(57)【要約】【課題】排気ガス中に含まれる亜酸化窒素を効率的に、かつ、３００℃以下という低温域でも効果的に分解除去できる触媒を提供する。【解決手段】アルコキシドの加水分解により調製したアルミナに周期律表第ＶＩＩＩ族の元素から選ばれる少なくとも１種類の元素を担持することを特徴とする亜酸化窒素の分解触媒及びその触媒を用いた亜酸化窒素の分解方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコキシドの加水分解により調製したアルミナに周期律表第ＶＩＩＩ族の元素から選ばれる少なくとも１種類の元素を担持することを特徴とする亜酸化窒素分解触媒。
【請求項２】
アルコキシドの加水分解により調製したアルミナに周期律表第ＶＩＩＩ族の元素から選ばれる少なくとも１種類の元素を担持することを特徴とする亜酸化窒素分解触媒に更にランタンを添加してなる亜酸化窒素分解触媒。
【請求項３】
前記アルコキシドの加水分解により調製したアルミナの不純物量がケイ素として１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の亜酸化窒素分解触媒。
【請求項４】
前記アルコキシドの加水分解により調製したアルミナの不純物量がナトリウムとして５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の亜酸化窒素分解触媒。
【請求項５】
前記アルコキシドの加水分解により調製したアルミナの不純物量が鉄として１５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の亜酸化窒素分解触媒。
【請求項６】
前記アルコキシドの加水分解により調製したアルミナの不純物量がマグネシウムとして５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の亜酸化窒素分解触媒。
【請求項７】
前記アルコキシドの加水分解により調製したアルミナの不純物量が銅として５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の亜酸化窒素分解触媒。
【請求項８】
前記アルコキシドの加水分解により調製したアルミナの比表面積が８０ｍ２／ｇ以上で、３５０ｍ２／ｇ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の亜酸化窒素分解触媒。
【請求項９】
周期律表第ＶＩＩＩ族の元素がパラジウム、白金、ロジウム、イリジウム又はルテニウムであることを特徴とする請求項１又は２記載の亜酸化窒素分解触媒。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の亜酸化窒素分解触媒を使用する亜酸化窒素分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の分解用触媒及びその触媒を用いた亜酸化窒素の分解方法に関し、詳しくは、医療現場で使用される麻酔、アジピン酸や硝酸の製造プロセスを有する化学工場、農業、自動車、ゴミ焼却炉や下水汚泥焼却炉などの廃棄物処理設備などから排出される排気ガス中に含まれる亜酸化窒素を分解除去する際に用いる触媒及びその触媒を用いた亜酸化窒素の分解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加熱装置、燃焼炉、自動車等から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ：ＮＯ、ＮＯ２）は、人間の呼吸器官や神経系に障害を与えるばかりでなく、酸性雨や光化学スモッグの発生原因の主因となる大気汚染物質であるため、その排出については厳しく制限されている。これに対して、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）は大気の恒常成分であり、化学的には安定であるため、従来直接的な生態系への影響は少ないとされてきた。そのために、これまでは亜酸化窒素に対する法的な規制値がなく、未処理のままで排出されることもあった。しかしながら、最近になって亜酸化窒素がフロンと同様に成層圏のオゾン層破壊にかかわっており、またＣＯ２と同様に地球の温度上昇をもたらすことが指摘され、その対策について検討が始められるようになった。このような背景から、現在、亜酸化窒素の処理方法、すなわち、亜酸化窒素分解触媒への関心が高まっており、具体的にいくつかの亜酸化窒素分解触媒が提示されてきた。
【０００３】
例えば、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム又はルテニウム類を含むもの（特許文献１参照）と、ゼオライト系の担体に各種の遷移金属や貴金属を担持させたもの（特許文献２参照。）が挙げられる。
【０００４】
しかしながら、これらの触媒はいずれも活性を示す温度が高く、４００℃以上の温度を必要とし、２００℃から３００℃付近の温度域では、充分な性能が得られないという問題を有するものであった。なお、亜酸化窒素を分解するために、排ガスの温度を上昇させることは、温暖化を促進する炭酸ガスの排出重も同時に増加させることとなり、亜酸化窒素を分解する意義が少なくなってしまうので、４００℃以上の温度を必要とするこれら触媒には依然改良の余地があった。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５５−０３１４６３号公報
【特許文献２】特開平０５−２４５３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、排気ガス中に含まれる亜酸化窒素を効率的に、かつ、３００℃以下という低温域でも効果的に分解除去できる触媒を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意研究を行った結果、アルコキシドの加水分解により調製したアルミナに周期律表第ＶＩＩＩ族の元素を担持した触媒が、効果的に低温で亜酸化窒素を分解できることを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
本発明の第１観点は、アルコキシドの加水分解により調製したアルミナに周期律表第ＶＩＩＩ族の元素から選ばれる少なくとも１種類の元素を担持することを特徴とする亜酸化窒素分解触媒である。
【０００９】
その第１観点の好ましい態様は、以下に示される。
【００１０】
前記アルコキシドの加水分解により調製したアルミナの不純物量がケイ素として１００ｐｐｍ以下であること。
【００１１】
前記アルコキシドの加水分解により調製したアルミナの不純物量がナトリウムとして５０ｐｐｍ以下であること。
【００１２】
前記アルコキシドの加水分解により調製したアルミナの不純物量が鉄として１５０ｐｐｍ以下であること。
【００１３】
前記アルコキシドの加水分解により調製したアルミナの不純物量がマグネシウムとして５０ｐｐｍ以下であること。
【００１４】
前記アルコキシドの加水分解により調製したアルミナの不純物量が銅として５０ｐｐｍ以下であること。
【００１５】
前記アルコキシドの加水分解により調製したアルミナの比表面積が８０ｍ２／ｇ以上で、３５０ｍ２／ｇ以下であること。
【００１６】
前記アルコキシドの加水分解により調製したアルミナに周期律表第ＶＩＩＩ族の元素から選ばれる少なくとも１種類の元素を担持することを特徴とする亜酸化窒素分解触媒に更にランタンを添加したこと。
【００１７】
周期律表第ＶＩＩＩ族の元素がパラジウム、白金、ロジウム、イリジウム又はルテニウムであること。
【００１８】
そして、第２観点は、第１観点に記載の亜酸化窒素分解触媒及びその好まし態様に示された亜酸化窒素分解触媒を使用する亜酸化窒素分解方法である。
【発明の効果】
【００１９】
アルコキシドの加水分解により調製したアルミナに周期律表第ＶＩＩＩ族の元素から選ばれる少なくとも１種類の元素を担持することを特徴とする亜酸化窒素分解触媒を用いれば、前記の課題である排気ガス中に含まれる亜酸化窒素を効率的に、かつ、３００℃以下という低温域でも効果的に分解除去できる触媒を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
【００２１】
本発明は、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の分解用触媒に関し、詳しくは、医療現場で使用される麻酔、アジピン酸や硫酸の製造プロセスを有する化学工場、農業、自動車、ゴミ焼却炉や下水汚泥焼却炉などの廃棄物処理設備などから排出される排気ガス中に含まれる亜酸化窒素を分解除去する際に用いる触媒及びその触媒を用いた亜酸化窒素の分解方法に関する。
【００２２】
一般的に、これら排気ガスの亜酸化窒素の含有量は１００ｐｐｍから１０容積％、好ましくは、５００ｐｐｍから１容積％の範囲である。本発明の亜酸化窒素分解方法において触媒使用時の温度は２００から７００℃、好ましくは３００から５００℃の範囲であり、触媒使用時の圧力は常圧でも良いが、加圧下の方が、より効果的に亜駿化窒素を分解することができるが設備面及び運転面でのコスト高を鑑み、好ましい加圧条件は、例えば０．３乃至１．０ＭＰａの範囲である。
【００２３】
本発明で使用される触媒は、アルコキシドの加水分解により調製したアルミナに周期律表第ＶＩＩＩ族の元素から選ばれる少なくとも１種類の元素を担持したもの、及び該触媒に更にランタンを添加したものからなる。
【００２４】
本発明で使用される担体は、アルコキシドの加水分解により調製したアルミナであるが、これは不純物の量と比表面積によりその性能は大きく影響される。アルミナに含まれる不純物がシリカの場合、ケイ素として１００ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下であれば、その亜酸化窒素分解性能が最大限に発揮される。また、アルミナに含まれる不純物がナトリウムの場合、ナトリウムとして５０ｐｐｍ以下、好ましくは２０ｐｐｍ以下であれば、その亜酸化窒素分解性能が最大限に発揮される。また、アルミナに含まれる不純物が鉄の場合、鉄として１５０ｐｐｍ以下、好ましくは８０ｐｐｍ以下であれば、その亜酸化窒素分解性能が最大限に発揮される。また、アルミナに含まれる不純物がマグネシウムの場合、マグネシウムとして５０ｐｐｍ以下、好ましくは２０ｐｐｍ以下であれば、その亜酸化窒素分解性能が最大限に発揮される。また、アルミナに含まれる不純物が銅の場合、銅として５０ｐｐｍ以下、好ましくは２０ｐｐｍ以下であれば、その亜酸化窒素分解性能が最大限に発揮される。これらの不純物の量が上記値より高い場合、亜酸化窒素の分解性能が十分発揮されない。
【００２５】
本発明で使用される担体の比表面積は、８０ｍ２／ｇ以上で、かつ３５０ｍ２／ｇ以下、好ましくは、１００ｍ２／ｇ以上で、かつ２８０ｍ２／ｇ以下であれば、その亜酸化窒素分解性能が最大限に発揮される。比表面積が記載値より低くなると亜酸化窒素の分解性能が十分発揮されない。比表面積が記載値より高くなると粉体の場合では粉体の密度が非常に低くなり、しかも粉塵の発生が顕著でハンドリングが困難になる、また、成形体の場合では触媒密度の低下により容積当たりの活性性分量が低くなり、十分な性能を示さない恐れがある。
【００２６】
周期律表第ＶＩＩＩ族の元素から選ばれる少なくとも１種類の元素は、パラジウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウムなどが挙げられる。これらの元素について、特に制限はないが、原料としてこれら金属の塩化物、硝酸塩、ジニトロジアミン塩、酸化物などが使用可能である。添加量は、０．０１から１０重量％で、好ましくは、０．１から５重量％の範囲である。その範囲より下回る場合は、十分な性能を発揮できない可能性がある。また、使用する元素は、高価なものであり、添加量が１０重量％を上回る場合、経済的に有利ではない。また、触媒成分の凝集が起こり、性能が低下する恐れがある。
【００２７】
添加するランタンについて、特に制限はないが、原料としてランタンの塩化物、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、酸化物、水酸化物、炭酸塩、シュウ酸塩などが使用可能である。添加量は、０．１から１０重量％で、好ましくは、３から７重量％の範囲である。その範囲より下回る場合は、十分な性能を発揮できない可能性がある。また、添加量が１０重量％を上回る場合、活性成分である周期律表第ＶＩＩＩ族の元素を被覆してしまい、十分な活性を示さない恐れがある。なお、ランタンの添加方法は、周期律表第ＶＩＩＩ族の元素との混合水溶液を調製しこれを含浸担持する等の方法が挙げられる。
【００２８】
本発明の触媒の形状については特に制限はなく、粉体、顆粒、球状、押し出し成形体、タブレットなど利用状況に合わせて適宜変化させることができる。
【００２９】
本発明の触媒は、一般的な含浸法により調製することができる。アルミナ粉体に活性成分を含浸して、成形して使用することができる。また、既に、形状を有した（成型後の）アルミナに活性成分を含浸することも可能である。
【実施例】
【００３０】
（亜酸化窒素の分解試験）
顆粒状に成形し、１０から２２メッシュに分級した触媒０．５ｇを反応管に充填した。反応ガスとしてＮ２Ｏ：５，０００ｐｐｍ、Ｏ２；２容積％、Ｈｅバランスの混合ガスを使用した。これを、Ｗ／Ｆ＝０．３ｇ／（ｍＬ／ｓｅｃ）、常圧下で、所定の温度で流通させて、試験を行った。
【００３１】
反応は、触媒をヘリウム気流中５００℃で３０分間、前処理した後に行った。出口ガスの分析にはガスクロ（ＣＨＲＯＭＰＡＣＫ社製Ｍｉｃｒｏ−ＧＣ  ＣＰ２００２、使用カラム：Ｍｏｌケイ素ｅｖｅ−５Ａ及びＰｏｒａ  ＰＬＯＴ  Ｑ）を用いた。
【００３２】
（不純物分析）
不純物は、担体を濃硫酸と硝酸の混合溶液に溶解して、測定用の試料を調製し、島津製作所製ＩＣＰＳ−１０００ＩＶを用いて、分析した。
【００３３】
（比表面積の測定）
表面積は、Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製Ｆｌｏｗ  Ｓｏｒｂ  ＩＩ  ２３００を用いて、測定を行った。
【００３４】
（実施例１）
アルコキシド加水分解で合成した担体１（不純物量及び表面積は表２参照）にイリジウムが１重量％となるように塩化イリジウム（ＩＶ）水溶液を８０℃水浴中で含浸担持した。これを７００℃で３時間焼成して、触媒とした。
【００３５】
（実施例２）
イリジウムの含浸量を５重量％とする以外は、実施例１と同様にして、触媒を得た。
【００３６】
（実施例３）
イリジウムの含浸量を１０重量％とする以外は、実施例１と同様にして、触媒を得た。
【００３７】
（実施例４）
担体として担体２（不純物量及び表面積は表２参照）を用いた以外は、実施例１と同様にして、触媒を得た。
【００３８】
（実施例５）
触媒成分として塩化イリジウム（ＩＶ）にかえて塩化ロジウム（ＩＩＩ）とする以外は、実施例１と同様にして、触媒を得た。
【００３９】
（実施例６）
実施例４の担体に触媒成分としてイリジウムが１重量％、ランタンが５重量％となるように塩化イリジウム（ＩＶ）及び塩化ランタン混合水溶液を含浸担持した。これを７００℃で３時間焼成して、触媒とした。
【００４０】
（実施例７）
触媒成分としてイリジウムの含浸量を５重量％とする以外は、実施例６と同様にして、触媒を得た。
【００４１】
（比較例１）
担体として担体３（不純物量及び表面積は表２参照）を用いた以外は、実施例１と同様にして、触媒を得た。
【００４２】
（比較例２）
担体として担体４（不純物量及び表面積は表２参照）を用いた以外は、実施例１と同様にして、触媒を得た。
【００４３】
【表１】
2006142160.tif 000002
【００４４】
【表２】
2006142160.tif 000003