JP2002079097A - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents
排ガス浄化用触媒Info
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Abstract
高い浄化活性を示すようにする。 【解決手段】多孔質酸化物の粉末と(Al2O3)a(CeO2)b(Zr
O2)1-bで表される複合酸化物の粉末との混合粉末よりな
る担体と、担体に担持された貴金属とからなり、複合酸
化物の粉末として共分散が0〜−20の範囲のものを用い
た。複合酸化物中でCeとZrとは均質に高分散し、またこ
れによってAlも高分散となるので、耐久後も OSCが高
く、ひいては触媒活性が向上する。
Description
どに用いられる排ガス浄化用触媒に関し、詳しくはアル
ミナ−セリア−ジルコニア複合酸化物を含み高い酸素貯
蔵放出能をもつ排ガス浄化用触媒に関する。
浄化用触媒として、排ガス中のHC、CO及びNOx を同時に
浄化する三元触媒が広く用いられている。この三元触媒
は、アルミナ( Al2O3)やシリカ(SiO2)などの多孔質
酸化物を担体とし、その担体に白金(Pt)やロジウム
(Rh)などの貴金属を担持した構成とされ、触媒に吸着
したHC及びCOを酸化して浄化するとともに、NOx を還元
して浄化している。
燃比のストイキ雰囲気の排ガスと接触した場合に最も浄
化率が高くなるように設計されている。ところが現実の
空燃比は、自動車の走行条件によってストイキを中心に
してリッチ側あるいはリーン側に変動するため、排ガス
雰囲気も変動する。そのため、上記構成の三元触媒のみ
で必ずしも高い浄化性能が確保されるとは限らない。
を含有させた三元触媒が知られている。セリアは酸素を
貯蔵放出する特性を有するため、酸素過剰のリ−ン雰囲
気でセリアに酸素が貯蔵され、還元成分過剰のリッチ雰
囲気で酸素が放出される。したがってセリアを含有する
ことで排ガスの雰囲気の変動を緩和させることができ、
浄化性能が向上する。またセリアにジルコニア(ZrO2)
を複合化させたセリア−ジルコニア複合酸化物を担体中
に含有させることも好ましい。ジルコニアを複合化する
ことで、セリアの熱安定性を大幅に向上させることがで
きる。
くともアルミナと、セリア又はジルコニアの少なくとも
1種とからなる複合酸化物に貴金属を担持した排ガス浄
化用触媒が開示されている。
行の増加などにより、自動車の排ガス温度はきわめて高
くなっている。そのため排ガス浄化用触媒はさらに厳し
い使用条件に耐える必要がある。
では、例えば1000℃で数時間加熱する程度の耐久試験で
はなんら不具合は発生しないが、1000℃で20時間程度加
熱する過酷な耐久試験を行うと、担体の組成によっては
セリアとジルコニアの固溶体に相分離が生じる場合があ
ることが明らかとなった。
貴金属が担持された排ガス浄化用触媒の耐熱性を一層向
上させ、過酷な耐久試験後にも高い浄化活性を示すよう
にすることを目的とする。
項1に記載の排ガス浄化用触媒の特徴は、多孔質酸化物
の粉末と式(1)で表される複合酸化物の粉末との混合
粉末よりなる担体と、担体に担持された貴金属と、から
なり、 (Al2O3)a(CeO2)b(ZrO2)1-b (1) (式(1)においてa及びbはモル比を示し、aは 0.4
〜 2.5、bは 0.2〜 0.7の範囲にある) 複合酸化物の粉末の下記の条件で算出された共分散が0
〜−20の範囲にあることにある。
径:最小(約1μm)の条件でEPMA(WDX:波長分散X
線分光法)によって点分析を行い、Ce,Zr及びAlにそれ
ぞれ対応するX線であるLα線,Lα線及びKα線のC
e,Zr,Al 100%強度に対する強度比 I(Ce), I(Zr)及
び I(Al)をそれぞれの点について求め、数1式及び数2
式から R(Ce)と R(Zr)を算出し、
(Ce)及びRi(Zr)(i=1〜n)を算出し、数3式によっ
て共分散COV(Ce,Zr)を算出する。
e)及びRi(Zr)のそれぞれの平均値である。
散は、0〜−10の範囲にあることがさらに望ましい。
ライト、モルデナイト、 FSM、アルミナ−ジルコニア複
合酸化物、シリカ、ジルコニア、チタニア及びシリカ−
アルミナから選ばれる少なくとも一種であることが望ま
しい。
末が30体積%以上含まれていることが望ましい。
40体積%以上含むことが望ましく、85体積%以下含むこ
とがさらに望ましい。またアルカリ金属、アルカリ土類
金属、希土類元素及び遷移元素から選ばれる少なくとも
一種の添加元素をモル比で0.05以下の量で含むことが望
ましい。
は固溶体を構成し、複合酸化物におけるZrO2の固溶度は
50%以上であることが望ましく、CeO2−ZrO2固溶体は、
1000℃で5時間以上加熱後にX線回折で測定された平均
結晶子径が10nm以下である特性を有することが望まし
い。
物の合計中に30〜70重量%含まれていることが望まし
く、複合酸化物にはPdが担持され、担体にはPt及びRhの
少なくとも一方が担持されていることが望ましい。
差を掛け合わせたものの和を取り、データ数nで除した
ものであって、数4式に示す一般式で表される。
ープの大きな値がもう一方のグループの大きな値と関連
しているか(正の共分散)調べることができ、一方のデ
ータグループの小さな値がもう一方のグループの大きな
値と関連しているか(負の共分散)調べることができ、
両方のデータグループの値が関連していないか(ゼロに
近い共分散)調べることができる。
析によって共分散を求めている。具体的には、加速電
圧:15KV、試料電流:50nA、ビーム径:最小(約1μ
m)の条件でEPMA(WDX:波長分散X線分光法)によっ
て点分析を行い、Ce,Zr及びAlにそれぞれ対応するX線
であるLα線,Lα線及びKα線のCe,Zr,Al 100%強
度に対する強度比 I(Ce), I(Zr), I(Al)をそれぞれの
点について求める。つまり強度比 I(Ce), I(Zr), I(A
l)は、次式のように定義される。
特性X線ピーク強度)/(セリウム上で測定したCeLα
特性X線ピーク強度) I(Zr)=(複合酸化物上で測定したZrLα特性X線ピー
ク強度)/(ジルコニウム上で測定したZrLα特性X線
ピーク強度) I(Al)=(複合酸化物上で測定したAlKα特性X線ピー
ク強度)/(アルミニウム上で測定したAlKα特性X線
ピーク強度) そして I(Ce), I(Zr), I(Al)を用いて、数1式及び数
2式から R(Ce)と R(Zr)を算出する。
それぞれRi(Ce)及びRi(Zr)を算出し、数3式によって共
分散COV(Ce,Zr)を算出する。
(Ce)と R(Zr)の値が一定値に近付く、換言すればCeとZr
とが共存し均一に分散していることを示している。また
共分散COV(Ce,Zr)が正であれば R(Ce)の大きな値と R(Z
r)の大きな値との関連性が高く、その値が大きいほどCe
O2−ZrO2固溶体と Al2O3との分散性が低いことを示して
いる。さらにCOV(Ce,Zr)が負であれば R(Ce)の小さな値
と R(Zr)の大きな値との関連性が高く、その絶対値が大
きいほどCeとZrの分散性が低いことを示している。
た共分散COV(Ce,Zr)が0〜−20の範囲にあることを特徴
としている。共分散COV(Ce,Zr)がこの範囲にあれば、複
合酸化物中でCeとZrとは均質に高分散し、またこれによ
ってAlも高分散となるので、本発明の排ガス浄化用触媒
は OSCが高く、ひいては触媒活性が高い。
散状態で存在すれば、結晶成長による比表面積の低下が
生じにくく耐熱性が向上し、CeO2−ZrO2固溶体の相分離
も防止されるため、高温耐久後にも高い浄化活性を示す
ことになる。なお共分散COV(Ce,Zr)が0〜−10の範囲で
あることがさらに望ましい。
れる複合酸化物の粉末との混合粉末よりなる担体とする
ことにより、コート層にひび割れが生じたり、コート層
が剥離したりする不具合を防止することができる。
積%以上、好ましくは40体積%以上、さらに好ましくは
50体積%以上含まれていることが望ましい。このように
混合粉末に粒径5μm以上の粉末が30体積以上、好まし
くは40体積%以上、さらに好ましくは50体積%以上含ま
れた構成とすることで、1000℃で20時間程度加熱する過
酷な耐久試験を行っても、コート層にひび割れが生じた
りコート層が剥離したりするような不具合をさらに防止
することができる。混合粉末において粒径が5μm以上
の粉末が30体積%未満では、耐久試験時の熱収縮が大き
くなると考えられ、後述の実施例でも示すようにコート
層にひび割れや剥離が生じる。なお粒径とは、二次粒子
の粒径をいう。
に85体積%以下とすることが望ましい。85体積%を超え
て含むと、コート層に剥離が生じる場合がある。
(1)のa及びbをこの範囲とすることにより、高い耐
久性と十分な酸素貯蔵放出能(以下 OSCという)を示
し、高い浄化活性を示す。
ミナ−セリア−ジルコニア複合酸化物の高分散化を図る
ことが困難となり、過酷な耐久試験後にアルミナ−セリ
ア−ジルコニア複合酸化物の比表面積が低下して浄化性
能が低下する。またaの値が2.5を超えると、CeO2−ZrO
2固溶体が量的に少なくなって十分な OSCが確保でき
ず、良好な浄化性能が得られない。なおaの値として好
ましくは 0.4以上 2.0以下、さらに好ましくは 0.4以上
1.0以下、より好ましくは0.45以上 0.7以下がよい。
とセリウム量が少なくて十分な OSCが確保できないため
に良好な浄化性能が得られず、bの値が 0.7を超えると
CeO2−ZrO2固溶体の熱安定性が低下し過酷な耐久試験後
の浄化性能が低下する。bの値としては 0.3以上 0.6以
下の範囲とすることがより好ましく、さらに 0.4以上0.
6以下の範囲が好ましい。
含むことが望ましい。複合酸化物にさらにY2O3を添加す
ることにより、アルミナ−セリア−ジルコニア複合酸化
物の1000℃以上の酸化雰囲気における耐久性が一層向上
し、CeO2−ZrO2固溶体の相分離が生じにくくなるととも
に、貴金属の活性が促進される。
O2)b(ZrO2)1-b(Y2O3)cと表され、cの値は0.01モル以上
かつ 0.2モル以下とするのが望ましい。Y2O3の量が0.01
モル未満であるとY2O3を添加した効果が得られず、 0.2
モルを超えるとアルミナ−セリア−ジルコニア複合酸化
物の耐熱性が低下するとともに貴金属の活性が低下す
る。
a2O3を含むことが望ましい。 La2O3を添加することによ
り、アルミナ−セリア−ジルコニア複合酸化物の1000℃
以上の酸化雰囲気における耐久性が一層向上し、過酷な
耐久試験後にもアルミナ−セリア−ジルコニア複合酸化
物の比表面積が高く維持される。
b(ZrO2)1-b(La2O3)dと表され、dの値は0.005モル以上
かつ 0.1モル以下とするのが望ましい。La2O3の量が 0.
005モル未満であると La2O3を添加した効果が得られ
ず、 0.1モルを超えるとアルミナ−セリア−ジルコニア
複合酸化物の耐熱性が低下する。なおY2O3及び La2O3の
少なくとも一方は、CeO2−ZrO2固溶体及びアルミナに固
溶していることが好ましい。
カリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素及び遷移金属
元素から選ばれる添加元素をさらに微量含むことも好ま
しい。このような添加元素を含むことにより、アルミナ
−セリア−ジルコニア複合酸化物の耐熱性が一層向上す
る。この添加元素の添加量は、式(1)に対して酸化物
のモル比で0.05以下とすることが望ましい。つまり添加
元素Mを添加した場合、例えば式(1)は (Al2O3)a(Ce
O2)b(ZrO2)1-b(MO)eと表され、モル比eの値は0〜0.05
の範囲である。
ましく、アルカリ土類金属としてはMg、Ca、Sr、Baが望
ましく、希土類元素としてLa、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、G
d、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luから選ばれたものでも
よい。また遷移金属元素としては、Fe、Cu、Ni、Co、Mn
などが例示される。これらの一種でもよいし、二種以上
を併用することもできる。二種以上を併用した場合に
は、それらの合計量が原子比で0.05以下の範囲となるよ
うに添加する。
は固溶体を形成し、CeO2−ZrO2固溶体中のZrO2の固溶度
が50%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ましく
は80%以上であることが望ましい。これによりアルミナ
−セリア−ジルコニア複合酸化物の1000℃以上の酸化雰
囲気における耐久性が一層向上し、CeO2−ZrO2固溶体の
相分離が一層生じにくくなる。
る値をいう。
の総量に対して均一に固溶していると仮定する。
は、セリアが酸化物Aに、ジルコニアが酸化物Bに相当
し、固溶度(%)は、 100×(セリアの総量に固溶した
ジルコニアの量)/ジルコニアの総量、と表される。こ
こでCeO2−ZrO2固溶体(固溶度 100%)のジルコニア濃
度x(mol%)と格子定数f(Å)の間には、 JCPDSカー
ドに示されている値より、次式(3)の関係がある。
子中の結晶子の平均径が10nm以下であることが望まし
く、5nm以下であることが特に望ましい。この結晶子の
大きさは、X線回折ピークの半値幅より、式(4)のシ
ェラーの式を用いて算出される。
の回折線幅−標準試料の回折線幅(ラジアン)、θ:回
折角(度)結晶子の平均径が10nm以下であれば、結晶子
が緻密な充填になっておらず、結晶子間に細孔をもった
固溶体粒子となる。平均結晶子径が10nmを超えると、細
孔容積及び比表面積が低下し耐熱性も低下するようにな
る。この比表面積は10m2/g以上、さらには20m2/g以
上、より好ましくは50m2/g以上であることが望まし
い。
O2固溶体は、酸化第2セリウムの蛍石構造を保ったまま
セリウムの位置の一部をジルコニウムが置換して固溶体
となり、ジルコニアが十分固溶している。その固溶体中
では、ジルコニアの骨格が形成される。したがって立方
晶の結晶構造が安定となり、その固溶体が多くの酸素を
排出しても立方晶が維持される。その機構は明らかでは
ないが、立方晶の場合には酸素の移動が容易となると考
えられ、他の正方晶や単斜晶などに比べて高いOSCを示
す。なお本発明の複合酸化物は、正方晶や単斜晶を含ま
ないことが望ましい。
ば、結晶子間の粒界が多くなり、粒界を移動する酸素イ
オンが移動しやすくなるため、酸素の貯蔵・放出速度が
十分大きくなり、 OSCが一層向上する。そして比表面積
が10m2/g以上と大きければ、酸素の貯蔵・放出は表面
から行われるから、酸素の貯蔵・放出速度が十分大きく
なり、優れた OSCを示す。
ルコニアが固溶体を形成し、その粒界にアルミナが均一
な分散状態を保持している。そして前述したように、Ce
O2−ZrO2固溶体の結晶子径は5nm以下であることが好ま
しい。さらに、空気中1000℃で5時間処理した後におい
てもCeO2−ZrO2固溶体の結晶子径が10nm以下であるとと
もに、複合酸化物中に含まれるセリウムとジルコニウム
の60%以上が30nm以下、より好ましくは20nm以下、さら
に好ましくは80%以上が30nm以下、より好ましくは20nm
以下、一層好ましくは90%以上が30nm以下、より好まし
くは20nm以下、最も好ましくは10nm以下の粒子として分
散していることが望ましい。なお本発明にいう複合酸化
物では、耐久試験後も60%以上が30nm以下の粒子として
分散していることがSEM観察、TEM観察及び元素分
析の結果から確認されている。
O2結晶子や粒子の間に介在しているアルミナ粒子又はア
ルミニウム原子の間隔を意味する。また、アルミナ粒子
やアルミナ結晶子に、CeO2−ZrO2結晶又は粒子又は原子
が介在物として分散している間隔であってもよい。複合
酸化物中の結晶子径や粒子径が30nmより大きくなると、
複合酸化物担体として有効に作用するセリア及び/又は
ジルコニアの割合が低下し、貴金属の活性が低下した
り、触媒としての OSCが低下して変動雰囲気中での三元
触媒のNOx 、HC、COに対する浄化性能が低下するので好
ましくない。さらに、酸化セリウムと酸化ジルコニウム
との複合化(固溶)が十分でない場合も OSCと浄化性能
が低くなるので好ましくない。
ルコニウムのモル比で、 0.3≦Zr/(Ce+Zr)≦ 0.8の
範囲が好ましく、 0.4≦Zr/(Ce+Zr)≦ 0.6の範囲が
特に好ましい。ジルコニウムの含有率が30モル%以下に
なると、固溶体の結晶中でジルコニウムの骨格を形成す
る作用が弱まり、酸素の脱離により蛍石構造の立方晶を
維持することが困難となるため、酸素が脱離できなくな
り OSCが低下する。また酸素の貯蔵・放出能はセリウム
の3価と4価の価数変化によるため、ジルコニウムの含
有率が80モル%以上になると、セリウムの絶対量が不足
することによりOSCが低下する。
は、アルミナ、ゼオライト、モルデナイト、 FSM、アル
ミナ−ジルコニア複合酸化物、シリカ、ジルコニア、チ
タニア、シリカ−アルミナなど、従来の排ガス浄化用触
媒の担体として用いられている多孔質酸化物を用いるこ
とができる。この多孔質酸化物の粒径は特に制限されな
いが、比表面積は5〜 300m2/gの範囲が最適であり、
この範囲を外れると貴金属の担持割合に偏りを生じ、活
性が低下したり複合酸化物粉末の高分散化を図ることが
困難となる場合がある。なお担体には、混合粉末以外に
含浸法で添加された成分あるいはゾルとして添加された
成分を含んでもよい。
量比は、0.30≦複合酸化物/(複合酸化物+多孔質酸化
物)≦ 0.7であることが望ましく、 0.4以上 0.6以下の
範囲とすることが特に望ましい。{複合酸化物/(複合
酸化物+多孔質酸化物)}の値が0.30未満では、アルミ
ナ−セリア−ジルコニア複合酸化物が量的に少なくなっ
て十分な OSCが確保できず、良好な浄化性能が得られな
い。また{複合酸化物/(複合酸化物+多孔質酸化
物)}の値が 0.7を超えると、過酷な使用条件下でコー
ト層のひび割れや剥離が起こりやすくなる。
により、担体を1000℃で5時間焼成した後の複合酸化物
中のCeO2−ZrO2固溶体の平均結晶子径がX線回折による
測定で10nm以下となり、過酷な耐久試験後にもアルミナ
−セリア−ジルコニア複合酸化物の比表面積が高く維持
され高い浄化性能を維持することができる。
t、Rh、Pd、Irなど、従来の排ガス浄化用触媒に用いら
れている貴金属を用いることができる。この貴金属の担
持量は貴金属種によって異なるが、担体に対して 0.1〜
20重量%の範囲とするのが好ましい。貴金属の担持量が
これより少ないと十分な浄化活性が得られず、これより
多くなっても浄化活性が飽和するとともにコストが高騰
する。
し、担体にはPt及びRhの少なくとも一方を担持するのが
特に好ましい。このようにすれば、理由は不明である
が、浄化率がさらに向上する。
例えば特開平10−182155号公報に開示の製造方法を利用
することができる。すなわち、少なくともAl、Ce及びZr
の塩溶液から共沈法により短時間で酸化物前駆体を調製
し、それを大気中で焼成することによって複合酸化物を
製造することができる。またAl、Ce及びZrをアルコキシ
ドで供給し、ゾルゲル法にて酸化物前駆体を製造しても
よい。
るには、上記複合酸化物の粉末と多孔質酸化物の粉末を
混合して混合粉末とし、それをアルミナゾル、ベーマイ
ト、硝酸アルミニウムなどのバインダ及び水と混合して
スラリーとする。このスラリーを用いてコージエライト
や金属箔から形成されたハニカム形状の担体基材にウォ
ッシュコートし、それを乾燥・焼成してコート層を形成
する。そして貴金属塩や貴金属錯体の溶液を用いてコー
ト層に貴金属を吸着担持することで、本発明の排ガス浄
化用触媒を製造することができる。バインダとしてはシ
リカゾル、ジルコニアゾル、チタニアゾルあるいはこれ
らの金属元素の塩溶液を用いることもできる。
の混合粉末に貴金属塩溶液などを含浸し、それをそのま
ま、又は濾過・乾燥あるいは蒸発・乾固して貴金属担持
粉末とする。この貴金属担持粉末を担体基材にコートし
てもよい。また、複合酸化物の酸化物前駆体の調製時に
溶液中に貴金属塩などを共存させることで、複合酸化物
に貴金属を担持し、それと多孔質酸化物粉末とを混合し
て貴金属担持粉末とすることもできる。また触媒層を多
孔質化するため、コート層形成用スラリーに有機物やカ
ーボン粉末を添加しておいてもよい。
的に説明する。
ウム及びオキシ硝酸ジルコニルを、式(1)のa= 0.
5、b=0.45となる比率で溶解した高濃度の水溶液(水
溶液中に含まれる焼成後の固形分約10重量%)を調製し
た。この水溶液に、セリウムの 1.2倍等量の過酸化水素
を含む過酸化水素水を加えて撹拌混合して混合水溶液を
調製した。
る濃度のアンモニア水を用意し、上記の混合水溶液をア
ンモニア水中に添加して中和し、水酸化セリウム、水酸
化ジルコニウム及び水酸化アルミニウムの沈殿を含む懸
濁液を得た。これを 300℃で5時間仮焼し1050℃で5時
間焼成した。得られた粉末を水とともにボールミルに投
入し、50体積%以上の粉末の粒子径が15μm以下となる
まで破砕し複合酸化物粉末を調製した。1バッチでの合
成粉末量は2kg/バッチとした。
mmの粉末を樹脂中に埋め込み、その研磨面を「EPMA-V
6」((株)島津製作所製)を用いてステップサイズ 60
0点の点分析を行った。分析条件は、EPMA(WDX:波長分
散X線分光法)を用い、加速電圧15KV、試料電流50mA、
ビーム径最小(約1μmφ)の条件で、Ce,Zr及びAlに
それぞれ対応するLα線,Lα線及びKαを測定してX
線強度比を 600点についてそれぞれ求めた。そして前述
の数1式及び数2式からR(Ce)とR(Zr)をそれぞれ算出し
た。
て共分散COV(Ce,Zr)を算出した。結果を表1に示す。
とって 600点のデータをプロットした結果を図1に示
す。
し、多孔質酸化物粉末としての市販の耐熱性活性アルミ
ナ粉末(比表面積 180m2/g) 100重量部、硝酸アルミ
ニウム9水和物20重量部、ベーマイト( AlO(OH))5重
量部及び焼成後の固形分が50重量%になる量の水を加
え、アトライターで約3分間混合してスラリーを調製し
た。スラリーを粉砕した後の平均粒子径は7μmであっ
た。
形状の担体基材を用意し、このスラリーに浸漬後引き上
げて余分なスラリーを吹き払い、乾燥後 650℃で1時間
焼成してコート層を形成した。コート層は、担体基材1
リットル当たり 200g形成した。
の硝酸白金水溶液に浸漬し、引き上げて余分な液滴を吹
き払って乾燥後 250℃で1時間焼成してPtを担持した。
次いで所定濃度の硝酸ロジウム水溶液に浸漬し、同様に
してRhを担持した。担体基材1リットル当たりPtは 1.5
g担持し、Rhは 0.3g担持した。
のガソリンエンジンの排気管に取付け、欧州走行を模し
た走行パターンで走行する促進耐久走行試験を 500時間
行った。このときの触媒床最高温度は約1050℃となる。
中の成分を、触媒の上流部と下流部で同時に測定し、排
ガス中のHC、CO、及びNOx の浄化率を測定して平均浄化
率を算出した。結果を表1に示す。
液中にアンモニア水を急速に添加したこと以外は実施例
1と同様にして複合酸化物を調製した。そして同様にし
て共分散を測定するとともに、データをプロットし、さ
らに同様に触媒化して平均浄化率を測定した。結果を表
1及び図2に示す。
液中にアンモニア水を10分間かけて添加したこと以外は
実施例1と同様にして複合酸化物を調製した。そして同
様にして共分散を測定するとともに、データをプロット
し、さらに同様に触媒化して平均浄化率を測定した。結
果を表1及び図3に示す。
液中にアンモニア水を60分間かけて添加したこと以外は
実施例1と同様にして複合酸化物を調製した。そして同
様にして共分散を測定するとともに、データをプロット
し、さらに同様に触媒化して平均浄化率を測定した。結
果を表1及び図4に示す。
の粉末として30kg/バッチとしたこと以外は実施例1と
同様にして複合酸化物を調製した。そして同様にして共
分散を測定するとともに、データをプロットし、さらに
同様に触媒化して平均浄化率を測定した。結果を表1及
び図5に示す。
の粉末として50kg/バッチとしたこと以外は実施例1と
同様にして複合酸化物を調製した。そして同様にして共
分散を測定するとともに、データをプロットし、さらに
同様に触媒化して平均浄化率を測定した。結果を表1及
び図6に示す。
相関関係があることが明らかであり、共分散が0〜−20
の範囲、さらに好ましくは0〜−10の範囲にあれば促進
耐久後の平均浄化率は86%以上、さらには88%以上と好
ましい値を示している。
に近いのに対し、比較例3では−72.9とゼロから大きく
離れている。したがって実施例1では比較例3に比べて
CeとZrが高分散となっている。また図1と図6を比較す
ると、図1の実施例1ではデータが一つの範囲に集中し
ているのに対し、図6の比較例3ではデータが分散して
いる。すなわち実施例1では、CeとZrのX線強度比が種
々の領域でほぼ同じであるのに対し、比較例3ではCeと
ZrのX線強度比が領域によって異なっている。これは、
実施例1では複合酸化物中にCeとZrが均一に分散してい
ることを意味し、比較例3ではCeとZrの分布に偏りがあ
ることを意味している。
では、CeとZrが均一に分散しているため、OSCが高く、
それによって平均浄化率も高くなっていると考えられ
る。
いては、混合水溶液とアンモニア水を短時間で均一に混
合することが難しい。この場合には混合硝酸塩を複数本
のノズルを用いて添加したり、噴霧することにより、均
一に混合することができる。このようにすれば、数 100
Lの大容量の混合槽においても、均一に短時間で共沈工
程を完了させることができる。そしてこの方法により比
較例2及び比較例3と同等のバッチ量においても実施例
1と同様に0〜−10の範囲の共分散の値をもつ複合酸化
物を合成することができた。実際にはノズルを2本にす
ることにより共分散の値を25.5と33.1にでき、さらにそ
のノズルの先端を噴霧できる構造とすることにより、共
分散の値を 5.7と 8.1にできた。
いという特徴を有し、高温の還元雰囲気下においても、
安定なCeAlO3を形成しにくいという特性がある。構成成
分の分散状態が異なる試料10〜17を試作した。
直径 0.5〜 1.0mmの粉末を選別した。これを内径6mm高
さ20mmの石英坩堝に 0.4g秤量し、2%のH2を含む窒素
ガス流通雰囲気にて 800℃で10分間熱処理した。これを
室温まで冷却し、Ica:CeAlO3(111)のI=50%と、Ic
z:(Ce,Zr)O2(220)のI=51%の回折線ピーク高さを測
定した。試料10〜17の XRD測定結果を図7に示す。CeAl
O3(111)の回折線強度が試料間で異なることがわかる。
(Icz+Ica)× 100(%)を算出して分散度と定義し
た。
に示す。図8より、共分散の絶対値が小さい試料ほど分
散度の値が小さく、安定なCeAlO3を形成しにくいことが
確認された。
Ptを 0.5重量%吸着担持し、濾過・乾燥後、 300℃で1
時間乾燥し大気中1000℃で10時間焼成した。それぞれを
評価装置に配置し、ストイキダイナミック、変動周期2
秒のモデルガスを 300℃/分の高速で昇温した時のCO50
%浄化温度を測定した。結果を図9に示す。
分散の絶対値が小さいほどCO浄化性能が高いことが明ら
かである。
れば、アルミナ−セリア−ジルコニア複合酸化物の比表
面積が高く、かつ各金属が高分散状態で存在しているの
で、高い OSCが初期から耐久後まで維持される。したが
って初期から耐久後まで高い浄化率でHC,CO及びNOx を
浄化することができる。
線強度比とZrのX線強度比との相関図である。
線強度比とZrのX線強度比との相関図である。
線強度比とZrのX線強度比との相関図である。
線強度比とZrのX線強度比との相関図である。
線強度比とZrのX線強度比との相関図である。
線強度比とZrのX線強度比との相関図である。
る。
相関図である。
温度との相関図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 多孔質酸化物の粉末と式(1)で表され
る複合酸化物の粉末との混合粉末よりなる担体と、該担
体に担持された貴金属と、からなり、 (Al2O3)a(CeO2)b(ZrO2)1-b (1) (式(1)においてa及びbはモル比を示し、aは 0.4
〜 2.5、bは 0.2〜 0.7の範囲にある) 該複合酸化物の粉末の下記の条件で算出された共分散が
0〜−20の範囲にあることを特徴とする排ガス浄化用触
媒。 加速電圧:15KV、試料電流:50nA、ビーム径:最小(約
1μm)の条件でEPMA(WDX:波長分散X線分光法)に
よって点分析を行い、Ce,Zr及びAlにそれぞれ対応する
X線であるLα線,Lα線及びKα線のCe,Zr,Al 100
%強度に対する強度比 I(Ce), I(Zr)及び I(Al)をそれ
ぞれの点について求め、数1式及び数2式から R(Ce)と
R(Zr)を算出し、 【数1】 【数2】 これをn個の点について行ってそれぞれRi(Ce)及びRi(Z
r)(i=1〜n)を算出し、数3式によって共分散COV
(Ce,Zr)を算出する。 【数3】 ここでRAv(Ce)及びRAv(Zr)は、n個のRi(Ce)及びRi(Zr)
のそれぞれの平均値である。 - 【請求項2】 前記共分散は0〜−10の範囲にあること
を特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化用触媒。 - 【請求項3】 前記混合粉末には粒径5μm以上の粉
末が30体積%以上含まれていることを特徴とする請求項
1に記載の排ガス浄化用触媒。 - 【請求項4】 前記多孔質酸化物の粉末はアルミナ、ゼ
オライト、モルデナイト、FSM、アルミナ−ジルコニア
複合酸化物、シリカ、ジルコニア、チタニア及びシリカ
−アルミナから選ばれる少なくとも一種であることを特
徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の排ガス浄化用
触媒。 - 【請求項5】 前記担体は粒子径が5μm以上の粒子を
40体積%以上含むことを特徴とする請求項1〜4のいず
れかに記載の排ガス浄化用触媒。 - 【請求項6】 前記担体は粒子径が5μm以上の粒子を
85体積%以下含むことを特徴とする請求項1〜5のいず
れかに記載の排ガス浄化用触媒。 - 【請求項7】 アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土
類元素及び遷移元素から選ばれる少なくとも一種の添加
元素をモル比で0.05以下の量で含むことを特徴とする請
求項1〜6のいずれかに記載の排ガス浄化用触媒。 - 【請求項8】 前記複合酸化物に含まれるCeO2及びZrO2
は固溶体を構成し、前記複合酸化物におけるZrO2の固溶
度は50%以上であることを特徴とする請求項1〜7のい
ずれかに記載の排ガス浄化用触媒。 - 【請求項9】 前記複合酸化物に含まれるCeO2−ZrO2固
溶体は、1000℃で5時間以上加熱後にX線回折で測定さ
れた平均結晶子径が10nm以下である特性を有することを
特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の排ガス浄化
用触媒。 - 【請求項10】 前記複合酸化物は前記多孔質酸化物と前
記複合酸化物の合計中に30〜70重量%含まれていること
を特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の排ガス浄
化用触媒。 - 【請求項11】 前記複合酸化物にはPdが担持され、前記
担体にはPt及びRhの少なくとも一方が担持されているこ
とを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の排ガス
浄化用触媒。 - 【請求項12】 前記複合酸化物の分散度(Ica/(Icz
+Ica)× 100(%))が20以下であることを特徴とす
る請求項1〜11のいずれかに記載の排ガス浄化用触媒。
ここで分散度(Ica/(Icz+Ica)× 100(%))
は、還元ガス流通雰囲気にて1080℃で5時間熱処理後、
酸化ガス流通下にて 800℃で10分間熱処理された触媒又
は複合酸化物について測定されたIca:CeAlO3(111)と
Icz:(Ce,Zr)O2(220)の回折線ピーク高さから算出され
る値である。 - 【請求項13】 前記分散度(Ica/(Icz+Ica)× 1
00(%))が10以下であることを特徴とする請求項12に
記載の排ガス浄化用触媒。
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