JP2005224705A - Catalyst for cleaning exhaust gas - Google Patents

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稔貴 田辺
Toshio Yamamoto
敏生 山本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a catalyst in which the specific surface area of an oxide carrier can be restrained from being reduced and the grain growth of a noble metal to be deposited on the oxide carrier can also be restrained. <P>SOLUTION: This catalyst is composed of the oxide carrier the specific surface area of which, when heat-treated in an oxidizing atmosphere, is substantially equal to that when heat-treated in a reducing atmosphere and the noble metal deposited on the oxide carrier. Since the extent of reduction of the specific surface area in the reducing atmosphere is substantially equal to that of reduction of the specific surface area in the oxidizing atmosphere, the reduction of the specific surface area can be restrained in comparison with the conventional oxide carrier. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、酸化物担体に貴金属が担持されてなる排ガス浄化用触媒に関し、詳しくは高温時における貴金属の粒成長を抑制できる排ガス浄化用触媒に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst in which a noble metal is supported on an oxide carrier, and more particularly to an exhaust gas purifying catalyst capable of suppressing noble metal grain growth at high temperatures.

自動車からの排ガス中にはCO、HC、NOx などの有害成分が含まれ、これらの排出量を低減するために酸化触媒、三元触媒、NOx 吸蔵還元触媒など種々の排ガス浄化用触媒が排気系に搭載されている。これらの触媒は、主としてPtなどの貴金属を活性種とし、貴金属をアルミナなどの酸化物担体に担持することで固定して用いている。 Exhaust gas from automobiles contains harmful components such as CO, HC, and NO x , and various exhaust gas purification catalysts such as oxidation catalysts, three-way catalysts, and NO x storage reduction catalysts are used to reduce these emissions. It is installed in the exhaust system. These catalysts are mainly used by fixing a noble metal such as Pt as an active species and supporting the noble metal on an oxide carrier such as alumina.

ところで貴金属の活性をより引き出すためには、貴金属を微細な状態で担持して表面積を大きくし、活性点の数を増やすことが必要である。そこで酸化物担体に貴金属を担持するには、可溶性の貴金属塩の水溶液が用いられている。そして例えば、所定量のその貴金属塩水溶液を酸化物担体粉末に含浸させた後に蒸発乾固する含浸担持法、あるいは酸化物担体よりなるコート層をハニカム基材に形成し、それを貴金属塩水溶液中に浸漬後に引き上げて焼成する吸水担持法、などの担持方法が知られている。   By the way, in order to extract the activity of the noble metal more, it is necessary to support the noble metal in a fine state to increase the surface area and to increase the number of active sites. Therefore, an aqueous solution of a soluble noble metal salt is used to support the noble metal on the oxide carrier. And, for example, an impregnation supporting method in which a predetermined amount of the noble metal salt aqueous solution is impregnated into the oxide carrier powder and then evaporated to dryness, or a coat layer made of the oxide carrier is formed on the honeycomb substrate, and this is added to the noble metal salt aqueous solution. There is known a supporting method such as a water absorbing supporting method in which the substrate is dipped in and then fired and fired.

しかし排ガス浄化用触媒は高温に晒されるために、担持されている貴金属に粒成長が生じる場合がある。例えばPtは高温の酸素過剰雰囲気下でPtO2となって担体上を移動しやすく、近傍に存在するPtどうしが凝集して粗大粒子となりやすい。貴金属がこのように粗大な粒子となると、活性点の減少によって浄化活性が低下するという問題がある。特に、高温域での使用などによって貴金属を担持している担体の比表面積が低下すると、貴金属の粒成長が促進されてしまう。 However, since the exhaust gas-purifying catalyst is exposed to a high temperature, grain growth may occur on the supported noble metal. For example, Pt becomes PtO 2 in a high-temperature oxygen-excess atmosphere and easily moves on the support, and Pt existing in the vicinity tends to aggregate and become coarse particles. When the noble metal becomes such coarse particles, there is a problem that the purification activity is lowered due to the decrease in the active points. In particular, when the specific surface area of the carrier supporting the noble metal is reduced due to use in a high temperature range, grain growth of the noble metal is promoted.

そこで貴金属の粒成長を抑制するには、担体の比表面積の低下を抑制することが有効である。例えばセリアは酸素吸放出能( OSC)を有するので、セリアを担体とすることで、排ガスの雰囲気変動を緩和することが可能となり、三元触媒などストイキ近傍の雰囲気で最大の活性が得られる排ガス浄化用触媒の活性をさらに向上させることができる。ところがセリアを担体とした触媒は、高温域での使用によって比表面積が低下し、 OSCが低下するとともに担持されている貴金属が粒成長するため、活性が低下するという問題があった。   Therefore, in order to suppress the grain growth of the noble metal, it is effective to suppress the decrease in the specific surface area of the carrier. For example, because ceria has oxygen absorption / release capacity (OSC), it is possible to mitigate fluctuations in the atmosphere of exhaust gas by using ceria as a carrier, and exhaust gas that can achieve maximum activity in an atmosphere near stoichiometric, such as a three-way catalyst. The activity of the purification catalyst can be further improved. However, the catalyst using ceria as a carrier has a problem that the specific surface area decreases due to use in a high temperature region, OSC decreases, and the supported noble metal grows, resulting in a decrease in activity.

そこで従来より、セリアにジルコニアやセリウムを除く希土類元素の酸化物を固溶させることが提案されている。例えば特開平04−055315号公報には、セリウム(Ce)の水溶性塩とジルコニウム(Zr)の水溶性塩の混合水溶液からセリア前駆体とジルコニア前駆体とを共沈させ、それを熱処理する酸化セリウム微粉体の製造方法が開示されている。この製造方法によれば、共沈物を熱処理することによりCeO2とZrO2は複合酸化物となり、互いに固溶した酸化物固溶体が生成する。 In view of this, it has been conventionally proposed that a rare earth element oxide other than zirconia or cerium is dissolved in ceria. For example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 04-055315 discloses an oxidation process in which a ceria precursor and a zirconia precursor are co-precipitated from a mixed aqueous solution of a water-soluble salt of cerium (Ce) and a water-soluble salt of zirconium (Zr) and heat-treated. A method for producing a cerium fine powder is disclosed. According to this manufacturing method, when the coprecipitate is heat-treated, CeO 2 and ZrO 2 become a composite oxide, and an oxide solid solution in which they are in solid solution is generated.

また特開平09−221304号公報には、CeとZrの金属塩が溶解した水溶液から酸化物前駆体を沈殿させる際に界面活性剤を添加しておくことで、結晶子の平均径が小さく高い固溶度となり、高い OSCが発現されるセリア−ジルコニア固溶体の製造方法が開示されている。   JP-A 09-221304 discloses that the average diameter of the crystallite is small and high by adding a surfactant when the oxide precursor is precipitated from an aqueous solution in which the metal salt of Ce and Zr is dissolved. A method for producing a ceria-zirconia solid solution having a solid solubility and high OSC is disclosed.

さらに特表2001−524918号公報には、金属塩の水溶液から酸化物前駆体を沈殿させる際に界面活性剤を添加しておくことで、粒子サイズ分布、細孔容積などを最適に調整するジルコニアあるいはセリア−ジルコニア固溶体などの製造方法が開示されている。   Furthermore, Japanese Patent Publication No. 2001-524918 discloses a zirconia that optimally adjusts the particle size distribution, pore volume, etc. by adding a surfactant when the oxide precursor is precipitated from an aqueous solution of a metal salt. Alternatively, a method for producing ceria-zirconia solid solution or the like is disclosed.

ところがセリア−ジルコニア系の複合酸化物であっても、高温域における比表面積の低下は避けられない。そしてさらなる研究の結果、酸化雰囲気と還元雰囲気とで比表面積の低下度合いに差があることが明らかとなり、還元雰囲気においては比表面積の低下がより進行しやすいことがわかっている。   However, even if it is a ceria-zirconia-based composite oxide, a decrease in specific surface area in a high temperature region is inevitable. As a result of further research, it is clear that there is a difference in the degree of decrease in the specific surface area between the oxidizing atmosphere and the reducing atmosphere, and it is known that the specific surface area is more likely to decrease in the reducing atmosphere.

この理由は明らかではないが、特開平10−218668号公報に記載の内容を考慮すると、以下のように考えられる。特開平10−218668号公報には、セリアを含む酸素不定比性を有する金属酸化物が、酸素分圧が変動する雰囲気中で繰り返し加熱されると焼結が促進されることが記載され、その理由として、酸素分圧の変動によって金属酸化物から酸素原子の移動が生じ、それに伴って金属元素の動きも活発になることが記載されている。   The reason for this is not clear, but in consideration of the contents described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-218668, it is considered as follows. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-218668 describes that sintering is promoted when a metal oxide having oxygen nonstoichiometry including ceria is repeatedly heated in an atmosphere in which the oxygen partial pressure varies. The reason is described that oxygen atoms move from the metal oxide due to fluctuations in the oxygen partial pressure, and the movement of the metal elements is also activated accordingly.

このことを勘案すると、セリアを含む酸素不定比性を有する金属酸化物は、酸素が多い大気中において価数が最大となっているので、酸素不足の還元雰囲気での加熱により酸素を放出し、金属元素の動きが活発になって焼結が促進され、これによって比表面積が低下するものと考えられる。さらに、自動車の排ガスは酸化雰囲気と還元雰囲気が繰り返される状態であるので、セリアを含む酸素不定比性を有する金属酸化物に貴金属を担持した触媒は、実使用条件下では比表面積の低下が生じやすく、貴金属の粒成長が生じやすい。
特開平04−055315号 特開平09−221304号 特表2001−524918号 特開平10−218668号
Taking this into consideration, the metal oxide having oxygen non-stoichiometry containing ceria has the largest valence in the atmosphere rich in oxygen, so it releases oxygen by heating in an oxygen-deficient reducing atmosphere, It is considered that the movement of the metal element becomes active and the sintering is promoted, thereby reducing the specific surface area. Furthermore, since the exhaust gas of automobiles is in a state in which an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere are repeated, a catalyst in which a noble metal is supported on a metal oxide having an oxygen non-stoichiometry containing ceria has a reduced specific surface area under actual use conditions. It is easy to cause noble metal grain growth.
JP 04-055315 JP 09-221304 A Special table 2001-524918 JP-A-10-218668

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、酸化物担体の比表面積の低下が抑制され、担持されている貴金属の粒成長も抑制できる触媒とすることを解決すべき課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object to be solved is to provide a catalyst that can suppress a decrease in the specific surface area of an oxide carrier and can also suppress grain growth of a supported noble metal.

上記課題を解決する本発明の排ガス浄化用触媒の特徴は、酸化雰囲気で熱処理したときの比表面積と、還元雰囲気で熱処理したときの比表面積とが実質上同一である酸化物担体と、その酸化物担体に担持された貴金属と、からなることにある。   The exhaust gas purifying catalyst of the present invention that solves the above problems is characterized in that the specific surface area when heat-treated in an oxidizing atmosphere and the specific surface area when heat-treated in a reducing atmosphere are substantially the same, and the oxidation support thereof And a noble metal supported on a material carrier.

酸化物担体は、酸素不定比性を有する遷移金属酸化物を含んでもよいし含まなくてもよい。酸化物担体が酸素不定比性を有する遷移金属酸化物を含む場合には、遷移金属酸化物はセリアであることが望ましい。   The oxide support may or may not contain a transition metal oxide having oxygen nonstoichiometry. When the oxide support includes a transition metal oxide having oxygen nonstoichiometry, the transition metal oxide is preferably ceria.

本発明の排ガス浄化用触媒によれば、酸化雰囲気と還元雰囲気とが繰り返される自動車の排ガス中で使用された場合にも、酸化物担体の比表面積の低下度合いが小さく、その担体に担持されている貴金属の粒成長が抑制される。したがって初期の高い活性を長期間保持することができ、耐久性に優れている。   According to the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, even when used in an exhaust gas of an automobile in which an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere are repeated, the degree of decrease in the specific surface area of the oxide carrier is small and is supported on the carrier. Grain growth of precious metal is suppressed. Therefore, the initial high activity can be maintained for a long time, and the durability is excellent.

本発明の排ガス浄化用触媒では、酸化雰囲気で熱処理したときの比表面積と、還元雰囲気で熱処理したときの比表面積とが実質上同一である酸化物担体を用いている。従来の酸化物担体は、酸化雰囲気と還元雰囲気とで比表面積の低下度合いに差があり、還元雰囲気で加熱された場合の方が比表面積が低下しやすい。そのため酸化雰囲気と還元雰囲気とが繰り返される自動車の排ガス中で使用された場合には、酸化雰囲気で比表面積がある程度低下し、還元雰囲気ではそれ以上に比表面積が低下するため、比表面積が大きく低下してしまう。   The exhaust gas-purifying catalyst of the present invention uses an oxide carrier in which the specific surface area when heat-treated in an oxidizing atmosphere and the specific surface area when heat-treated in a reducing atmosphere are substantially the same. Conventional oxide carriers have a difference in the degree of reduction of the specific surface area between the oxidizing atmosphere and the reducing atmosphere, and the specific surface area tends to decrease when heated in a reducing atmosphere. Therefore, when used in the exhaust gas of an automobile in which an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere are repeated, the specific surface area is reduced to some extent in the oxidizing atmosphere, and the specific surface area is further reduced in the reducing atmosphere. Resulting in.

しかし本発明の排ガス浄化用触媒では、還元雰囲気における比表面積の低下度合いが実質上酸化雰囲気の場合と同一であるので、従来に比べて比表面積の低下を抑制することができる。   However, in the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, since the degree of reduction of the specific surface area in the reducing atmosphere is substantially the same as that in the oxidizing atmosphere, the reduction of the specific surface area can be suppressed as compared with the conventional case.

酸化物担体としては、酸化雰囲気で熱処理したときの比表面積と、還元雰囲気で熱処理したときの比表面積とが実質上同一であれば特に制限されず、アルミナ、チタニア、セリア、ジルコニア、シリカ、マグネシアなどから選ばれる単体又は混合物、あるいはこれらから選ばれた複数種からなる複合酸化物などを用いることができる。また酸化物担体の製造方法としては、沈殿法、共沈法、ゾルゲル法、熱分解法など、特に制限されない。   The oxide carrier is not particularly limited as long as the specific surface area when heat-treated in an oxidizing atmosphere and the specific surface area when heat-treated in a reducing atmosphere are substantially the same, and alumina, titania, ceria, zirconia, silica, magnesia A simple substance or a mixture selected from the above or a composite oxide composed of a plurality of kinds selected from these can be used. The method for producing the oxide carrier is not particularly limited, such as a precipitation method, a coprecipitation method, a sol-gel method, and a thermal decomposition method.

ここで「酸化雰囲気で熱処理したときの比表面積と、還元雰囲気で熱処理したときの比表面積とが実質上同一」とは、酸化雰囲気で熱処理したときの比表面積と還元雰囲気で熱処理したときの比表面積との差の絶対値が小さいことをいうが、その差は相対的なものである。例えば、酸化雰囲気で熱処理したときの比表面積と還元雰囲気で熱処理したときの比表面積との差が10m2/gであっても、熱処理前の比表面積が 100m2/gと20m2/gのものでは、貴金属の粒径に対する影響が異なり後者のものの方が影響が大きいと考えられる。したがって、酸化雰囲気で熱処理したときの比表面積と還元雰囲気で熱処理したときの比表面積との差の絶対値の、酸化雰囲気で熱処理したときの比表面積に対する割合を指標とすることが好ましく、その割合が10%以下、より好ましくは5%以下とするのがよい。 Here, “the specific surface area when heat-treated in an oxidizing atmosphere and the specific surface area when heat-treated in a reducing atmosphere” is substantially the same as the specific surface area when heat-treating in an oxidizing atmosphere and the heat-treated temperature in a reducing atmosphere. Although the absolute value of the difference from the surface area is small, the difference is relative. For example, even if the difference between the specific surface area when heat-treated in an oxidizing atmosphere and the specific surface area when heat-treated in a reducing atmosphere is 10 m 2 / g, the specific surface area before heat treatment is 100 m 2 / g and 20 m 2 / g. As for the thing, the influence with respect to the particle size of a noble metal differs, and it is thought that the latter thing has a larger influence. Therefore, the ratio of the absolute value of the difference between the specific surface area when heat-treated in an oxidizing atmosphere and the specific surface area when heat-treated in a reducing atmosphere to the specific surface area when heat-treated in an oxidizing atmosphere is preferably used as an index. Is 10% or less, more preferably 5% or less.

酸化物担体は、酸素不定比性を有する遷移金属酸化物を含んでもよいし含まなくてもよいが、含む場合に本発明の作用効果が絶大となる。酸素不定比性を有する遷移金属酸化物としては、NiO 、Fe2O3 、CuO 、Mn2O5 、CeO2 などが例示されるが、排ガス浄化用触媒の担体としては OSCが高いCeO2が特に好ましいので、酸化物担体としてはCeO2、CeO2−ZrO2複合酸化物、CeO2−ZrO2−Y2O3複合酸化物などCeO2を含むものを用いることが望ましい。 The oxide support may or may not contain a transition metal oxide having oxygen non-stoichiometry, but when it is contained, the effect of the present invention is maximized. NiO, Fe 2 O 3 , CuO, Mn 2 O 5 , CeO 2 and the like are exemplified as transition metal oxides having oxygen non-stoichiometry, but CeO 2 having a high OSC is used as a carrier for exhaust gas purification catalysts. since particularly preferred, CeO 2, CeO 2 -ZrO 2 composite oxide as the oxide support, it is desirable to use those containing CeO 2, etc. CeO 2 -ZrO 2 -Y 2 O 3 composite oxide.

また酸化物担体に担持された貴金属としては、Pt,Rh,Pd,Irなどから選ばれる少なくとも一種を用いることができるが、酸化活性が特に高く粒成長しやすいPtを少なくとも含むことが好ましい。この貴金属の担持量は、触媒体積1リットル当たりに 0.1〜20g程度が一般的である。   Further, as the noble metal supported on the oxide carrier, at least one selected from Pt, Rh, Pd, Ir and the like can be used, but it is preferable to contain at least Pt which has a particularly high oxidation activity and easily grows grains. The amount of the precious metal supported is generally about 0.1 to 20 g per liter of catalyst volume.

本発明にいう酸化物担体を製造するには、例えば、酸化物となる金属元素を含む化合物が溶解した水溶液にアルカリ性物質を添加することにより酸化物前駆体の沈殿物を得る第1工程と、沈殿物を洗浄する第2工程と、洗浄後の沈殿物を界面活性剤とともに水中で撹拌する第3工程と、第3工程後の沈殿物を焼成する第4工程と、を順次行う製造方法を用いることができる。なおこの製造方法を用いても、原料の組成比率あるいは製造条件によっては、酸化雰囲気で熱処理したときの比表面積と、還元雰囲気で熱処理したときの比表面積とが実質上異なる酸化物担体が製造される場合がある。   In order to produce the oxide carrier referred to in the present invention, for example, a first step of obtaining a precipitate of an oxide precursor by adding an alkaline substance to an aqueous solution in which a compound containing a metal element to be an oxide is dissolved; A production method for sequentially performing a second step of washing the precipitate, a third step of stirring the washed precipitate in water together with a surfactant, and a fourth step of firing the precipitate after the third step. Can be used. Even if this production method is used, depending on the composition ratio of the raw materials or production conditions, oxide carriers having substantially different specific surface areas when heat-treated in an oxidizing atmosphere and specific surface areas when heat-treated in a reducing atmosphere are produced. There is a case.

この製造方法では、先ず第1工程において、酸化物となる金属元素を含む化合物が溶解した水溶液にアルカリ性物質を添加することにより酸化物前駆体の沈殿物を形成する。   In this manufacturing method, first, in the first step, an oxide precursor precipitate is formed by adding an alkaline substance to an aqueous solution in which a compound containing a metal element to be an oxide is dissolved.

酸化物となる金属元素を含む化合物が溶解した水溶液としては、Zr、Ce、Yなどの金属を含む水溶性化合物の水溶液を用いることができ、例えば金属がCe又はZrの場合には、硝酸セリウム(III )、硝酸セリウム(IV)アンモニウム、塩化セリウム(III )、硫酸セリウム(III )、硫酸セリウム(IV)、オキシ硝酸ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウムなどの水溶液を用いることができる。   As an aqueous solution in which a compound containing a metal element that becomes an oxide is dissolved, an aqueous solution of a water-soluble compound containing a metal such as Zr, Ce, or Y can be used. For example, when the metal is Ce or Zr, cerium nitrate is used. An aqueous solution of (III), cerium (IV) ammonium nitrate, cerium (III) chloride, cerium (III) sulfate, cerium (IV) sulfate, zirconium oxynitrate, zirconium oxychloride, or the like can be used.

またアルカリ性物質としては、水溶液としてアルカリ性を示すものであれば用いることができる。加熱時に容易に分離できるアンモニアが特に望ましい。しかしアルカリ金属の水酸化物などの他のアルカリ性物質であっても、水洗によって容易に除去することができるので用いることができる。このアルカリ性物質の添加は水溶液として添加することが望ましく、徐々に滴下してもよいし一度に全量を混合することもできる。なお沈殿物の偏析を防止するために、金属元素が溶解した水溶液を撹拌しながら添加することが望ましい。   Moreover, as an alkaline substance, what shows alkalinity as aqueous solution can be used. Ammonia, which can be easily separated during heating, is particularly desirable. However, other alkaline substances such as alkali metal hydroxides can be used because they can be easily removed by washing with water. The alkaline substance is preferably added as an aqueous solution, which may be gradually added dropwise or mixed all at once. In order to prevent segregation of precipitates, it is desirable to add an aqueous solution in which a metal element is dissolved with stirring.

CeO2−ZrO2複合酸化物を製造する場合には、セリウムの価数に注意する必要がある。4価のセリウムの場合には、CeO2はZrO2と比較的容易に固溶するので問題はないが、3価のセリウムの場合には、Ce2O3 はZrO2と固溶しにくいので、例えば水溶液中に過酸化水素を共存させることが望ましい。このようにすれば、セリウム(III )が過酸化水素と錯体を作り酸化されてセリウム(IV)となるので、CeO2をZrO2と固溶させやすくすることができる。 When producing a CeO 2 —ZrO 2 composite oxide, it is necessary to pay attention to the valence of cerium. In the case of tetravalent cerium, there is no problem because CeO 2 dissolves relatively easily with ZrO 2 , but in the case of trivalent cerium, Ce 2 O 3 is difficult to dissolve in ZrO 2 . For example, it is desirable to coexist hydrogen peroxide in an aqueous solution. In this way, cerium (III) forms a complex with hydrogen peroxide and is oxidized to cerium (IV), so that CeO 2 can be easily dissolved in ZrO 2 .

過酸化水素の添加量は、セリウムイオンの1/4以上であることが望ましい。過酸化水素の添加量がセリウムイオンの1/4未満であるとCeO2とZrO2の固溶が不十分となる。過酸化水素の過剰の添加は特に悪影響を及ぼさないが、経済的な面で不利となるのみでメリットはなく、セリウムイオンの1/2〜2倍の範囲にあることがより望ましい。なお、過酸化水素の添加時期は特に制限されず、アルカリ性物質の添加前でもよいし、同時あるいはそれより後に添加することもできる。また過酸化水素は後処理が不要となるので特に望ましい酸化剤であるが、場合によっては酸素ガスやオゾン、過塩素酸、過マンガン酸などの過酸化物など他の酸化剤を用いることもできる。 The amount of hydrogen peroxide added is desirably ¼ or more of cerium ions. If the added amount of hydrogen peroxide is less than 1/4 of the cerium ion, the solid solution of CeO 2 and ZrO 2 becomes insufficient. The excessive addition of hydrogen peroxide has no particular adverse effect, but it is disadvantageous in terms of economy, has no merit, and is preferably in the range of 1/2 to 2 times that of cerium ions. In addition, the addition timing in particular of hydrogen peroxide is not restrict | limited, It may be before the addition of an alkaline substance, and can also be added simultaneously or after it. Hydrogen peroxide is a particularly desirable oxidizing agent because it does not require post-treatment, but in some cases, other oxidizing agents such as oxygen gas, peroxides such as ozone, perchloric acid and permanganic acid can be used. .

さらに、酸化物となる金属元素を含む化合物が溶解した水溶液を103sec-1以上、望ましくは104sec-1以上の高せん断速度で高速撹拌しながらアルカリ性物質を添加することも好ましい。中和生成物である沈殿微粒子中の成分は、ある程度の偏析が避けられないため、強力な撹拌によりこの偏析を均一にするとともに分散性を向上させることができる。例えばセリウム塩とジルコニウム塩の水溶液から共沈させる場合、両者の沈殿するpHが異なるため同種の沈殿粒子が集団になりやすい。そこで高せん断速度で高速撹拌することにより、同種の沈殿微粒子の集団が破壊され、CeO2前駆体とZrO2前駆体の接触度合いが向上するため沈殿粒子がよく混合される。したがってCeO2−ZrO2固溶体の固溶度が向上するとともに結晶子の平均径を小さくすることができる。せん断速度が103sec-1未満では、固溶促進効果が十分でない。なお、せん断速度Vは、V=v/Dで表される。ここでvは撹拌機のロータとステータの速度差(m/sec )であり、Dはロータとステータの間隙(m)である。 Further, it is also preferable to add an alkaline substance while stirring an aqueous solution in which a compound containing a metal element as an oxide is dissolved at a high shear rate of 10 3 sec −1 or more, desirably 10 4 sec −1 or more. Since the components in the precipitated fine particles, which are neutralized products, cannot avoid a certain degree of segregation, the segregation can be made uniform and the dispersibility can be improved by vigorous stirring. For example, when co-precipitated from an aqueous solution of cerium salt and zirconium salt, the same kind of precipitated particles are likely to be a group because the pH at which they precipitate is different. Therefore, high-speed stirring at a high shear rate destroys a group of precipitated fine particles of the same type and improves the contact degree between the CeO 2 precursor and the ZrO 2 precursor, so that the precipitated particles are mixed well. Therefore, the solid solubility of the CeO 2 —ZrO 2 solid solution can be improved and the average diameter of the crystallite can be reduced. When the shear rate is less than 10 3 sec −1 , the solid solution promoting effect is not sufficient. The shear rate V is expressed by V = v / D. Here, v is a speed difference (m / sec) between the rotor and the stator of the stirrer, and D is a gap (m) between the rotor and the stator.

従来の共沈法においては、酸化物となる金属元素を含む化合物及びアルカリ性物質と、界面活性剤とが水溶液中で共存している。そのためアルカリ性物質添加時のpH変化によって界面活性剤の性質が変化し、界面活性剤の添加効果が損なわれるという不具合があった。   In the conventional coprecipitation method, a compound containing a metal element that becomes an oxide, an alkaline substance, and a surfactant coexist in an aqueous solution. For this reason, there has been a problem that the property of the surfactant is changed by the pH change when the alkaline substance is added, and the effect of adding the surfactant is impaired.

そこでこの製造方法では、第2工程において酸化物前駆体の沈殿物を洗浄し、第3工程において洗浄後の沈殿物を界面活性剤とともに水中で撹拌する。第2工程における洗浄によって、酸化物前駆体からアルカリ性物質及び遊離酸などが洗い流されるため、第3工程においては界面活性剤はpH変化に晒されない。したがって界面活性剤の添加効果が最大に発現され、第4工程における焼成によって細孔径が 0.1μm以下の細孔の細孔容積が 0.2cc/g以上である金属酸化物を製造することができる。   Therefore, in this production method, the precipitate of the oxide precursor is washed in the second step, and the washed precipitate is stirred in water together with the surfactant in the third step. Since the alkaline substance and free acid are washed away from the oxide precursor by washing in the second step, the surfactant is not exposed to pH change in the third step. Therefore, the effect of adding the surfactant is maximized, and a metal oxide having a pore volume of 0.1 cc / g or more and a pore volume of 0.2 cc / g or more can be produced by firing in the fourth step.

界面活性剤の作用は明らかではないが、以下のように推察される。つまり、アルカリ性物質で中和したばかりの状態では、酸化物となる金属元素は数nm以下の粒径の非常に微細な水酸化物又は酸化物の状態で沈殿する。そして第2工程における洗浄中などに一次粒子の凝集がある程度進行して二次粒子となる。   The action of the surfactant is not clear, but is presumed as follows. That is, in the state just neutralized with the alkaline substance, the metal element that becomes an oxide precipitates in a very fine hydroxide or oxide state having a particle size of several nm or less. Then, the aggregation of the primary particles proceeds to some extent during the cleaning in the second step and becomes secondary particles.

第3工程における界面活性剤の添加により、界面活性剤のミセルの中にその二次粒子が取り込まれ、ミセル中で凝集及び熟成が進行することによって、濃縮された小さな空間の中で粒子の成長が進行する。さらに、界面活性剤の分散効果により二次粒子の分散性が向上する。これらの作用により、細孔径が 0.1μm以下の細孔の細孔容積が 0.2cc/g以上である金属酸化物粉末を製造することができると考えられる。   By adding the surfactant in the third step, the secondary particles are taken into the micelles of the surfactant, and the particles grow in the concentrated small space by aggregating and aging in the micelles. Progresses. Furthermore, the dispersibility of the secondary particles is improved by the dispersing effect of the surfactant. By these actions, it is considered that a metal oxide powder having a pore diameter of 0.1 袖 m or less and a pore volume of 0.2 cc / g or more can be produced.

第3工程における界面活性剤の添加量は、得られる金属酸化物粉末に対して2〜40重量%となる範囲、すなわち重量比で金属酸化物粉末:界面活性剤=98〜60:2〜40の範囲が好ましい。界面活性剤の添加量が2重量%未満では添加した効果が小さく、40重量%を超えて添加すると界面活性剤どうしの凝集によって酸化物前駆体の分散性が低下し、また第4工程における焼成時に界面活性剤の燃焼による発熱量が大きくなるため金属酸化物の凝集が生じて比表面積が小さくなってしまう。   The addition amount of the surfactant in the third step is in a range of 2 to 40% by weight with respect to the obtained metal oxide powder, that is, metal oxide powder: surfactant = 98 to 60: 2 to 40 in a weight ratio. The range of is preferable. If the added amount of the surfactant is less than 2% by weight, the effect of the addition is small. If the added amount exceeds 40% by weight, the dispersibility of the oxide precursor is reduced due to the aggregation of the surfactants, and firing in the fourth step Occasionally, the amount of heat generated by the combustion of the surfactant increases, so that the metal oxide aggregates and the specific surface area decreases.

なお第3工程における水の量は、第1工程における水の量と同程度であることが好ましいが、撹拌できる範囲であれば特に制限されない。また第3工程における撹拌速度は1000 sec-1以上とすることが好ましく、10〜30℃の温度で5分間以上撹拌することが好ましい。撹拌による剪断力が大きすぎると発熱したり装置の消耗が激しくなり、剪断力が小さすぎると界面活性剤の分散状態が十分でない場合がある。また撹拌時の温度がこの範囲より低いと撹拌時間が長時間となり、この範囲より高い温度では発熱や装置の消耗が生じるようになる。 The amount of water in the third step is preferably about the same as the amount of water in the first step, but is not particularly limited as long as it can be stirred. Further, the stirring speed in the third step is preferably 1000 sec −1 or more, and it is preferable to stir at a temperature of 10 to 30 ° C. for 5 minutes or more. If the shearing force by stirring is too large, heat will be generated or the apparatus will be exhausted excessively. If the shearing force is too small, the surfactant may not be sufficiently dispersed. Further, if the temperature during stirring is lower than this range, the stirring time becomes longer, and if the temperature is higher than this range, heat generation or exhaustion of the apparatus occurs.

界面活性剤としては、陰イオン系、陽イオン系及び非イオン系などのいずれも用いることができるが、その中でも形成するミセルが内部に狭い空間を形成しうる形状、例えば球状ミセルを形成し易い界面活性剤が望ましい。また臨界ミセル濃度(cmc)が0.1mol/リットル以下のものが望ましく、0.01mol /リットル以下の界面活性剤が望ましい。なお臨界ミセル濃度(cmc)とは、ある界面活性剤がミセルを形成する最低の濃度のことである。   As the surfactant, any of anionic, cationic, and nonionic surfactants can be used. Among them, the micelle to be formed can easily form a narrow space inside, for example, a spherical micelle. A surfactant is desirable. A surfactant having a critical micelle concentration (cmc) of 0.1 mol / liter or less is desirable, and a surfactant having a concentration of 0.01 mol / liter or less is desirable. The critical micelle concentration (cmc) is the lowest concentration at which a surfactant forms micelles.

これらの界面活性剤を例示すると、陰イオン性界面活性剤である、アルキルベンゼンスルホン酸及びその塩、αオレフィンスルホン酸及びその塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩、フェニルエーテル硫酸エステル塩、メチルタウリン酸塩、スルホコハク酸塩、エーテル硫酸塩、アルキル硫酸塩、エーテルスルホン酸塩、飽和脂肪酸及びその塩、オレイン酸等の不飽和脂肪酸及びその塩、その他のカルボン酸、スルホン酸、硫酸、リン酸、フェノールの誘導体等;
非イオン性界面活性剤である、ポリオキシエチレンポリプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリスチリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシポリプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、グリコール,グリセリン,ソルビトール,マンニトール,ペンタエリスリトール,ショ糖などの多価アルコール、多価アルコールの脂肪酸部分エステル、多価アルコールのポリオキシエチレン脂肪酸部分エステル、多価アルコールのポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン化ヒマシ油、ポリグリセン脂肪酸エステル、脂肪酸ジエタノールアミド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、トリエタノールアミン脂肪酸部分エステル、トリアルキルアミンオキサイド等;
陽イオン性界面活性剤である、脂肪酸第一アミン塩、脂肪酸第二アミン塩、脂肪酸第三アミン塩、テトラアルキルアンモニウム塩,トリアルキルベンジルアンモニウム塩,アルキルピロジニウム塩,2-アルキル−1-アルキル−1-ヒドロキシエチルイミダゾリニウム塩,N,N-ジアルキルモルホリニウム塩,ポリエチレンポリアミン,脂肪酸アミド塩等の第四吸アンモニウム塩等;
両イオン性界面活性剤である、ベタイン化合物等;から選ばれる少なくとも一種を用いることができる。
Examples of these surfactants include anionic surfactants such as alkylbenzene sulfonic acid and its salt, α-olefin sulfonic acid and its salt, alkyl sulfate ester salt, alkyl ether sulfate ester salt, phenyl ether sulfate ester salt, Methyl taurate, sulfosuccinate, ether sulfate, alkyl sulfate, ether sulfonate, saturated fatty acid and its salt, unsaturated fatty acid such as oleic acid and its salt, other carboxylic acid, sulfonic acid, sulfuric acid, phosphorus Acids, phenol derivatives, etc .;
Nonionic surfactants such as polyoxyethylene polypropylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, polyoxyethylene polystyryl phenyl ether, polyoxyethylene polyoxypolypropylene alkyl ether, polyoxyethylene poly Polyhydric alcohols such as oxypropylene glycol, glycol, glycerin, sorbitol, mannitol, pentaerythritol, sucrose, fatty acid partial ester of polyhydric alcohol, polyoxyethylene fatty acid partial ester of polyhydric alcohol, polyoxyethylene fatty acid of polyhydric alcohol Ester, polyoxyethylenated castor oil, polyglycene fatty acid ester, fatty acid diethanolamide, polyoxyethylene alkyl Min, triethanolamine fatty acid partial esters, trialkylamine oxide and the like;
Cationic surfactants, fatty acid primary amine salt, fatty acid secondary amine salt, fatty acid tertiary amine salt, tetraalkylammonium salt, trialkylbenzylammonium salt, alkylpyrodinium salt, 2-alkyl-1- Quaternary ammonium salts such as alkyl-1-hydroxyethylimidazolinium salts, N, N-dialkylmorpholinium salts, polyethylene polyamines, fatty acid amide salts, etc .;
At least one selected from betaine compounds and the like that are amphoteric surfactants can be used.

第4工程では、第3工程後の酸化物前駆体の沈殿物を焼成することにより、沈殿物中の金属元素を酸化物とする。この焼成雰囲気は、酸化雰囲気、還元雰囲気、中性雰囲気のいずれの雰囲気でもよい。沈殿物中の金属元素が酸化物となるのは、原料として使用した水溶液の水等に含まれる酸素が関与し、焼成時に沈殿物中の金属元素を酸化させるからである。したがって、還元雰囲気で焼成しても金属酸化物が得られる。なお焼成温度は 150〜 800℃とすることが好ましい。焼成温度が 150℃より低いと焼成に長時間必要となり、 800℃より高くなると比表面積が低下するようになる。   In a 4th process, the metal element in a precipitate is made into an oxide by baking the precipitate of the oxide precursor after a 3rd process. The firing atmosphere may be any of an oxidizing atmosphere, a reducing atmosphere, and a neutral atmosphere. The reason why the metal element in the precipitate becomes an oxide is that oxygen contained in water or the like of the aqueous solution used as a raw material is involved, and the metal element in the precipitate is oxidized during firing. Therefore, a metal oxide can be obtained even when fired in a reducing atmosphere. The firing temperature is preferably 150 to 800 ° C. When the firing temperature is lower than 150 ° C, it takes a long time for firing. When the firing temperature is higher than 800 ° C, the specific surface area decreases.

また第3工程と第4工程の間に、さらに沈殿物の洗浄工程を行うことも好ましい。これにより界面活性剤を除去することができ、焼成時における界面活性剤の燃焼による発熱を回避することができる。   Moreover, it is also preferable to perform a precipitate washing step between the third step and the fourth step. As a result, the surfactant can be removed, and heat generation due to combustion of the surfactant during firing can be avoided.

上記製造方法により製造される酸化物は、多くの場合、酸化雰囲気で熱処理したときの比表面積と、還元雰囲気で熱処理したときの比表面積とが実質上同一となる。   In many cases, the oxide produced by the above production method has substantially the same specific surface area when heat-treated in an oxidizing atmosphere and specific surface area when heat-treated in a reducing atmosphere.

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。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.

(実施例1)
3リットルのビーカ中において、イオン交換水 900.0gと25%アンモニア水溶液 358.0gを混合した溶液をプロペラ撹拌器で撹拌しながら、硝酸セリウム水溶液 589.7gと、オキシ硝酸ジルコニウム水溶液 437.3gと、硝酸イットリウム粉末33.5gと、30%過酸化水素水 199.5gとを混合した溶液を添加し、酸化物前駆体の沈殿物を得た。各金属の組成比率は、モル比でCe:Zr:Y=60:40:5となるようにした。
(Example 1)
In a 3 liter beaker, stirring a solution of 900.0 g of ion exchange water and 358.0 g of 25% aqueous ammonia with a propeller stirrer, 589.7 g of cerium nitrate aqueous solution, 437.3 g of zirconium oxynitrate aqueous solution, and yttrium nitrate powder A solution in which 33.5 g and 199.5 g of 30% hydrogen peroxide solution were mixed was added to obtain a precipitate of an oxide precursor. The composition ratio of each metal was set to be Ce: Zr: Y = 60: 40: 5 in molar ratio.

得られた沈殿物を遠心分離器にかけて上澄み液を捨て、これに捨てた上澄み液と同量のイオン交換水を加えて撹拌し再び遠心分離器にかけた。この操作をさらに2回行うことにより、沈殿物を洗浄した。   The resulting precipitate was centrifuged to discard the supernatant, and the same amount of ion-exchanged water as the discarded supernatant was added thereto, stirred, and again centrifuged. This operation was further performed twice to wash the precipitate.

最後に上澄み液を捨てた後の沈殿物を再び3リットルのビーカに移し、イオン交換水 900gを加えてプロペラ撹拌器とホモジナイザを用いて撹拌した。そこへ陽イオン性界面活性剤(「アーマック」ライオン社製)21.9gと陰イオン性界面活性剤(「アーモフロー」ライオン社製)21.9gを加え、さらに5分間撹拌した。この分散液を遠心分離器にかけ、上記と同様にして沈殿物を洗浄した。   Finally, the precipitate after discarding the supernatant was again transferred to a 3 liter beaker, 900 g of ion exchange water was added, and the mixture was stirred using a propeller stirrer and a homogenizer. Thereto were added 21.9 g of a cationic surfactant (“Armac” Lion) and 21.9 g of an anionic surfactant (“Armoflow” Lion), and the mixture was further stirred for 5 minutes. This dispersion was centrifuged and the precipitate was washed in the same manner as described above.

最後に上澄み液を捨てた後の沈殿物を、脱脂炉を用い大気中にて 400℃で5時間焼成し、さらに大気中 700℃で5時間焼成してCeO2−ZrO2−Y2O3複合酸化物粉末を調製した。 Finally, the precipitate after discarding the supernatant is calcined at 400 ° C. for 5 hours in the atmosphere using a degreasing furnace, and further calcined at 700 ° C. for 5 hours in the atmosphere to obtain CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O 3. A composite oxide powder was prepared.

このCeO2−ZrO2−Y2O3複合酸化物粉末を用い、バブリングにより加湿した空気を流通させながら1000℃で5時間加熱する酸化雰囲気での熱処理を行い、その後の比表面積を「マイクロソープ」(マイクロ・データ(株)製)を用いてBET一点法にて測定した。また、この熱処理を行っていないCeO2−ZrO2固溶体粉末を用い、バブリングにより加湿した1%H2/N2ガスを流通させながら1000℃で5時間加熱する還元雰囲気での熱処理を行い、その後の比表面積を同様に測定した。それぞれの結果を表1に示す。 Using this CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O 3 composite oxide powder, heat treatment was carried out in an oxidizing atmosphere heated at 1000 ° C. for 5 hours while circulating air humidified by bubbling. ”(Manufactured by Micro Data Co., Ltd.). In addition, CeO 2 —ZrO 2 solid solution powder that has not been heat-treated is used, and heat treatment is performed in a reducing atmosphere heated at 1000 ° C. for 5 hours while circulating 1% H 2 / N 2 gas humidified by bubbling. The specific surface area of was measured in the same manner. The results are shown in Table 1.

次に、上記した熱処理を行っていないCeO2−ZrO2−Y2O3複合酸化物粉末に、所定濃度のジニトロジアミノ白金硝酸溶液の所定量を含浸させ、大気中にて 110℃で12時間乾燥後 250℃で1時間焼成して、Ptを1重量%担持した。 Next, CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O 3 composite oxide powder not subjected to the above heat treatment is impregnated with a predetermined amount of a dinitrodiaminoplatinum nitric acid solution having a predetermined concentration, and at 110 ° C. in air for 12 hours. After drying, it was calcined at 250 ° C. for 1 hour to carry 1% by weight of Pt.

得られた触媒粉末を用い、バブリングにより加湿した1%H2/N2ガスを流通させながら1000℃で5時間加熱する還元雰囲気での熱処理を行った。その後、図1に示す測定装置を用い、担持されているPtの粒子径を測定した。結果を表2に示す。 Using the obtained catalyst powder, heat treatment was performed in a reducing atmosphere in which 1% H 2 / N 2 gas humidified by bubbling was circulated and heated at 1000 ° C. for 5 hours. Thereafter, the particle diameter of the supported Pt was measured using the measuring apparatus shown in FIG. The results are shown in Table 2.

この測定装置は、反応管1と、ガス供給手段2と、冷却手段3と、検出手段4と、からなる。反応管1は石英ガラス製のU字形の筒状をなし、内部に触媒粉末10が詰められている。反応管1には温度センサ11が設けられ、触媒粉末10の温度を検出可能とされている。   This measuring apparatus includes a reaction tube 1, a gas supply unit 2, a cooling unit 3, and a detection unit 4. The reaction tube 1 has a U-shaped cylindrical shape made of quartz glass and is packed with catalyst powder 10 inside. The reaction tube 1 is provided with a temperature sensor 11 so that the temperature of the catalyst powder 10 can be detected.

ガス供給手段2は4種のガスボンベ21〜24からなり、切替コック20を介して反応管1の一端開口に接続されている。ガスボンベ21には5%のO2を含むHeガスが充填され、ガスボンベ22には10%のH2を含むHeガスが充填され、ガスボンベ23にはHeガスが充填され、ガスボンベ24にはCOガスが充填されている。またガスボンベ24は、切替コック25を介してガスボンベ23のガス流路に接続されている。 The gas supply means 2 includes four types of gas cylinders 21 to 24, and is connected to one end opening of the reaction tube 1 through a switching cock 20. The gas cylinder 21 is filled with He gas containing 5% O 2 , the gas cylinder 22 is filled with He gas containing 10% H 2 , the gas cylinder 23 is filled with He gas, and the gas cylinder 24 is filled with CO gas. Is filled. The gas cylinder 24 is connected to the gas flow path of the gas cylinder 23 via the switching cock 25.

冷却手段3は、エタノールにドライアイスを投入することで約 -80℃に冷却された冷媒が入れられた容器からなり、反応管1の触媒粉末10が詰められた部分が冷媒中に浸漬されている。また反応管1の他端はガスクロマトグラフと質量分析計からなる検出手段4に連結され、出ガス中のCO濃度を定量可能とされている。   The cooling means 3 is composed of a container in which a refrigerant cooled to about -80 ° C. by putting dry ice into ethanol is put, and a portion packed with the catalyst powder 10 of the reaction tube 1 is immersed in the refrigerant. Yes. The other end of the reaction tube 1 is connected to a detection means 4 comprising a gas chromatograph and a mass spectrometer so that the CO concentration in the output gas can be quantified.

先ず、冷却手段3に代えてヒータを配置した。次に上記した熱処理後の触媒粉末の 0.5gを反応管1内に詰め、ガスボンベ23からHeガスを30ml/分の流量で流通させながら、ヒーターで触媒粉末10の温度が 400℃となるように加熱した。触媒粉末10の温度を 400℃に保持した状態で、ガスボンベ21からO2を5%含むHeガスを15分間供給し、続いてガスボンベ22からH2を10%含むHeガスを15分間供給し、その後ガスボンベ23からHeガスを15分間供給する前処理を行った。いずれもガス流量は30ml/分である。 First, a heater was disposed in place of the cooling means 3. Next, 0.5 g of the above-mentioned heat-treated catalyst powder is packed in the reaction tube 1 and He gas is circulated from the gas cylinder 23 at a flow rate of 30 ml / min so that the temperature of the catalyst powder 10 becomes 400 ° C. with a heater. Heated. While maintaining the temperature of the catalyst powder 10 at 400 ° C., He gas containing 5% O 2 is supplied from the gas cylinder 21 for 15 minutes, and then He gas containing 10% H 2 is supplied from the gas cylinder 22 for 15 minutes. Thereafter, a pretreatment for supplying He gas from the gas cylinder 23 for 15 minutes was performed. In both cases, the gas flow rate is 30 ml / min.

この前処理後にヒータを除去し、ガスボンベ23からHeガスを30ml/分の流量で流通させながら触媒粉末10を冷却した。触媒粉末10の温度が室温付近になった時点で、図1に示すように冷却手段3を配置して反応管1を冷媒中に浸漬し、触媒粉末10をさらに冷却した。   After the pretreatment, the heater was removed, and the catalyst powder 10 was cooled while flowing He gas from the gas cylinder 23 at a flow rate of 30 ml / min. When the temperature of the catalyst powder 10 was close to room temperature, the cooling means 3 was arranged as shown in FIG. 1 and the reaction tube 1 was immersed in the refrigerant to further cool the catalyst powder 10.

触媒粉末10の温度が -78℃になった状態で、ガスボンベ24から所定量のCOガスをHeキャリア中にパルス状に供給し、そのときの出ガス中のCO濃度を検出手段4で測定し、出ガス中のCO量を算出した。そして供給されたCO量と出ガス中のCO量との差分から触媒粉末10によるCO吸着量を算出した。さらに算出されたCO吸着量から、下記のようにしてPt粒径を算出し、結果を表2に示す。   In a state where the temperature of the catalyst powder 10 is −78 ° C., a predetermined amount of CO gas is supplied in pulses from the gas cylinder 24 into the He carrier, and the CO concentration in the output gas at that time is measured by the detection means 4. The amount of CO in the outgas was calculated. Then, the amount of CO adsorbed by the catalyst powder 10 was calculated from the difference between the supplied CO amount and the CO amount in the output gas. Further, from the calculated CO adsorption amount, the Pt particle size was calculated as follows, and the results are shown in Table 2.

担持されている貴金属の表面積Sは、その貴金属の格子定数をaとした時、a2 に対し吸着ガス分子1個が吸着すると考えると、
S=試料1gに吸着したガス分子数×a2
=K×6.02×1022×a2
(Kは吸着ガスのモル数)
粒子は一辺の長さをD(m)とする立方体(6面体)と仮定すると、1個の粒子の有効表面積(s)は担体と接触しない面が5面あるので、
s=5D2
また貴金属粒子1個の体積をvとすれば、
v=D3
試料1g中の貴金属粒子数をnとすれば、試料1gの試料中の貴金属の体積Vcは、
Vc=nv=nD3
したがって試料1g当たりの貴金属の表面積Sは、
S=ns=n5D2 この式を変形すると nD2 =S/5 となり、
Vc=nD3とこの式から
D=Vc/(nD2 )=5Vc/Sとなる。
When the surface area S of the noble metal supported is defined as a being the lattice constant of the noble metal, a single adsorbed gas molecule is adsorbed to a 2 .
S = number of gas molecules adsorbed on 1 g of sample × a 2
= K × 6.02 × 10 22 × a 2
(K is the number of moles of adsorbed gas)
Assuming that the particle is a cube (hexahedron) having a side length of D (m), the effective surface area (s) of one particle has five faces that do not contact the carrier.
s = 5D 2
If the volume of one noble metal particle is v,
v = D 3
If the number of noble metal particles in 1 g of the sample is n, the volume Vc of the noble metal in the sample of 1 g of sample is
Vc = nv = nD 3
Therefore, the surface area S of the noble metal per gram of sample is
S = ns = n5D 2 By transforming this equation, nD 2 = S / 5
From Vc = nD 3 and this equation, D = Vc / (nD 2 ) = 5 Vc / S.

一方、貴金属の含有率(%)をCとするとC/ 100であり、1gの試料中の貴金属の体積Vcは、貴金属の比重をdとすると、
Vc=(C/ 100)/dであるので、
D=5Vc/S=(5C/ 100d)/Sとなり、
Sを測定することでDを算出することができる。
On the other hand, when the content (%) of the noble metal is C, it is C / 100, and the volume Vc of the noble metal in 1 g of the sample is d, where the specific gravity of the noble metal is d.
Since Vc = (C / 100) / d,
D = 5Vc / S = (5C / 100d) / S,
By measuring S, D can be calculated.

(実施例2)
硝酸セリウム水溶液を用いず、オキシ硝酸ジルコニウム水溶液 534.0gと、硝酸イットリウム粉末15.7gと、25%アンモニア水 137.3gと、を用いたこと以外は実施例1と同様にして、ZrO2−Y2O3複合酸化物粉末を調製した。
(Example 2)
ZrO 2 —Y 2 O was used in the same manner as in Example 1 except that 534.0 g of zirconium oxynitrate aqueous solution, 15.7 g of yttrium nitrate powder, and 137.3 g of 25% aqueous ammonia were used without using the cerium nitrate aqueous solution. Three composite oxide powders were prepared.

このZrO2−Y2O3複合酸化物粉末を用い、実施例1と同様にして酸化雰囲気及び還元雰囲気による熱処理を行い、その後の比表面積を測定した。結果を表1に示す。またこのZrO2−Y2O3複合酸化物粉末に実施例1と同様にしてPtを担持した。Ptの担持量は、還元雰囲気の熱処理後の比表面積あたりの担持量が実施例1と同等となるように、0.63重量%とした。そして得られた触媒粉末を用い、実施例1と同様に還元雰囲気の熱処理を行った後、同様にしてPt粒径を測定した。結果を表2に示す。 Using this ZrO 2 —Y 2 O 3 composite oxide powder, heat treatment was performed in an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere in the same manner as in Example 1, and the specific surface area thereafter was measured. The results are shown in Table 1. Further, Pt was supported on the ZrO 2 —Y 2 O 3 composite oxide powder in the same manner as in Example 1. The supported amount of Pt was 0.63% by weight so that the supported amount per specific surface area after heat treatment in the reducing atmosphere was equivalent to that in Example 1. Then, using the obtained catalyst powder, heat treatment in a reducing atmosphere was performed in the same manner as in Example 1, and then the Pt particle size was measured in the same manner. The results are shown in Table 2.

(比較例1)
硝酸セリウム水溶液 884.6gと、オキシ硝酸ジルコニウム水溶液 109.3gと、硝酸イットリウム粉末33.5gと、25%アンモニア水 396.5gとを用いたこと以外は実施例1と同様にして、CeO2−ZrO2−Y2O3複合酸化物粉末を調製した。各金属の組成比率は、モル比でCe:Zr:Y=90:10:5である。
(Comparative Example 1)
CeO 2 —ZrO 2 —Y As in Example 1, except that 884.6 g of cerium nitrate aqueous solution, 109.3 g of zirconium oxynitrate aqueous solution, 33.5 g of yttrium nitrate powder, and 396.5 g of 25% aqueous ammonia were used. 2 O 3 composite oxide powder was prepared. The composition ratio of each metal is Ce: Zr: Y = 90: 10: 5 in molar ratio.

このCeO2−ZrO2−Y2O3複合酸化物粉末を用い、実施例1と同様にして酸化雰囲気及び還元雰囲気による熱処理を行い、その後の比表面積を測定した。結果を表1に示す。またこのCeO2−ZrO2−Y2O3複合酸化物粉末に実施例1と同様にしてPtを担持した。Ptの担持量は、1重量%である。そして得られた触媒粉末を用い、実施例1と同様に還元雰囲気の熱処理を行った後、同様にしてPt粒径を測定した。結果を表2に示す。 Using this CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O 3 composite oxide powder, heat treatment was performed in an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere in the same manner as in Example 1, and the specific surface area thereafter was measured. The results are shown in Table 1. Further, Pt was supported on the CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O 3 composite oxide powder in the same manner as in Example 1. The amount of Pt supported is 1% by weight. Then, using the obtained catalyst powder, heat treatment in a reducing atmosphere was performed in the same manner as in Example 1, and then the Pt particle size was measured in the same manner. The results are shown in Table 2.

<評価>   <Evaluation>

Figure 2005224705
Figure 2005224705

Figure 2005224705
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表から明らかなように、比較例1の酸化物担体は、酸化雰囲気で熱処理したときの比表面積と、還元雰囲気で熱処理したときの比表面積との差が大きく、還元雰囲気での熱処理によって比表面積が著しく低下している。それに対し各実施例の酸化物担体は、酸化雰囲気で熱処理したときの比表面積と、還元雰囲気で熱処理したときの比表面積とが僅差であり、実質上同一となっている。   As is apparent from the table, the oxide support of Comparative Example 1 has a large difference between the specific surface area when heat-treated in an oxidizing atmosphere and the specific surface area when heat-treated in a reducing atmosphere, and the specific surface area is increased by heat treatment in a reducing atmosphere. Is significantly reduced. On the other hand, the specific surface area when heat-treated in an oxidizing atmosphere and the specific surface area when heat-treated in a reducing atmosphere of the oxide carriers of each Example are substantially the same.

そして各実施例の触媒では、還元雰囲気での熱処理時におけるPtの粒成長が抑制されていることが明らかであり、これは酸化雰囲気で熱処理したときの比表面積と、還元雰囲気で熱処理したときの比表面積とが実質上同一である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。   And in the catalyst of each Example, it is clear that Pt grain growth during heat treatment in a reducing atmosphere is suppressed, which is the specific surface area when heat-treated in an oxidizing atmosphere and when heat-treated in a reducing atmosphere. It is clear that this is an effect obtained by using an oxide support having substantially the same specific surface area.

また実施例1及び実施例2より、酸化物担体に酸素不定比性を有する遷移金属酸化物であるCeO2を含んでも、含まなくても、酸化雰囲気で熱処理したときの比表面積と、還元雰囲気で熱処理したときの比表面積とを実質上同一とすることができることもわかる。 Further, from Examples 1 and 2, the specific surface area when heat-treated in an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere, whether or not containing CeO 2 , which is a transition metal oxide having oxygen nonstoichiometry, in the oxide carrier, It can also be seen that the specific surface area when heat-treated with can be made substantially the same.

本発明の排ガス浄化用触媒は、実排気中における比表面積の増大が抑制され、かつ貴金属の粒成長が抑制されているので、酸化触媒、三元触媒、NOx 選択還元触媒、NOx 吸蔵還元触媒、フィルタ触媒、水素生成触媒など種々の触媒に利用することができる。 In the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the increase in the specific surface area in the actual exhaust gas is suppressed, and the noble metal grain growth is suppressed. Therefore, the oxidation catalyst, the three-way catalyst, the NO x selective reduction catalyst, the NO x occlusion reduction It can be used for various catalysts such as a catalyst, a filter catalyst and a hydrogen generation catalyst.

本発明の一実施例で用いた測定装置を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the measuring apparatus used in one Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:反応管 2:ガス供給手段 3:冷却手段
4:検出手段 10:触媒粉末
1: Reaction tube 2: Gas supply means 3: Cooling means 4: Detection means 10: Catalyst powder

Claims (4)

酸化雰囲気で熱処理したときの比表面積と、還元雰囲気で熱処理したときの比表面積とが実質上同一である酸化物担体と、該酸化物担体に担持された貴金属と、からなることを特徴とする排ガス浄化用触媒。   A specific surface area when heat-treated in an oxidizing atmosphere and an oxide carrier having substantially the same specific surface area when heat-treated in a reducing atmosphere, and a noble metal supported on the oxide carrier, Exhaust gas purification catalyst. 前記酸化物担体は、酸素不定比性を有する遷移金属酸化物を含む請求項1に記載の排ガス浄化用触媒。   The exhaust gas-purifying catalyst according to claim 1, wherein the oxide carrier includes a transition metal oxide having oxygen nonstoichiometry. 前記酸化物担体は、酸素不定比性を有する遷移金属酸化物を含まない請求項1に記載の排ガス浄化用触媒。   The exhaust gas-purifying catalyst according to claim 1, wherein the oxide carrier does not contain a transition metal oxide having oxygen nonstoichiometry. 前記遷移金属酸化物はセリアである請求項2に記載の排ガス浄化用触媒。   The exhaust gas-purifying catalyst according to claim 2, wherein the transition metal oxide is ceria.
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