(57)【要約】【課題】    ＨＣガスやアンモニア等の還元剤の使用を必要とせず、窒素酸化物を除去するのに好適な材料、及びこのような材料から成る窒素酸化物除去装置を提供する。【解決手段】  周期律表の第８族元素、第９族元素及び第１０族元素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有し、周期律表の第１族元素、周期律表の第２族元素、周期律表の第１３族元素及び第１４族元素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有する複合化合物を、金属繊維表面に固定したものを窒素酸化物除去材とする。また、該窒素酸化物除去材と、この窒素酸化物除去材を１００℃以上に上昇させる温度上昇手段とから窒素酸化物除去装置を構成する。【選択図】  図２
2006055793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期律表の第８族元素、第９族元素及び第１０族元素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有し、
周期律表の第１族元素、周期律表の第２族元素、周期律表の第１３族元素及び第１４族元素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有する複合化合物を、
金属繊維表面に固定したことを特徴とする、
窒素酸化物除去材。
【請求項２】
周期律表の第８族元素、第９族元素及び第１０族元素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と、
周期律表の第１族元素の少なくとも１種の元素と、周期律表の第２族元素の少なくとも１種の元素と、周期律表の第１３族元素の少なくとも１種と、第１４族元素の少なくとも１種の元素を含有する複合化合物を、
金属繊維表面に固定したことを特徴とする、
請求項１に記載の窒素酸化物除去材。
【請求項３】
周期律表の第８族元素、第９族元素及び第１０族元素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有する化合物の微粉末を、
周期律表の第１族元素の少なくとも１種の元素と、周期律表の第２族元素の少なくとも１種の元素と、周期律表の第１３族元素の少なくとも１種と、第１４族元素の少なくとも１種の元素を含有するバインダーに湿式混合して、スラリーを調製し、
該スラリーを金属繊維表面に被覆し、
更に前記金属繊維を乾燥し、次いで空気中３００℃〜９００℃の範囲内で焼成することにより得られたことを特徴とする、
請求項１又は２に記載の窒素酸化物除去材。
【請求項４】
前記複合化合物が、粉末Ｘ線回折における格子面間隔（ｄ値）として、（１）４．７２〜５．２８Å、（２）３．３９〜３．６６Å、（３）３．１９〜３．４３Å、（４）３．０３〜３．２４Å，（５）２．７９〜２．９７Å，（６）２．４６〜２．６０Å、（７）２．１８〜２．２８Å、（８）１．９９〜２．０８Å、（９）１．８５〜１．９２Å、（１０）１．６６〜１．７１Å、（１１）１．５６〜１．６１Å，（１２）１．４９〜１．５３Å、（１３）１．４３〜１．４６Å，（１４）１．２８〜１．３１Åの少なくともいずれかに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除去材。
【請求項５】
前記の金属繊維が、ステンレス合金からなることを特徴とする、
請求項１〜３いずれかに記載の窒素酸化物除去材。
【請求項６】
請求項１〜４にいずれか記載の窒素酸化物除去材をバルク形状、ハニカム形状、フェルト状或いは粉末状に成形してなることを特徴とする、窒素酸化物除去材。
【請求項７】
請求項１〜５にいずれか記載の窒素酸化物除去材と、
該窒素酸化物除去材を１００℃以上に上昇させる温度上昇手段とからなる、
窒素酸化物除去装置。
【請求項８】
請求項６において、
上記窒素酸化物除去装置に導入する燃焼排気ガスの温度を３００〜９００℃に制御する手段を設けたことを特徴とする、
窒素酸化物除去装置。
【請求項９】
請求項６又は７において、
上記窒素酸化物除去装置に導入する燃焼排気ガスに含有される酸素の濃度を低減する手段を前記の窒素酸化物除去材の上流側に設けたことを特徴とする、
窒素酸化物除去装置。
【請求項１０】
請求項８において、
前記の燃焼排気ガスに含有される酸素の濃度を低減する手段として、チタン微粒子を固定した燃焼排気ガス通路を設けたことを特徴とする、
窒素酸化物除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車エンジン、工業プラントなどの内燃機関から排出されるガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する材料及び装置に関するものであり、より詳しくは、アンモニア等の還元剤を使用せずに前記排気ガス中のＮＯｘを除去する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を駆動源として持つ自動車、船舶、或いは、物質を燃焼させて高温の環境となる、溶鉱炉、焼却炉、火力発電所、原油精製施設等から排出される燃焼後の排気ガスには、空気中であれば量の多少にかかわらず、必ず窒素酸化物(ＮＯｘ)が生成される。
【０００３】
ＮＯｘの排出量を低減させる方法は大きく分けて、（１）排ガス中に生成したＮＯｘを除去する方法、（２）燃焼技術の改善によるＮＯｘ生成の抑制、の二種類がある。（１）については、乾式法と湿式法がある。乾式法はＮＯｘを還元し、無害化する方法であり、湿式法はＮＯｘを主に液体中に吸収させ、副産物の硝酸塩にすることで、無害化する方法である。湿式法は、ボイラーや加熱炉におけるＮＯｘ除去で主に研究が進んできた。一方の乾式法は、副産物が出ない、移動発生源や小型発生源に有効であるという理由から、例えば自動車の排ガス中のＮＯｘ処理に関して研究されてきた。
【０００４】
その乾式法では、特に接触還元法とよばれる方法が知られている。これは、ＮＯあるいは、ＮＯ2を含むガスにメタン、一酸化炭素、アンモニアなどの還元ガスを加え、触媒作用によってＮＯ2をＮＯに、そしてＮＯを無害なＮ2に還元する方法である。この接触還元法には、選択還元法と非選択還元法の２つがある。例えば、ＮＯｘを含むガスに還元剤であるアンモニアを加え、２００〜３００℃で、Ｐｔ触媒に作用させると、 ガス中のＮＯｘは選択的に還元されて、Ｎ2となる。その例として、火力発電所の大型ボイラーなどの排ガスについてはＶ２Ｏ５＋ＴｉＯ２などの酸化物系触媒によるアンモニア選択還元法（ＳＣＲ法）が実用化されている。
【０００５】
このような状況の中で、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンからの排出ガス中の窒素酸化物を、貴金属触媒を用いて無害化する研究が精力的に行われてきた。例えば窒素酸化物の抑制については、ガソリンエンジンを有する自動車の排ガス処理のために開発された３元触媒と呼ばれる触媒を用いて、排ガス中の未燃焼の炭化水素や一酸化炭素を還元剤として、エンジン内の高温燃焼により空気中の窒素と酸素から生成した窒素酸化物ＮＯｘを窒素まで還元する技術が広く使用されている。３元触媒とは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈなどの貴金属をアルミナ表面上に超微粒子状に分散担持したものを、耐熱セラミックス等に取り付けた触媒である。尚、３元とは、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を同時に除去することを意味する。三元触媒を使用する場合、酸素過剰だと触媒効果が著しく抑制され、ＮＯｘを還元することが困難となる。
【０００６】
しかしながら上述のこれら接触還元法では、還元剤とＰｔなどの触媒の両方が常に存在しないとＮＯｘを効果的に無害化できないことになる。また、高効率燃焼方式である希薄燃焼の排気ガス（ガスタービン、ディーゼルエンジン、希薄燃焼ガソリンエンジンの排ガス）には多量の酸素が含まれるため非選択的還元法である３元触媒法は適用不可能である。
【０００７】
特開２００１−７３７４５号公報には、酸素を過剰に含むリーンバーン排ガス中の窒素酸化物を高効率で浄化するための触媒を用いて成る排気ガス浄化システムが開示されている。当該排気ガス浄化システムは、還元剤によりＮＯｘを還元処理するＮＯｘ浄化触媒と、理論空燃比近傍及び酸素過剰雰囲気下で炭化水素類（ＨＣ）の濃度が低減した低ＨＣ還元ガスを生成する排気ガス組成調整手段と、を内燃機関又は燃焼装置の排気ガス通路に設置して成り、上記ＮＯｘ浄化触媒の排気ガス通路上流側に、上記排気ガス組成調整手段を配置して成るものである。しかし、上記の特許公報に開示された発明であっても、還元剤として低ＨＣ還元ガスを必須としている点において、従来の接触還元法と変わりない。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−７３７４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ＨＣガスやアンモニア等の還元剤の使用を必要とせず、窒素酸化物を除去するのに好適な材料、及びこのような材料から成る窒素酸化物除去装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、周期律表の第８族元素、第９族元素及び第１０族元素よりなる群（以下、「第８族元素等」という。）から選ばれる少なくとも１種の元素を含有し、周期律表の第１族元素、周期律表の第２族元素、周期律表の第１３族元素及び第１４族元素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有する複合化合物を、金属繊維表面に固定したことを特徴とする、窒素酸化物除去材である。
【００１１】
また、本発明は、第８族元素等から選ばれる少なくとも１種の元素と、周期律表の第１族元素の少なくとも１種の元素と、周期律表の第２族元素の少なくとも１種の元素と、周期律表の第１３族元素の少なくとも１種と、第１４族元素の少なくとも１種の元素を含有する複合化合物を、金属繊維表面に固定したことを特徴とする、窒素酸化物除去材である。
【００１２】
また、本発明は、上記の窒素酸化物除去材と、該窒素酸化物除去材を１００℃以上に上昇させる温度上昇手段とからなることを特徴とする、窒素酸化物除去装置である。
【００１３】
また、本発明は、上記の窒素酸化物除去装置に導入する燃焼排気ガスに含有される酸素濃度を低減する手段を前記の窒素酸化物除去材の上流側に設けたことを特徴とする、窒素酸化物除去装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の窒素酸化物除去材及び当該窒素酸化物除去材を用いた窒素酸化物除去装置は、ＨＣガスやアンモニア等の還元剤を使用しないで窒素酸化物を十分に除去できるので、還元剤を導入するための設備が不要であり、低コストで優れた除去性能を長時間維持することができる。
【００１５】
更には、本発明の窒素酸化物除去装置は、その窒素酸化物除去材を１００℃以上に上昇させる温度上昇手段を有するので、窒素酸化物除去効果が低下した場合であっても、窒素酸化物除去材を加熱することにより、窒素酸化物除去機能を回復することができる。
【００１６】
また更に、本発明の窒素酸化物除去装置は、上記の窒素酸化物除去装置に導入する燃焼排気ガスに含有される酸素濃度を低減する手段を前記の窒素酸化物除去材の上流側に設けたので、過剰の酸素を含む排気ガスであっても、そのガスに含まれる窒素酸化物の除去及び無公害化に極めて有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
上記したように、本発明の窒素酸化物除去材は、第８族元素等から選ばれる少なくとも１種の元素を含有し、周期律表の第１族元素、周期律表の第２族元素、周期律表の第１３族元素及び第１４族元素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有する複合化合物を、金属繊維表面に固定してなるものである。本発明において使用する第８族元素として、ルテニウム（Ｒｕ）、鉄（Ｆｅ）が挙げられる。また、第９族元素として、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）が挙げられる。また、第１０族元素として、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）が挙げられる。金属繊維表面に固定される複合酸化物としては、これらの元素を少なくとも１種以上含有させたものを使用するのが好ましい。本発明において、上記の元素の全含有量は、金属繊維表面に固定される複合酸化物の０．１〜５０重量％の範囲とするのが好ましい。
【００１８】
本発明において使用する周期律表の第１族元素としては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）が挙げられる。金属繊維表面に固定される複合酸化物には、これらの第１族元素を少なくとも１種以上含有させることが好ましい。また、本発明において、上記の第１族元素の全含有量は、金属繊維表面に固定される複合酸化物の０．１〜３０重量％の範囲とするのが好ましい。
【００１９】
本発明において使用する周期律表の第２族元素としては、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）が挙げられる。これらの第２族元素を少なくとも１種以上含有させることが好ましい。また、本発明において、上記の第２族元素の全含有量は、金属繊維表面に固定される複合酸化物の０．１〜３０重量％の範囲が好ましい。
【００２０】
本発明において使用する周期律表の第１３族元素としては、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）が挙げられる。金属繊維表面に固定される複合酸化物には、これらの第１３族元素を少なくとも１種以上含有させる。また、本発明において、上記の第１３族元素の全含有量は、金属繊維表面に固定される複合酸化物の０．１〜３０重量％の範囲とするのが好ましい。
【００２１】
本発明において使用する周期律表の第１４族元素としては、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）が挙げられる。金属繊維表面に固定される複合酸化物には、これらの第１４族元素を少なくとも１種以上含有させる。また、本発明において、上記の第１４族元素の全含有量は、金属繊維表面に固定される複合酸化物の０．１〜３０重量％の範囲とするのが好ましい。
【００２２】
このように、本発明の窒素酸化物除去材において、必須構成物質である複合化合物は、第８族元素等から選ばれる少なくとも１種の元素と、周期律表の第１族元素の少なくとも１種の元素と、周期律表の第２族元素の少なくとも１種の元素と、周期律表の第１３族元素の少なくとも１種と、第１４族元素の少なくとも１種の元素を含有するものが好ましく、これらの元素の含有量が上記組成の範囲内になるように、上記の複合酸化物は調製されるものがより好ましい。
【００２３】
本発明の窒素酸化物除去材を構成する複合化合物は、各種の方法で製造することができる。例えば、当該複合化合物は、第８族元素等の元素、第１族元素、第２族元素、第１３族元素、および第１４族元素のそれぞれについて、酸化物、硝酸塩、硫酸塩又は炭酸塩を準備し、目的となる複合化合物において各元素の含有量が上記の範囲内になるように、スラリー又は溶液を調製する。当該調製されたスラリー又は溶液は、乾燥の後、３００℃〜９００℃の大気雰囲気中で早くて１分、長くても６時間にわたって焼成することにより、上記の複合化合物を得ることができる。
【００２４】
次いで、得られた複合化合物を、ジェット粉砕器やミリング等を用いて微粉砕し、その平均粒径が、使用する金属繊維の単繊維の直径以下であり且つ２０μｍ以下になるように微粉砕する。こうして得られた複合化合物の微粉体を水等の溶媒に分散してスラリーを調製する。或いは、複合化合物の微粉体を、必要に応じてバインダーを加えて適度な粘度になるように水等の溶媒と混合し、スラリーを調製する。尚、上記バインダーとしてはシリカゾル又はアルミナゾルが好ましく用いられる。このように調製されたスラリーを金属繊維に被覆し、その後、該金属繊維を乾燥し、焼成することにより、本発明の窒素酸化物除去材が製造される。
【００２５】
上記複合化合物は、使用する金属繊維の単繊維の直径が２０μｍよりも大きい場合、その微粉体の平均粒径が２０μｍ以下になるように粉砕するのが好ましい。複合化合物の微粉体のスラリーを調製する際、この微粉体の平均粒径が２０μｍ以下であればスラリー中における分散性は良好であり、均一なスラリーを調製することができる。また、該微粉体は金属繊維表面に安定的に固定することができる。他方、複合化合物の微粉体の平均粒径が２０μｍよりも大きいと、スラリー中における微粉体の分散性は不均一であって、金属繊維表面から剥がれ落ちやすくなり、本発明の目的を発揮できないおそれがある。
【００２６】
また、複合化合物の微粉体の上記のスラリーを調製する際、当該スラリーにおける該微粉体の濃度は、３０重量％〜７０重量％の範囲内となるように調製するのが好ましい。当該スラリーを金属繊維に被覆する方法は、このスラリー中に金属繊維を浸漬し、引き上げ、乾燥する方法、或いは、当該スラリーを金属繊維に直接塗布する方法、或いは当該スラリーを金属繊維に直接吹き付ける方法があり、いずれの方法も単独で行ってもよいし、異なる方法を組み合わせて行ってもよい。また、当該金属繊維表面が複合化合物の微粉体により被覆される部分は、当該金属繊維表面全体であっても、その一部であっても良いが、複合化合物の微粉体が金属繊維表面上に均一に被覆されるのが好ましい。
【００２７】
この複合化合物の含有量は、本発明の窒素酸化物除去材において、０．１〜５０重量％の範囲とすることが好ましい。０．１重量％より少ないと、本発明の本来の効果を十分発揮せず、５０ｗｔ％より多く使用しても効果は上がらず有効ではない。
【００２８】
また、本発明の窒素酸化物除去材は、上記以外に、請求項３に記載の製造方法により製造することができる。すなわち、第８族元素等の元素を含有する化合物の微粉末を、周期律表の第１族元素の少なくとも１種の元素と、周期律表の第２族元素の少なくとも１種の元素と、周期律表の第１３族元素の少なくとも１種と、第１４族元素の少なくとも１種の元素を含有するバインダーに湿式混合して、スラリーを調製し、該スラリーを金属繊維表面に被覆し、更に前記金属繊維を乾燥し、次いで空気中３００℃〜９００℃の範囲内で焼成することにより、本発明の窒素酸化物除去材を得ることができる。
【００２９】
上記の製造方法において使用されるバインダーは、例えば、市販のシリカゾル又はアルミナゾルに、アルカリ金属元素と、アルカリ土類金属元素と、３Ｂ族元素と、４Ｂ族元素のそれぞれについて酸化物、硝酸塩、硫酸塩又は炭酸塩を準備し、目的となる複合化合物において各元素の含有量が上記の範囲内になるように、これらの出発物質の配合量を適宜調整して得られる。
【００３０】
なお、本発明の窒素酸化物除去材を構成する複合化合物としては、粉末Ｘ線回折における格子面間隔（ｄ値）として、（１）４．７２〜５．２８Å、（２）３．３９〜３．６６Å、（３）３．１９〜３．４３Å、（４）３．０３〜３．２４Å，（５）２．７９〜２．９７Å，（６）２．４６〜２．６０Å、（７）２．１８〜２．２８Å、（８）１．９９〜２．０８Å、（９）１．８５〜１．９２Å、（１０）１．６６〜１．７１Å、（１１）１．５６〜１．６１Å，（１２）１．４９〜１．５３Å、（１３）１．４３〜１．４６Å，（１４）１．２８〜１．３１Åの少なくともいずれかにある構造を有するように調製されたものが、特に好ましく使用される。
【００３１】
複合化合物が固定される金属繊維としては、ステンレス繊維が好ましい。特に好ましく使用されるステンレス繊維としては、鉄を５０重量％以上含有するとともに、ニッケル、クロム、炭素、シリコン、マンガン、燐、硫黄、モリブデン、アルミニウム、窒素、セレン、銅、チタン、ニオブ、ジルコニウムから成る金属群より選ばれた少なくとも１種の金属を含有する金属繊維である。
【００３２】
本発明の窒素酸化物除去材は、そのままでも使用できるが、市販のバインダーを用いて又はバインダー無しで、球形や円柱形、或いは多角柱等の一定のバルク形状、ペレット、ハニカム形状、フェルト状に成形して使用することもできる。或いは、本発明の窒素酸化物除去材を一旦粉砕して粉末状にした後、常法を用いて一定の形状に成形するか又は支持構造体上に被覆する。尚、支持構造体として、コージェライト、チタニア、ジルコニア、ゼオライト、アルミナ等のセラミックス製の担体基材やステンレス等の金属製の担体基材が例示される。
【００３３】
次に、本発明の窒素酸化物除去装置の実施態様について説明する。この浄化装置は、本発明の酸化物浄化材と、この窒素酸化物除去材を１００℃以上に上昇させる温度上昇手段とから構成される。長時間の連続浄化によって、窒素酸化物除去材の機能が低下した場合であっても、当該温度上昇手段で窒素酸化物除去材を加熱することにより、窒素酸化物除去材の当該機能を回復することができる。尚、上記の温度上昇手段を設ける代わりに、或いは当該温度上昇手段と共に、上記窒素酸化物除去装置に導入する燃焼排気ガスの温度を３００〜９００℃に制御する手段を設けることによっても、窒素酸化物除去材の機能を回復することができる。
【００３４】
また、本発明の窒素酸化物除去装置について、上記の窒素酸化物除去装置に導入する燃焼排気ガスに含有される酸素濃度を低減する手段を前記の窒素酸化物除去材の上流側に設けたものは、好ましい実施態様である。燃焼排気ガスに含有される酸素濃度を低減する手段によって、過剰の酸素を含む排気ガスであっても、窒素酸化物を浄化する効果を十分に発揮でき、燃焼排気ガス中の窒素酸化物の除去及び無公害化に極めて有効である。例えば、前記の燃焼排気ガスに含有される酸素濃度を低減する手段として、チタン微粒子を固定した燃焼排気ガス通路を窒素酸化物除去材の上流側に設けることが好ましい。
【実施例】
【００３５】
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３６】
[実施例１]
（１）複合化合物のスラリーの調製
ＳｒＣＯ3（粉末９９．９９％）とＲｕＯ2（粉末９９．９％）をモル比２：１で混合し、瑪瑙乳鉢で粉砕しつつ十分に混合した後、空気中９００℃で６時間焼結した。焼結体を再び粉砕・混合し再度空気中１２００℃で6時間焼結し、酸化物粉末を得た。
【００３７】
上記の酸化物粉末と、酸化シリコン、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化硼素からなるバインダー粉末を重量比1：１で混合し、瑪瑙乳鉢で細かく十分に破砕しながら混合した。次に、酸化物粉末及びバインダー粉末からなる上記の混合粉末に、重量比で、混合粉末：水＝２０：１０になるように水を加えて十分に懸濁し、複合化合物のスラリーを調製した。
【００３８】
（２）窒素酸化物除去材の作製
鉄含有量７０重量％、ニッケル含有量８重量％、クロム含有量１８重量％のステンレスウールを用意した。市販のテスターを用いて、このステンレスウールについて、約２５℃における電気抵抗率を測定したところ、０．０１Ωｃｍ以下であった。このステンレスウールの表面全体に、上記のスラリーを均一に塗布し、次いでこのステンレスウールを空気中８６０℃で１０分焼結して本実施例の窒素酸化物除去材を得た。
【００３９】
（３）窒素酸化物除去能評価試験１
まず、図１に示す構成の評価システム１を準備した。この評価システム１を構成する温度制御機能付電気炉６の中心には、管状石英ガラス８（長さ１０００mm、内径２１ｍｍ）が温度を制御できるように設置されており、この管状石英ガラス８の中には、更に、ミニ石英管９（長さ１００ｍｍ、内径１６ｍｍ、外径２０ｍｍ）が設置されている。該ミニ石英管９は、試料と石英ガラス８の反応を防ぐためのものであり、ガス流量制御計４及び５を介してボンベ２及び３と接続されている。そして、ボンベ２及び３から導入された気体は、ガス流量制御計４及び５によりそれぞれ流量が制御され、ミニ石英管９内に導入されて上記の性能評価対象の試料に接触するように構成されている。
【００４０】
実施例１の窒素酸化物除去材５ｇを図１の温度制御機能付電気炉６内のミニ石英管９の中に入れた後、窒素ガス（Ｎ2）で希釈した一酸化窒素５００ｐｐｍを０．１リットル／分の流量に制御して、所定の温度に制御されたミニ石英管９内へ導入した。管状石英ガラス８から排出された加熱ガスをガス流路のステンレスパイプ越しに水で冷却し、ガス中の窒素酸化物濃度を、センサー１１及び窒素酸化物測定器１２（堀場製作所社製）により測定した。その結果を図２に示す。
【００４１】
図２の結果から、実施例１の窒素酸化物除去材は、ＮＯｘ除去開始温度が１５０℃であり、処理温度８００℃において、ほぼ完全にＮＯｘを除去する効果を２００時間以上維持されており、実施例１の窒素酸化物除去材が窒素酸化物の十分な除去能力を有することが示された。
【００４２】
（４）Ｘ線回折測定
実施例１の窒素酸化物除去材からステンレスウールを除去し、該ステンレスウール表面に固定された複合化合物のみを回収した後、この回収した複合化合物を均一な粒径の微粉末状になるまで瑪瑙乳鉢で十分に粉砕した。次いで両面テープを用いて、前記粉末状にした複合化合物をＸ線回折測定用のガラスプレート上に均一に固定した。そして、このガラスプレートを粉末Ｘ線回折装置に装着し、Ｃｕ−ＫαのＸ線を用いて、２θが５°から９０°までの範囲を測定した。その結果を図３に示す。
【００４３】
図３より、実施例１の窒素酸化物除去材を構成する複合化合物は、少なくとも２θが３０°から３２°度のまでの間と、３４°から３６°のまでの間と、４３°から４５°までの間に高いピーク強度を有することが分かる。Ｂｒａｇｇの回折条件、２ｄｓｉｎθ＝ｎλ（ｎ：整数）の関係から、上記のピークについてそれぞれ格子面間隔のｄ値（Å）で表すと、Ｃｕ−ＫαのＸ線の波長λは１．５４１８Åであるから、実施例１の複合化合物の格子面間隔は、（１）３．４Å〜３．７Å、（２）２．８Å〜３．０Å、（３）２．５Å〜２．６Å、（４）２．０〜２．１Åであることがわかる。
【００４４】
[比較例１]
実施例１の窒素酸化物除去材を構成するステンレスウールを５ｇ用意し、これを比較例１の試料とした。温度制御機能付電気炉６を６００℃及び７００℃で一定に保持し、８００℃で１０分間の熱処理を行うことを数回実施したこと以外は実施例１と同様にして、比較例１について窒素酸化物を除去する性能の評価試験を行った。
【００４５】
図４により、ＮＯｘ除去開始温度は１８０℃であり、５００℃にてほぼ完全にＮＯｘが除去されるが、その効果は極めて短時間で失われることが分かる。
【００４６】
[実施例２]
ＲｕＯ2（粉末９９．９％）と、実施例１に用いた酸化シリコン、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化硼素からなるバインダー粉末を重量比1：１で混合し、瑪瑙乳鉢で粉砕しつつ十分に混合した。次に、酸化物粉末及びバインダー粉末からなる上記の混合粉末に、重量比で、混合粉末：水＝２０：１０になるように水を加えて十分に懸濁し、複合化合物のスラリーを調製した。一方、実施例１に用いたステンレスウールを用意し、上記のスラリーを当該ステンレスウール全体に均一に塗布し、次いでこのステンレスウールを空気中８６０℃で１０分焼結して実施例２の窒素酸化物除去材を得た。
【００４７】
[実施例３]
Ｐｔ（粉末９９．９％）と、実施例１に用いた酸化シリコン、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化硼素からなるバインダー粉末を重量比1：１で混合し、瑪瑙乳鉢で粉砕しつつ十分に混合した。そして、出発物質の組成を除き、他の条件を実施例２の窒素酸化物除去材の作製条件と同様にして、実施例３の窒素酸化物除去材を作製した。
【００４８】
[実施例４]
ＳｒＣＯ3（粉末９９．９９％）とＰｔ（粉末９９．９％）をモル比４：１で混合し、瑪瑙乳鉢で破砕しつつ十分に混合した。そして、出発物質の組成を除き、他の条件を実施例１の窒素酸化物除去材の作製条件と同様にして、実施例４の窒素酸化物除去材を作製した。
【００４９】
[比較例２]
実施例１に用いた酸化シリコン、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化硼素からなるバインダー粉末に、重量比で、バインダー粉末：水＝２０：１０になるように水を加えて十分に懸濁し、スラリーを調製した。一方、実施例１に用いたステンレスウールを用意し、上記のスラリーを当該ステンレスウール全体に均一に塗布し、次いでこのステンレスウールを空気中８６０℃で１０分焼結して比較例２の窒素酸化物除去材を得た。
【００５０】
（窒素酸化物除去評価試験２）
窒素酸化物除去能評価試験１よりも大流量の窒素酸化物含有窒素と反応させた場合において、上記実施例１〜４及び比較例２の窒素酸化物除去材が当該大流量の窒素酸化物含有窒素中のＮＯｘを除去する性能について、評価した。
【００５１】
まず、上記各実施例及び比較例について、大流量の窒素酸化物含有窒素中のＮＯｘを除去する性能を評価するため、次のシステムを準備した。すなわち、図１に示す構成の評価システム１において、管状石英ガラス８及びその内部に設置されたミニ石英管９の代わりに円筒型のステンレス製の反応容器（長さ２４０mm、内径１５０ｍｍ）を設け、センサー１１及び窒素酸化物測定器１２に代えて、化学発光法を用いたＮＯｘ分析計（ベスト計器社製）と接続した構成の評価システムを準備した。
【００５２】
次に、評価目的の試料１０００ｇを上記の反応容器のほぼ中心に入れた後、窒素ガス（Ｎ2）で希釈した一酸化窒素４３０ｐｐｍを１．０リットル／分の流量に制御して、所定の温度に制御された反応容器内へ導入した。この反応容器から排出された加熱ガスをガス流路のステンレスパイプ越しに水で冷却し、この冷却されたガス中のＮＯｘ濃度を上記のＮＯｘ分析計により測定した。上記方法にて、上記実施例１〜４及び比較例２の窒素酸化物除去材の各試料について、ＮＯｘを除去する性能をそれぞれ行った。これらの結果を図５〜図９に示す。
【００５３】
図５の結果から、実施例１の窒素酸化物除去材は、ＮＯｘ除去開始温度が約２００℃であり、窒素酸化物除去評価試験１の場合に比べて、窒素酸化物含有窒素の流量を１０倍程度に増加したにも関わらず、約４６０℃でＮＯｘが完全に除去されることが分かる。
【００５４】
実施例２の窒素酸化物除去材は、図６の結果から、ＮＯｘ除去開始温度が約２５０℃であり、窒素酸化物除去評価試験１の場合に比べて、窒素酸化物含有窒素の流量を１０倍程度に増加したにも関わらず、約６００℃でＮＯｘが完全に除去されることが分かる。
【００５５】
実施例３の窒素酸化物除去材は、図７の結果から、ＮＯｘ除去開始温度が約２８０℃であり、窒素酸化物除去評価試験１の場合に比べて、窒素酸化物含有窒素の流量を１０倍程度に増加したにも関わらず、約４８０℃でＮＯｘが完全に除去されることが分かる。
【００５６】
実施例４の窒素酸化物除去材は、図８の結果から、ＮＯｘ除去開始温度が約３５０℃であり、窒素酸化物除去評価試験１の場合に比べて、窒素酸化物含有窒素の流量を１０倍程度に増加したにも関わらず、約６５０℃でＮＯｘがほぼ完全に除去されることが分かる。上記の結果から、実施例１〜４の本発明の窒素酸化物除去材は、大流量の窒素酸化物含有窒素に対して優れたＮＯｘ除去効果を有することが示された。  
【００５７】
一方、比較例２の窒素酸化物除去材は、図９の結果から、ＮＯｘ除去開始温度が約２４０℃であり、約５００℃で完全にＮＯｘが除去されるが、約２０分程度でその効果は失われ始めることがわかる。この結果から、比較例２の窒素酸化物除去材は、窒素酸化物を除去する効果が、実施例１〜４と比較して極めて短時間で失われることが分かる。
【００５８】
酸素を過剰に含んだ燃焼ガスに対して、チタン（Ｔｉ）がどのような効果を発揮するかを調査すべく、下記の実験を行った。
【００５９】
（１）Ｔｉ固定化フィルター材の調製
Ｔｉ（粉末９９．９％）と、実施例１に用いた酸化シリコン、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化硼素からなるバインダー粉末を重量比1：１で混合し、瑪瑙乳鉢で粉砕しつつ十分に混合した。そして、出発物質の組成を除き、他の条件を実施例２の窒素酸化物除去材の作製条件と同様の方法にして、Ｔｉをその表面に固定化したフィルター材を得た。
【００６０】
（２）酸素存在下における窒素酸化物除去能評価試験
上記のＴｉ固定化フィルター材を５ｇ、実施例１の窒素酸化物除去材を１５ｇそれぞれ用意した。Ｔｉ固定化フィルター材が上記窒素酸化物清浄材よりも上流側になるように、該フィルター材及び窒素酸化物除去材を図１の評価装置１のミニ石英管９の中に入れた。一方、窒素ガス希釈した一酸化窒素ボンベと酸素ガスを充填したボンベを用意し、酸素濃度が０〜２％となるよう混合し、０．１リットル／分の流量に制御して、所定の温度に制御されたミニ石英管９内へ導入した。管状石英ガラス８から排出された加熱ガスをガス流路のステンレスパイプ越しに水で冷却し、ガス中の窒素酸化物の濃度を、窒素酸化物測定器１１により測定した。尚、電気炉の温度は、６００℃及び８００℃で一定に保持した。その結果を図１０に示す。また、上記のＴｉ固定化フィルター材を用いないこと以外、上記の測定条件と同一条件の下で行った実験結果を図１１に示す。
【００６１】
図１０の結果から、酸素を過剰に含んだ燃焼ガスに対しても、７５０℃からＮＯｘが除去され始め、８００℃でほぼ完全にＮＯｘが除去されていることがわかる。一方、図１１によれば、Ｔｉ固定化フィルター材を用いない場合、酸素を過剰に含んだ燃焼ガスに対しては、燃焼ガス中のＮＯｘがほとんど除去されていないことが分かる。これらの結果から、Ｔｉを含有する材料が酸素濃度を低減させ、ＮＯｘの除去を容易にさせる機構を持っていると考えられる。
【００６２】
[実施例５]
実施例１の窒素酸化物除去材を１０００ｇ用意し、反応容器に充填した。これを窒素除去用反応容器とする。一方、Ｔｉ（粉末９９．９％）をシリコン系の高温硬化型シール剤と重量比１：１で混合し、別の反応容器の内壁に塗布した。これを酸素吸収用反応容器とする。そして、この酸素吸収用反応容器が上記の窒素除去用反応容器の上流側になるように直列に接続し、実施例５の窒素酸化物除去装置を作製した。
【００６３】
（酸素存在下における窒素酸化物除去能評価試験）
まず、実施例５の窒素酸化物除去装置について、酸素を過剰に含んだ燃焼ガスに対して窒素酸化物を除去する性能を評価するため、次のシステムを準備した。すなわち、図１に示す構成の評価システム１において、管状石英ガラス８及びその内部に設置されたミニ石英管９の代わりに実施例５の窒素酸化物除去装置を設置し、センサー１１及び窒素酸化物測定器１２に代えて、化学発光法を用いたＮＯｘ分析計（ベスト計器社製）と接続した構成の評価システムを準備した。次に、窒素ガス希釈した一酸化窒素ボンベと酸素ガスを充填したボンベを用意し、酸素濃度が０〜２％となるよう混合し、０．１リットル／分の流量に制御して、実施例５の窒素酸化物除去装置内に導入し、窒素除去用反応容器側から排出されたガス中に含まれるＮＯｘの濃度を測定した。窒素除去用反応容器の温度を変化させた際における、ＮＯｘの濃度の測定結果を図１２に示す。
【００６４】
図１２より、酸素濃度が０％の場合、ＮＯｘ除去開始温度は約２００℃であり、約４５０℃において、ＮＯｘが完全に除去されたことが分かる。また、酸素濃度を２％にした場合であっても、３０分程度まではＮＯｘを完全に除去できることが分かる。その後、ＮＯｘ除去率が低下したが、酸素濃度を再度０％にすると、完全にＮＯｘを除去できることが分かった。このように、実施例５の窒素酸化物除去装置は、酸素を過剰に含んだ燃焼ガスに対しても窒素酸化物の除去能力に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施例１及び比較例１について窒素酸化物除去能評価試験１を行うのに使用した、評価システム１の全体構成図である。
【図２】実施例１についての窒素酸化物除去能評価試験１の結果を示すグラフである。
【図３】実施例１の窒素酸化物除去材を構成する複合化合物のＸ線回折測定結果である。
【図４】比較例１についての窒素酸化物除去能評価試験１の結果を示すグラフである。
【図５】実施例１についての窒素酸化物除去能評価試験２の結果を示すグラフである。
【図６】実施例２についての窒素酸化物除去能評価試験２の結果を示すグラフである。
【図７】実施例３についての窒素酸化物除去能評価試験２の結果を示すグラフである。
【図８】実施例４についての窒素酸化物除去能評価試験２の結果を示すグラフである。
【図９】比較例２についての窒素酸化物除去能評価試験２の結果を示すグラフである。
【図１０】酸素を含んだ燃焼ガスに対して、実施例１の窒素酸化物除去材とＴｉ固定化フィルター材を組み合わせて使用した場合の窒素酸化物除去能評価試験の結果を示すグラフである。
【図１１】酸素を含んだ燃焼ガスに対して、実施例１の窒素酸化物除去材のみを使用した場合の窒素酸化物除去能評価試験の結果を示すグラフである。
【図１２】酸素を含んだ燃焼ガスに対して、実施例５の窒素酸化物除去装置の窒素酸化物除去能評価試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１      評価システム
２      ボンベ
３      ボンベ
４      ガス流量制御計
５      ガス流量制御計
６      温度制御機能付電気炉
７      熱電対
８      石英ガラス管
９      ミニ石英ガラス管
１０    測定対象物
１１    窒素酸化物測定器のセンサー部位
１２    窒素酸化物測定器の本体部位
１３    デジタル電圧計
１４    測定機器の制御及び測定データ出力用パソコン
１５    遮断弁
【図１】
2006055793.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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