チタンスラグのメカノケミカル活性化による一酸化窒素の効果的な選択的還元触媒反応の実現

Mechanochemical activation of titanium slag for effective selective catalytic reduction of nitric oxide.

• Hao Hou
• Jizhi Zhou
• Meiting Ji
• Yang Yue
• Guangren Qian
• Jia Zhang

抄録

チタンを含有する高炉スラグは、通常、酸浸出法でリサイクルされていた。このスラグから湿式ボールミリングにより触媒を合成したのは初めてのことである。この過程では廃棄物は発生しなかった。活性化スラグを用いて一酸化窒素（NO）の選択的触媒還元を行ったところ、350℃で80.5±1.2%のNO（990ppm）が除去された。触媒は400℃で900分、91.0±1.3%のNOを安定して除去した。一方、活性化していないスラグは、これらの温度ではほとんど触媒活性を示さなかった。活性が向上したのは、主に以下のような特性評価に起因するものである。湿式ボールミリング後のスラグの比表面積は2.595m/gから26.497m/gに増加し、表面の酸サイトは15倍に増幅され、表面のFe/Ti比は0.20から1.10に増加した。同時に、表面のFe/Feは0.43から0.53に調整された。このような特性の向上は、メカノケミカル活性化により、粒子表面の活性種が溶解・再付着し、FeとTiの効果が強化されたことに起因していると考えられる。本研究の主な成果は、副産物を発生させずに産業廃棄物を直接利用するためのグリーンな方法を提案するものである。

Ti-bearing blast furnace slag was usually recycled by acid leaching. For the first time, a catalyst was synthesized from the slag by wet ball-milling. During this process, no waste was produced. When the activated slag was used in selective catalytic reduction of nitric oxide (NO), 80.5 ± 1.2% of NO (990 ppm) was removed at 350 °C. The catalyst steadily removed 91.0 ± 1.3% of NO for 900 min at 400 °C. On the contrary, the slag without activation showed almost no catalytic activity at these temperatures. The enhanced activity was mainly attributed to the following characterizations. After wet ball-milling, specific surface area of the slag was increased from 2.595 to 26.497 m/g; surface acid sites were amplified by 15 times; Fe/Ti ratio on surface was enhanced from 0.20 to 1.10. At the same time, surface Fe/Fe was regulated from 0.43 to 0.53. The above enhanced properties were attributed to the mechanochemical activation, which dissolved and re-deposited active species on particle surface as well as reinforced the effect between Fe and Ti species. The main result of this work put forward a green method for the direct utilization of industrial waste without generating by-products.

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