JP2002233755A - Catalyst for oxidizing saturated hydrocarbon - Google Patents

Catalyst for oxidizing saturated hydrocarbon

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JP2002233755A
JP2002233755A JP2001032505A JP2001032505A JP2002233755A JP 2002233755 A JP2002233755 A JP 2002233755A JP 2001032505 A JP2001032505 A JP 2001032505A JP 2001032505 A JP2001032505 A JP 2001032505A JP 2002233755 A JP2002233755 A JP 2002233755A
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catalyst
oxidizing
oxide carrier
carrier
oxide
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JP2001032505A
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Japanese (ja)
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Takao Tani
孝夫 谷
Akira Morikawa
彰 森川
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve oxidation activity to saturated hydrocarbons in a low- temperature region, and also improve high-temperature durability by effectively using active spots reduced by grain growth of a noble metal. SOLUTION: Pd is carried on a carrier mainly composed of hollow particles having an acidity in an appropriate range. Thereby, gas diffusibility into the carrier can be improved and the insides of the hollow particles can be used as a reaction field, which improves a contact probability between the carried Pd and a gas. Pd has a high oxidation activity to saturated hydrocarbons. When the acidity of the carrier is too low, the electron-donating of the carrier is increased, so that a Pd-O bonding force becomes too high, which lowers the oxidation activity, When the acidity of the carrier is too high, the electron- withdrawing the carrier is increased, so that the Pd-O bonding force becomes too low, which also lowers the oxidation activity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、飽和炭化水素を酸
化して分解する触媒に関する。本発明の触媒は、自動車
排ガスの浄化、工場排ガスの浄化などに有用であり、酸
化浄化が困難とされているメタンの酸化浄化にも用いる
ことができる。
[0001] The present invention relates to a catalyst for oxidizing and decomposing a saturated hydrocarbon. INDUSTRIAL APPLICABILITY The catalyst of the present invention is useful for purification of automobile exhaust gas, purification of factory exhaust gas, and the like, and can also be used for oxidative purification of methane, which is considered difficult to purify by oxidation.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車の排ガスを浄化する排ガス浄化用
触媒として、従来より三元触媒が広く用いられている。
この三元触媒は、アルミナなどの多孔質担体に白金(P
t)などの貴金属を担持してなり、理論空燃比近傍でC
O,HC及びNOx を効率よく浄化することができる。
2. Description of the Related Art Three-way catalysts have been widely used as exhaust gas purifying catalysts for purifying exhaust gas from automobiles.
This three-way catalyst uses platinum (P) on a porous carrier such as alumina.
t) and other precious metals.
O, it is possible to efficiently purify HC and NO x.

【0003】ところで三元触媒に担持されている貴金属
は、その活性化温度より低い温度域では触媒反応が生じ
ない。そのためエンジン始動時など低温域の排ガス中で
は三元触媒が充分に機能せず、HCの排出量が多いという
不具合があった。またコールドスタート時には、空燃比
が燃料リッチ雰囲気とされる場合が多く、排ガス中のHC
量が多いということも上記不具合の一因である。
By the way, the noble metal supported on the three-way catalyst does not cause a catalytic reaction in a temperature range lower than its activation temperature. Therefore, the three-way catalyst does not function sufficiently in exhaust gas in a low temperature range such as when the engine is started, and there is a problem that a large amount of HC is emitted. At the time of cold start, the air-fuel ratio is often set to a fuel-rich atmosphere, and the HC in the exhaust gas
The large amount also contributes to the above problem.

【0004】そこで三元触媒の低温活性の向上が課題と
なり、例えば触媒をエンジン直下に配置することが行わ
れている。このようにすれば排ガスの熱が速やかに触媒
に伝わるため、活性化温度までの昇温を速やかに行うこ
とができる。また触媒の排ガス流の上流側端部に貴金属
を高濃度に担持することも行われている。上流側端部は
下流側に比べて早期に活性化温度まで上昇し、活性化温
度まで上昇した上流側端部では反応が活発に起こるた
め、その反応熱によって触媒の下流側も速やかに昇温さ
れ、触媒全体として低温域における活性が向上する。
Therefore, improvement of the low-temperature activity of the three-way catalyst has become an issue. For example, the catalyst has been arranged immediately below the engine. In this way, the heat of the exhaust gas is quickly transmitted to the catalyst, and the temperature can be quickly raised to the activation temperature. Precious metals are also supported at a high concentration at the upstream end of the exhaust gas stream of the catalyst. The upstream end rises to the activation temperature earlier than the downstream end, and the reaction is active at the upstream end where the activation temperature is raised. As a result, the activity of the catalyst as a whole in a low temperature range is improved.

【0005】HCの中でもオレフィン系炭化水素は比較的
浄化しやすいが、飽和炭化水素はオレフィン系炭化水素
に比べて浄化しにくく、中でもメタンは特に酸化浄化し
にくい飽和炭化水素である。そこでメタンを浄化できる
触媒の開発が進められ、触媒金属としてパラジウム(P
d)が有効であることがわかっている。そして例えば特
開平11−137998号公報には、アルミナ担体にPdと、Ru,
Ir及びCuから選ばれる少なくとも一種が担持され、メタ
ン浄化能を示す触媒が開示されている。また特開平7-05
3976号公報には、PdとCoの共沈物を触媒金属として用い
たメタン酸化用触媒が開示されている。
[0005] Among HCs, olefinic hydrocarbons are relatively easy to purify, but saturated hydrocarbons are more difficult to purify than olefinic hydrocarbons, and methane is a saturated hydrocarbon that is particularly difficult to purify by oxidation. Therefore, the development of a catalyst capable of purifying methane has been promoted, and palladium (P
d) has been found to be effective. For example, JP-A-11-137998 discloses that Pd, Ru,
A catalyst that supports at least one selected from Ir and Cu and exhibits methane purification ability is disclosed. In addition, JP-A-7-05
Japanese Patent No. 3976 discloses a methane oxidation catalyst using a coprecipitate of Pd and Co as a catalyst metal.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
手段を用いても、低温域の排ガスにおけるHCの浄化はま
だ不十分であり、さらなる低温活性化の向上が求められ
ている。
However, even if the above-mentioned means are used, purification of HC in exhaust gas in a low temperature range is still insufficient, and further improvement in low temperature activation is required.

【0007】また特開平11−137998号公報に開示された
触媒では、 700℃以上の高温耐久試験を行うとPdが大き
く粒成長し、活性の劣化が著しいという問題がある。
Further, the catalyst disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-137998 has a problem that when a high-temperature durability test at 700 ° C. or more is performed, Pd grows in a large grain size and the activity is significantly deteriorated.

【0008】そして特開平7-053976号公報に開示の触媒
では、担体を用いていないためPdとCoの共沈物中の粒子
が粗大化し、とりわけ耐久試験後の活性低下が大きいと
いう不具合がある。また同公報には、共沈物にバインダ
ーを加えてスラリー状とし、ハニカム形状のアルミナ、
マグネシア、コージェライトなどの耐火性基材に塗布し
てから使用してもよいと記載されている。しかしこの場
合もPdとCoの共沈物はアルミナなどの基材表面に乗って
いる状態であり、担持されている状態ではないため、基
材と共沈物との間の相互作用が弱く粗大化による耐久試
験後の活性低下が著しい。
[0008] The catalyst disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-053976 has a drawback that the particles in the coprecipitate of Pd and Co are coarse because the carrier is not used, and the activity decreases particularly after the durability test. The publication also states that a slurry is prepared by adding a binder to the coprecipitate, and honeycomb-shaped alumina,
It is described that it may be used after being applied to a refractory substrate such as magnesia or cordierite. However, also in this case, the co-precipitate of Pd and Co is on the surface of the substrate such as alumina, and is not supported, so that the interaction between the substrate and the co-precipitate is weak and coarse. The activity is significantly reduced after the durability test due to the formation of the resin.

【0009】そこで本願発明者らは、鋭意研究の結果、
酸化物担体に貴金属とFe,Co,Ni、Snなどの遷移金属と
を担持した触媒を開発した。この触媒によれば、貴金属
と遷移金属を複合担持することにより、互いの粒成長を
抑制し合うため活性が向上するとともに高温耐久性が向
上する。また一部の貴金属と遷移金属とが複合体を形成
すると考えられ、貴金属の熱安定性が向上する。
[0009] The inventors of the present invention have conducted intensive studies,
We have developed a catalyst that supports a noble metal and a transition metal such as Fe, Co, Ni, and Sn on an oxide support. According to this catalyst, by supporting the noble metal and the transition metal in a composite manner, the mutual growth of each other is suppressed, so that the activity is improved and the high-temperature durability is improved. Further, it is considered that a part of the noble metal and the transition metal form a composite, and the thermal stability of the noble metal is improved.

【0010】さらに遷移金属は貴金属に比べ酸化物の安
定性が高く、貴金属酸化物が分解するような高温域では
遷移金属酸化物中の格子酸素を放出するため、遷移金属
酸化物が貴金属近傍に存在することにより、貴金属上に
活性酸素を供給でき、炭化水素の酸化活性を維持でき
る。
Further, the transition metal has a higher oxide stability than the noble metal, and releases the lattice oxygen in the transition metal oxide in a high temperature range where the noble metal oxide is decomposed. By virtue of the presence, active oxygen can be supplied on the noble metal, and the oxidation activity of the hydrocarbon can be maintained.

【0011】ところがこの触媒においては、 800℃程度
の耐久試験では良好な結果を示したが、 900℃以上の耐
久試験を行うと活性が低下することが明らかとなった。
また貴金属としては、飽和炭化水素の酸化活性が特に高
いPdが最も望ましいことがわかっている。ところが活性
種である金属Pd又は PdOは粒成長しやすく、Pdを担持し
た上記触媒においては、 800℃の耐久試験後にはPdの粒
径が10nm以下であったものが 900℃で耐久試験を行うと
20〜30nmに粒成長することも明らかとなった。
However, this catalyst showed good results in an endurance test at about 800 ° C., but it was found that the activity decreased when an endurance test at 900 ° C. or higher was carried out.
Further, it has been found that Pd, which has a particularly high oxidation activity of saturated hydrocarbons, is most desirable as the noble metal. However, metal Pd or PdO, which is an active species, tends to grow grains, and in the above catalyst carrying Pd, those with Pd particle size of 10 nm or less after 800 ° C durability test are subjected to 900 ° C durability test. When
It became clear that the grains grew to 20 to 30 nm.

【0012】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、低温域における飽和炭化水素の酸化活性を
向上させるとともに、貴金属の粒成長によって少なくな
った活性点を有効に利用することで高温耐久性をさらに
向上させることを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and by improving the oxidation activity of saturated hydrocarbons in a low temperature range and effectively utilizing active sites reduced by grain growth of noble metals. It is intended to further improve high-temperature durability.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の飽和炭化水素酸化用触媒の特徴は、中空状粒子から
なる酸化物担体と、酸化物担体に担持された少なくとも
Pdと、からなることにある。
The feature of the catalyst for oxidizing a saturated hydrocarbon of the present invention that solves the above-mentioned problems is that an oxide carrier composed of hollow particles and at least an oxide carrier supported on the oxide carrier are provided.
And Pd.

【0014】酸化物担体は、Al,Ti,Zr及びHfから選ば
れる少なくとも一種の金属の酸化物であることが望まし
く、 Al2O3を主成分とすることが特に望ましい。また殻
厚が50nm以下であること、粒径が5μm以下であるこ
と、比表面積が30m2/g以上であること、細孔容積が2
cc/g以上であることが望ましい。
The oxide carrier is preferably an oxide of at least one metal selected from the group consisting of Al, Ti, Zr and Hf, and particularly preferably contains Al 2 O 3 as a main component. The shell thickness is 50 nm or less, the particle size is 5 μm or less, the specific surface area is 30 m 2 / g or more, and the pore volume is 2 μm or less.
It is desirably at least cc / g.

【0015】さらに、Pdの担持量が 0.5〜15重量%であ
ることが望ましい。
Further, it is desirable that the amount of Pd carried is 0.5 to 15% by weight.

【0016】また酸化物担体を構成するn種の金属元素
M1,M2・・Mnの平均酸化還元電位Eが-1.7<E<-1.5の
範囲にあることが望ましい。ここで平均酸化還元電位E
は数1式で与えられる値である。
Further, n kinds of metal elements constituting the oxide carrier
It is desirable that the average oxidation-reduction potential E of M 1 , M 2 ... Mn is in the range of −1.7 <E <−1.5. Where the average oxidation-reduction potential E
Is a value given by Equation 1.

【0017】このようなEをもつ酸化物担体は、 Al2O3
を主成分とし、Alより酸化還元電位が低いアルカリ金
属、アルカリ土類金属及び周期律表第3族元素から選ば
れる少なくとも一種の元素をAlに対して10モル%以上含
まないことが望ましく、2モル%以上含まないことがさ
らに望ましい。
The oxide carrier having such E is Al 2 O 3
And at least one element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, and elements of Group 3 of the periodic table having a redox potential lower than that of Al is preferably not contained in an amount of 10 mol% or more with respect to Al. It is more desirable not to contain not less than mol%.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の触媒は、中空状粒子から
なる酸化物担体と、酸化物担体に担持された少なくとも
Pdと、から構成される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The catalyst of the present invention comprises an oxide carrier comprising hollow particles, and at least one supported on the oxide carrier.
Pd.

【0019】中実状のアルミナ粒子は、通常粒径が数μ
mで内部に10nm程度の細孔を有する凝集体を形成してい
る。したがってこのような中実状のアルミナ粒子からな
る粉末を酸化物担体として用い、それに貴金属を担持し
た触媒の場合には、大部分の貴金属は凝集体の内部に担
持される。しかしこの触媒に高速で排ガスが導入される
と、排ガスは凝集体の細孔の内部にまで十分に拡散する
ことが困難であるために、凝集体内部に担持されている
貴金属を有効利用することができない。
Solid alumina particles usually have a particle size of several μm.
An aggregate having pores of about 10 nm is formed inside at m. Therefore, in the case of using such a powder of solid alumina particles as an oxide carrier and supporting a noble metal on the catalyst, most of the noble metal is supported inside the aggregate. However, when exhaust gas is introduced into this catalyst at high speed, it is difficult for the exhaust gas to sufficiently diffuse into the pores of the aggregate, so the noble metal supported inside the aggregate must be used effectively. Can not.

【0020】しかし本発明では中空状粒子からなる酸化
物担体を用いている。したがって担体内部へのガス拡散
性が向上し、かつ中空状粒子内部を反応場として利用で
きるため、担持されている触媒金属とガスとの接触確率
が向上し活性がさらに向上する。
However, in the present invention, an oxide carrier composed of hollow particles is used. Therefore, gas diffusibility into the carrier is improved, and the inside of the hollow particles can be used as a reaction field, so that the contact probability between the supported catalyst metal and the gas is improved, and the activity is further improved.

【0021】そして本発明では、酸化物担体に少なくと
もPdを担持している。Pdは飽和炭化水素の酸化活性が特
に高いので、上記した中空状粒子との相乗効果によって
低温域からきわめて効率よく飽和炭化水素を酸化するこ
とができる。
In the present invention, at least Pd is supported on the oxide carrier. Since Pd has a particularly high oxidizing activity for saturated hydrocarbons, it can oxidize saturated hydrocarbons very efficiently from a low temperature range by a synergistic effect with the hollow particles described above.

【0022】例えばメタンがPdによって酸化される反応
は、Pdあるいは PdOに吸着又は結合している活性酸素に
よって進行すると推測される。したがってPd-Oの結合状
態が触媒活性の重要な因子となると考えられる。つまり
Pd-O結合力が強すぎると酸素の反応性が低下し、弱すぎ
るとメタンが酸素と反応する温度に達するまで酸化反応
に必要な酸素をPd上に保持するのが困難となり活性が低
下すると考えられる。金属Pdの場合にも、酸化反応時に
は表面に酸素が吸着されると考えられるので、基本的な
機構は同様である。
For example, the reaction in which methane is oxidized by Pd is presumed to proceed by active oxygen adsorbed or bound to Pd or PdO. Therefore, the binding state of Pd-O is considered to be an important factor for the catalytic activity. I mean
If the Pd-O bonding force is too strong, the reactivity of oxygen decreases.If the Pd-O bonding force is too weak, it becomes difficult to hold oxygen necessary for the oxidation reaction on Pd until the temperature at which methane reacts with oxygen, and the activity decreases. Conceivable. In the case of metal Pd, it is considered that oxygen is adsorbed on the surface during the oxidation reaction, so the basic mechanism is the same.

【0023】そしてPd-Oの結合状態は、担体の酸性度に
大きく影響されることが明らかとなった。つまり担体の
酸性度が小さすぎると、担体の電子供与性が強くなって
Pd-O結合力が強くなりすぎ、担体の酸性度が大きすぎる
と担体の電子吸引性が強くなってPd-O結合力が弱くなり
すぎることがわかった。したがってPdを担持する場合に
は、担体の酸性度が重要である。
It has been clarified that the binding state of Pd-O is greatly affected by the acidity of the carrier. In other words, when the acidity of the carrier is too small, the electron donating property of the carrier becomes strong.
It was found that if the Pd-O binding force was too strong and the acidity of the carrier was too large, the electron-withdrawing property of the carrier was too strong and the Pd-O binding force was too weak. Therefore, when supporting Pd, the acidity of the carrier is important.

【0024】担体の酸性度の一つの尺度として、金属元
素の酸化還元電位が挙げられる。酸化還元電位が低いほ
ど酸性度が低く、酸化還元電位が高いほど酸性度が高
い。そこで本発明の飽和炭化水素酸化用触媒に用いる酸
化物担体としては、酸化物担体を構成するn種の金属元
素M1,M2・・Mnの平均酸化還元電位Eが-1.7<E<-1.5
の範囲にあることが望ましい。なお平均酸化還元電位E
は数1式で与えられる値である。
One measure of the acidity of the support is the oxidation-reduction potential of the metal element. The lower the redox potential, the lower the acidity, and the higher the redox potential, the higher the acidity. As the oxide carrier used in the saturated hydrocarbon oxidation catalyst of the present invention is therefore, the average oxidation-reduction potential E of the oxide n kinds of metal elements constituting the carrier M 1, M 2 ·· M n is -1.7 <E < -1.5
Is desirably within the range. The average oxidation-reduction potential E
Is a value given by Equation 1.

【0025】平均酸化還元電位Eが-1.7以下であると酸
性度が低くなりすぎ、-1.5以上であると酸性度が高くな
りすぎるので、いずれも好ましくない。平均酸化還元電
位Eを上記範囲とすることで、酸化物担体の酸性度を最
適な範囲とすることができ、担持されるPdの活性を最大
に発現させることができる。
When the average oxidation-reduction potential E is -1.7 or less, the acidity becomes too low, and when it is -1.5 or more, the acidity becomes too high. By setting the average oxidation-reduction potential E in the above range, the acidity of the oxide carrier can be set in an optimum range, and the activity of the supported Pd can be maximized.

【0026】平均酸化還元電位Eが上記範囲にある金属
元素としては、Al,Ti,Zr及びHfが存在するので、これ
らから選ばれる少なくとも一種の酸化物を主成分とする
酸化物担体を用いるとよい。中でも、中空状粒子を容易
に製造でき、かつ肉薄の中空粒子を製造できることか
ら、 Al2O3を主成分とした酸化物担体を用いることが特
に望ましい。
Al, Ti, Zr and Hf exist as metal elements having an average oxidation-reduction potential E in the above range. Therefore, when an oxide carrier containing at least one oxide selected from these as a main component is used. Good. Above all, it is particularly desirable to use an oxide carrier containing Al 2 O 3 as a main component, since hollow particles can be easily produced and thin hollow particles can be produced.

【0027】しかし Al2O3を主成分とした酸化物担体と
する場合、Alより酸化還元電位の低い元素が多量に含ま
れると、上記の平均酸化還元電位Eが-1.7以下となる場
合がある。したがってAlより酸化還元電位の低い元素
は、10モル%未満とする必要がある。さらに、Alより酸
化還元電位の低い元素の含有量が10モル%未満であって
も、平均酸化還元電位Eが-1.7に近いと好ましくないの
で、これらの元素の含有量は2モル%未満とすることが
より望ましい。なおAlより酸化還元電位の低い元素とし
ては、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び周期律表第
3族元素が例示される。
However, when an oxide carrier mainly composed of Al 2 O 3 is used, if the element having a lower oxidation-reduction potential than Al is contained in a large amount, the above average oxidation-reduction potential E may be -1.7 or less. is there. Therefore, the element having a lower oxidation-reduction potential than Al needs to be less than 10 mol%. Further, even if the content of elements having a redox potential lower than that of Al is less than 10 mol%, it is not preferable that the average redox potential E is close to -1.7, so that the content of these elements is less than 2 mol%. It is more desirable to do. Examples of the element having a lower oxidation-reduction potential than Al include an alkali metal, an alkaline earth metal, and an element of Group 3 of the periodic table.

【0028】例えば第3族元素であるLaを Al2O3に添加
すると、 Al2O3担体の耐熱安定性が向上することが知ら
れている。しかしPdを担持する場合には、Laを多く添加
しすぎると平均酸化還元電位Eが低くなり、酸性度が低
くなって上記したように酸化活性が低下してしまう。し
たがってLaを添加する場合には、10モル%以下とするの
が好ましく、2モル%以下とするのが特に望ましい。
[0028] For example, when the La is a third group element is added to the Al 2 O 3, heat stability of the Al 2 O 3 carrier is known to be improved. However, when Pd is supported, if too much La is added, the average oxidation-reduction potential E decreases, the acidity decreases, and the oxidation activity decreases as described above. Therefore, when La is added, it is preferably at most 10 mol%, particularly preferably at most 2 mol%.

【0029】また Al2O3を主成分とした酸化物担体とす
る場合、Alより酸化還元電位の高い元素が1モル%以上
含まれると、上記の平均酸化還元電位Eが-1.5以上とな
る場合がある。したがってこれらの元素は不純物レベル
とみなせる1モル%未満とすることが望ましい。もしAl
より酸化還元電位の高い元素の混入が不可避であれば、
Alと酸化還元電位が近くかつ極端には高くないものがよ
く、Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Zn,Ga,Zr,Nb,M
o,Cd,In,Sn,Hf,Ta,Tl及びPbから選ばれる少なく
とも一種とするのがよい。中でもAlとの酸化還元電位の
差が1V以内であるTi,V,Cr,Mn,Zn,Zr,Nb,Hf及
びTaが好ましい。なお不可避の不純物元素の量が多くな
ると比表面積が低下する場合があるので、 0.1モル%以
下とすることが望ましい。このような微量元素の添加に
より、 Al2O3を主成分とした酸化物担体の酸化活性が向
上する場合がある。
In the case of using an oxide carrier containing Al 2 O 3 as a main component, when an element having a higher oxidation-reduction potential than Al is contained in an amount of 1 mol% or more, the average oxidation-reduction potential E becomes -1.5 or more. There are cases. Therefore, these elements are desirably less than 1 mol% which can be regarded as an impurity level. If Al
If it is unavoidable to mix elements with higher oxidation-reduction potential,
It is preferable that the oxidation-reduction potential is close to Al and not extremely high, and Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, Zr, Nb, M
It is preferable to use at least one selected from o, Cd, In, Sn, Hf, Ta, Tl and Pb. Among them, Ti, V, Cr, Mn, Zn, Zr, Nb, Hf and Ta having a difference in oxidation-reduction potential from Al within 1 V are preferable. When the amount of the unavoidable impurity element increases, the specific surface area may decrease. Oxidation activity of an oxide carrier containing Al 2 O 3 as a main component may be improved by the addition of such a trace element.

【0030】中空状粒子からなる酸化物担体では、中空
粒子とすることにより大きな一次粒子径と大きな比表面
積との両立が可能となり、触媒担体として好適である。
なお中空状とは内部空間を有していることをいい、内部
空間と外部空間の間の殻は開口部を有することが望まし
い。内部空間の数に制限はないが、内部空間の占める容
積が大きい多孔質体ほど好ましい。
In the case of an oxide carrier composed of hollow particles, hollow particles make it possible to achieve both a large primary particle diameter and a large specific surface area, and are suitable as a catalyst carrier.
Note that a hollow shape means having an internal space, and a shell between the internal space and the external space preferably has an opening. Although the number of internal spaces is not limited, a porous body having a larger volume occupied by the internal spaces is more preferable.

【0031】中空状粒子からなる酸化物担体の比表面積
は殻厚にほぼ反比例し、殻厚が大きすぎると比表面積が
小さくなる。したがって殻の厚さは 100nm以下であるこ
とが望ましく、50nm以下であることが特に望ましく、20
nm以下であることがさらに望ましい。殻の厚さを 100nm
以下とすることにより、触媒担体として好ましい比表面
積を確保することができる。
The specific surface area of the oxide carrier composed of hollow particles is almost inversely proportional to the shell thickness. If the shell thickness is too large, the specific surface area becomes small. Therefore, the thickness of the shell is desirably 100 nm or less, particularly desirably 50 nm or less.
It is more desirable that it be less than nm. 100nm shell thickness
By setting it as follows, a specific surface area preferable as a catalyst carrier can be secured.

【0032】また中空状粒子の外径が50nm〜5μmであ
り、外径に対する内径の比が 0.5〜0.99であることが望
ましい。これにより殻の厚さをきわめて薄くすることが
でき、30m2/g以上の比表面積を有する中空状粒子とす
ることができる。外径が50nmより小さくなると中空部が
存在しなくなり、現在の技術では外径が5μmを超える
中空粒子を製造することは困難である。そしてこのよう
な中空状粒子は 100nmオーダーの細孔構造をもち、これ
がガス拡散に有効に寄与すると考えられる。さらに、中
空状粒子の細孔容積は2cc/g以上であることが望まし
い。これによりガス拡散性と反応場としての機能がさら
に向上する。
The outer diameter of the hollow particles is preferably 50 nm to 5 μm, and the ratio of the inner diameter to the outer diameter is preferably 0.5 to 0.99. As a result, the thickness of the shell can be made extremely thin, and hollow particles having a specific surface area of 30 m 2 / g or more can be obtained. When the outer diameter is smaller than 50 nm, no hollow portion exists, and it is difficult to produce hollow particles having an outer diameter of more than 5 μm with the current technology. Such hollow particles have a pore structure on the order of 100 nm, which is thought to contribute effectively to gas diffusion. Further, the pore volume of the hollow particles is desirably 2 cc / g or more. This further improves the gas diffusibility and the function as a reaction field.

【0033】上記した中空状粒子を製造する方法を、 A
l2O3からなる中空状粒子を製造する場合で説明する。先
ず、アルミニウムを主成分とする化合物を含む水溶液が
有機溶媒中に分散してなるW/O型エマルジョンが調製
され、そのW/O型エマルジョンが噴霧燃焼されて中空
状粒子からなるアルミナ粒子が製造される。
The method for producing the above hollow particles is described as follows.
The case of producing hollow particles made of l 2 O 3 will be described. First, a W / O emulsion is prepared by dispersing an aqueous solution containing a compound containing aluminum as a main component in an organic solvent, and the W / O emulsion is spray-burned to produce alumina particles comprising hollow particles. Is done.

【0034】W/O型エマルジョンの噴霧燃焼では、エ
マルジョン中の一つの分散水滴の径(数nm〜数μm)が
一つの反応場の大きさとなる。つまり噴霧されたミスト
中では、エマルジョン中の分散粒子は有機溶媒からなる
油膜に覆われた水相からなるアトマイズ粒子となり、一
旦着火されると油膜の燃焼が誘発される。この発熱によ
って、高温に晒されたアトマイズ粒子内部の水相中の金
属が酸化されて酸化物粉末が生成する。アトマイズ粒子
は微細であるため、それぞれの粒子間で温度分布が発生
するのが抑制でき、均質な複合酸化物粉末が得られる。
また、非晶質の複合酸化物粉末も容易に製造することが
できる。
In the spray combustion of a W / O emulsion, the diameter of one dispersed water droplet (several nm to several μm) in the emulsion becomes the size of one reaction field. That is, in the sprayed mist, the dispersed particles in the emulsion become atomized particles composed of an aqueous phase covered with an oil film composed of an organic solvent, and once ignited, the combustion of the oil film is induced. Due to this heat generation, the metal in the aqueous phase inside the atomized particles exposed to the high temperature is oxidized to generate oxide powder. Since the atomized particles are fine, generation of a temperature distribution among the particles can be suppressed, and a homogeneous composite oxide powder can be obtained.
Also, an amorphous composite oxide powder can be easily produced.

【0035】そしてW/O型エマルジョンの分散粒子が
Al元素を主成分としているので、噴霧燃焼により殻厚が
数十nmと非常に肉薄で多孔質の中空粒子が形成される。
現時点ではこの原因は明らかではないが、Alイオンの表
面酸化膜形成速度が大きいために、粒子収縮の小さい段
階で粒子表面に表面酸化膜が形成され、結果として非常
に殻の肉薄な多孔質中空体になると推定される。
Then, the dispersed particles of the W / O emulsion are
Since the Al element is a main component, very thin and porous hollow particles having a shell thickness of several tens nm are formed by spray combustion.
Although the cause is not clear at present, the surface oxide film is formed on the particle surface at a small stage of particle shrinkage due to the high rate of formation of the surface oxide film of Al ions, and as a result, a very thin porous hollow shell is formed. Presumed to be a body.

【0036】W/O型エマルジョンの噴霧燃焼では、上
記のように一つの分散水滴径が一つの反応の場となる
が、エマルジョン中の分散水滴径が 100nmよりも小さい
と表面酸化膜形成前に粒子が完全に収縮してしまい、中
空状とはならないため好ましくない。一方、分散水滴径
が10μmよりも大きいと、反応場が大きくなりすぎて不
均質になる可能性があり好ましくない。エマルジョン中
の分散水滴径が 100nm〜10μmの範囲であれば、製造さ
れる中空状粒子の外径が50nm〜5μmとなる。
In the spray combustion of a W / O type emulsion, as described above, one dispersed water droplet diameter serves as one reaction site. However, if the dispersed water droplet diameter in the emulsion is smaller than 100 nm, before the surface oxide film is formed. The particles shrink completely and do not become hollow, which is not preferable. On the other hand, if the diameter of the dispersed water droplets is larger than 10 μm, the reaction field becomes too large and may become inhomogeneous. If the diameter of the water droplet dispersed in the emulsion is in the range of 100 nm to 10 μm, the outer diameter of the hollow particles to be produced is 50 nm to 5 μm.

【0037】また噴霧燃焼時の燃焼温度は1000℃以下、
さらには 700〜 900℃とすることが望ましい。燃焼温度
が 900℃を超えると生成物の一部が粒成長して結晶質の
粉末となり、比表面積が低下する場合がある。また燃焼
温度が低すぎると、有機成分が完全に燃焼せず、炭素成
分が残留するおそれがある。さらにW/O型エマルジョ
ン中の分散水滴における金属濃度は、金属換算で 0.2〜
2.4モル/Lとするのが望ましい。濃度がこの範囲より
低いと中空状粒子となりにくく、溶解度からこの範囲よ
り高い濃度とすることは困難である。
The combustion temperature during spray combustion is 1000 ° C. or less,
More preferably, the temperature is set to 700 to 900 ° C. If the combustion temperature exceeds 900 ° C., a part of the product grows to form a crystalline powder, and the specific surface area may decrease. On the other hand, if the combustion temperature is too low, the organic component does not completely burn and the carbon component may remain. Further, the metal concentration in the dispersed water droplets in the W / O emulsion is 0.2 to 0.2 in terms of metal.
Desirably, it is 2.4 mol / L. If the concentration is lower than this range, it is difficult to form hollow particles, and it is difficult to make the concentration higher than this range from the solubility.

【0038】W/O型エマルジョンは、金属塩の水溶液
と有機溶媒とを分散剤を介して攪拌することで形成でき
る。使用する有機溶媒としては、ヘキサン、オクタン、
ケロシン、ガソリンなど、水溶液とW/Oエマルジョン
を形成可能な有機溶媒であればよい。また使用する分散
剤の種類および添加量は特に限定されない。カチオン性
界面活性剤、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活
性剤のいずれでもよく、水溶液、有機溶媒の種類および
必要とするエマルジョンの分散粒子径に応じて、分散剤
の種類および添加量を変化させればよい。
A W / O emulsion can be formed by stirring an aqueous solution of a metal salt and an organic solvent via a dispersant. Hexane, octane,
Any organic solvent such as kerosene or gasoline that can form a W / O emulsion with an aqueous solution may be used. The type and amount of the dispersant used are not particularly limited. Any of a cationic surfactant, an anionic surfactant, and a nonionic surfactant may be used.The type and amount of the dispersant are changed according to the type of the aqueous solution, the organic solvent, and the required dispersion particle size of the emulsion. It should be done.

【0039】W/Oエマルジョンの噴霧燃焼雰囲気は特
に限定しないが、酸素が充分でないと不完全燃焼によっ
て有機溶媒中の炭素成分が残留する恐れがある。したが
って、エマルジョン中の有機溶媒が完全燃焼できる程度
の酸素(空気)を供給することが望ましい。
The atmosphere in which the W / O emulsion is sprayed and burned is not particularly limited. However, if oxygen is not sufficient, carbon components in the organic solvent may remain due to incomplete combustion. Therefore, it is desirable to supply oxygen (air) to such an extent that the organic solvent in the emulsion can be completely burned.

【0040】このような中空状粒子からなる酸化物担体
にPdを担持した本発明の触媒では、Pdがある程度高分散
の状態で存在し、かつそれが有効に作用するために高活
性が発現する。そして 900℃程度の高温での耐久後には
Pdがある程度粒成長するが、本発明の触媒では担体との
相互作用によりPdの活性が高く、また担体の構造的に活
性点を有効利用できるため、粒成長による活性点の低下
を補っても余りある。したがって高温となる条件下でも
用いることができ、高温用飽和炭化水素酸化触媒として
有用である。
In the catalyst of the present invention in which Pd is supported on the oxide carrier composed of such hollow particles, Pd exists in a highly dispersed state to some extent, and since it acts effectively, high activity is exhibited. . And after endurance at a high temperature of about 900 ° C
Although Pd grows to some extent, in the catalyst of the present invention, the activity of Pd is high due to the interaction with the support, and the active sites can be effectively used structurally of the support. There is too much. Therefore, it can be used under high temperature conditions and is useful as a high temperature saturated hydrocarbon oxidation catalyst.

【0041】Pdの担持量は少しでも担持されていればそ
れなりの活性が認められるが、触媒全体の 0.5〜15重量
%の範囲とすることが望ましい。Pdの担持量がこの範囲
より少ないと分散性が低下するとともに飽和炭化水素の
酸化活性が低すぎて実用的でなく、この範囲より多く担
持しても活性が飽和するとともにコスト面で不具合が生
じる。
Although a certain amount of Pd is supported when a certain amount of Pd is supported, it is desirable that the Pd be in the range of 0.5 to 15% by weight of the whole catalyst. If the supported amount of Pd is less than this range, the dispersibility will be reduced and the oxidation activity of the saturated hydrocarbon will be too low to be practical, and if it is supported more than this range, the activity will be saturated and the cost will be disadvantageous. .

【0042】[0042]

【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明を具体
的に説明する。
The present invention will be specifically described below with reference to examples and comparative examples.

【0043】(実施例1)市販硝酸アルミニウム9水和
物を脱イオン水に溶解させて作製した2モル/Lの硝酸
アルミニウム水溶液を水相とした。
Example 1 A 2 mol / L aluminum nitrate aqueous solution prepared by dissolving commercially available aluminum nitrate nonahydrate in deionized water was used as an aqueous phase.

【0044】有機溶媒には、市販のケロシンを用い、分
散剤としては、第一工業製薬製「ソルゲン90」を用い
た。分散剤の添加量はケロシンに対して1〜5重量%と
した。この分散剤入りのケロシンを油相とし、水相/油
相=40〜70/60〜30(体積%)となるように混合した。
混合溶液を、ホモジナイザを用いて1000〜20000rpmの回
転数で5〜30分間攪拌することにより、W/O型エマル
ジョンを得た。なお、光学顕微鏡観察の結果から、上記
のエマルジョン中の分散粒子径は、約1〜2μmであっ
た。
A commercially available kerosene was used as the organic solvent, and "Solgen 90" manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku was used as the dispersant. The amount of the dispersant added was 1 to 5% by weight based on kerosene. The kerosene containing the dispersant was used as an oil phase and mixed so that an aqueous phase / oil phase = 40 to 70/60 to 30 (vol%).
The W / O emulsion was obtained by stirring the mixed solution using a homogenizer at 1,000 to 20,000 rpm for 5 to 30 minutes. From the result of observation with an optical microscope, the dispersed particle size in the above emulsion was about 1 to 2 μm.

【0045】上記で作製したW/O型エマルジョンを、
特開平 7-81905号に記載のエマルジョン燃焼反応装置を
用いて噴霧し、油相を燃焼させるとともに水相に存在す
るAlイオンを酸化して、中空状粒子からなる Al2O3粉末
を合成した。
The W / O emulsion prepared above was
Spraying using the emulsion combustion reactor described in JP-A-7-81905, burning the oil phase and oxidizing Al ions present in the aqueous phase, synthesized Al 2 O 3 powder consisting of hollow particles. .

【0046】この合成は、噴霧したエマルジョンが完全
燃焼し、かつ火炎中央部温度が約 800℃の一定温度にな
るように、エマルジョンの噴霧流量、空気量(酸素量)
などを制御した状態でおこなった。得られた粉末を反応
管後部に設置したバグフィルターで回収した。さらに、
得られた粉末には未燃焼の炭素成分が付着している可能
性があるため、大気中にて 800〜1000℃で1〜10時間の
熱処理を行った。
In this synthesis, the spray flow rate of the emulsion and the amount of air (the amount of oxygen) are set so that the sprayed emulsion completely burns and the temperature of the center of the flame becomes a constant temperature of about 800 ° C.
And so on. The obtained powder was collected by a bag filter installed at the rear of the reaction tube. further,
Since there is a possibility that unburned carbon components may adhere to the obtained powder, heat treatment was performed at 800 to 1000 ° C. for 1 to 10 hours in the air.

【0047】得られた酸化物粉末の粒子は中空状をな
し、その金属元素の平均酸化還元電位Eは−1.66V、B
ET比表面積が50m2/g、殻厚が約10nm、平均粒径が
0.6μm、細孔容積が4cc/gであった。
The particles of the obtained oxide powder are hollow, and the average oxidation-reduction potential E of the metal element is -1.66 V, B
ET specific surface area 50m 2 / g, shell thickness about 10nm, average particle size
0.6 μm and the pore volume was 4 cc / g.

【0048】次に所定濃度の硝酸パラジウム水溶液に上
記酸化物粉末の所定量を混合し、蒸発・乾固後、大気中
にて 300℃で2時間焼成してPdを担持した。Pdの担持量
は、酸化物粉末 120gに対して5gである。得られた触
媒粉末を圧粉成形後粉砕して、粒度 0.5〜1mmのペレッ
ト状に整粒し、ペレット触媒とした。
Next, a predetermined amount of the above oxide powder was mixed with an aqueous solution of palladium nitrate having a predetermined concentration, evaporated and dried, and then baked in the air at 300 ° C. for 2 hours to carry Pd. The supported amount of Pd is 5 g per 120 g of the oxide powder. The resulting catalyst powder was compacted and then pulverized to form a pellet having a particle size of 0.5 to 1 mm to obtain a pellet catalyst.

【0049】(実施例2)硝酸アルミニウムと硝酸亜鉛
の混合水溶液(モル比Zn/Al=0.10)を水相としたこと
以外は実施例1と同様にして酸化物粉末を調製し、同様
にペレット触媒を得た。なお酸化物粉末の粒子は中空状
をなし、その金属元素の平均酸化還元電位Eは−1.58V
であった。
Example 2 An oxide powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that a mixed aqueous solution of aluminum nitrate and zinc nitrate (molar ratio Zn / Al = 0.10) was used as an aqueous phase. A catalyst was obtained. The particles of the oxide powder were hollow, and the average oxidation-reduction potential E of the metal element was -1.58 V
Met.

【0050】(実施例3)硝酸アルミニウムと硝酸クロ
ムの混合水溶液(モル比Cr/Al=0.10)を水相としたこ
と以外は実施例1と同様にして酸化物粉末を調製し、同
様にペレット触媒を得た。なお酸化物粉末の粒子は中空
状をなし、その金属元素の平均酸化還元電位Eは−1.58
Vであった。
Example 3 An oxide powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixed aqueous solution of aluminum nitrate and chromium nitrate (molar ratio: Cr / Al = 0.10) was used as an aqueous phase. A catalyst was obtained. The particles of the oxide powder are hollow, and the average oxidation-reduction potential E of the metal element is -1.58.
V.

【0051】(実施例4)硝酸アルミニウムとオキシ硝
酸ジルコニウムの混合水溶液(モル比Zr/Al=0.10)を
水相としたこと以外は実施例1と同様にして酸化物粉末
を調製し、同様にペレット触媒を得た。なお酸化物粉末
の粒子は中空状をなし、その金属元素の平均酸化還元電
位Eは−1.65Vであった。
Example 4 An oxide powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixed aqueous solution of aluminum nitrate and zirconium oxynitrate (molar ratio Zr / Al = 0.10) was used as an aqueous phase. A pellet catalyst was obtained. The particles of the oxide powder were hollow, and the average oxidation-reduction potential E of the metal element was -1.65 V.

【0052】(実施例5)硝酸アルミニウムと四塩化チ
タンの混合水溶液(モル比Ti/Al=0.10)を水相とした
こと以外は実施例1と同様にして酸化物粉末を調製し、
同様にペレット触媒を得た。なお酸化物粉末の粒子は中
空状をなし、その金属元素の平均酸化還元電位Eは−1.
65Vであった。
(Example 5) An oxide powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that a mixed aqueous solution of aluminum nitrate and titanium tetrachloride (molar ratio Ti / Al = 0.10) was used as an aqueous phase.
Similarly, a pellet catalyst was obtained. The particles of the oxide powder are hollow, and the average oxidation-reduction potential E of the metal element is −1.
It was 65V.

【0053】(実施例6)硝酸アルミニウム、オキシ硝
酸ジルコニウム及び四円かチタンムの混合水溶液(モル
比Zr/Ti/Al=0.05/0.05/1.00)を水相としたこと以
外は実施例1と同様にして酸化物粉末を調製し、同様に
ペレット触媒を得た。なお酸化物粉末の粒子は中空状を
なし、その金属元素の平均酸化還元電位Eは−1.65Vで
あった。
Example 6 Same as Example 1 except that a mixed aqueous solution (molar ratio Zr / Ti / Al = 0.05 / 0.05 / 1.00) of aluminum nitrate, zirconium oxynitrate and tetragonal titanium was used as an aqueous phase. To prepare an oxide powder, and similarly a pellet catalyst was obtained. The particles of the oxide powder were hollow, and the average oxidation-reduction potential E of the metal element was -1.65 V.

【0054】(実施例7)硝酸アルミニウムと硝酸ニッ
ケルの混合水溶液(モル比Ni/Al=0.10)を水相とした
こと以外は実施例1と同様にして酸化物粉末を調製し、
同様にペレット触媒を得た。なお酸化物粉末の粒子は中
空状をなし、その金属元素の平均酸化還元電位Eは−1.
53Vであった。
Example 7 An oxide powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixed aqueous solution of aluminum nitrate and nickel nitrate (molar ratio Ni / Al = 0.10) was used as an aqueous phase.
Similarly, a pellet catalyst was obtained. The particles of the oxide powder are hollow, and the average oxidation-reduction potential E of the metal element is −1.
It was 53V.

【0055】(実施例8)硝酸アルミニウムと硝酸鉄の
混合水溶液(モル比Fe/Al=0.10)を水相としたこと以
外は実施例1と同様にして酸化物粉末を調製し、同様に
ペレット触媒を得た。なお酸化物粉末の粒子は中空状を
なし、その金属元素の平均酸化還元電位Eは−1.55Vで
あった。
Example 8 An oxide powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixed aqueous solution of aluminum nitrate and iron nitrate (molar ratio Fe / Al = 0.10) was used as an aqueous phase, and pellets were similarly formed. A catalyst was obtained. The particles of the oxide powder were hollow, and the average oxidation-reduction potential E of the metal element was -1.55 V.

【0056】(実施例9)硝酸アルミニウムと硝酸コバ
ルトの混合水溶液(モル比Co/Al=0.10)を水相とした
こと以外は実施例1と同様にして酸化物粉末を調製し、
同様にペレット触媒を得た。なお酸化物粉末の粒子は中
空状をなし、その金属元素の平均酸化還元電位Eは−1.
54Vであった。
Example 9 An oxide powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixed aqueous solution of aluminum nitrate and cobalt nitrate (molar ratio Co / Al = 0.10) was used as an aqueous phase.
Similarly, a pellet catalyst was obtained. The particles of the oxide powder are hollow, and the average oxidation-reduction potential E of the metal element is −1.
It was 54V.

【0057】(実施例10)硝酸アルミニウムと硝酸ラン
タンの混合水溶液(モル比La/Al=0.10)を水相とした
こと以外は実施例1と同様にして酸化物粉末を調製し、
同様にペレット触媒を得た。なお酸化物粉末の粒子は中
空状をなし、その金属元素の平均酸化還元電位Eは−1.
74Vであった。
Example 10 An oxide powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixed aqueous solution of aluminum nitrate and lanthanum nitrate (molar ratio La / Al = 0.10) was used as an aqueous phase.
Similarly, a pellet catalyst was obtained. The particles of the oxide powder are hollow, and the average oxidation-reduction potential E of the metal element is −1.
It was 74V.

【0058】(実施例11)硝酸アルミニウムと硝酸クロ
ムの混合水溶液(モル比La/Al=0.02)を水相としたこ
と以外は実施例1と同様にして酸化物粉末を調製し、同
様にペレット触媒を得た。なお酸化物粉末の粒子は中空
状をなし、その金属元素の平均酸化還元電位Eは−1.68
Vであった。
Example 11 An oxide powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that a mixed aqueous solution of aluminum nitrate and chromium nitrate (molar ratio La / Al = 0.02) was used as an aqueous phase. A catalyst was obtained. The particles of the oxide powder are hollow, and the average oxidation-reduction potential E of the metal element is -1.68.
V.

【0059】(実施例12)硝酸アルミニウムと硝酸銅の
混合水溶液(モル比Cu/Al=0.10)を水相としたこと以
外は実施例1と同様にして酸化物粉末を調製し、同様に
ペレット触媒を得た。なお酸化物粉末の粒子は中空状を
なし、その金属元素の平均酸化還元電位Eは−1.48Vで
あった。
Example 12 An oxide powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that a mixed aqueous solution of aluminum nitrate and copper nitrate (molar ratio Cu / Al = 0.10) was used as an aqueous phase. A catalyst was obtained. The particles of the oxide powder were hollow, and the average oxidation-reduction potential E of the metal element was -1.48 V.

【0060】(比較例1)酸化物粉末として市販の中実
Al2O3粉末を用いたこと以外は実施例1と同様にしてペ
レット触媒を調製した。なお市販の中実 Al2O3粉末の平
均酸化還元電位Eは−1.66Vである。
(Comparative Example 1) Solid as a commercially available oxide powder
A pellet catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that Al 2 O 3 powder was used. The average redox potential E of commercially available solid Al 2 O 3 powder is -1.66V.

【0061】<試験・評価>図1に、実施例1で合成さ
れた酸化物粉末の粒子のTEM像を示す。この粒子は、
粒径がサブミクロンで殻厚約10nmの、開口部を有する中
空体である。またこの粒子のBET法で測定された比表
面積は50m2/gであり、Hg圧入法で測定された細孔容積
は4cc/gであった。
<Test / Evaluation> FIG. 1 shows a TEM image of the particles of the oxide powder synthesized in Example 1. This particle
It is a hollow body with submicron particle size and shell thickness of about 10 nm, with openings. The specific surface area of the particles measured by the BET method was 50 m 2 / g, and the pore volume measured by the Hg intrusion method was 4 cc / g.

【0062】実施例2〜12で合成された酸化物粉末の粒
子についても同様に測定を行ったところ、組成によって
若干変動がみられたものの、殻厚は約10〜20nmの範囲に
あり、それに伴い比表面積は30〜50m2/g、細孔容積は
2.5〜4cc/g、平均粒径は0.5〜 0.9μmの範囲にあ
った。またいずれの粒子も、実施例1と同の外観を有す
る中空状粒子であった。
The same measurement was performed on the particles of the oxide powders synthesized in Examples 2 to 12, and although there was some variation depending on the composition, the shell thickness was in the range of about 10 to 20 nm. Accordingly, the specific surface area is 30-50 m 2 / g, and the pore volume is
2.5 to 4 cc / g, average particle size was in the range of 0.5 to 0.9 μm. In addition, all the particles were hollow particles having the same appearance as in Example 1.

【0063】次にそれぞれのペレット触媒を常圧流通式
の耐久試験装置に配置し、表1に示すリーンガスを5分
間、リッチガスを5秒間の条件で交互に流通させなが
ら、触媒入りガス温度 900℃で5時間保持する耐久試験
を行った。モデルガスの空間速度はそれぞれ 10,000h-1
である。
Next, each of the pellet catalysts was placed in a normal pressure flow type endurance test apparatus, and while the lean gas and the rich gas shown in Table 1 were alternately passed under the conditions of 5 minutes and 5 seconds, the temperature of the gas containing the catalyst was 900 ° C. For 5 hours. Space velocity of model gas is 10,000h -1 each
It is.

【0064】[0064]

【表1】 [Table 1]

【0065】そして耐久試験後の各ペレット触媒 0.5g
を常圧流通式反応装置に配置し、リーン定常雰囲気相当
の表2に示すモデルガスを 3.5L/分の流量で流しなが
ら室温から 500℃まで12℃/分の速度で昇温した。昇温
時における CH4の浄化率を略連続的に測定し、50%浄化
したときの温度( CH4-T50)をそれぞれ求めた。結果を
表3に示す。
Then, 0.5 g of each pellet catalyst after the durability test
Was placed in a normal pressure flow reactor, and the temperature was raised from room temperature to 500 ° C. at a rate of 12 ° C./min while flowing a model gas shown in Table 2 corresponding to a lean steady atmosphere at a flow rate of 3.5 L / min. The purification rate of CH 4 at the time of heating was measured almost continuously, and the temperature (CH 4 -T50) at the time of 50% purification was determined. Table 3 shows the results.

【0066】[0066]

【表2】 [Table 2]

【0067】[0067]

【表3】 [Table 3]

【0068】表3より、各実施例の触媒では CH4-T50が
410℃以下であり、比較例1の触媒に比べてメタンの浄
化活性が高いことがわかる。これは、中空状の酸化物担
体を用いたことによる効果であることが明らかである。
From Table 3, it can be seen that the catalysts of the examples have CH 4 -T50
It is 410 ° C. or lower, which indicates that the purification activity of methane is higher than that of the catalyst of Comparative Example 1. This is apparently due to the effect of using the hollow oxide carrier.

【0069】一方、実施例どうしの比較より、酸化物担
体の平均酸化還元電位Eが-1.7<E<-1.5の範囲にない
実施例10と実施例12の触媒では、他の触媒に比べて CH4
-T50が高いことがわかる。つまりメタンの酸化活性に
は、酸化物担体の酸性度が大きく影響していることが明
らかである。
On the other hand, from the comparison between the examples, the catalysts of Examples 10 and 12 in which the average oxidation-reduction potential E of the oxide carrier is not in the range of -1.7 <E <-1.5, as compared with the other catalysts. CH 4
-It turns out that T50 is high. In other words, it is clear that the acidity of the oxide carrier greatly affects the methane oxidation activity.

【0070】また実施例10〜11の触媒の結果より、Alよ
り酸化還元電位が低いLaを添加する場合でも、2モル%
以下であれば比較的良好な性能を維持していることがわ
かる。
Further, from the results of the catalysts of Examples 10 and 11, even when La having a redox potential lower than that of Al was added, 2 mol%
Below, it can be seen that relatively good performance is maintained.

【0071】さらに、実施例2〜6の触媒は実施例1と
比べてメタンの酸化活性に遜色なく、Zn,Cr,Zr及びTi
は、10モル%までの範囲であれば用い得ることがわか
る。しかしNi,Fe,Co及びCuは、10モル%ではメタンの
酸化活性が若干低下しているので、さらに含有量を低減
するのが好ましいこともわかる。
Further, the catalysts of Examples 2 to 6 were comparable to those of Example 1 in the oxidizing activity of methane, and showed that Zn, Cr, Zr and Ti
Can be used within a range of up to 10 mol%. However, it can be seen that the content of Ni, Fe, Co and Cu is preferably further reduced because the methane oxidation activity is slightly reduced at 10 mol%.

【0072】[0072]

【発明の効果】すなわち本発明の飽和炭化水素酸化用触
媒によれば、低温域における飽和炭化水素の酸化活性が
きわめて高く、従来は酸化分解が困難であったメタンも
分解除去することができる。そして高温耐久試験後にも
高い酸化活性を示し、耐久性にも優れている。
According to the catalyst for oxidizing saturated hydrocarbons of the present invention, the oxidizing activity of saturated hydrocarbons in a low temperature range is extremely high, and methane which has conventionally been difficult to oxidatively decompose can be decomposed and removed. It shows high oxidation activity even after a high temperature durability test, and has excellent durability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1で製造された酸化物担体の粒
子構造を示すTEM写真である。
FIG. 1 is a TEM photograph showing a particle structure of an oxide carrier manufactured in Example 1 of the present invention.

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年3月15日(2001.3.1
5)
[Submission date] March 15, 2001 (2001.3.1.1)
5)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図1[Correction target item name] Fig. 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図1】 FIG.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01J 23/89 B01D 53/36 104Z 35/08 B01J 23/56 301A 35/10 301 23/64 103A Fターム(参考) 4D048 AA18 AB01 AB03 BA01Y BA03X BA07X BA08X BA14Y BA15Y BA16Y BA17Y BA18X BA20Y BA23Y BA24Y BA25X BA26Y BA28Y BA31X BA32Y BA33Y BA35X BA36X BA37X BA38X BA41X BB01 BB17 4G069 AA03 BA01A BA01B BA04A BA04B BA05A BA05B BB02A BB02B BB04A BB04B BC01A BC08A BC17A BC18A BC19A BC21A BC31A BC31B BC35A BC35B BC36A BC38A BC42A BC42B BC52A BC54A BC55A BC56A BC58A BC58B BC59A BC62A BC66A BC66B BC67A BC67B BC68A BC68B BC72A BC72B CA02 CA03 CA07 CA10 CA15 EB06 EB15X EB15Y EB18X EB18Y EC02X EC02Y EC08X EC08Y EC27 FC08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) B01J 23/89 B01D 53/36 104Z 35/08 B01J 23/56 301A 35/10 301 23/64 103A F term 4D048 AA18 AB01 AB03 BA01Y BA03X BA07X BA08X BA14Y BA15Y BA16Y BA17Y BA18X BA20Y BA23Y BA24Y BA25X BA26Y BA28Y BA31X BA32Y BA33Y BA35X BA36X BA37X BA38X BA41X BB01 BB17 4A04B04A05B01A03B02A01 BC31A BC31B BC35A BC35B BC36A BC38A BC42A BC42B BC52A BC54A BC55A BC56A BC58A BC58B BC59A BC62A BC66A BC66B BC67A BC67B BC68A BC68B BC72A BC72B CA02 CA03 CA07 CA10 CA15 EB06 EB15X EB15 EC02 EC02 EC08

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 中空状粒子からなる酸化物担体と、該酸
化物担体に担持された少なくともPdと、からなることを
特徴とする飽和炭化水素酸化用触媒。
1. A catalyst for oxidizing saturated hydrocarbons, comprising: an oxide carrier composed of hollow particles; and at least Pd supported on the oxide carrier.
【請求項2】 前記酸化物担体は、Al,Ti,Zr及びHfか
ら選ばれる少なくとも一種の金属の酸化物であることを
特徴とする請求項1に記載の飽和炭化水素酸化用触媒。
2. The catalyst for oxidizing a saturated hydrocarbon according to claim 1, wherein the oxide carrier is an oxide of at least one metal selected from Al, Ti, Zr and Hf.
【請求項3】 前記酸化物担体は Al2O3を主成分とする
ことを特徴とする請求項2に記載の飽和炭化水素酸化用
触媒。
3. The catalyst for oxidizing a saturated hydrocarbon according to claim 2, wherein the oxide carrier contains Al 2 O 3 as a main component.
【請求項4】 前記酸化物担体の殻厚が50nm以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の飽和炭化水素酸化用
触媒。
4. The catalyst for oxidizing saturated hydrocarbons according to claim 1, wherein the shell thickness of the oxide carrier is 50 nm or less.
【請求項5】 前記酸化物担体の粒径が5μm以下であ
ることを特徴とする請求項1に記載の飽和炭化水素酸化
用触媒。
5. The catalyst for oxidizing a saturated hydrocarbon according to claim 1, wherein the particle diameter of the oxide carrier is 5 μm or less.
【請求項6】 前記酸化物担体の比表面積が30m2/g以
上であることを特徴とする請求項1に記載の飽和炭化水
素酸化用触媒。
6. The catalyst for oxidizing a saturated hydrocarbon according to claim 1, wherein the specific surface area of the oxide carrier is 30 m 2 / g or more.
【請求項7】 前記酸化物担体の細孔容積が2cc/g以
上であることを特徴とする請求項1に記載の飽和炭化水
素酸化用触媒。
7. The catalyst for oxidizing saturated hydrocarbons according to claim 1, wherein the pore volume of the oxide carrier is 2 cc / g or more.
【請求項8】 前記Pdの担持量が 0.5〜15重量%である
ことを特徴とする請求項1に記載の飽和炭化水素酸化用
触媒。
8. The catalyst for oxidizing a saturated hydrocarbon according to claim 1, wherein the carried amount of Pd is 0.5 to 15% by weight.
【請求項9】 前記酸化物担体を構成するn種の金属元
素M1,M2・・Mnの平均酸化還元電位Eが-1.7<E<-1.5
の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の飽和炭
化水素酸化用触媒。ここで平均酸化還元電位Eは数1式
で与えられる値である。 【数1】
9. average oxidation-reduction potential E of the n kinds of metal elements constituting the oxide carrier M 1, M 2 ·· M n is -1.7 <E <-1.5
The catalyst for oxidizing a saturated hydrocarbon according to claim 1, wherein Here, the average oxidation-reduction potential E is a value given by Expression 1. (Equation 1)
【請求項10】 前記酸化物担体は Al2O3を主成分とし、
Alより酸化還元電位が低いアルカリ金属、アルカリ土類
金属及び周期律表第3A族元素から選ばれる少なくとも一
種の元素をAlに対して10モル%以上含まないことを特徴
とする請求項9に記載の飽和炭化水素酸化用触媒。
10. The oxide carrier contains Al 2 O 3 as a main component,
10. The composition according to claim 9, wherein at least one element selected from the group consisting of an alkali metal, an alkaline earth metal, and a Group 3A element in the periodic table, which has a redox potential lower than that of Al, is not contained in an amount of 10 mol% or more based on Al. For the oxidation of saturated hydrocarbons.
【請求項11】 前記酸化物担体はアルカリ金属、アルカ
リ土類金属及び周期律表第3族元素から選ばれる少なく
とも一種の元素をAlに対して2モル%以上含まないこと
を特徴とする請求項10に記載の飽和炭化水素酸化用触
媒。
11. The oxide carrier, wherein at least one element selected from an alkali metal, an alkaline earth metal and an element of Group 3 of the periodic table is not contained in an amount of 2 mol% or more based on Al. 11. The catalyst for oxidizing saturated hydrocarbon according to 10.
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