made into aggregated particles with an aggregate diameter of 12 to 20 mesh. 1.5 mL of the obtained aggregated particles was measured and filled into a reaction tube.
(窒素酸化物還元特性の評価)
200℃、300℃、400℃及び500℃のいずれかの温度で、窒素酸化物を含む以下の組成からなる処理ガスを当該反応管に流通させた。処理ガスの流量は1.5L/分、及び空間速度(SV)は60,000h-1として測定を行った。
(Evaluation of nitrogen oxide reduction properties)
At a temperature of 200°C, 300°C, 400°C, or 500°C, a processing gas containing nitrogen oxide and having the following composition was passed through the reaction tube. The measurement was performed at a processing gas flow rate of 1.5 L/min and a space velocity (SV) of 60,000 h −1 .
<処理ガス組成>
NO :200ppm
NH3 :200ppm
O2 :10体積%
H2O :3体積%
残部 :N2
反応管に流通させた処理ガス中の窒素酸化物濃度(200ppm)に対する、触媒流通後の処理ガス中の窒素酸化物濃度(ppm)を求め、以下の式に従って、窒素酸化物還元率を求めた。
<Processing gas composition>
NO: 200ppm
NH3 : 200ppm
O2 : 10% by volume
H2O : 3% by volume
Remainder: N2
The nitrogen oxide concentration (ppm) in the treated gas after the catalyst flow was determined relative to the nitrogen oxide concentration (200 ppm) in the treated gas that was passed through the reaction tube, and the nitrogen oxide reduction rate was determined according to the following formula. .
窒素酸化物還元率(%)={1-(接触後の処理ガス中の窒素酸化物濃度/接触前の処理ガス中の窒素酸化物濃度)}×100
結果を表7に示す。
Nitrogen oxide reduction rate (%) = {1-(nitrogen oxide concentration in treated gas after contact/nitrogen oxide concentration in treated gas before contact)}×100
The results are shown in Table 7.
表7より、本開示の銅含有ゼオライトは、SCR触媒として実用されているCHA型ゼオライトと同等の窒素酸化物還元特性を有することが確認できた。 From Table 7, it was confirmed that the copper-containing zeolite of the present disclosure has nitrogen oxide reduction properties equivalent to those of the CHA type zeolite that is practically used as an SCR catalyst.
測定例2
実施例2で得られた銅含有連晶ゼオライトを窒素酸化物還元触媒とし、測定例1で示すアンモニアSCR方法と同様の条件で、水熱耐久処理後の窒素酸化物還元特性を評価した。水熱耐久処理条件を以下に示す。
Measurement example 2
Using the copper-containing intergrowth zeolite obtained in Example 2 as a nitrogen oxide reduction catalyst, the nitrogen oxide reduction properties after hydrothermal durability treatment were evaluated under the same conditions as in the ammonia SCR method shown in Measurement Example 1. The hydrothermal durability treatment conditions are shown below.
(水熱耐久処理条件)
処理温度 :900℃
処理時間 :1時間
処理雰囲気 :含水空気流通下(水10体積%、空気90体積%)
昇温速度 :20℃/分
昇温雰囲気 :室温から200℃までは空気流通下、
200℃超は含水空気流通下
水熱耐久処理後の200℃、300℃、400℃及び500℃における窒素酸化物還元率は、それぞれ48%、82%、65%及び48%であった。
(Hydrothermal durability treatment conditions)
Processing temperature: 900℃
Processing time: 1 hour Processing atmosphere: Under water-containing air flow (10% by volume of water, 90% by volume of air)
Heating rate: 20°C/min Heating atmosphere: From room temperature to 200°C under air circulation,
At temperatures above 200°C, the nitrogen oxide reduction rates at 200°C, 300°C, 400°C, and 500°C after the hydrothermal durability treatment were 48%, 82%, 65%, and 48%, respectively.
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