(57)【要約】【解決課題】  従来以上に高活性であり、低温で窒素化合物含有ガスを燃焼処理することができる触媒を提供すること。【解決手段】  本発明は、窒素化合物含有ガスを浄化処理するため触媒であって、金属酸化物からなる担体に、触媒金属として貴金属及びガリウムが担持されてなる窒素化合物含有ガス浄化用の触媒である。本発明において、ガリウムの担持量は、担体重量に対し０．５〜５重量％とすることが好ましい。本発明によれば、活性温度をより低くすることができ、低コストで、かつ、環境にも配慮しつつ窒素化合物含有ガスを燃焼処理することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素化合物含有ガスを浄化処理するための触媒であって、
金属酸化物からなる担体に、触媒金属として貴金属及びガリウムが担持されてなる窒素化合物含有ガス浄化用の触媒。
【請求項２】
ガリウムの担持量は、担体重量に対し０．５〜５重量％である請求項１記載の窒素化合物含有ガス浄化用の触媒。
【請求項３】
貴金属は、白金、パラジウム、ロジウムの少なくともいずれか１種であり、貴金属担持量は、担体重量に対し０．１〜１０重量％である請求項１又は請求項２記載の窒素化合物含有ガス浄化用の触媒。
【請求項４】
担体である金属酸化物は、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシアの少なくともいずれか１種からなる請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の窒素化合物含有ガス浄化用の触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア等の窒素化合物を含有するガスを浄化処理するための触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造におけるエッチング設備や洗浄設備、各種研究機関におけるドラフト設備からは、アンモニア等の窒素化合物を含む排ガスが排出される。この排ガスの窒素化合物を処理する方法としては、排ガスを触媒に通過させて燃焼処理する方法が一般に用いられる。窒素化合物含有ガスの浄化に適した触媒としては、例えば、触媒金属としてコバルトを用い、これにアンチモン及び／又はガリウムを組み合わせた触媒がある（特許文献１）。また、高活性の酸化触媒として知られている、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属が金属酸化物に担持された貴金属触媒も、窒素化合物の分解処理用途に適用可能であることが知られている。
【特許文献１】特開平９−２５３４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記触媒の内、前者のコバルト−アンチモン／ガリウム触媒は、５００℃以下の温度域で窒素化合物の分解活性が生じることを目標として開発されたものであり、処理対象ガスがかかる温度域にあることとが必要となるしかし、半導体製造工程、研究作業から排出される排ガスは比較的温度が低いために、電気ヒーター等により排ガス又は触媒を昇温させる必要があり、そのためのエネルギーコストが懸念される。
【０００４】
一方、貴金属触媒は、コバルト−アンチモン／ガリウム触媒と比べて活性温度が低く、２４０℃前後の温度で窒素化合物を分解することができる。しかしながら、この触媒により窒素化合物を分解する場合、２５０℃を超える温度で窒素化合物のＮＯｘへの転換率が高くなる。そのため、極めて厳密な温度制御が必要となるが、実際には２５０℃を超えるおそれが高く、環境への影響の問題がある。
【０００５】
以上の従来技術を鑑みるに、低コストで効率的に、かつ、環境にも配慮しつつ窒素化合物含有ガスを分解処理するためには、活性温度がより低い触媒の開発が望まれるところである。本発明は、このような従来以上に高活性で低温での燃焼が可能な触媒を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく触媒の構成要素である触媒金属について鋭意検討を行い、貴金属触媒を基本としてこれにガリウムを補助的に添加することにより活性温度を低温化することができることを見出し本発明に想到した。
【０００７】
即ち、本発明は、窒素化合物含有ガスを浄化処理するため触媒であって、金属酸化物からなる担体に、触媒金属として貴金属及びガリウムが担持されてなる窒素化合物含有ガス浄化用の触媒である。
【０００８】
本発明は、貴金属とガリウムとを組み合わせて担持した触媒であり、ガリウムを添加することにより、従来の貴金属触媒の活性温度を更に低温側にシフトさせるものである。この活性温度については、具体的には、活性温度を１８０〜１９０℃程度にまで低下させることができる。これにより処理対象ガス加熱のためのエネルギーコストを低減することができる。
【０００９】
そして、処理対象ガスの温度を低温化することにより、従来の貴金属触媒においてみられる２５０℃付近から生じるＮＯｘ転換率の上昇を懸念する必要もなくなり、環境面に配慮した処理が可能となる。
【００１０】
ここで、ガリウムの担持量は、担体に対し０．５〜５重量％とするのが好ましい。０．５重量％未満では、活性温度低下の効果がみられないからである。そして、０．５重量％を超えるとガリウム担持量の増加に伴い活性温度低下の効果が発揮され、活性温度が低下していく。但し、５．０重量％を超えても大きな活性の向上はみられないため、５重量％以下とすることが好ましい。また、ガリウム担持量のより好ましい範囲は、１．０〜４．０重量％である。
【００１１】
また、触媒金属である貴金属としては、白金、パラジウム、ロジウムの少なくともいずれか１種からなるものが好ましく、特に白金が好ましい。また、貴金属担持量は、担体に対し０．１〜１０重量％とするのが好ましい。かかる範囲でガリウムの活性温度の低減効果を有効に発揮させつつ、窒素化合物の分解効率にも優れた触媒となる。
【００１２】
担体である金属酸化物は、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシアが好ましい。担体は、これらの金属酸化物１種のみからなるもの、複数の金属酸化物を混合するもの、いずれも使用することができる。
【００１３】
本発明に係る燃焼触媒は簡易な方法で製造できる。基本的には、貴金属及びガリウムの塩（硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、酢酸塩）を溶解した水溶液（貴金属塩水溶液とガリウム塩水溶液とを混合したものを含む）に、担体となる金属酸化物を含浸させてその表面に金属塩を付着させた後、乾燥させことで触媒金属が担持された触媒とすることができる。このような手法は、通常の触媒の製造方法と同様である。尚、乾燥後必要に応じて熱処理しても良い。
【００１４】
また、本発明に係る触媒は、実際の使用に際し、適当な支持体（セラミックハニカム、メタルハニカム等の構造体）やフィルターに支持させるのが好ましい。この場合の本発明に係る触媒の製造工程としては、上記方法で製造した白金−ガリウム触媒をスラリー化し、これに支持体を浸漬して支持体表面に触媒層を形成させることで製造できる。また、まず支持体を、金属酸化物を含有するスラリーに浸漬して支持体表面に金属酸化物層（担体層）を形成し、これを貴金属塩／ガリウム塩混合水溶液に浸漬するか、貴金属塩水溶液とガリウム塩水溶液とに順次浸漬して金属酸化物層に金属塩を吸着させ、適宜に熱処理を施すことで触媒層を形成しても良い。
【００１５】
尚、本発明に係る触媒は、粉末状態のまま使用することもできる。この場合、粉末状態の触媒を容器に充填し、これに排ガスを通過させるようにして利用できる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明に係る窒素化合物浄化用の触媒は、従来の触媒よりも低温で活性を示す。本発明によれば、処理対象ガスを比較的低温としても処理が可能となり、エネルギーコストを低廉なものとしつつ環境に配慮した処理ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１８】
γ−アルミナ粉末１００ｇを水２００ｍＬに分散させてスラリー化し、このスラリーに、支持体としてセルサイズ３００ｃｐｓｉのメタルハニカム（直径５０ｍｍ、長さ５０ｍｍ）を浸漬、含浸させた。そして、この担体が支持されたハニカムを硝酸白金と硝酸ガリウムを含む水溶液に浸漬し、白金とガリウムを担持して白金−ガリウム触媒を製造した。本実施形態では、ハニカムを浸漬する硝酸白金と硝酸ガリウムとの混合水溶液の濃度を変化させることにより、担体であるアルミナ重量に対する白金担持量、ガリウム担持量を調整した。本実施形態では、以下の４種の触媒を製造した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
比較例１：本実施形態に対する比較として、従来の白金触媒を製造した。上記実施例と同様のアルミナスラリーに、同様のメタルハニカムを浸漬し、このハニカムを硝酸白金水溶液に浸漬し、白金を担持した。このときの白金の担持量は２重量％（アルミナ基準）とした。
【００２１】
比較例２、３：ここでは、ガリウムのみが担持された触媒を製造した。上記実施例と同様のアルミナスラリーに、同様のメタルハニカムを浸漬し、このハニカムを硝酸ガリウム水溶液に浸漬し、ガリウムを担持した。このときのガリウムの担持量は、硝酸ガリウム水溶液の濃度を変更させてアルミナ基準で０．５重量％（比較例２）、１．９重量％（比較例３）とした。
【００２２】
以上製造した、触媒を用いてアンモニア含有ガスの浄化試験を行なった。この試験では、触媒体に通過前にアンモニアを含有する試験ガスを電気ヒーターで加熱し、触媒入口温度を変化させ、触媒体の温度を測定することとした。試験条件は以下の通りである。
（試験ガス）
アンモニア：１５００ｐｐｍ
水素：１００００ｐｐｍ
水蒸気：２．９％
（処理条件）
空間速度（ＳＶ）：６００００ｈ−１
昇温速度：１０℃／ｍｉｎ
【００２３】
この試験結果を図１（実施例１〜４、比較例１）、図２に示す。何れの図に関しても、触媒入口温度が触媒の活性温度に対応し、触媒入口温度と触媒温度との差が触媒活性の発現に対応する（活性の発現によりアンモニアの分解反応が生じ、反応熱による触媒の加熱が生じていることを意味する）。図１から、ガリウム添加の有無に関し、ガリウムを全く添加していない従来の白金触媒（比較例１）では、２３０℃付近から触媒温度が上昇し始め、この温度からアンモニア分解反応が開始していることがわかる。そして、約２５０℃付近で反応がピークに達しており、活性温度が２５０℃付近にあることがわかる。これに対し、ガリウムを添加した実施例１〜４に係る触媒では、２３０℃以下の温度で触媒活性の発現が確認されている。そして、ガリウム添加濃度の増加に従い活性温度は低下し、実施例３、４では、触媒入口温度が１８０℃〜１９０℃であっても触媒活性が発現し、最大活性を示す温度も２００℃未満となることがわかる。
【００２４】
一方、図２で示すように、ガリウムのみを担持した触媒（比較例２、３）では、触媒入口温度を増加させても触媒温度に変化はない。即ち、これらガリウムのみを担持させた触媒では、アンモニア分解反応が生じていないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】アンモニア浄化試験の結果を示す図（実施例１〜４、比較例１）。
【図２】アンモニア浄化試験の結果を示す図（比較例２，３）。
【図１】
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【図２】
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