JP4190047B2 - Method for oxidizing organic compounds and catalyst for aldehyde oxidation - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルデヒド類を触媒に接触させて酸化させるアルデヒド類の酸化方法、並びにそれに使用し得る酸化用触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、建物の室内や自動車の車内などにおけるタバコ臭の除去を目的として、空気清浄機や脱臭剤などが使用されている。これらは、タバコ臭の主成分であるアルデヒド(例えばアセトアルデヒド、ホルムアルデヒド)等を吸着除去等するものであり、各種の吸着材が使用されている。活性炭は各種有機物質を吸着する材料として古くより知られているが、低分子で高極性の有機物(例えばアセトアルデヒド等)は十分吸着することができず、活性炭にアミン類やアスコルビン酸等を担持させて吸着能を高めたものが、種々の有機物を吸着可能な吸着材として用いられている。
【0003】
アミン類を担持させたものとしては、例えば、特開昭56−53744号公報にはアニリンを用いたもの、特開昭60−202735号公報等にはエタノール系アミン等を用いたものが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アミン類を担持させる技術では、その状態が不安定で、アミン臭を発生することが多く、用いるアミン類の中には有毒なものも含まれているため安全性の問題も生じる。一方、アスコルビン酸を担持させたものでは、アスコルビン酸が昇華性のため使用期間が短くなるという問題がある。また、単にアルデヒド類を吸着させるだけでは、その吸着容量に限界があり、吸着材の交換等が必要になるという欠点もある。
【0005】
一方、アルデヒドを酸化させて脱臭する方法として、通常の酸化マンガン(Mn2 O3 )と銀とを併用するものが、N.Watanabe et al.,Applied Catalysis B,Environmental 8 (1996)405-415 に開示されている。しかしながら、通常の酸化マンガンによる酸化脱臭触媒能には限界があり、例えば、十分な脱臭触媒能を発揮させるには、前記酸化マンガンを高温に維持しなければならないなどの制約を受けざるを得なかった。
【0006】
従って、本発明の目的は、担持物質の離脱や使用期間、温度の制限などの問題が少なく、しかもアルデヒド類からなるガス状有機化合物の除去効果の高い有機化合物の酸化方法、並びに酸化用触媒を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、この目的を達成するため、各種触媒を用いて有機化合物の酸化方法について鋭意研究したところ、触媒として、分子篩構造を有するマンガン酸塩を用いることにより、上記目的を達成できることを見出し、更に研究を進めて本発明を完成するに至った。
【0008】
即ち、本発明の酸化方法は、過マンガン酸塩化合物の1種以上と2価のマンガン化合物の1種以上とを混合して得られた沈殿を乾燥することで得られる分子篩構造を有するマンガン酸塩に、酸性条件下で、イオン交換により、アルカリ金属、アルカリ土類金属、銀、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、コバルト、ニッケル、クロムよりなる群から選ばれる少なくとも一種以上の金属イオンを結合させてなる有機化合物酸化用触媒に、アルデヒド類からなるガス状有機化合物を含むガスを接触させて、前記ガス状有機化合物を酸化する点に特徴を有する。
この場合、特に、上記金属イオンが、銀イオン又はコバルトイオンであることが好ましい。
さらに、本願の酸化方法では、100℃以下の条件下において、前記ガス状有機化合物を酸化することが好ましい。
また、本発明の有機化合物酸化用触媒は、アルデヒド類からなるガス状有機化合物を酸化除去する有機化合物酸化用触媒であって、過マンガン酸塩化合物の1種以上と2価のマンガン化合物の1種以上とを混合して得られた沈殿を乾燥することで得られる分子篩構造を有するマンガン酸塩に、酸性条件下で、イオン交換により、アルカリ金属、アルカリ土類金属、銀、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、コバルト、ニッケル、クロムよりなる群から選ばれる少なくとも一種以上の金属イオンを結合させてなる点に特徴を有する。
この場合、特に、上記金属イオンが、銀イオン又はコバルトイオンであることが好ましい。
【0009】
〔作用効果〕
そして、本発明の酸化方法によると、後述の実施例の結果が示すように、前記触媒として、過マンガン酸塩化合物の1種以上と2価のマンガン化合物の1種以上とを混合して得られた沈殿を乾燥することで得られる分子篩構造を有するマンガン酸塩を用いるため、有機化合物(アルデヒド類、以下同じ)の吸着容量が比較的大きく、また酸化速度が速く、被処理ガス中のマンガン酸塩の除去効果が高い。また、マンガン酸塩自体が不揮発性であり、酸化触媒として機能するため、担持物質の離脱や使用期間の制限などの問題が少ない。
なお、かかる効果を発揮するのは、マンガン酸塩の分子篩構造が、有機化合物の吸着に適した構造であり、その吸着サイトには、金属イオンが存在し、しかも種々の有機化合物を酸化する触媒作用を有しているためと考えられる。
そのため、本発明の方法によれば、100℃程度に加熱するような高温条件ではなく、例えば、室温の程度の低温条件下においても触媒作用を発揮させることができ、極めて取り扱い容易な使用条件での有機化合物酸化を実現できる。
【0010】
前記マンガン酸塩を構成する金属イオンとしては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、銀、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、コバルト、ニッケル、クロムを採用することができ、これらの金属塩は、金属が前記触媒作用を高めるのに大きく寄与し、触媒作用が高いため、酸化速度がより速くなり、見かけの吸着容量が大きくなり、また迅速な処理が可能となる。
【0011】
そのため、本発明の有機化合物酸化用触媒によると、上述したように、有機化合物の吸着容量が大きく、また酸化速度が速く、被処理ガス中の有機化合物の除去効果が高い酸化反応を行うことができる。また、脱臭等に用いる場合に、担持物質の離脱や使用期間の制限などの問題が少ない。また、例えば室温程度の低温条件下においても触媒作用を発揮させることができ、極めて取り扱い容易な有機化合物酸化触媒を提供することができるようになった。
【0012】
前記マンガン酸塩を構成する金属イオンが、アルカリ金属、アルカリ土類金属、銀、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、コバルト、ニッケル、クロムよりなる群から選ばれる一種以上であれば、マンガン酸イオンの構成する分子篩構造の孔内に金属イオン結合させた構成となっており、マンガン酸のガス吸着サイトにおいて、金属イオンが酸化触媒能を発揮しやすい構造を形成しているものと考えられ、高い触媒作用を期待することができるとともに、結合イオンの触媒作用が高いため、酸化速度がより速くなり、見かけの吸着容量が大きくなり、また迅速な処理が可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
〔酸化用触媒〕
本発明の有機化合物酸化用触媒は、分子篩構造を有するマンガン酸塩を主成分として含有するものである。このようなマンガン酸塩の調製法や八面体分子篩構造などの詳細については、Y.F.Shen et al.,SIENCE,vol.260 (1993) 511-515 やN.Watanabe et al.,Applied Catalysis B,Environmental 8 (1996)405-415 等に記載されているので、本明細書では概略のみを説明する。
【0014】
調製法については、過マンガン酸塩化合物の1種以上と、2価のマンガン化合物の1種以上とを、例えばpH3以下の酸性水溶液にて攪拌しながら、温度50℃〜150℃の範囲で0.5〜10時間反応させて、沈殿を生じさせる。この沈殿を濾過して、100℃以上(例えば120℃)にて15時間程乾燥させると、分子篩構造を有するマンガン酸塩を得ることができる。
【0015】
用いられる過酸化マンガン化合物としては、例えばLiMnO4 、NaMnO4 、KMnO4 、CsMnO4 、Mg(MnO4 )2 、Ca(MnO4 )2 、Ba(MnO4 )2 などが挙げられる。
また、2価のマンガン化合物としては、例えばMn(NO3 )2 、MnSO4 、MnCl2 、Mn(CH3 COO)2 などが挙げられる。
【0016】
得られるマンガン酸塩は、MnO6 の八面体の鎖状物が端部を共有しつつ、各種大きさのトンネル構造(孔)を形成している。そして、孔内には製法に応じた種類の1価又は2価のカチオンを結合・保持しているが、イオン交換により、カチオン種を変更することができる。
【0017】
孔の大きさは、トンネルを形成する前記鎖状物の数によって決定され、鎖が二本の2×2トンネルタイプ(OMS−2)と鎖が三本の3×3トンネルタイプ(OMS−1)とがよく知られており、前者の大きさは約4.6A、後者の大きさは約6.9Aである。但し、その他のタイプもいくつか知られており、本発明に用いることができる。
【0018】
前述の調製法は、通常はOMS−2を得るための方法であるが、OMS−1を調製する場合、同様の原料を強塩基条件下(例えばpH13以上)で反応させて層状前駆体を得、これを室温で8時間以上エージングしたのちイオン交換し、更に150〜180℃で数日間熱処理することにより得ることができる。
【0019】
本発明の有機化合物酸化用触媒は、上記のようなマンガン酸塩を主成分として含有するものであり、他の触媒を一部混合したり、成形品とするためにバインダー成分を配合したりしてもよい。
【0020】
本発明では、前述のように前記マンガン酸塩が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、銀、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、コバルト、ニッケル、クロムよりなる群から選ばれるものが好ましく、特に銀イオンをイオン結合させたものが、反応速度が速いため好ましい。
【0021】
種々の金属塩を形成するには、上記のようにイオン交換法が用いられ、例えば硝酸銀、硝酸コバルト、酢酸コバルトなどの水溶液に八面体分子篩構造を有する酸化マンガンを添加し、50〜95℃程度にて5〜20時間程度イオン交換を行えばよい。
【0022】
本発明においては、トンネル骨格を形成する金属であるマンガンを他の金属で一部置換することも可能であり、周期表の3A、4A、5A、6A、7A、8A、1B、及び2Bの遷移金属から1種以上が選択される。また、水和物も各種存在し、いずれも本発明に用いることができる。
【0023】
〔酸化方法〕
本発明のアルデヒドの酸化方法は、アルデヒドを前述の触媒に接触させて酸化させるものである。具体的な反応法は、通常の触媒接触酸化反応に従って、各種の装置を用いて行うことができる。例えば、アルデヒドを含有する気体を、触媒を充填したカラムや、ハニカム状に成形した触媒に流通させたり、流動を積極的に生じさせずに気体と触媒の接触を行う方法など、いずれの方式も採用することができる。特にタバコ臭を除去するためには、空気清浄機にハニカム状に成形して、あるいは、織布・不織布・紙等に含浸させてして組み込むのが好ましい。
【0024】
反応条件としては、高温で反応を行うほど反応速度が速くなり、例えば後述の実施例の条件で定常状態にて、25℃での反応率(除去率)が約12%の場合に、55℃での反応率が約22%、100℃での反応率が約98%になっている。
【0025】
なお、触媒の使用量や接触時間などは、原料気体の流量やアルデヒド濃度などに応じて、適宜決定される。
【0026】
【実施例】
以下、本発明の具体的な構成と効果を示す実施例等について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0027】
製造例1
フラスコ中にて、過酸化マンガン化合物であるKMnO4 40重量部と、2価のマンガン化合物であるMnSO4 60重量部とを、イオン交換水400重量部に混合し、これに硫酸を添加してpH=2.0に調整し、攪拌しながら、温度100℃で1時間反応させて、沈殿を生じさせた。この沈殿を濾過して、イオン交換水で洗浄し、120℃にて15時間程乾燥させて、本発明の八面体分子篩構造を有するマンガン酸カリウムを得た。(本願発明に至る前段階の物質)。
なお、このマンガン酸カリウムの構造は、図7に示すXRDチャートから、ホランダイト鉱に酷似しており、OMS−2構造のマンガン酸塩であることが分かった。
【0028】
製造例2
製造例1で得られたマンガン酸塩を用いて、次のような操作により、銀イオンを八面体分子篩構造の孔内にイオン結合させた酸化マンガンを得た。(本願発明品)。
即ち、フラスコ中に、硝酸銀21重量部とイオン交換水400重量部とを入れて水溶液とし、これにマンガン酸塩100重量部を加えた後、90℃で12時間かけてイオン交換を行った。これを濾紙で濾過し、イオン交換水で洗浄した後、120℃にて15時間乾燥して、本願に係る銀イオン交換酸化マンガンを得た。
なお、イオン交換の確認は、濾液中の銀イオン残存濃度の化学定量分析により行った。
【0029】
実施例1−1
製造例2で得られた本願発明に係る銀イオン交換マンガン酸塩を用いて、図1に示す試験装置に組み込み、反応温度を変えながら、経過時間に対応するアセトアルデヒド除去率を測定した。
即ち、用いた試験装置は、ボンベ3には1000ppmのアセトアルデヒドを含む窒素ガスが、ボンベ4には空気が入っておりフイルター6,5、バルブV1〜V7を経由して、反応系に適当な濃度のガスを流通させることができるようになっている。反応管1は温度調整が可能で、内部に触媒2が充填され、反応ガスまたはバイパスガスは、オートサンプラー7より、ガスクロマトグラフ装置8内に導入され、ガス濃度が測定される。
【0030】
測定条件として、前記マンガン酸塩を成形して1〜2mmにしたもの0.35gだけ反応管1に充填し、アセトアルデヒド濃度が100ppm、ガス流量が10L/hrになるように、バイパスを利用して各パルブV1〜V4の開度を調整した。
反応は、50℃で900分間、100℃で120分間、75℃で280分間、を連続して行った。その際にアセトアルデヒドが試験装置を破過する出口濃度の経時変化を図2に示す。
【0031】
図2の結果は、下記の知見を示すものである。
反応当初にアセトアルデヒドの出口濃度が0に近いのは、アルデヒドが主に吸着によりほとんど捕捉されているためであり、反応時間が100分を超えると吸着飽和によって徐々に出口濃度が上昇する。反応時間が600分を超えると出口濃度はほぼ一定(約77ppm)になるが、これは、定常状態での出口濃度を示し、反応速度の指標となるものである。900分で反応温度を100℃にすると、出口濃度が2ppm程度に急激に低下するのは、触媒反応の反応速度が速くなり、吸着済みのアルデヒドが急速に酸化分解されたためである。つまり、より高温では吸着能は低下するはずだからである。1020分で反応温度を75℃にすると、徐々に出口濃度が上昇し、1300分を超えると除去率はほぼ一定(約60ppm)になり、定常状態での反応率を示す。
【0032】
参考例
実施例1−1において、本願に係る銀イオン交換マンガン酸塩を製造する前段階の物質である、製造例1により製造されたマンガン酸カリウムを用い、連続的に反応温度を変える代わりに、反応温度は一定にして、種々の反応温度(25℃,55℃,100℃)で反応を行う以外は、すべて実施例1−1と同様にしてアセトアルデヒドの反応率の経時変化を参考として調べた(図3参照)。また、室温におけるアセトアルデヒドの除去能の経時変化については、通常の脱臭剤との比較を参考として行った(図4参照)。
除去能は、各温度において、0.35gの触媒(または脱臭剤)に100ppmのアセトアルデヒド含有空気を10L/hで供給した時の、出口濃度(破過曲線)によって評価した。
図3によれば、前記マンガン酸塩は、室温においても高い除去能を示すとともに高温ほど高い活性を示していることが分かる(活性炭系脱臭剤では、高温になるほど性能が低下している)。
図4の結果が示すように、前記マンガン酸塩については、高い有機物除去性能を有することが分かり、しかも300分後においても高い性能を維持していることが分かる。
なお、用いた触媒又は吸着材は、次のとおりである。
Mn−OMS:製造例1で得られたマンガン酸カリウム
BET比表面積約200m2 /g
ACF(OG):活性炭繊維,大阪ガス(株)製(比較品)
BET比表面積約1000m2 /g
活性炭(N):ナカライテスク(株)製1組品M8T1311(比較品)
BET比表面積約1000m2 /g
尚、単なる二酸化マンガンについては、各種活性炭よりも高い出口濃度しか示しておらず、マンガン酸塩の分子篩構造を有する特徴が、触媒機能に大きく寄与していることが分かる。
【0033】
実施例1−2
実施例1−1において、連続的に反応温度を変える代わりに、反応温度は一定(25℃)にして、種々の触媒又は吸着材を用いて反応を行う以外は、すべて実施例1−1と同様にしてアセトアルデヒドの出口濃度の経時変化を調べた。
なお、用いた触媒又は吸着材は、次のとおりである。
Ag−Mn−OMS:製造例2で得られたマンガン酸銀(本発明品)
BET比表面積約200m2 /g
ACF(OG):活性炭繊維,大阪ガス(株)製(比較品)
BET比表面積約1000m2 /g
その結果を図5に示す。
図5の結果が示すように、比較品では比表面積が大きいにも係わらず、反応の初期から出口濃度が上昇し始め、200分又は250分で出口濃度が90ppm以上になった。これに対して、本発明品は反応初期に150分まで出口濃度がほぼ0に維持されるとともに、定常状態において、入力ガス濃度よりも低い出口濃度(100ppmにたいして90ppm)を維持できる。
【0034】
実施例1−3
実施例1−1において、連続的に反応温度を変える代わりに、反応温度は一定(25℃)にして、600分経過後に24時間ガス供給を停止して放置した後、さらに反応温度(25℃)で反応を行う以外は、すべて実施例1−1と同様にしてアセトアルデヒドの除去率の経時変化を調べた。
その結果を図6に示す。
図6の結果が示すように、600分経過時には除去率が約10%で一定になっているが、24時間の放置で、除去率が50%にまで回復している。これは、放置中に吸着されたアルデヒドが酸化・除去され、その分だけ新たに吸着能が回復したためだと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例で用いた試験装置の概略構成図
【図2】 実施例1−1における除去率の経時変化を示す図
【図3】 参考例における除去能の経時変化を示す図
【図4】 参考例における除去能の経時変化を示す図
【図5】 実施例1−2における除去率の経時変化を示す図
【図6】 実施例1−3における除去率の経時変化を示す図
【図7】 製造例1におけるOMS−2のXRD解析構造を示す図
【符号の説明】
1 反応管
2 触媒
8 ガスクロマトグラフ装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method the oxidation of aldehydes to oxidize the aldehyde is contacted with the catalyst, and to the oxidation catalyst that may be used therewith.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, air purifiers, deodorizers, and the like have been used for the purpose of removing tobacco odors in buildings and in automobiles. These adsorb and remove aldehydes (eg, acetaldehyde, formaldehyde), which are the main components of tobacco odor, and various adsorbents are used. Activated carbon has long been known as a material that adsorbs various organic substances, but it cannot adsorb low-molecular and high-polarity organic substances (such as acetaldehyde) sufficiently and supports activated amines, ascorbic acid, etc. Those having improved adsorption ability are used as adsorbents capable of adsorbing various organic substances.
[0003]
Examples of the amines supported thereon include those using aniline in JP-A-56-53744 and those using ethanol-based amines in JP-A-60-202735. ing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technology for supporting amines, the state is unstable, and an amine odor is often generated, and since the amines used are toxic, there is a problem of safety. On the other hand, in the case where ascorbic acid is supported, there is a problem that the use period is shortened because ascorbic acid is sublimable. Further, simply adsorbing aldehydes has a drawback in that its adsorption capacity is limited, and it is necessary to replace the adsorbent.
[0005]
On the other hand, as a method of deodorizing by oxidizing aldehyde, a method using a combination of normal manganese oxide (Mn 2 O 3 ) and silver is N. Watanabe et al., Applied Catalysis B, Environmental 8 (1996) 405-415. Is disclosed. However, there is a limit to the ability of ordinary manganese oxide to oxidize and deodorize. For example, in order to exert sufficient deodorizing catalytic ability, the manganese oxide must be maintained at a high temperature. It was.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an organic compound oxidation method and an oxidation catalyst that have few problems such as detachment of a support material, use period, and temperature limitation and that have a high effect of removing gaseous organic compounds composed of aldehydes. It is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the present inventors have intensively studied the oxidation method of organic compounds using various catalysts, and found that the above object can be achieved by using a manganate having a molecular sieve structure as a catalyst. The present invention has been completed through heading and further research.
[0008]
That is, oxidation process of the present invention are manganese having 1 or more and a divalent be that the molecular sieve structure obtained by drying the precipitate obtained by mixing the one or more manganese compounds in the permanganate compound At least one metal ion selected from the group consisting of alkali metal, alkaline earth metal, silver, palladium, platinum, ruthenium, rhodium, cobalt, nickel, and chromium is bonded to the acid salt by ion exchange under acidic conditions It is characterized in that the gaseous organic compound is oxidized by bringing the gas containing the gaseous organic compound composed of aldehydes into contact with the resulting organic compound oxidation catalyst.
In this case, it is particularly preferable that the metal ions are silver ions or cobalt ions.
Furthermore, in the oxidation method of the present application, it is preferable to oxidize the gaseous organic compound under conditions of 100 ° C. or lower.
The organic compound oxidation catalyst of the present invention is an organic compound oxidation catalyst for oxidizing and removing gaseous organic compounds composed of aldehydes, and includes one or more permanganate compounds and one of divalent manganese compounds. the permanganate having obtained that the molecular sieve structure by drying the precipitate obtained by mixing the seeds above, under acidic conditions, by ion exchange, alkali metal, alkaline earth metal, silver, palladium, platinum And at least one metal ion selected from the group consisting of ruthenium, rhodium, cobalt, nickel, and chromium.
In this case, it is particularly preferable that the metal ions are silver ions or cobalt ions.
[0009]
[Function and effect]
And according to the oxidation method of the present invention, as shown in the results of Examples described later, the catalyst is obtained by mixing one or more permanganate compounds and one or more divalent manganese compounds. Since a manganate having a molecular sieve structure obtained by drying the resulting precipitate is used, the adsorption capacity of organic compounds (aldehydes, the same shall apply hereinafter) is relatively large, the oxidation rate is high, and the manganese in the gas to be treated The removal effect of acid salt is high. Further, since the manganate itself is non-volatile and functions as an oxidation catalyst, there are few problems such as detachment of the support material and limitation of the use period.
In addition, the molecular sieve structure of manganate is a structure suitable for the adsorption of organic compounds, and the catalyst that oxidizes various organic compounds exists in the adsorption site. This is thought to be due to its action.
Therefore, according to the method of the present invention, the catalytic action can be exhibited not under high temperature conditions such as heating to about 100 ° C. but under low temperature conditions such as room temperature. The organic compound oxidation can be realized.
[0010]
The metal ions constituting the manganese salt can be employed an alkali metal, alkaline earth metal, silver, palladium, platinum, ruthenium, rhodium, cobalt, nickel, chromium, these metal salts, Since the metal greatly contributes to the enhancement of the catalytic action and the catalytic action is high, the oxidation rate is increased, the apparent adsorption capacity is increased, and a rapid treatment is possible.
[0011]
Therefore, according to the organic compound oxidation catalyst of the present invention, as described above, the organic compound adsorption capacity is large, the oxidation rate is fast, and the oxidation reaction having a high effect of removing the organic compound in the gas to be treated can be performed. it can. In addition, when used for deodorization or the like, there are few problems such as detachment of the support material and limitation of the period of use. In addition, the catalytic action can be exhibited even under a low temperature condition such as room temperature, and an organic compound oxidation catalyst that is extremely easy to handle can be provided.
[0012]
Metal ions constituting the manganese salt is an alkali metal, alkaline earth metal, silver, palladium, platinum, ruthenium, rhodium, cobalt, nickel, if one or more selected from the group consisting of chromium, manganese ions It has a structure in which metal ions are bonded inside the pores of the molecular sieve structure that is composed of, and it is considered that metal ions form a structure that easily exhibits an oxidation catalytic ability at the gas adsorption site of manganic acid. Catalysis can be expected, and since the catalytic action of the bound ions is high, the oxidation rate is faster, the apparent adsorption capacity is increased, and rapid processing is possible.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[Oxidation catalyst]
The catalyst for oxidizing an organic compound of the present invention contains a manganate having a molecular sieve structure as a main component. For details on the preparation method and octahedral molecular sieve structure of such manganates, see YFShen et al., SIENCE, vol. 260 (1993) 511-515 and N. Watanabe et al., Applied Catalysis B, Environmental 8 (1996) 405-415 etc., only the outline will be described in this specification.
[0014]
Regarding the preparation method, one or more permanganate compounds and one or more divalent manganese compounds are stirred in an acidic aqueous solution having a pH of 3 or less, for example, at a temperature of 50 ° C. to 150 ° C. React for 5-10 hours to cause precipitation. When this precipitate is filtered and dried at 100 ° C. or higher (for example, 120 ° C.) for about 15 hours, a manganate having a molecular sieve structure can be obtained.
[0015]
Examples of the manganese peroxide compound used include LiMnO 4 , NaMnO 4 , KMnO 4 , CsMnO 4 , Mg (MnO 4 ) 2 , Ca (MnO 4 ) 2 , and Ba (MnO 4 ) 2 .
Examples of the divalent manganese compound include Mn (NO 3 ) 2 , MnSO 4 , MnCl 2 , Mn (CH 3 COO) 2 and the like.
[0016]
The obtained manganate forms tunnel structures (holes) of various sizes, while the MnO 6 octahedral chains share the ends. In the pores, monovalent or divalent cations of a type corresponding to the production method are bound and retained, but the cation species can be changed by ion exchange.
[0017]
The size of the pores is determined by the number of the chain-like materials forming the tunnel, and the 2 × 2 tunnel type (OMS-2) with two chains and the 3 × 3 tunnel type (OMS-1) with three chains Are well known, the size of the former being about 4.6A and the size of the latter being about 6.9A. However, several other types are known and can be used in the present invention.
[0018]
The above-mentioned preparation method is usually a method for obtaining OMS-2. However, when preparing OMS-1, a layered precursor is obtained by reacting the same raw materials under strong base conditions (for example, pH 13 or more). This can be obtained by aging at room temperature for 8 hours or more, ion exchange, and further heat-treating at 150 to 180 ° C. for several days.
[0019]
The organic compound oxidation catalyst of the present invention contains the above-mentioned manganate as a main component, and a part of other catalyst is mixed, or a binder component is blended to form a molded product. May be.
[0020]
In the present invention, the manganese salt as described above, alkali metals, alkaline earth metals, silver, palladium, platinum, ruthenium, rhodium, cobalt, those selected nickel, from the group consisting of chromium Preferably, especially silver Those obtained by ion-bonding ions are preferable because the reaction rate is high.
[0021]
In order to form various metal salts, the ion exchange method is used as described above. For example, manganese oxide having an octahedral molecular sieve structure is added to an aqueous solution of silver nitrate, cobalt nitrate, cobalt acetate or the like, and about 50 to 95 ° C. The ion exchange may be performed for about 5 to 20 hours.
[0022]
In the present invention, it is also possible to partially substitute manganese, which is a metal forming the tunnel skeleton, with other metals, and transitions of 3A, 4A, 5A, 6A, 7A, 8A, 1B, and 2B in the periodic table. One or more types are selected from metals. Various hydrates exist and any of them can be used in the present invention.
[0023]
[Oxidation method]
The method for oxidizing an aldehyde of the present invention is to oxidize an aldehyde by contacting with the above-mentioned catalyst. A specific reaction method can be performed using various apparatuses according to a normal catalytic contact oxidation reaction. For example, any method such as a method in which a gas containing an aldehyde is circulated through a column packed with a catalyst, a catalyst formed into a honeycomb shape, or a gas and a catalyst are brought into contact with each other without actively generating a flow. Can be adopted. In particular, in order to remove the tobacco odor, it is preferable that the air purifier is incorporated into a honeycomb shape or impregnated into a woven fabric, non-woven fabric, paper or the like.
[0024]
As the reaction conditions, the reaction rate increases as the reaction is performed at a higher temperature. The reaction rate is about 22% at 100 ° C., and the reaction rate at 100 ° C. is about 98%.
[0025]
In addition, the usage-amount of a catalyst, contact time, etc. are suitably determined according to the flow volume, aldehyde density | concentration, etc. of raw material gas.
[0026]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, examples and the like showing specific configurations and effects of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these.
[0027]
Production Example 1
In a flask, 40 parts by weight of KMnO 4 which is a manganese peroxide compound and 60 parts by weight of MnSO 4 which is a divalent manganese compound are mixed with 400 parts by weight of ion-exchanged water, and sulfuric acid is added thereto. The pH was adjusted to 2.0, and the mixture was reacted at a temperature of 100 ° C. for 1 hour with stirring to cause precipitation. This precipitate was filtered, washed with ion exchange water, and dried at 120 ° C. for about 15 hours to obtain potassium manganate having the octahedral molecular sieve structure of the present invention. (Substance material before reaching the present invention).
The structure of this potassium manganate was very similar to the hollandite ore from the XRD chart shown in FIG. 7, and was found to be a manganate having an OMS-2 structure.
[0028]
Production Example 2
Using the manganate obtained in Production Example 1, manganese oxide in which silver ions were ion-bonded into the pores of the octahedral molecular sieve structure was obtained by the following operation. (Invention of the present application).
That is, 21 parts by weight of silver nitrate and 400 parts by weight of ion-exchanged water were put into a flask to form an aqueous solution. After 100 parts by weight of manganate was added thereto, ion exchange was performed at 90 ° C. for 12 hours. This was filtered with a filter paper, washed with ion-exchanged water, and then dried at 120 ° C. for 15 hours to obtain a silver ion-exchanged manganese oxide according to the present application .
The ion exchange was confirmed by chemical quantitative analysis of the residual silver ion concentration in the filtrate.
[0029]
Example 1-1
The silver ion exchange manganate according to the present invention obtained in Production Example 2 was incorporated into the test apparatus shown in FIG. 1, and the acetaldehyde removal rate corresponding to the elapsed time was measured while changing the reaction temperature.
That is, in the test apparatus used, the cylinder 3 contains nitrogen gas containing 1000 ppm of acetaldehyde, and the cylinder 4 contains air. The concentration is appropriate for the reaction system via the filters 6 and 5 and the valves V1 to V7. The gas can be circulated. The temperature of the
[0030]
As measurement conditions, 0.35 g of the manganate formed into 1 to 2 mm is filled in the
The reaction was continuously performed at 50 ° C. for 900 minutes, 100 ° C. for 120 minutes, and 75 ° C. for 280 minutes. FIG. 2 shows the change over time in the outlet concentration at which acetaldehyde breaks through the test apparatus.
[0031]
The results in FIG. 2 show the following findings.
The reason that the outlet concentration of acetaldehyde is close to 0 at the beginning of the reaction is that aldehyde is mostly trapped mainly by adsorption, and when the reaction time exceeds 100 minutes, the outlet concentration gradually increases due to adsorption saturation. When the reaction time exceeds 600 minutes, the outlet concentration becomes almost constant (about 77 ppm), which indicates the outlet concentration in a steady state and serves as an indicator of the reaction rate. When the reaction temperature is set to 100 ° C. in 900 minutes, the outlet concentration rapidly decreases to about 2 ppm because the reaction rate of the catalytic reaction is increased and the adsorbed aldehyde is rapidly oxidized and decomposed. That is, the adsorption capacity should decrease at higher temperatures. When the reaction temperature is increased to 75 ° C. in 1020 minutes, the outlet concentration gradually increases, and when it exceeds 1300 minutes, the removal rate becomes substantially constant (about 60 ppm), indicating a steady state reaction rate.
[0032]
In Reference Example Example 1-1 , instead of continuously changing the reaction temperature using potassium manganate produced according to Production Example 1, which is a substance in the previous stage for producing the silver ion-exchanged manganate according to the present application the reaction temperature is kept constant, various reaction temperatures (25 ℃, 55 ℃, 100 ℃) except that the reaction is carried out in, examine all in the same manner as in example 1 -1 the time course of the reaction rate of acetaldehyde as a reference (See FIG. 3). Moreover, about the time-dependent change of the acetaldehyde removal ability at room temperature, it performed referring to the comparison with a normal deodorant (refer FIG. 4).
The removal ability was evaluated based on the outlet concentration (breakthrough curve) when 100 ppm of acetaldehyde-containing air was supplied at 10 L / h to 0.35 g of the catalyst (or deodorizer) at each temperature.
According to FIG. 3, it can be seen that the manganate exhibits a high removal ability even at room temperature and a higher activity as the temperature increases (in the activated carbon deodorizer, the performance decreases as the temperature increases).
As can be seen from the results in FIG. 4, the manganate has high organic substance removal performance, and it is understood that high performance is maintained even after 300 minutes.
In addition, the used catalyst or adsorbent is as follows.
Mn-OMS: manganate potassium obtained in Production Example 1
BET specific surface area of about 200 m 2 / g
ACF (OG): Activated carbon fiber, Osaka Gas Co., Ltd. (comparative product)
BET specific surface area of about 1000 m 2 / g
Activated carbon (N): Nacalai Tesque Co., Ltd. 1 set product M8T1311 (comparative product)
BET specific surface area of about 1000 m 2 / g
Note that mere manganese dioxide shows only a higher outlet concentration than various activated carbons, and it can be seen that the characteristics of the molecular sieve structure of manganate greatly contribute to the catalytic function.
[0033]
Example 1-2
In Example 1 -1, instead of changing continuously the reaction temperature, the reaction temperature was constant (25 ° C.), except that the reaction is carried out using various catalysts or adsorbent, as in Example 1 -1 Similarly, the change with time of the outlet concentration of acetaldehyde was examined.
In addition, the used catalyst or adsorbent is as follows.
Ag-Mn-OMS: Silver manganate obtained in Production Example 2 (product of the present invention)
BET specific surface area of about 200 m 2 / g
ACF (OG): Activated carbon fiber, Osaka Gas Co., Ltd. (comparative product)
BET specific surface area of about 1000 m 2 / g
The result is shown in FIG.
As shown in the results of FIG. 5, although the comparative product had a large specific surface area, the outlet concentration started to increase from the beginning of the reaction, and the outlet concentration reached 90 ppm or more in 200 minutes or 250 minutes. On the other hand, the product of the present invention maintains the outlet concentration at approximately 0 until 150 minutes at the beginning of the reaction, and can maintain an outlet concentration (90 ppm relative to 100 ppm) lower than the input gas concentration in a steady state.
[0034]
Example 1-3
In Example 1-1 , instead of continuously changing the reaction temperature, the reaction temperature was kept constant (25 ° C.), and after 600 minutes had elapsed, the gas supply was stopped for 24 hours, and then the reaction temperature (25 ° C. ) Except that the reaction was carried out in the same manner as in Example 1-1, and the change with time in the removal rate of acetaldehyde was examined.
The result is shown in FIG.
As shown in the results of FIG. 6, the removal rate is constant at about 10% after 600 minutes, but the removal rate has recovered to 50% after being left for 24 hours. This is thought to be because the aldehyde adsorbed during standing was oxidized and removed, and the adsorption capacity was newly recovered accordingly.
[Brief description of the drawings]
Figure [Figure 1 shows the time course of removal capability in Figure 3 shows the reference example shows the time course of the removal rate in schematic diagram Figure 2 Example 1 -1 of the test apparatus used in Examples 4 illustrates the time course of removal rate in FIG. 6 examples 1-3 showing the time course of removal rate in FIG. 5 shows example 1-2 showing the time course of removal ability in reference example [ FIG. 7 is a diagram showing an XRD analysis structure of OMS-2 in Production Example 1
1
Claims (5)
アルデヒド類からなるガス状有機化合物を含むガスを接触させて、前記ガス状有機化合物を酸化する有機化合物の酸化方法。The permanganate having 1 or more and a divalent be that the molecular sieve structure obtained by drying the precipitate obtained by mixing the one or more manganese compounds in the permanganate compound, under acidic conditions, A catalyst for oxidizing an organic compound obtained by binding at least one metal ion selected from the group consisting of alkali metal, alkaline earth metal, silver, palladium, platinum, ruthenium, rhodium, cobalt, nickel, and chromium by ion exchange. ,
By contacting a gas containing gaseous organic compound consisting of aldehydes, oxidation process of organic compounds to oxidize the gaseous organic compounds.
過マンガン酸塩化合物の1種以上と2価のマンガン化合物の1種以上とを混合して得られた沈殿を乾燥することで得られる分子篩構造を有するマンガン酸塩に、酸性条件下で、イオン交換により、アルカリ金属、アルカリ土類金属、銀、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、コバルト、ニッケル、クロムよりなる群から選ばれる少なくとも一種以上の金属イオンを結合させてなる有機化合物酸化用触媒。An organic compound oxidation catalyst for oxidizing and removing gaseous organic compounds composed of aldehydes,
The permanganate having 1 or more and a divalent be that the molecular sieve structure obtained by drying the precipitate obtained by mixing the one or more manganese compounds in the permanganate compound, under acidic conditions, A catalyst for oxidizing an organic compound obtained by binding at least one metal ion selected from the group consisting of alkali metal, alkaline earth metal, silver, palladium, platinum, ruthenium, rhodium, cobalt, nickel, and chromium by ion exchange.
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