JP2007000812A - Waste gas cleaning system - Google Patents

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JP2007000812A JP2005185563A JP2005185563A JP2007000812A JP 2007000812 A JP2007000812 A JP 2007000812A JP 2005185563 A JP2005185563 A JP 2005185563A JP 2005185563 A JP2005185563 A JP 2005185563A JP 2007000812 A JP2007000812 A JP 2007000812A
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Katsuo Suga
克雄 菅
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust gas cleaning system in which the noble metal particles of a nano size disposed in catalyst sections can hardly be sintered even in a high-temperature region of about 900°C in the temperature of the exhaust gas at the inlets of the catalyst sections arranged at the uppermost stream, and a satisfactory exhaust gas cleaning performance can be exhibited. <P>SOLUTION: The exhaust gas cleaning system includes an upstream catalyst section and a downstream catalyst section provided with the noble metal particles of the nano size carried on a porous inorganic oxide, and in which the grain size ratio of the noble metal particles between the upstream catalyst section and the downstream catalyst section is 2:1 to 10:1. The noble metal particles of 4 to 20 nm are carried on the porous inorganic oxide of the upstream catalyst section and those of 2 to 10 nm are carried on the porous inorganic oxide of the downstream catalyst section. The difference between the temperature T<SB>U</SB>°C of the exhaust gas flowing into the upstream catalyst section and the temperature T<SB>L</SB>°C of the exhaust gas flowing into the downstream catalyst section is 50 to 100°C. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、排気ガス浄化システムに関し、更に詳細には、特に内燃機関から排出されるガスを効率良く浄化する排気ガス浄化システムに関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification system, and more particularly to an exhaust gas purification system that efficiently purifies gas exhausted from an internal combustion engine.

自動車の排ガス規制は世界的に拡大していることから、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)等の貴金属微粒子を多孔体酸化物であるアルミナ(Al)などの担体に担持させた三元触媒が、排ガス中の炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)を浄化する目的で使用されている。 Since the exhaust gas regulations for automobiles are expanding worldwide, noble metal fine particles such as platinum (Pt), palladium (Pd), and rhodium (Rh) are supported by a porous oxide such as alumina (Al 2 O 3 ). The three-way catalyst supported on the catalyst is used for the purpose of purifying hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas.

しかし、触媒の活性点である貴金属は、数百℃レベルの高温では凝集が生じるため、活性点の表面積が低下する。
そこで、凝集を抑制するためには、貴金属微粒子間距離の制御、及び貴金属微粒子の粒径を制御することが挙げられる。この中で、貴金属微粒子間距離の制御に関しては、貴金属微粒子を担体外表面に担持すると凝集が進行しやすいなどの点から、担体の外表面だけではなく、担体の内部表面すなわち細孔の表面にも貴金属微粒子を担持させることが重要となる。
However, the noble metal that is the active point of the catalyst is agglomerated at a high temperature of several hundred degrees C. Therefore, the surface area of the active point is reduced.
Therefore, in order to suppress aggregation, control of the distance between the noble metal fine particles and control of the particle diameter of the noble metal fine particles can be mentioned. Among these, with respect to the control of the distance between the noble metal particles, not only the outer surface of the carrier but also the inner surface of the carrier, that is, the surface of the pores, from the viewpoint that if the noble metal particles are supported on the outer surface of the carrier, the aggregation tends to proceed. However, it is important to support noble metal fine particles.

また、貴金属微粒子の粒径の制御に関しては、初期の貴金属微粒子が小さすぎると、微粒子の融点の低下が生じることから、ある程度の粒径が必要であることが知られている(例えば非特許文献1参照)。
Ph.buffat et.al. Phys.Rev.A,Vol.13,No.6.(1976)
In addition, regarding the control of the particle diameter of the noble metal fine particles, it is known that a certain degree of particle diameter is required because the melting point of the fine particles is lowered if the initial noble metal fine particles are too small (for example, non-patent document). 1).
Ph. buffat et. al. Phys. Rev. A, Vol. 13, no. 6). (1976)

更に、担持している金属微粒子の粒径が不均一であると、一部に存在する粒径の大きな金属粒子を核として凝集が更に進行しやすくなることが知られている(例えば非特許文献2参照)。
M.Che,J.F.Dutel et.al. J.Phys.Chem,80,p2371.(1976)
Furthermore, it is known that if the particle size of the supported metal fine particles is non-uniform, aggregation is more likely to proceed with the metal particles having a large particle size present in a part as a nucleus (for example, non-patent document). 2).
M.M. Che, J. et al. F. Dutel et. al. J. et al. Phys. Chem, 80, p2371. (1976)

このため、貴金属微粒子の凝集を抑制するためには、貴金属微粒子はある程度の大きさで、且つ担体表面に均一に分散担持されていることが有効である。   Therefore, in order to suppress aggregation of the noble metal fine particles, it is effective that the noble metal fine particles have a certain size and are uniformly dispersed and supported on the surface of the carrier.

そこで、キレート化剤により金属コロイドを形成して担体表面に金属を分散担持させた触媒が提案されている(特許文献1参照。)。
また、4級アンモニウム塩を保護コロイドとして使用し、担体細孔内部にコロイド塩を含浸担持させた触媒が提案されている(特許文献2参照。)。
特開2000−279824号公報(第2頁) 特開2002−1119号公報(第2頁)
Therefore, a catalyst has been proposed in which metal colloid is formed by a chelating agent and the metal is dispersed and supported on the surface of the carrier (see Patent Document 1).
A catalyst in which a quaternary ammonium salt is used as a protective colloid and a colloidal salt is impregnated and supported inside the pores of the carrier has been proposed (see Patent Document 2).
JP 2000-279824 A (2nd page) JP 2002-1119 A (page 2)

しかしながら、上記特許文献に開示された技術では、担体であるアルミナの細孔径よりも分子サイズが大きな高分子を貴金属微粒子の保護剤として使用しているため、貴金属微粒子を細孔内部に担持させることができなかった。
また、4級アンモニウム塩を保護コロイドとして使用した場合には、長期保管などにより、コロイドの一部が凝集して沈殿するなど、コロイド塩の安定性に問題があった。
更に、単純に貴金属コロイド粒を担体細孔内部に担持しても、貴金属粒自身の移動が抑制できなかった。即ち、貴金属の凝集劣化が生じてしまうという問題があった。
However, in the technique disclosed in the above-mentioned patent document, a polymer having a molecular size larger than the pore diameter of alumina as a carrier is used as a protective agent for the noble metal fine particles. I could not.
Further, when a quaternary ammonium salt is used as a protective colloid, there is a problem in the stability of the colloidal salt, such as a part of the colloid aggregates and precipitates due to long-term storage.
Furthermore, even if the noble metal colloidal particles are simply supported inside the carrier pores, the movement of the noble metal particles themselves could not be suppressed. That is, there has been a problem that aggregation degradation of noble metals occurs.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、最上流に配設する触媒部入口の排気ガス温度が900℃程度の高温域でも触媒部に備えたナノサイズの貴金属粒子が焼結しにくく、良好な排気ガス浄化性能を発揮できる排気ガス浄化システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art. The object of the present invention is to provide a catalyst even in a high temperature range where the exhaust gas temperature at the inlet of the catalyst section disposed in the uppermost stream is about 900 ° C. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system in which nano-sized noble metal particles provided in the part are difficult to sinter and can exhibit good exhaust gas purification performance.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、排気温度が高く粒凝集が進みやすい上流触媒部の貴金属粒子を大きく、逆に排気温度が低く粒凝集の進みにくい下流触媒部の貴金属粒子を小さくすることにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has increased the precious metal particles in the upstream catalyst portion where the exhaust temperature is high and the particle aggregation is likely to proceed, and conversely the downstream catalyst portion where the exhaust temperature is low and the particle aggregation is difficult to proceed. The inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by reducing the size of the noble metal particles, and have completed the present invention.

即ち、本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関又は燃焼装置の排気通路の上流側から、上流触媒部と下流触媒部をこの順に配設して成る排気ガス浄化システムであって、
上流触媒部及び下流触媒部は、多孔質無機酸化物に担持されたナノサイズの貴金属粒子を備え、
上流触媒部の貴金属粒子と下流触媒部の貴金属粒子の粒径比が2:1〜10:1であることを特徴とする。
That is, the exhaust gas purification system of the present invention is an exhaust gas purification system in which an upstream catalyst portion and a downstream catalyst portion are arranged in this order from the upstream side of the exhaust passage of an internal combustion engine or a combustion device,
The upstream catalyst part and the downstream catalyst part comprise nano-sized noble metal particles supported on a porous inorganic oxide,
The particle size ratio of the noble metal particles in the upstream catalyst portion and the noble metal particles in the downstream catalyst portion is 2: 1 to 10: 1.

また、本発明の排気ガス浄化システムの好適形態は、上流触媒部の多孔質無機酸化物に、粒径が4〜20nmである貴金属粒子を担持させ、
下流触媒部の多孔質無機酸化物に、粒径が2〜10nmである貴金属粒子を担持させたことを特徴とする。
Further, the preferred form of the exhaust gas purification system of the present invention is to carry precious metal particles having a particle diameter of 4 to 20 nm on the porous inorganic oxide in the upstream catalyst part,
It is characterized in that noble metal particles having a particle diameter of 2 to 10 nm are supported on the porous inorganic oxide in the downstream catalyst part.

更に、本発明の排気ガス浄化システムの他の好適形態は、上流触媒部に流入する排気ガス温度T℃と、下流触媒部に流入する排気ガス温度T℃との差が50〜100℃であることを特徴とする。 Furthermore, in another preferred embodiment of the exhaust gas purification system of the present invention, the difference between the exhaust gas temperature T U ° C flowing into the upstream catalyst part and the exhaust gas temperature T L ° C flowing into the downstream catalyst part is 50 to 100 ° C. It is characterized by being.

更にまた、本発明の排気ガス浄化システムの更に他の好適形態は、上流触媒部及び下流触媒部で用いる貴金属粒子において、次式(1)
露出率(%)=0.895×(A×B×C×D)/(E×F)×100 …(1)
(式中のAはCO吸着量[cc/g]、Bは担持貴金属断面積[nm]、Cは担持貴金属密度[g/cc]、DはTEM粒子半径[nm]、Eは化学量論比、Fは担持濃度[%/g]、を示す)
で表される露出率が、50〜85%であることを特徴とする。
Furthermore, in another preferred embodiment of the exhaust gas purification system of the present invention, in the noble metal particles used in the upstream catalyst portion and the downstream catalyst portion, the following formula (1)
Exposure rate (%) = 0.895 × (A × B × C × D) / (E × F) × 100 (1)
(In the formula, A is the CO adsorption amount [cc / g], B is the supported noble metal cross-sectional area [nm 2 ], C is the supported noble metal density [g / cc], D is the TEM particle radius [nm], and E is the stoichiometric amount. The theoretical ratio, F, indicates the loading concentration [% / g])
The exposure rate represented by the formula is 50 to 85%.

また、本発明の排気ガス浄化システムの他の好適形態は、上流触媒部及び/又は下流触媒部において、900℃の排気ガスに3時間接触させたときの、貴金属粒子の初期及び耐久後の粒径比が、3:10〜7:18であることを特徴とする。   Another preferred embodiment of the exhaust gas purification system of the present invention is that the precious metal particles are initially and after endurance when they are brought into contact with the exhaust gas at 900 ° C. for 3 hours in the upstream catalyst part and / or the downstream catalyst part. The diameter ratio is from 3:10 to 7:18.

排気温度が高く粒凝集が進みやすい上流触媒部の貴金属粒子を大きく、逆に排気温度が低く粒凝集の進みにくい下流触媒部の貴金属粒子を小さくすることで、最上流に配設する触媒部入口の排気ガス温度が900℃程度の高温域でも触媒部に備えたナノサイズの貴金属粒子が焼結しにくく、良好な排気ガス浄化性能を発揮できる。   The inlet of the catalyst part is arranged at the most upstream by increasing the precious metal particles in the upstream catalyst part where the exhaust temperature is high and the particle aggregation is easy to proceed, and conversely by reducing the precious metal particles in the downstream catalyst part where the exhaust temperature is low and the particle aggregation is difficult to proceed. Even in the high temperature range where the exhaust gas temperature is about 900 ° C., the nano-sized noble metal particles provided in the catalyst part are difficult to sinter and can exhibit good exhaust gas purification performance.

以下、本発明の排気ガス浄化システムについて詳細に説明する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、「%」は特記しない限り質量百分率を示す。   Hereinafter, the exhaust gas purification system of the present invention will be described in detail. In the present specification and claims, “%” indicates a mass percentage unless otherwise specified.

上述の如く、本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関又は燃焼装置の排気通路の上流側から、上流触媒部と下流触媒部をこの順に配設して成る。
また、上流触媒部及び下流触媒部は、ナノサイズの貴金属粒子が担持された多孔質無機酸化物を備え、この貴金属粒子の一部は多孔質無機酸化物中に埋没している。
更に、上流触媒部の貴金属粒子と下流触媒部の貴金属粒子の粒径比は、2:1〜10:1である。
なお、上記ナノサイズとは、粒径が、一般には1〜100nm、本願で用いる多孔質無機酸化物においては10〜50nmの大きさであることを示す。
As described above, the exhaust gas purification system of the present invention includes the upstream catalyst portion and the downstream catalyst portion arranged in this order from the upstream side of the exhaust passage of the internal combustion engine or the combustion apparatus.
In addition, the upstream catalyst portion and the downstream catalyst portion include a porous inorganic oxide on which nano-sized noble metal particles are supported, and a part of the noble metal particles are buried in the porous inorganic oxide.
Furthermore, the particle size ratio of the noble metal particles in the upstream catalyst part and the noble metal particles in the downstream catalyst part is 2: 1 to 10: 1.
The nano-size indicates that the particle size is generally 1 to 100 nm, and 10 to 50 nm in the porous inorganic oxide used in the present application.

このように、多孔質無機酸化物の表面に担持させる貴金属粒子が、各触媒部を流通する排気ガス温度に適する大きさとなっているため、担持する貴金属粒子の粒径の変化率が低く、触媒活性が長期間維持される。特に、上流触媒部では700〜1000℃程度の高温下においても貴金属粒子の凝集が防止され、下流触媒部では該粒凝集が起こらない範囲で単位重量あたりの触媒活性が高められる。
よって、本システムは、耐熱性に優れるとともに、排気ガス浄化効率が著しく良好となる。
As described above, since the noble metal particles supported on the surface of the porous inorganic oxide have a size suitable for the exhaust gas temperature flowing through each catalyst part, the change rate of the particle size of the supported noble metal particles is low, and the catalyst The activity is maintained for a long time. In particular, the noble metal particles are prevented from agglomerating even at a high temperature of about 700 to 1000 ° C. in the upstream catalyst portion, and the catalyst activity per unit weight is increased in the range where the particle aggregation does not occur in the downstream catalyst portion.
Therefore, this system is excellent in heat resistance, and the exhaust gas purification efficiency is remarkably improved.

ここで、多孔質無機酸化物の表面(担持面)は、外表面のみならず、多孔質無機酸化物が有しているくぼみ状、スリット状などの細孔の内表面をも含む。
そして、貴金属粒子は、多孔質無機酸化物の外表面だけではなく、内表面にも担持できるため、触媒全体の表面積が有効利用できる。即ち、触媒の単位重量あたりの触媒活性が向上し、反応させる排気ガス吸着量が増大する。
なお、一般的に、多孔質無機酸化物の外表面に担持されている貴金属粒子は、その粒子間距離が短く凝集が進行しやすい状況となるが、多孔質無機酸化物内部の細孔内に担持されているときは、粒子間距離は長くなり凝集が抑制される。
Here, the surface (supporting surface) of the porous inorganic oxide includes not only the outer surface but also the inner surface of pores such as a hollow shape and a slit shape possessed by the porous inorganic oxide.
And since the noble metal particles can be supported not only on the outer surface of the porous inorganic oxide but also on the inner surface, the surface area of the entire catalyst can be effectively utilized. That is, the catalytic activity per unit weight of the catalyst is improved, and the amount of exhaust gas adsorbed to be reacted is increased.
In general, the noble metal particles supported on the outer surface of the porous inorganic oxide have a short distance between the particles and tend to agglomerate. When supported, the distance between particles becomes long and aggregation is suppressed.

更に、上流触媒部の多孔質無機酸化物が担持する貴金属粒子は、粒径が4〜20nmであることが好適であり、下流触媒部の多孔質無機酸化物が担持する貴金属粒子は、粒径が2〜10nmであることが好適である。
このときは、貴金属粒子の粒径の変化率がより低くなり易く、触媒活性が長期間維持され得る。
Further, the noble metal particles supported by the porous inorganic oxide in the upstream catalyst part preferably have a particle size of 4 to 20 nm, and the noble metal particles supported by the porous inorganic oxide in the downstream catalyst part have a particle size of Is preferably 2 to 10 nm.
At this time, the rate of change in the particle size of the noble metal particles tends to be lower, and the catalytic activity can be maintained for a long time.

更に、上流触媒部に流入する排気ガス温度T℃と、下流触媒部に流入する排気ガス温度T℃との差は、50〜100℃であることが好適である。
かかる排気ガス温度差を有するように上流触媒部と下流触媒部を配設することで、幅広い温度域での浄化処理が可能となる。
Furthermore, the difference between the exhaust gas temperature T U ° C flowing into the upstream catalyst part and the exhaust gas temperature T L ° C flowing into the downstream catalyst part is preferably 50 to 100 ° C.
By disposing the upstream catalyst portion and the downstream catalyst portion so as to have such an exhaust gas temperature difference, purification treatment in a wide temperature range becomes possible.

なお、流入排気ガス温度は、排気流路の形状、触媒部の配設間隔、温度センサーを用いた燃焼運転の制御などにより調節できる。   The inflow exhaust gas temperature can be adjusted by controlling the shape of the exhaust passage, the interval between the catalyst portions, the combustion operation using the temperature sensor, and the like.

更にまた、上流触媒部、下流触媒部のいずれか一方又は双方においては、多孔質無機酸化物が担持する貴金属粒子は、次式(1)
露出率(%)=0.895×(A×B×C×D)/(E×F)×100 …(1)
(式中のAはCO吸着量[cc/g]、Bは担持貴金属断面積[nm]、Cは担持貴金属密度[g/cc]、DはTEM粒子半径[nm]、Eは化学量論比、Fは担持濃度[%/g]、を示す)
で表される露出率が、50〜85%であることが好適である。
Furthermore, in one or both of the upstream catalyst part and the downstream catalyst part, the noble metal particles supported by the porous inorganic oxide are represented by the following formula (1):
Exposure rate (%) = 0.895 × (A × B × C × D) / (E × F) × 100 (1)
(In the formula, A is the CO adsorption amount [cc / g], B is the supported noble metal cross-sectional area [nm 2 ], C is the supported noble metal density [g / cc], D is the TEM particle radius [nm], and E is the stoichiometric amount. The theoretical ratio, F, indicates the loading concentration [% / g])
It is preferable that the exposure rate represented by is 50 to 85%.

このときは、多孔質無機酸化物に分散して担持されている貴金属粒子の凝集が抑制され得る。   At this time, aggregation of the noble metal particles dispersed and supported in the porous inorganic oxide can be suppressed.

また、多孔質無機酸化物の貴金属粒子に対するアンカー効果が顕著に発揮され、加熱後であっても触媒製造時の状態をより長期間に亘り維持できる。   Moreover, the anchor effect with respect to the noble metal particle of a porous inorganic oxide is notably exhibited, and the state at the time of catalyst manufacture can be maintained over a longer period even after heating.

ここで、アンカー効果とは、貴金属粒子の周囲を囲んでいる多孔質無機酸化物が、貴金属粒子を固定化するアンカーとして作用することを言う。具体的には、図1(b)に示すように、貴金属粒子が、多孔質無機酸化物中にその一部が埋没された状態で多孔質無機酸化物表面に担持される。
これにより、貴金属粒子間距離が維持され、貴金属粒子の凝集が効果的に抑制される。
Here, the anchor effect means that the porous inorganic oxide surrounding the noble metal particles acts as an anchor for immobilizing the noble metal particles. Specifically, as shown in FIG. 1B, the noble metal particles are supported on the surface of the porous inorganic oxide in a state in which the noble metal particles are partially embedded in the porous inorganic oxide.
Thereby, the distance between noble metal particles is maintained, and aggregation of the noble metal particles is effectively suppressed.

一般的に、貴金属粒子の粒子径が10nm以下の微粒子である場合には、貴金属粒子は凝集しやすいが、貴金属粒子の一部が多孔質無機酸化物表面に埋没しているため、アンカー効果が顕著に発揮され、加熱後であっても触媒製造時の状態が維持されることによる。
よって、貴金属粒子の粒径の変化率が低いため、触媒活性が長期間維持され、耐熱性に優れた排気ガス浄化システムとなる。
In general, when the noble metal particles are fine particles having a particle diameter of 10 nm or less, the noble metal particles are likely to aggregate, but since the noble metal particles are partially embedded in the surface of the porous inorganic oxide, the anchor effect is improved. It is exhibited remarkably, and the state at the time of catalyst production is maintained even after heating.
Therefore, since the rate of change of the particle size of the noble metal particles is low, the catalyst activity is maintained for a long time, and the exhaust gas purification system is excellent in heat resistance.

アンカー効果を発揮させる観点からは、上記多孔質酸化物は、遷移金属を含むことが望ましく、特にセリアを用いることがより望ましい。   From the viewpoint of exerting the anchor effect, the porous oxide preferably contains a transition metal, and more preferably ceria.

また、上記多孔質酸化物がセリアであるときは、その粒径は、10〜50nmであることが望ましく、20〜30nmであることがより望ましい。
このときは、適度な量の貴金属粒子がセリアに埋没され易くなると同時に、セリアの酸素ストレージ機能が十分に発揮されるので、充分な触媒活性が得られる。
In addition, when the porous oxide is ceria, the particle size is preferably 10 to 50 nm, and more preferably 20 to 30 nm.
At this time, an appropriate amount of noble metal particles is easily buried in the ceria, and at the same time, the oxygen storage function of the ceria is sufficiently exhibited, so that a sufficient catalytic activity is obtained.

更に、セリアに担持される貴金属粒子の粒径は、3〜10nmであることが望ましい。
このときは、適度な量の貴金属粒子がセリアに埋没され易くなるので、充分な触媒活性が得られる。
Furthermore, the particle diameter of the noble metal particles supported on ceria is desirably 3 to 10 nm.
At this time, an appropriate amount of noble metal particles is easily embedded in ceria, so that sufficient catalytic activity can be obtained.

本発明の排気ガス浄化システムにおいては、貴金属粒子の露出率が50〜85%であれば、上述のように、貴金属粒子の一部が該多孔質無機酸化物中に埋没された状態で担持されていることとなる。
通常、触媒として有効に機能するのは、表面に存在する原子であるため、露出率が低すぎる場合には、貴金属粒子の安定性は高いものの、貴金属粒子が充分に反応物質に接触することが困難となり、結果として充分な触媒活性を得ることができない。
このため、触媒としての性能を維持するために露出率は少なくとも50%以上であることが好ましい。
In the exhaust gas purification system of the present invention, when the exposure rate of the noble metal particles is 50 to 85%, as described above, a part of the noble metal particles is supported in a state of being buried in the porous inorganic oxide. Will be.
Usually, atoms that effectively function as a catalyst are atoms present on the surface, and when the exposure rate is too low, the stability of the noble metal particles is high, but the noble metal particles may sufficiently contact the reactants. As a result, sufficient catalytic activity cannot be obtained.
For this reason, in order to maintain the performance as a catalyst, the exposure rate is preferably at least 50% or more.

一方、貴金属粒子の露出率が高すぎる場合には、触媒の初期活性は高いものの、多孔質無機酸化物表面に担持された貴金属粒子が加熱により凝集することがあるため耐久性に乏しい。
このため、露出率は85%を超えないことが好ましい。
On the other hand, when the exposure rate of the noble metal particles is too high, the initial activity of the catalyst is high, but the noble metal particles supported on the surface of the porous inorganic oxide may be aggregated by heating, resulting in poor durability.
For this reason, it is preferable that the exposure rate does not exceed 85%.

また、上流触媒部、下流触媒部のいずれか一方又は双方においては、上記貴金属粒子の担持量は、触媒部1L当たり0.72g以下であることが好適である。
従来は、かかる担持量では、使用に伴い貴金属粒子が凝集して充分な触媒活性が得られなったが、本システムでは、各触媒部ともに貴金属粒子が凝集しにくいので上記担持量で十分な排気ガス浄化能を発揮できる。
更に、上述のように、アンカー効果が発揮されるときは、多孔質無機酸化物中にナノサイズの貴金属粒子の一部が埋没された状態とするので、貴金属の使用量を従来より低減しても、十分な触媒活性を維持できる。
Further, in one or both of the upstream catalyst part and the downstream catalyst part, it is preferable that the amount of the noble metal particles supported is 0.72 g or less per 1 L of the catalyst part.
Conventionally, with this loading amount, noble metal particles agglomerate with use and sufficient catalytic activity has been obtained, but in this system, noble metal particles do not easily agglomerate at each catalyst part, so sufficient exhaustion is possible with the above loading amount. Gas purification ability can be demonstrated.
Furthermore, as described above, when the anchor effect is exerted, since a part of the nano-sized noble metal particles are buried in the porous inorganic oxide, the amount of noble metal used is reduced as compared with the conventional case. However, sufficient catalytic activity can be maintained.

また、上記貴金属粒子としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)又はロジウム(Rh)、及びこれらを任意に組合わせて使用することが好適である。
これらの貴金属は、触媒活性が高く、排気ガスの浄化に有効である。
Moreover, as said noble metal particle, it is suitable to use platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), and these in arbitrary combinations.
These noble metals have high catalytic activity and are effective for purification of exhaust gas.

更に、本排気ガス浄化システムの各触媒部では、多孔質無機酸化物、貴金属粒子のいずれか一方又は双方は、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)又は亜鉛(Zn)、及びこれらを任意に組合せた遷移金属と接触していることが好適である。
このときは、これらの遷移金属が貴金属粒子の触媒活性を補助するため、触媒活性がより向上し得る。
なお、多孔質無機酸化物、貴金属粒子のいずれか一方がこれらの遷移金属に接触していないときは、該遷移金属の近傍に存在していることがよい。
Furthermore, in each catalyst part of the exhaust gas purification system, one or both of the porous inorganic oxide and the noble metal particles are manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper It is preferable to be in contact with (Cu) or zinc (Zn) and a transition metal arbitrarily combined with these.
In this case, since these transition metals assist the catalytic activity of the noble metal particles, the catalytic activity can be further improved.
In addition, when any one of a porous inorganic oxide and a noble metal particle is not contacting these transition metals, it is good to exist in the vicinity of this transition metal.

更にまた、これらの遷移金属は、一部又は全部が担体と複合化合物を形成していることが望ましい。
このときは、遷移金属を含む複合化合物に貴金属粒子が接触していれば、触媒性能が向上し得ると考えられる。これは、排気ガスが貴金属表面上に吸着された後、複合化合物表面に移動して複合化合物表面上で排気ガスを浄化するスピルオーバと呼ばれる現象によるものと考えられる。
Furthermore, it is desirable that some or all of these transition metals form a composite compound with the carrier.
In this case, it is considered that the catalyst performance can be improved if the noble metal particles are in contact with the composite compound containing the transition metal. This is considered to be due to a phenomenon called spillover in which exhaust gas is adsorbed on the surface of the noble metal and then moves to the surface of the composite compound to purify the exhaust gas on the surface of the composite compound.

即ち、貴金属粒子と該複合化合物とが接触していることにより、貴金属が触媒としてだけではなく、排気ガスを吸着する吸着サイトとしての役割をも担うようになるため、複合化合物の中の遷移金属が活性化されて触媒反応を行う触媒サイトとして機能するようになることが考えられる。   That is, since the noble metal particles and the composite compound are in contact with each other, the noble metal not only serves as a catalyst but also serves as an adsorption site for adsorbing exhaust gas. May be activated to function as a catalyst site for performing a catalytic reaction.

このように、本排気ガス浄化システムでは、各触媒部において、貴金属粒子の触媒活性を遷移金属を含む複合化合物が補う効果が得られるため、触媒活性が向上し得る。
また、遷移金属の一部又は全部が担体と複合化合物を形成していることにより、この複合酸化物が、貴金属粒子の移動を抑制するアンカーの役割として作用し得るため、貴金属の凝集が抑制されて、触媒活性点の劣化が抑えられる。
As described above, in the present exhaust gas purification system, the catalytic activity can be improved since the composite compound containing the transition metal supplements the catalytic activity of the noble metal particles in each catalyst portion.
In addition, since part or all of the transition metal forms a composite compound with the carrier, the composite oxide can act as an anchor that suppresses the movement of the noble metal particles, so that aggregation of the noble metal is suppressed. Thus, deterioration of the catalyst active point can be suppressed.

また、各触媒部において、貴金属担持多孔質無機酸化物は、セリア(CeO)、アルミナ(Al)、ジルコニア(ZrO)、シリカ(SiO)又はチタニア(TiO)、及びこれら酸化物を任意に組合わせたもので構成された担体に担持して使用することできる。
このときは、多孔質無機酸化物との密着性が良好となり得る。また、触媒金属である貴金属粒子や遷移金属を活性化させる効果、担体の耐熱性を向上させる効果を発揮し得る。
なお、これらの担体構成材料は、多孔質無機酸化物と同種のものでも良いし、異種の物でもよい。また、貴金属担持多孔質無機酸化物粉末自体をハニカム状などに成形して使用することもできる。
In each catalyst part, the noble metal-supporting porous inorganic oxide is ceria (CeO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), silica (SiO 2 ) or titania (TiO 2 ), and these It can be used by supporting it on a carrier composed of any combination of oxides.
In this case, the adhesion with the porous inorganic oxide can be improved. Moreover, the effect which activates the noble metal particle and transition metal which are catalyst metals, and the heat resistance of a support | carrier can be exhibited.
These carrier constituent materials may be the same as or different from the porous inorganic oxide. Further, the noble metal-supported porous inorganic oxide powder itself can be formed into a honeycomb or the like.

更に、担体構成材料である上記酸化物は、多孔質無機酸化物、貴金属粒子のいずれか一方又は双方を包接させることができる。
このときは、貴金属粒子の移動や凝集がより抑制され、触媒製造時の分散状態をより長期間維持できる。
例えば、図2に示すように、繊維状の酸化物を多孔質無機酸化物、貴金属粒子、遷移金属の周囲に配設して、これらを抱持させることができる。
Furthermore, the oxide as the carrier constituting material can include either or both of the porous inorganic oxide and the noble metal particles.
At this time, the movement and aggregation of the noble metal particles are further suppressed, and the dispersed state during the production of the catalyst can be maintained for a longer period.
For example, as shown in FIG. 2, fibrous oxides can be disposed around porous inorganic oxides, noble metal particles, and transition metals to be held.

このように、本排気ガス浄化システムは、排気温度が高く粒凝集が進みやすい上流触媒部の貴金属粒子を大きく、逆に排気温度が低く粒凝集の進みにくい下流触媒部の貴金属粒子を小さくすることで、最上流に配設する触媒部入口の排気ガス温度が高温域でも触媒部に備えたナノサイズの貴金属粒子が焼結しにくく、良好な排気ガス浄化性能を発揮できる。
具体的には、上流触媒部、下流触媒部のいずれか一方又は双方は、900℃の排気ガスに3時間接触させた後に、上記貴金属粒子の初期及び耐久後の粒径比を、3:10〜7:18の範囲内に抑えることができる。
In this way, the exhaust gas purification system increases the precious metal particles in the upstream catalyst portion where the exhaust temperature is high and the particle aggregation is likely to proceed, and conversely reduces the precious metal particles in the downstream catalyst portion where the exhaust temperature is low and the particle aggregation is difficult to proceed. Thus, even when the exhaust gas temperature at the inlet of the catalyst part disposed in the uppermost stream is high, the nano-sized noble metal particles provided in the catalyst part are difficult to sinter and can exhibit good exhaust gas purification performance.
Specifically, one or both of the upstream catalyst portion and the downstream catalyst portion is brought into contact with the exhaust gas at 900 ° C. for 3 hours, and then the initial and endurance particle size ratio of the noble metal particles is set to 3:10. It can be suppressed within the range of ˜7: 18.

次に、上流触媒部及び下流触媒部が備える貴金属担持多孔質無機酸化物の製造方法について説明する。かかる貴金属担持多孔質無機酸化物の製造方法には、大別するとコロイド法と逆ミセル法の2種がある。   Next, the manufacturing method of the noble metal carrying | support porous inorganic oxide with which an upstream catalyst part and a downstream catalyst part are provided is demonstrated. There are roughly two types of methods for producing such noble metal-supported porous inorganic oxides: a colloid method and a reverse micelle method.

(コロイド法)
本方法では、貴金属粒子の周囲が有機分子に保護された状態で、溶媒中に分散した貴金属コロイドを、多孔質無機酸化物の一例であるセリアの前駆体に包接させ、触媒前駆体を形成する工程(包接工程)と、この触媒前駆体を酸化雰囲気で焼成する工程(焼成工程)と、を行うことで、貴金属担持多孔質無機酸化物(貴金属担持セリア)を得る。
(Colloid method)
In this method, a noble metal colloid dispersed in a solvent is included in a ceria precursor, which is an example of a porous inorganic oxide, in a state where the periphery of the noble metal particles is protected by organic molecules, thereby forming a catalyst precursor. A precious metal-supporting porous inorganic oxide (precious metal-supporting ceria) is obtained by performing a step (inclusion step) and a step (firing step) of firing the catalyst precursor in an oxidizing atmosphere.

このように、貴金属粒子のコロイドを作製し、この貴金属コロイドの周囲にセリアの前駆体であるセリウム水酸化物を形成させた後に、この触媒前駆体を酸化雰囲気で焼成することで、セリア内部に金属粒子を分散担持させることが可能となる。
また、貴金属コロイドの周囲にセリア前駆体を形成するため、貴金属粒子の一部がセリアに埋没された状態となる。
この結果、貴金属粒子の固定化が可能となり、耐熱性が高い触媒が得られる。
In this way, a colloid of noble metal particles is prepared, and after the formation of cerium hydroxide, which is a ceria precursor, around the noble metal colloid, the catalyst precursor is calcined in an oxidizing atmosphere, so It becomes possible to disperse and carry metal particles.
In addition, since the ceria precursor is formed around the noble metal colloid, a part of the noble metal particles are buried in the ceria.
As a result, the noble metal particles can be immobilized, and a catalyst having high heat resistance can be obtained.

ここで、上記有機分子としては、例えば、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミド、ポリアクリル酸、シュウ酸、クエン酸、マレイン酸などの安定度の高い化合物、又はこれらの混合物を用いることができる。   Here, as the organic molecule, for example, a highly stable compound such as polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyethylene imide, polyacrylic acid, oxalic acid, citric acid, maleic acid, or a mixture thereof can be used.

また、上記溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノールなどのアルコール類、酢酸メチルエステル、酢酸エチルエステルなどのエステル類、ジエチルエーテルなどのエーテル類、又はこれらの混合物を用いることができる。   Examples of the solvent include water, alcohols such as methanol and ethanol, esters such as acetic acid methyl ester and ethyl acetate, ethers such as diethyl ether, and mixtures thereof.

これらの有機分子や分散溶媒を用いて触媒前駆体を形成した場合には、貴金属粒子の周囲に有機分子の保護層が配位されるので、貴金属粒子が溶媒中に均一に分散され得る。また、コロイド溶液の安定性、即ち、沈降分離抑制が可能となる。
このため、貴金属粒子が均一にセリア前駆体に取り込まれた状態で触媒前駆体が形成される。
When the catalyst precursor is formed using these organic molecules and the dispersion solvent, the protective layer of the organic molecules is coordinated around the noble metal particles, so that the noble metal particles can be uniformly dispersed in the solvent. Further, the stability of the colloidal solution, that is, the sedimentation separation can be suppressed.
For this reason, the catalyst precursor is formed in a state where the noble metal particles are uniformly taken into the ceria precursor.

更に、この触媒前駆体を酸化雰囲気で焼成することにより、セリア前駆体であるセリア水酸化物から水が蒸発し、焼成後に細孔が多く形成されるため、高比表面積のセリアが形成される。
そして、この触媒前駆体は、貴金属粒子が均一にセリア前駆体に取り込まれているため、焼成して作製された触媒は、貴金属粒子が内表面も含む全てのセリア表面に均一に担持された状態となる。
Furthermore, by firing this catalyst precursor in an oxidizing atmosphere, water evaporates from the ceria hydroxide, which is a ceria precursor, and many pores are formed after firing, so that ceria with a high specific surface area is formed. .
In this catalyst precursor, the noble metal particles are uniformly incorporated into the ceria precursor, so the catalyst produced by firing is in a state where the noble metal particles are uniformly supported on all ceria surfaces including the inner surface. It becomes.

このように、貴金属コロイドの大きさがセリアの細孔より大きい場合であっても、細孔内部にまで貴金属粒子を含浸担持させることが可能となる。
また、このような担持方法を用いることにより、貴金属粒子の周囲にセリアの障壁が形成されるため、この障壁によるアンカー効果が得られ、貴金属粒子の凝集が抑制される。
更に、障壁をつくることで、貴金属粒子の一部がセリアに埋没する。
更にまた、この障壁の一部が遷移金属の複合化合物となるときは、貴金属による遷移金属の触媒活性化が生じ、結果として、触媒活性点の表面積がより向上し、耐久後も優れた触媒性能を示すようになる。
Thus, even when the size of the noble metal colloid is larger than the pores of ceria, it becomes possible to impregnate and carry the noble metal particles inside the pores.
Further, by using such a loading method, a ceria barrier is formed around the noble metal particles, so that an anchor effect by the barrier is obtained and aggregation of the noble metal particles is suppressed.
Furthermore, a part of the noble metal particles is buried in ceria by creating a barrier.
Furthermore, when a part of this barrier is a composite compound of transition metal, the catalytic activity of the transition metal by the noble metal occurs, and as a result, the surface area of the catalytic activity point is further improved, and excellent catalytic performance after durability Will come to show.

上述の効果を得るためには、貴金属コロイド溶液は、白金(Pt)、パラジウム(Pd)又はロジウム(Rh)、及びこれらを任意に組合わせた貴金属と、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)又は亜鉛(Zn)、及びこれらを任意に組合わせた遷移金属との複合金属化合物をコロイド粒子として含むことが好適である。   In order to obtain the above-mentioned effects, the noble metal colloid solution is composed of platinum (Pt), palladium (Pd) or rhodium (Rh), and a noble metal arbitrarily combined with manganese (Mn), iron (Fe), It is preferable that a composite metal compound with cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu) or zinc (Zn), and a transition metal arbitrarily combined with these is included as colloidal particles.

この場合には、貴金属コロイドの核となる粒子を、貴金属及び遷移金属の複合体とすることで、遷移金属を含む複合化合物を貴金属の周囲に選択的に配置した触媒材料の調製が可能となる。   In this case, it is possible to prepare a catalyst material in which a composite compound containing a transition metal is selectively arranged around the noble metal by making the particles serving as the core of the noble metal colloid into a composite of the noble metal and the transition metal. .

また、セリア前駆体は、硝酸塩や酢酸塩などの水溶性無機塩の形で、初めに貴金属と遷移金属の複合金属化合物のコロイド粒子を含有する水溶液に投入し、アンモニア水やテトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液などの塩基性沈殿剤を投入して水酸化物を形成しても良い。
更に、コロイド水溶液にアルコキシドを投入し、複合金属化合物のコロイド粒子の周囲に水酸化物を形成しても良い。
更にまた、貴金属コロイドを構成する有機分子のポリマー鎖は、例えば、イミノ(NH)基などを有し、コロイド溶液の液性が塩基性であれば、セリア前駆体を含有する水溶液に沈殿剤と貴金属コロイドの混合水溶液を投入することにより、貴金属コロイドをセリアに安定して担持させることが可能となる。
The ceria precursor is in the form of a water-soluble inorganic salt such as nitrate or acetate, and is first introduced into an aqueous solution containing colloidal particles of a composite metal compound of a noble metal and a transition metal, and then ammonia water or tetramethylammonium (TMAH). ) A hydroxide may be formed by introducing a basic precipitating agent such as an aqueous solution.
Further, an alkoxide may be added to the aqueous colloidal solution to form a hydroxide around the colloidal particles of the composite metal compound.
Furthermore, if the polymer chain of the organic molecule constituting the noble metal colloid has, for example, an imino (NH) group and the colloid solution is basic, a precipitant and an aqueous solution containing a ceria precursor are added. By introducing a mixed aqueous solution of noble metal colloids, the noble metal colloids can be stably supported on ceria.

ここで、上記コロイド法の一例を、図3に示す概略的な工程フロー図にて説明する。また、図4に、排気ガス浄化システムの製造過程の概略図を示す。   Here, an example of the colloid method will be described with reference to a schematic process flow diagram shown in FIG. FIG. 4 shows a schematic diagram of the manufacturing process of the exhaust gas purification system.

図3に示すように、まず、STEP1(以下「S1」のように示す)では、溶媒中に貴金属塩と有機分子を投入して攪拌し、混合溶液を調整する。
ここで、貴金属塩としては、ジニトロジアミン塩、トリアンミン塩、テトラアンミン塩、ヘキサアンミン塩などの貴金属錯体、硝酸塩、塩化物、硫酸塩などの無機塩が使用可能である。遷移金属塩は、酢酸塩、硝酸塩、炭酸塩などが使用可能である。
また、有機分子としては、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミド、ポリアクリル酸、シュウ酸、クエン酸、マレイン酸などが使用可能である。
なお、これらは、二種以上の混合溶液として用いても良い。
ここでは、図4(a)に示すように、溶媒中には貴金属イオン10と、有機分子11が存在する。
As shown in FIG. 3, first, in STEP 1 (hereinafter referred to as “S1”), a noble metal salt and an organic molecule are put into a solvent and stirred to prepare a mixed solution.
Here, as the noble metal salt, inorganic salts such as noble metal complexes such as dinitrodiamine salt, triammine salt, tetraammine salt and hexaammine salt, nitrate, chloride and sulfate can be used. As the transition metal salt, acetate, nitrate, carbonate and the like can be used.
Moreover, as an organic molecule, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyethylene imide, polyacrylic acid, oxalic acid, citric acid, maleic acid and the like can be used.
In addition, you may use these as a 2 or more types of mixed solution.
Here, as shown in FIG. 4A, noble metal ions 10 and organic molecules 11 exist in the solvent.

次に、S2では、この混合溶液に還元剤を加えて貴金属イオン10を還元し、図4(b)に示すように、還元された貴金属粒子10aの周囲に有機分子11が配位した貴金属コロイド12の分散液とする。
ここで、還元剤としては、ヒドラジン、水素化ホウ素ナトリウム、水素ガスなどが使用可能である。
Next, in S2, a reducing agent is added to the mixed solution to reduce the noble metal ions 10, and as shown in FIG. 4B, a noble metal colloid in which organic molecules 11 are coordinated around the reduced noble metal particles 10a. 12 dispersion.
Here, as the reducing agent, hydrazine, sodium borohydride, hydrogen gas, or the like can be used.

また、S3では、包接工程として、この分散液にセリア前駆体であるセリア水和物を投入し、充分に攪拌した後、この溶液に沈殿剤水溶液をpH7.0になるまで滴下した後、得られた溶液を一晩熟成する。
図4(c)に示すように、貴金属コロイド12は、セリア前駆体である水酸化物13に取り込まれて、触媒前駆体14の沈殿物が得られる。また、貴金属コロイド12のうち一部12aは、セリア水酸化物13に一部が取り込まれた状態となる。その他の貴金属コロイド12bはセリア水酸化物13に完全に包接された状態である。
ここで、セリア前駆体は含水物であっても良い。また、沈殿剤水溶液としては、アンモニア水やTMAH水溶液などが使用可能である。
In S3, as an inclusion process, ceria hydrate, which is a ceria precursor, is added to the dispersion, and after sufficient stirring, an aqueous precipitant solution is added dropwise to the solution until pH 7.0, The resulting solution is aged overnight.
As shown in FIG. 4C, the noble metal colloid 12 is taken into the hydroxide 13 which is a ceria precursor, and a precipitate of the catalyst precursor 14 is obtained. Further, a part 12 a of the noble metal colloid 12 is in a state in which a part is taken into the ceria hydroxide 13. The other noble metal colloid 12b is completely included in the ceria hydroxide 13.
Here, the ceria precursor may be a hydrate. As the precipitant aqueous solution, ammonia water, TMAH aqueous solution, or the like can be used.

更に、S4では、得られた沈殿物をメンブランフィルタでろ過後、大量の水を用いて沈殿物を洗浄する。
そして、S5では、沈殿物を120℃にて一昼夜乾燥する。
S6では、焼成工程として、乾燥後の沈殿物を400℃で1時間、空気気流中で焼成し、図4(d)に示すような貴金属担持セリア15を得ることができる。
Further, in S4, the obtained precipitate is filtered through a membrane filter, and then washed with a large amount of water.
In S5, the precipitate is dried at 120 ° C. for a whole day and night.
In S6, as a firing step, the dried precipitate is fired in an air stream at 400 ° C. for 1 hour to obtain a noble metal-supported ceria 15 as shown in FIG. 4 (d).

得られた貴金属担持セリア15は、貴金属コロイド12がセリア前駆体であるセリア水酸化物13に取り込まれた触媒前駆体14を焼成して得られるため、セリア水酸化物13から水が蒸発することにより脱水収縮する。
この際に、セリア17には細孔が多く形成されており、セリア水酸化物13に取り込まれた貴金属コロイド12は、セリア17の外表面及び細孔内部である内表面に埋没する貴金属粒子16となる。
The obtained noble metal-supported ceria 15 is obtained by calcining the catalyst precursor 14 in which the noble metal colloid 12 is incorporated in the ceria hydroxide 13 which is a ceria precursor, so that water evaporates from the ceria hydroxide 13. Due to dehydration shrinkage.
At this time, many pores are formed in the ceria 17, and the noble metal colloid 12 taken into the ceria hydroxide 13 is buried in the outer surface of the ceria 17 and the inner surface inside the pores 16. It becomes.

このように、セリア17上で貴金属粒子16が均一に分散されて強固に固定され、また、セリア17が貴金属粒子16のアンカーとして作用することから、貴金属粒子16の凝集が抑えられ、触媒性能が向上する高比表面積で触媒活性の高い貴金属担持セリア15ができる。   In this way, the noble metal particles 16 are uniformly dispersed and firmly fixed on the ceria 17, and the ceria 17 acts as an anchor for the noble metal particles 16, so that the aggregation of the noble metal particles 16 is suppressed and the catalyst performance is improved. A noble metal-supporting ceria 15 having a high specific surface area and a high catalytic activity can be obtained.

また、上記包接工程(図3のS3、図4の(c))では、溶媒中に貴金属コロイドが分散しているコロイド溶液へ部分酸化剤を投入しても良い。
上記部分酸化剤とは、例えば、過酸化水素などの酸化性物質を含む水溶液などを示す。この部分酸化剤は、一旦還元剤により還元メタル化した貴金属粒子、又は貴金属と遷移金属の複合化合物の表面を部分的に酸化する。この酸化により、貴金属粒子又は複合化合物は、セリア前駆体であるセリア水和物との親和性が高くなり、セリアに担持する貴金属粒子又は複合化合物の固定化が促進される。そして、貴金属粒子や複合化合物の露出率を制御できる。
Further, in the inclusion step (S3 in FIG. 3, (c) in FIG. 4), a partial oxidizing agent may be added to the colloid solution in which the noble metal colloid is dispersed in the solvent.
The partial oxidizing agent refers to, for example, an aqueous solution containing an oxidizing substance such as hydrogen peroxide. This partial oxidizing agent partially oxidizes the surface of the noble metal particles once reduced to metal by the reducing agent or the composite compound of the noble metal and transition metal. By this oxidation, the noble metal particles or the composite compound have high affinity with the ceria hydrate which is a ceria precursor, and the immobilization of the noble metal particles or the composite compound supported on the ceria is promoted. And the exposure rate of a noble metal particle and a composite compound is controllable.

この効果は、貴金属単独の場合に特に有効である。貴金属は遷移金属と比べて比較的安定であるため、部分酸化を行わない場合にはセリアと充分な貴金属との親和力を制御できない。このため、貴金属の露出率の制御が難しい。しかし、コロイド溶液に部分酸化剤を投入し、貴金属の表面を所定の割合で部分酸化した場合には、貴金属の表面の部分的に酸化された箇所のセリア前駆体との親和性がより高くなり、焼成後の貴金属粒子の露出率が決まる。
このように、コロイド溶液に投入する部分酸化剤の量によって、触媒における貴金属粒子や複合化合物の露出率を制御することが可能となる。
This effect is particularly effective in the case of a noble metal alone. Since noble metals are relatively stable as compared to transition metals, the affinity between ceria and sufficient noble metals cannot be controlled without partial oxidation. For this reason, it is difficult to control the exposure rate of the noble metal. However, when a partial oxidizing agent is added to the colloid solution and the surface of the noble metal is partially oxidized at a predetermined ratio, the affinity with the ceria precursor at the partially oxidized portion of the surface of the noble metal becomes higher. The exposure rate of the precious metal particles after firing is determined.
Thus, it becomes possible to control the exposure rate of the noble metal particles and the composite compound in the catalyst by the amount of the partial oxidant introduced into the colloidal solution.

更に、上記コロイド法の他の例を、図5に示す概略的な工程フロー図にて説明する。また、図6に、上記貴金属担持セリアの製造過程の概略図を示す。   Further, another example of the colloid method will be described with reference to a schematic process flow diagram shown in FIG. FIG. 6 shows a schematic diagram of the manufacturing process of the noble metal-supporting ceria.

図5に示す工程フロー図では、S2の後に部分酸化剤水溶液を投入した点以外は、図3の工程フロー図と同等の操作を行う。   In the process flow diagram shown in FIG. 5, the same operation as the process flow diagram of FIG. 3 is performed except that the partial oxidizing agent aqueous solution is added after S2.

まず、S1では、溶媒中に貴金属塩と有機分子を投入して攪拌し、混合溶液を調整する ここで、貴金属塩としては、ジニトロジアミン塩、トリアンミン塩、テトラアンミン塩、ヘキサアンミン塩などの貴金属錯体、硝酸塩、塩化物、硫酸塩などの無機塩が使用可能である。遷移金属塩は、酢酸塩、硝酸塩、炭酸塩などが使用可能である。
また、有機分子としては、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミド、ポリアクリル酸、シュウ酸、クエン酸、マレイン酸などが使用可能である。
なお、これらは二種以上の混合溶液として用いても良い。また、ここでは、分散媒中には金属のイオンと、有機分子が存在する。
First, in S1, a noble metal salt and an organic molecule are put into a solvent and stirred to prepare a mixed solution. Here, as the noble metal salt, a noble metal complex such as a dinitrodiamine salt, a triammine salt, a tetraammine salt, or a hexaammine salt is used. Inorganic salts such as nitrates, chlorides and sulfates can be used. As the transition metal salt, acetate, nitrate, carbonate and the like can be used.
Moreover, as an organic molecule, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyethylene imide, polyacrylic acid, oxalic acid, citric acid, maleic acid and the like can be used.
In addition, you may use these as a 2 or more types of mixed solution. Further, here, metal ions and organic molecules exist in the dispersion medium.

次に、S2では、この混合溶液に還元剤を加えて貴金属イオンを還元し、還元された貴金属粒子の周囲に有機分子が配位した貴金属コロイドの分散液とする。
ここで、還元剤としては、ヒドラジン、水素化ホウ素ナトリウム、水素ガスなどが使用可能である。
Next, in S2, a reducing agent is added to the mixed solution to reduce the noble metal ions to obtain a dispersion of noble metal colloid in which organic molecules are coordinated around the reduced noble metal particles.
Here, as the reducing agent, hydrazine, sodium borohydride, hydrogen gas, or the like can be used.

また、S3では、この分散液に部分酸化剤水溶液を投入し、貴金属粒子を部分酸化する。このとき、部分酸化剤としては、過酸化水素などの金属粒子に酸素原子を与え得る性質を有する酸化剤であれば、いずれの化合物でも使用可能である。
セリア前駆体であるセリア水和物を投入し、充分に攪拌した後は、この溶液に沈殿剤水溶液をpH7.0になるまで滴下し、得られた溶液を一晩熟成する。
その後、貴金属コロイドがセリア前駆体である水酸化物に取り込まれた触媒前駆体の沈殿物が得られる。このとき、貴金属コロイドの一部は、セリア水酸化物に取り込まれた状態であり、他は水酸化物に完全に包接された状態である。
ここで、セリア前駆体は含水物であっても良い。また、沈殿剤水溶液としては、アンモニア水やTMAH水溶液などが使用可能である。
In S3, a partial oxidizing agent aqueous solution is added to the dispersion to partially oxidize the noble metal particles. At this time, as the partial oxidant, any compound can be used as long as it is an oxidant having a property of giving oxygen atoms to metal particles such as hydrogen peroxide.
After adding ceria hydrate which is a ceria precursor and stirring sufficiently, an aqueous precipitant solution is added dropwise to this solution until the pH becomes 7.0, and the resulting solution is aged overnight.
Thereafter, a precipitate of the catalyst precursor in which the noble metal colloid is incorporated into the hydroxide which is the ceria precursor is obtained. At this time, a part of the noble metal colloid is in a state of being taken up by the ceria hydroxide, and the other is in a state of being completely enclosed by the hydroxide.
Here, the ceria precursor may be a hydrate. As the precipitant aqueous solution, ammonia water, TMAH aqueous solution, or the like can be used.

更に、S4では、得られた沈殿物をメンブランフィルタでろ過後、大量の水を用いて沈殿物を洗浄する。
S5では、沈殿物を120℃にて一昼夜乾燥する。
S6では、乾燥後の沈殿物を400℃で1時間、空気気流中で焼成し、貴金属担持セリアを得ることができる。
Further, in S4, the obtained precipitate is filtered through a membrane filter, and then washed with a large amount of water.
In S5, the precipitate is dried at 120 ° C. overnight.
In S6, the dried precipitate can be baked in an air stream at 400 ° C. for 1 hour to obtain noble metal-supported ceria.

得られた貴金属担持セリアは、貴金属コロイドがセリア前駆体であるセリア水酸化物に取り込まれた触媒前駆体を焼成して得られるため、セリア水酸化物から水が蒸発することにより脱水収縮する。
この際に、セリアには細孔が多く形成されており、セリア水酸化物に取り込まれた貴金属コロイドは、セリアの外表面及び細孔内部である内表面に埋没する貴金属粒子となる。
The obtained noble metal-supported ceria is obtained by calcining a catalyst precursor in which a noble metal colloid is incorporated into ceria hydroxide as a ceria precursor, and thus dehydrates and shrinks as water evaporates from the ceria hydroxide.
At this time, many pores are formed in the ceria, and the noble metal colloid taken into the ceria hydroxide becomes noble metal particles buried in the outer surface of the ceria and the inner surface inside the pores.

このように、セリア上で貴金属粒子が均一に分散されて強固に固定され、また、セリアが貴金属粒子のアンカーとして作用することから、貴金属粒子の凝集が抑えられ、高比表面積となり、触媒活性が高められる。   In this way, the noble metal particles are uniformly dispersed and firmly fixed on the ceria, and since the ceria acts as an anchor for the noble metal particles, aggregation of the noble metal particles is suppressed, a high specific surface area is obtained, and the catalytic activity is increased. Enhanced.

また、図6に示すように、部分酸化剤により貴金属粒子の露出率を制御することができる。
図6(a)は、部分酸化剤の量を少なくして製造した貴金属担持セリア20の部分断面図である。この貴金属担持セリア20では、貴金属粒子21の一部がセリア22中に埋没された状態でセリア22表面に担持されている。
ここでは、部分酸化剤の量が少ないため、貴金属粒子21の露出率は高く、周囲を囲んでいるセリア22の量も少ない。
Further, as shown in FIG. 6, the exposure rate of the noble metal particles can be controlled by the partial oxidizing agent.
FIG. 6A is a partial cross-sectional view of the noble metal-supporting ceria 20 manufactured by reducing the amount of the partial oxidizing agent. In this noble metal-supporting ceria 20, a part of the noble metal particles 21 is supported on the surface of the ceria 22 in a state of being embedded in the ceria 22.
Here, since the amount of the partial oxidizing agent is small, the exposure rate of the noble metal particles 21 is high, and the amount of the ceria 22 surrounding the periphery is also small.

図6(b)は、部分酸化剤の量を貴金属担持セリア20より多くして製造した貴金属担持セリア30の部分断面図である。この貴金属担持セリア30では、貴金属粒子31がセリア32中に50%程度埋没された状態でセリア32表面に担持されている。   FIG. 6B is a partial cross-sectional view of a noble metal-carrying ceria 30 manufactured by increasing the amount of the partial oxidizing agent compared to the noble metal-carrying ceria 20. In the noble metal-supporting ceria 30, the noble metal particles 31 are supported on the surface of the ceria 32 in a state of being embedded in the ceria 32 by about 50%.

図6(c)は、更に部分酸化剤の量を貴金属担持セリア30より多くして製造した貴金属担持セリア40の部分断面図である。この貴金属担持セリア40では、貴金属粒子41の大半がセリア42中に埋没された状態でセリア42表面に担持されている。
ここでは、部分酸化剤の量が多いため、貴金属粒子41の露出率は低く、金属粒子73の周囲を囲んでいるセリア42の量が多い。
FIG. 6C is a partial cross-sectional view of the noble metal-supported ceria 40 manufactured by further increasing the amount of the partial oxidizer than the noble metal-supported ceria 30. In this noble metal-supporting ceria 40, most of the noble metal particles 41 are supported on the surface of the ceria 42 while being embedded in the ceria 42.
Here, since the amount of the partial oxidizing agent is large, the exposure rate of the noble metal particles 41 is low, and the amount of ceria 42 surrounding the metal particles 73 is large.

図6(a)〜(c)に示すように、部分酸化剤の量によって、貴金属粒子のセリアとの親和力制御できるため、セリアに担持された貴金属粒子の露出率を制御することができる。   As shown in FIGS. 6A to 6C, since the affinity of the noble metal particles with ceria can be controlled by the amount of the partial oxidizing agent, the exposure rate of the noble metal particles supported on the ceria can be controlled.

(逆ミセル法)
本方法では、貴金属粒子又は貴金属粒子と遷移金属との複合メタル粒を、液滴の粒径が20nm以下である逆ミセル内に析出させた後に、該逆ミセル内に部分酸化剤を添加する工程と、逆ミセル内で、貴金属粒子又は貴金属粒子と遷移金属との複合メタル粒を、多孔質無機酸化物の一例であるセリアの前駆体に包接させる工程と、を行い貴金属担持多孔質無機酸化物(貴金属担持セリア)を得る。
(Reverse micelle method)
In this method, after depositing noble metal particles or composite metal particles of noble metal particles and a transition metal in reverse micelles having a droplet diameter of 20 nm or less, a step of adding a partial oxidizing agent in the reverse micelles And in a reverse micelle, the step of enclosing the noble metal particles or the composite metal particles of the noble metal particles and the transition metal with the precursor of ceria, which is an example of the porous inorganic oxide, Product (noble metal-supported ceria) is obtained.

この方法採用する場合は、逆ミセル内で貴金属粒子又は貴金属粒子と遷移金属との複合メタル粒を部分的に酸化させることにより、貴金属粒子又は貴金属粒子と遷移金属との複合メタル粒とセリア前駆体との親和性を高めることが可能となる。
また、上記コロイド法と同様に、部分酸化剤を用いることにより、貴金属粒子又は貴金属粒子と遷移金属との複合メタル粒の露出率を制御することが可能となる。
When this method is adopted, the noble metal particles or the composite metal particles of the noble metal particles and the transition metal are partially oxidized in the reverse micelle, so that the composite metal particles of the noble metal particles or the noble metal particles and the transition metal and the ceria precursor. It becomes possible to increase the affinity.
Similarly to the colloid method, by using a partial oxidizing agent, it becomes possible to control the exposure rate of the noble metal particles or the composite metal particles of the noble metal particles and the transition metal.

ここで、逆ミセル法の一例を、図7に示す概略的な工程フロー図にて説明する。また、図8に、貴金属担持セリアの製造過程の概略図を示す。   Here, an example of the reverse micelle method will be described with reference to a schematic process flow diagram shown in FIG. FIG. 8 shows a schematic diagram of the manufacturing process of the noble metal-supporting ceria.

図7に示すように、まず、STEP1(以下「S1」のように示す)では、有機溶媒中に界面活性剤を溶解させた混合溶液を調整する。
ここでは、有機溶媒としては、シクロヘキサン、シクロヘプタン、オクタノール、イソオクタン、n−ヘキサン、n−デカン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどが使用可能である。
また、界面活性剤としては、ポリエチレングリコール(5)モノ−4−ノニルフェニルエーテル、ペンタエチレングリコールドデシルエーテルなどが使用可能である。
なお、これらは二種以上を混合して用いても良い。
As shown in FIG. 7, first, in STEP 1 (hereinafter referred to as “S1”), a mixed solution in which a surfactant is dissolved in an organic solvent is prepared.
Here, cyclohexane, cycloheptane, octanol, isooctane, n-hexane, n-decane, benzene, toluene, xylene, or the like can be used as the organic solvent.
As the surfactant, polyethylene glycol (5) mono-4-nonylphenyl ether, pentaethylene glycol dodecyl ether, or the like can be used.
In addition, you may use these in mixture of 2 or more types.

次いで、S2では、この混合溶液に、貴金属の塩及び遷移金属の塩の混合水溶液を投入して2時間攪拌する。
このときは、図8(a)に示すように、微細な逆ミセル50が形成される。逆ミセル50は、直径十数nm程度の球状液滴の周囲に界面活性剤51が内側に親水基外側に疎水基が向くように配列し、逆ミセル50内部の水相には貴金属の塩及び遷移金属の塩を含む水溶液52が含有される。
ここで、貴金属の塩及び遷移金属の塩としては、硝酸塩、酢酸塩、塩化物、アミン化合物、カルボニル化合物、金属アルコキシドなどを使用することが可能である。
なお、これらは二種以上の混合溶液として用いても良い。
Next, in S2, a mixed aqueous solution of a noble metal salt and a transition metal salt is added to this mixed solution and stirred for 2 hours.
At this time, as shown in FIG. 8A, fine reverse micelles 50 are formed. In the reverse micelle 50, the surfactant 51 is arranged around a spherical droplet having a diameter of about several tens of nanometers so that the hydrophobic group is directed to the inside of the hydrophilic group and the hydrophobic phase is directed to the outside of the hydrophilic group. An aqueous solution 52 containing a transition metal salt is contained.
Here, nitrates, acetates, chlorides, amine compounds, carbonyl compounds, metal alkoxides, and the like can be used as the noble metal salts and transition metal salts.
In addition, you may use these as a 2 or more types of mixed solution.

また、S3では、逆ミセル50を含む有機溶媒の混合溶液に、貴金属及び遷移金属の還元剤を投入して2時間攪拌する。
このときは、図8(b)に示すように、貴金属の塩及び遷移金属の塩を逆ミセル50内部で同時に還元してメタル化させる。
ここで、還元剤としては、例えば、アンモニア、テトラメチルアンモニウム、アルカリ金属水酸塩(水酸化ナトリウムなど)、ヒドラジン、ホウ素化水素ナトリウムなどが使用可能である。
In S3, a reducing agent of a noble metal and a transition metal is added to a mixed solution of an organic solvent containing the reverse micelle 50 and stirred for 2 hours.
At this time, as shown in FIG. 8B, the noble metal salt and the transition metal salt are simultaneously reduced and metallized in the reverse micelle 50.
Here, as the reducing agent, for example, ammonia, tetramethylammonium, alkali metal hydrate (such as sodium hydroxide), hydrazine, sodium borohydride and the like can be used.

その後、S4では、逆ミセルを含む有機溶媒の混合溶液中に部分酸化剤水溶液を投入し、逆ミセル中で貴金属及び遷移金属の複合メタル粒の一部を酸化する(図8(c))。
ここで、部分酸化剤水溶液としては、上述のように、過酸化水素などの金属粒子に酸素原子を与え得る性質を有する酸化剤であれば、いずれの化合物でも使用可能である。
Thereafter, in S4, a partial oxidizing agent aqueous solution is put into a mixed solution of an organic solvent containing reverse micelles, and a part of the composite metal grains of noble metal and transition metal is oxidized in the reverse micelles (FIG. 8C).
Here, as the partial oxidizer aqueous solution, any compound can be used as long as it is an oxidizer having a property of giving oxygen atoms to metal particles such as hydrogen peroxide as described above.

また、S5では、セリウム水溶液を混合して2時間攪拌し、一部酸化した貴金属53と遷移金属54の複合メタル粒を含有している逆ミセル50内にセリウム塩及び水を含有させる。
ここで、セリウム塩としては、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、アミン化合物などが使用可能である。
In S5, a cerium aqueous solution is mixed and stirred for 2 hours, and the cerium salt and water are contained in the reverse micelle 50 containing the composite metal grains of the partially oxidized noble metal 53 and the transition metal 54.
Here, nitrates, chlorides, acetates, amine compounds, and the like can be used as the cerium salts.

更に、S6では、逆ミセルを含む有機溶媒の混合溶液中に沈殿剤水溶液を混合し、逆ミセル50内部のセリウム塩を析出させる。
このときは、図8(d)に示すように、逆ミセル50内部のセリウム塩がメタル化してセリウム55として析出させ、貴金属53及び遷移金属54の複合メタル粒をセリウム55で包接する。
ここで、沈殿剤としては、ヒドラジン、ホウ素化水素ナトリウム、アンモニアなどを使用することができる。
なお、これらは二種以上の混合溶液として用いても良い。
Furthermore, in S6, the precipitant aqueous solution is mixed in the mixed solution of the organic solvent containing the reverse micelle to precipitate the cerium salt inside the reverse micelle 50.
At this time, as shown in FIG. 8 (d), the cerium salt inside the reverse micelle 50 is metalized and precipitated as cerium 55, and the composite metal grains of the noble metal 53 and the transition metal 54 are clathrated with the cerium 55.
Here, hydrazine, sodium borohydride, ammonia and the like can be used as the precipitant.
In addition, you may use these as a 2 or more types of mixed solution.

そして、S7では、この逆ミセルを含む有機溶媒の混合溶液中にアルコールを添加して2時間攪拌し、逆ミセルを崩壊させる。
このときは、図8(e)に示すように、逆ミセルの崩壊により、貴金属53及び遷移金属54の複合メタル粒をセリウム55で包接した沈殿物が得られる。
ここで、アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノールなどを使用することが可能である。
In S7, alcohol is added to the mixed solution of the organic solvent containing the reverse micelles, and the mixture is stirred for 2 hours to collapse the reverse micelles.
At this time, as shown in FIG. 8 (e), a precipitate in which the composite metal particles of the noble metal 53 and the transition metal 54 are clathrated with the cerium 55 is obtained by the collapse of the reverse micelle.
Here, as alcohol, methanol, ethanol, etc. can be used, for example.

次に、S8では、得られた沈殿物をメンブランフィルタでろ過後、アルコール及び水を用いて洗浄し、沈殿物に含まれる不純物(例えば界面活性剤など)を除去する。
また、S9では、沈殿物を120℃にて一昼夜乾燥する。
S10では、乾燥後に、400℃で1時間、空気気流中で沈殿物を焼成し、図8(f)に示すような貴金属担持セリア56を得ることができる。
この貴金属担持セリア56では、貴金属と遷移金属の一部(遷移金属の複合粒)58がセリア57表面に埋没された状態で担持される。
Next, in S8, the obtained precipitate is filtered with a membrane filter, and then washed with alcohol and water to remove impurities (for example, surfactant) contained in the precipitate.
In S9, the precipitate is dried at 120 ° C. for a whole day and night.
In S10, after drying, the precipitate is fired in an air stream at 400 ° C. for 1 hour to obtain a noble metal-supporting ceria 56 as shown in FIG. 8 (f).
In this noble metal-supporting ceria 56, a part of the noble metal and transition metal (transition metal composite particles) 58 is supported in a state of being buried in the surface of the ceria 57.

上述した逆ミセル法では、貴金属は、白金(Pt)、パラジウム(Pd)又はロジウム(Rh)、及びこれらを任意に組合わせたものを使用するのが好適である。
また、遷移金属は、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)又は亜鉛(Zn)、及びこれらを任意に組合わせたものを使用するのが好適である。
更に、セリア前駆体は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)又はランタン(La)、及びこれらを任意に組合わせたものを有する化合物を使用するのが好適である。
In the reverse micelle method described above, it is preferable to use platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), and any combination thereof as the noble metal.
As the transition metal, manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu) or zinc (Zn), and any combination thereof may be used. Is preferred.
Further, the ceria precursor is preferably a compound having aluminum (Al), titanium (Ti), zirconium (Zr) or lanthanum (La), and any combination thereof.

このように、逆ミセル法を用いた貴金属担持セリアの製造方法においても、貴金属粒子の周囲にセリア前駆体が形成されるため、貴金属粒子の一部がセリアに埋没された状態となる。
このため、貴金属粒子の固定化が可能となり、耐熱性の高い触媒部が得られる。
Thus, also in the manufacturing method of the noble metal carrying | support ceria using the reverse micelle method, since a ceria precursor is formed around the noble metal particle, a part of the noble metal particle is buried in the ceria.
For this reason, it becomes possible to fix the noble metal particles, and a catalyst part having high heat resistance can be obtained.

なお、上述した貴金属担持多孔質無機酸化物の製造方法においては、原料の種類や使用条件などによって得られる該多孔質無機酸化物の触媒活性が異なるため、使用する元素、還元剤や析出剤の種類、反応温度、反応時間、攪拌強度及び攪拌方法などを適宜変更して、所望の触媒部、排気ガス浄化システムを得ることができる。   In the above-described method for producing a noble metal-supported porous inorganic oxide, the catalytic activity of the porous inorganic oxide obtained varies depending on the type of raw material and the use conditions, etc. The desired catalyst part and exhaust gas purification system can be obtained by appropriately changing the type, reaction temperature, reaction time, stirring intensity and stirring method.

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in full detail, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
(1)上流触媒部の作製
Ptコロイド水溶液(Pt粒径6nm、Pt濃度4%)を、2−メチル−2,4−ペンタンジオール/イソプロポキシドAl=5/1重量比で混合し、乾燥焼成してPt/アルミナ粉末を得た。
Example 1
(1) Preparation of upstream catalyst part Pt colloid aqueous solution (Pt particle size 6 nm, Pt concentration 4%) was mixed at a 2-methyl-2,4-pentanediol / isopropoxide Al = 5/1 weight ratio and dried. Firing was performed to obtain Pt / alumina powder.

この粉末に、硝酸Ce水溶液を含浸させ、乾燥焼成してPt/Ce/アルミナ粉末を得た。   This powder was impregnated with an aqueous solution of Ce nitrate and dried and fired to obtain a Pt / Ce / alumina powder.

この粉末と、水と、硝酸とを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーとした。
このスラリーを20ccのセラミックスハニカム触媒に塗布し上流触媒部を得た。
なお、この触媒部において、Pt量は0.007g、CeO量は0.2g、アルミナ量は1.8gであった。
This powder, water, and nitric acid were put into a magnetic ball mill, mixed and ground to obtain a slurry.
This slurry was applied to a 20 cc ceramic honeycomb catalyst to obtain an upstream catalyst portion.
In this catalyst part, the amount of Pt was 0.007 g, the amount of CeO 2 was 0.2 g, and the amount of alumina was 1.8 g.

(2)下流触媒部の作製
ジニトロジアンミンPt水溶液(Pt濃度4%)をアルミナ粉末と混合し、乾燥焼成してPt/アルミナ粉末を得た。
(2) Production of downstream catalyst part A dinitrodiammine Pt aqueous solution (Pt concentration 4%) was mixed with alumina powder, dried and fired to obtain Pt / alumina powder.

この粉末に、硝酸Ce水溶液を含浸させ、乾燥焼成してPt/Ce/アルミナ粉末を得た。   This powder was impregnated with an aqueous solution of Ce nitrate and dried and fired to obtain a Pt / Ce / alumina powder.

この粉末と、水と、硝酸とを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーとした。
このスラリーを20ccのセラミックスハニカム触媒に塗布し下流触媒部を得た。
なお、この触媒部において、Pt量は0.007g、CeO量は0.2g、アルミナ量は1.8gであった。
This powder, water, and nitric acid were put into a magnetic ball mill, mixed and ground to obtain a slurry.
This slurry was applied to a 20 cc ceramic honeycomb catalyst to obtain a downstream catalyst portion.
In this catalyst part, the amount of Pt was 0.007 g, the amount of CeO 2 was 0.2 g, and the amount of alumina was 1.8 g.

(実施例2)
(1)上流触媒部の作製
実施例1と同様の触媒部を作製した。
(Example 2)
(1) Production of upstream catalyst part A catalyst part similar to Example 1 was produced.

(2)下流触媒部の作製
Ptコロイド粒径を8nmとした以外は、実施例1と同様の操作を繰返して、下流触媒部を作製した。
(2) Production of downstream catalyst part The downstream catalyst part was produced by repeating the same operation as in Example 1 except that the Pt colloid particle size was 8 nm.

(比較例1)
上流触媒部として、実施例1で得た下流触媒部と同様のものを用いた。
また、下流触媒部として、実施例1で得た上流触媒部と同様のものを用いた。
(Comparative Example 1)
As the upstream catalyst portion, the same as the downstream catalyst portion obtained in Example 1 was used.
Further, as the downstream catalyst part, the same one as the upstream catalyst part obtained in Example 1 was used.

<評価測定>
(1)耐久試験
上流触媒部及び下流触媒部を流路上に配設し、上流触媒部入口が900℃、下流触媒部入口が700℃となるようにガスを流通させ、30時間耐久させた。
このときの初期と耐久後のPt粒径を表1に示す。
<Evaluation measurement>
(1) Durability test The upstream catalyst part and the downstream catalyst part were disposed on the flow path, and the gas was circulated so that the upstream catalyst part inlet was 900 ° C. and the downstream catalyst part inlet was 700 ° C., and was endured for 30 hours.
Table 1 shows the initial and post-end Pt particle sizes.

(2)浄化反応試験
以下に示す条件で、排気模擬ガスを触媒に流通させ、転化率を求めた。
CO :0.6vol%
:0.2vol%
:0.63vol%
NO :1000volppm
:1665volppmC
CO :14vol%
O :10vol%
残部 :N
SV :60000−1
反応温度 :550℃
(2) Purification reaction test Under the conditions shown below, a simulated exhaust gas was passed through the catalyst to determine the conversion rate.
CO: 0.6 vol%
H 2: 0.2vol%
O 2 : 0.63 vol%
NO: 1000 volppm
C 3 H 6 : 1665 volppm C
CO 2 : 14 vol%
H 2 O: 10vol%
The rest: N 2
SV: 60000 -1
Reaction temperature: 550 ° C

(3)Pt粒子及びCeOの粒径測定
TEM(透過型電子顕微鏡)にてPt粒子とCeOの粒径を観察した。
(3) it was observed particle size of the Pt particles and CeO 2 at Pt particles and CeO 2 particle size measured TEM (transmission electron microscope).

以上の評価測定(1)〜(3)の結果を表1に示す。   Table 1 shows the results of the above evaluation measurements (1) to (3).

Figure 2007000812
Figure 2007000812

表1に示すように、実施例1,2で得た触媒粉末は、本発明の好適実施形態であり、耐久試験後でもPt粒子の粒径が小さいまま維持されていた。実施例1,2を比較すると、Pt粒子の粒径比に好適な範囲があることがわかる。
また、上流触媒部に用いたPt粒子の粒径を下流触媒部に用いたPt粒子の粒径よりも大きくしたことにより、長期に亘り排気ガスを浄化できることが確認された。比較例1のように、初期の上流触媒部及び下流触媒部において、用いたPt粒子の粒径が同一であると、浄化率が著しく低減した。
As shown in Table 1, the catalyst powders obtained in Examples 1 and 2 are a preferred embodiment of the present invention, and the Pt particles were kept small even after the durability test. When Examples 1 and 2 are compared, it can be seen that there is a suitable range for the particle size ratio of the Pt particles.
Moreover, it was confirmed that exhaust gas can be purified over a long period of time by making the particle size of the Pt particles used for the upstream catalyst portion larger than the particle size of the Pt particles used for the downstream catalyst portion. As in Comparative Example 1, the purification rate was remarkably reduced when the Pt particles used in the initial upstream catalyst portion and the downstream catalyst portion had the same particle size.

また、参考例1〜5として、貴金属粒径と耐久温度が貴金属粒径に及ぼす影響を、種々のPt/アルミナ粉末を用いて測定した。この結果を表2に示す。   Further, as Reference Examples 1 to 5, the effects of the noble metal particle size and the durability temperature on the noble metal particle size were measured using various Pt / alumina powders. The results are shown in Table 2.

(参考例1)
ジニトロジアンミンPt水溶液(Pt粒径1nm)を、アルミナ粉末に混合し、乾燥焼成して、Pt/アルミナ粉末を得た。
(Reference Example 1)
A dinitrodiammine Pt aqueous solution (Pt particle size 1 nm) was mixed with alumina powder, dried and fired to obtain Pt / alumina powder.

(参考例2)
Ptコロイド水溶液(Pt粒径3nm)を、2−メチル−2、4−ペンタンジオール/イソプロポキシドAl=5/1重量比で混合し、乾燥焼成してPt/アルミナ粉末を得た。
(Reference Example 2)
A Pt colloid aqueous solution (Pt particle size 3 nm) was mixed at a 2-methyl-2,4-pentanediol / isopropoxide Al = 5/1 weight ratio, dried and fired to obtain a Pt / alumina powder.

(参考例3〜5)
Pt粒径の異なるコロイド(Pt粒径6nm,8nm,24nm)を用いた以外は、参考例2と同様の操作を繰返して、Pt/アルミナ粉末を得た。
(Reference Examples 3-5)
Pt / alumina powder was obtained by repeating the same operation as in Reference Example 2, except that colloids having different Pt particle sizes (Pt particle sizes 6 nm, 8 nm, and 24 nm) were used.

<評価測定>
各参考例で得られた粉末を、700℃、3時間、900℃、3時間の2種類で空気中焼成した。
このときの初期と耐久後のPt粒径を表2に示す。
<Evaluation measurement>
The powder obtained in each reference example was calcined in air at 700 ° C., 3 hours, 900 ° C., 3 hours.
Table 2 shows the initial and endurance Pt particle sizes.

Figure 2007000812
Figure 2007000812

表2に示すように、耐久温度が異なると、初期のPt粒径に好適範囲が存在することがわかる。   As shown in Table 2, it can be seen that there is a suitable range for the initial Pt particle size when the endurance temperature is different.

以上、本発明を好適実施例により詳細に説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形が可能である。
例えば、本発明の排気ガス浄化触媒システムは、上流触媒部と下流触媒部をタンデム配置する構成以外に、これらの上流側、下流側、両触媒部の間、該触媒部に並設(V型等)した流路上などに、排気ガス成分を浄化し得る他の触媒部を随時設けて、3段以上の配置構成とすることができる。
また、これら触媒部は、耐熱性材料から成るハニカム状のモノリス担体、メタル担体などに担持することができる。また、チェッカードハニカム担体を使用することもできる。
As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail by the preferred Example, this invention is not limited to these Examples, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.
For example, the exhaust gas purification catalyst system of the present invention has a configuration in which the upstream catalyst portion and the downstream catalyst portion are arranged in tandem, and these upstream, downstream, and both catalyst portions are arranged in parallel (V-type). Etc.), another catalyst part capable of purifying the exhaust gas component is provided at any time, so that the arrangement configuration of three or more stages can be obtained.
Further, these catalyst parts can be supported on a honeycomb-shaped monolith carrier, a metal carrier or the like made of a heat-resistant material. A checkered honeycomb carrier can also be used.

(a)従来の貴金属粒子の担持状態、(b)本発明に係る担持状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the support state of the conventional (a) noble metal particle, (b) the support state based on this invention. 酸化物が貴金属粒子を抱接している状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state in which the oxide has included the noble metal particle. コロイド法の一例を示す工程フロー図である。It is a process flow figure showing an example of a colloid method. (a)混合溶液、(b)貴金属コロイド、(c)触媒前駆体、(d)触媒を示す概略図である。It is the schematic which shows (a) mixed solution, (b) noble metal colloid, (c) catalyst precursor, (d) catalyst. コロイド法の他の例を示す工程フロー図である。It is a process flow figure showing other examples of a colloid method. 部分酸化剤の添加量を(a)〜(c)の順に増加させたときの担持状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a carrying state when the addition amount of a partial oxidizing agent is made to increase in order of (a)-(c). 逆ミセル法の一例を示す工程フロー図である。It is a process flow figure showing an example of a reverse micelle method. (a)逆ミセル、(b)逆ミセル内の貴金属と遷移金属が析出した状態、(c)逆ミセル内に担体前駆体の塩及び水が含有された状態、(d)逆ミセル内で担体前駆体が析出した状態、(e)逆ミセルを崩壊して得られた沈殿物、(f)触媒を示す概略図である。(A) reverse micelle, (b) state in which noble metal and transition metal are deposited in reverse micelle, (c) state in which salt and water of carrier precursor are contained in reverse micelle, (d) carrier in reverse micelle It is the schematic which shows the state which the precursor precipitated, (e) the precipitate obtained by collapsing a reverse micelle, and (f) a catalyst.

符号の説明Explanation of symbols

1 PM粒子(100nm程度)
2 貴金属
3 セリア
4 遷移金属
5 酸化物
10 貴金属イオン
11 有機分子
12 貴金属コロイド
13 セリア水酸化物
14 触媒前駆体
15 貴金属担持セリア
16 貴金属粒子
17 セリア
20,30,40 貴金属担持セリア
21,31,41 貴金属粒子
22,32,42 セリア
50 逆ミセル
51 界面活性剤
52 貴金属の塩及び遷移金属の塩を含む水溶液
53 貴金属
54 遷移金属
55 セリウム
56 貴金属担持セリア
57 セリア
58 遷移金属の複合粒
1 PM particles (about 100nm)
2 noble metal 3 ceria 4 transition metal 5 oxide 10 noble metal ion 11 organic molecule 12 noble metal colloid 13 ceria hydroxide 14 catalyst precursor 15 noble metal supported ceria 16 noble metal particle 17 ceria 20, 30, 40 noble metal supported ceria 21, 31, 41 Noble metal particles 22, 32, 42 Ceria 50 Reverse micelle 51 Surfactant 52 Aqueous solution containing noble metal salt and transition metal salt 53 Noble metal 54 Transition metal 55 Cerium 56 Noble metal-supported ceria 57 Ceria 58 Transition metal composite particle

Claims (9)

内燃機関又は燃焼装置の排気通路の上流側から、上流触媒部と下流触媒部をこの順に配設して成る排気ガス浄化システムであって、
上流触媒部及び下流触媒部は、多孔質無機酸化物に担持されたナノサイズの貴金属粒子を備え、
上流触媒部の貴金属粒子と下流触媒部の貴金属粒子の粒径比が2:1〜10:1であることを特徴とする排気ガス浄化システム。
An exhaust gas purification system comprising an upstream catalyst portion and a downstream catalyst portion arranged in this order from the upstream side of an exhaust passage of an internal combustion engine or a combustion device,
The upstream catalyst part and the downstream catalyst part comprise nano-sized noble metal particles supported on a porous inorganic oxide,
An exhaust gas purification system, wherein the particle size ratio of the noble metal particles in the upstream catalyst part and the noble metal particles in the downstream catalyst part is 2: 1 to 10: 1.
上流触媒部の多孔質無機酸化物に、粒径が4〜20nmである貴金属粒子を担持させ、
下流触媒部の多孔質無機酸化物に、粒径が2〜10nmである貴金属粒子を担持させたことを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化システム。
The precious metal particles having a particle size of 4 to 20 nm are supported on the porous inorganic oxide in the upstream catalyst part,
2. The exhaust gas purification system according to claim 1, wherein noble metal particles having a particle size of 2 to 10 nm are supported on the porous inorganic oxide in the downstream catalyst portion.
上流触媒部に流入する排気ガス温度T℃と、下流触媒部に流入する排気ガス温度T℃との差が50〜100℃であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化システム。 The difference between the exhaust gas temperature T U ° C flowing into the upstream catalyst part and the exhaust gas temperature T L ° C flowing into the downstream catalyst part is 50 to 100 ° C. An exhaust gas purification system according to one of the items. 上流触媒部及び下流触媒部で用いる貴金属粒子において、次式(1)
露出率(%)=0.895×(A×B×C×D)/(E×F)×100 …(1)
(式中のAはCO吸着量[cc/g]、Bは担持貴金属断面積[nm]、Cは担持貴金属密度[g/cc]、DはTEM粒子半径[nm]、Eは化学量論比、Fは担持濃度[%/g]、を示す)
で表される露出率が、50〜85%であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化システム。
In the noble metal particles used in the upstream catalyst part and the downstream catalyst part, the following formula (1)
Exposure rate (%) = 0.895 × (A × B × C × D) / (E × F) × 100 (1)
(In the formula, A is the CO adsorption amount [cc / g], B is the supported noble metal cross-sectional area [nm 2 ], C is the supported noble metal density [g / cc], D is the TEM particle radius [nm], and E is the stoichiometric amount. The theoretical ratio, F, indicates the loading concentration [% / g])
The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 8, wherein an exposure rate represented by: is 50 to 85%.
上流触媒部及び/又は下流触媒部において、貴金属粒子の担持量が、触媒部1L当たり0.72g以下であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化システム。   The exhaust gas purification according to any one of claims 1 to 9, wherein the upstream catalyst part and / or the downstream catalyst part has a supported amount of noble metal particles of 0.72 g or less per liter of the catalyst part. system. 上流触媒部及び/又は下流触媒部において、貴金属粒子が、白金、パラジウム及びロジウムから成る群より選ばれた少なくとも1種のものであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化システム。   11. The upstream catalyst part and / or the downstream catalyst part, wherein the noble metal particles are at least one selected from the group consisting of platinum, palladium and rhodium. The exhaust gas purification system described in 1. 上流触媒部及び/又は下流触媒部において、多孔質無機酸化物及び/又は貴金属粒子が、セリア、アルミナ、ジルコニア、シリカ及びチタニアから成る群より選ばれた少なくとも1種の酸化物に包接されていることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化システム。   In the upstream catalyst part and / or the downstream catalyst part, the porous inorganic oxide and / or the noble metal particles are included in at least one oxide selected from the group consisting of ceria, alumina, zirconia, silica and titania. The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 11, wherein 上流触媒部及び/又は下流触媒部において、多孔質無機酸化物及び/又は貴金属粒子が、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅及び亜鉛から成る群より選ばれた少なくとも1種の遷移金属と接触していることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化システム。   In the upstream catalyst part and / or the downstream catalyst part, the porous inorganic oxide and / or the noble metal particles are in contact with at least one transition metal selected from the group consisting of manganese, iron, cobalt, nickel, copper and zinc. The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 12, wherein 上流触媒部及び/又は下流触媒部において、900℃の排気ガスに3時間接触させたときの、貴金属粒子の初期及び耐久後の粒径比が、3:10〜7:18であることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化システム。   In the upstream catalyst part and / or the downstream catalyst part, the particle size ratio of the precious metal particles after initial and durability when contacting with the exhaust gas at 900 ° C. for 3 hours is 3:10 to 7:18 The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 13.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010073956A1 (en) * 2008-12-26 2010-07-01 Tanakaホールディングス株式会社 Catalyst and method of cleaning exhaust gas
WO2011004912A1 (en) 2009-07-09 2011-01-13 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purifying catalyst and method for producing same

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010073956A1 (en) * 2008-12-26 2010-07-01 Tanakaホールディングス株式会社 Catalyst and method of cleaning exhaust gas
JP2010149097A (en) * 2008-12-26 2010-07-08 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Catalyst and method for cleaning exhaust gas
CN101980779A (en) * 2008-12-26 2011-02-23 田中贵金属工业株式会社 Catalyst and method of cleaning exhaust gas
CN101980779B (en) * 2008-12-26 2013-11-06 田中贵金属工业株式会社 Catalyst and method of cleaning exhaust gas
WO2011004912A1 (en) 2009-07-09 2011-01-13 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purifying catalyst and method for producing same
US8852519B2 (en) 2009-07-09 2014-10-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purifying catalyst and production process thereof
US9018129B2 (en) 2009-07-09 2015-04-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purifying catalyst and production process thereof

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