JP2007090223A - Exhaust gas purifying catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガス浄化用触媒に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification catalyst.
近年、自動車の排出ガス規制は益々厳しくなる一方であり、排気ガス浄化用触媒には、排ガス中に含まれる有害な成分、例えば、未燃焼炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)の浄化をより高効率に行なうことが要求されている。排ガス浄化触媒は、アルミナ等の担体の表面に貴金属粒子を担持したものであり、排ガス中に含まれる有害な成分、例えば未燃焼炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)を貴金属粒子で酸化し、無害な成分である水やガスに変換する。 In recent years, exhaust gas regulations for automobiles have become more and more stringent, and exhaust gas purification catalysts include purification of harmful components contained in exhaust gas, such as unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO). Is required to be performed more efficiently. An exhaust gas purification catalyst is a catalyst in which noble metal particles are supported on the surface of a carrier such as alumina, and harmful components contained in the exhaust gas, such as unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO), are oxidized with noble metal particles. It is then converted into water and gas, which are harmless components.
一方、近年の厳しくなる排気ガス規制において、使用される貴金属量及び触媒の数量は増加の一途であり、資源枯渇や製造コスト増大という問題があるため、触媒の貴金属量を減らす必要がある。 On the other hand, in the exhaust gas regulations that have become stricter in recent years, the amount of precious metals used and the number of catalysts are constantly increasing, and there is a problem of depletion of resources and an increase in manufacturing cost, so it is necessary to reduce the amount of precious metals in the catalyst.
貴金属粒子の活性は貴金属粒子の持つ表面積にほぼ比例するため、少ない貴金属量で最大の触媒活性を維持するためには、貴金属の表面積を極力大きい状態、すなわち微粒子で維持することが必要である。特に、ロジウム(Rh)は排ガス浄化触媒には欠かせない元素であり、少量で高い活性を示すことが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Since the activity of the noble metal particles is substantially proportional to the surface area of the noble metal particles, it is necessary to maintain the surface area of the noble metal as large as possible, that is, with fine particles, in order to maintain the maximum catalytic activity with a small amount of noble metal. In particular, rhodium (Rh) is an element indispensable for an exhaust gas purification catalyst, and is known to exhibit high activity in a small amount (see, for example, Patent Document 1).
ここで、貴金属粒子は粒子径が小さく、大きな表面エネルギーを有するため、互いに凝集して肥大化しやすいという特性がある。 Here, since the noble metal particles have a small particle diameter and a large surface energy, they have a characteristic that they tend to aggregate and enlarge.
しかしながら、前記従来の排気ガス浄化用触媒においては、Rhの熱劣化による性能低下の要因として、担体の相転移などによる表面積低下以外に、主として(1)Rhの有する大きな表面エネルギーによって、互いに接近し凝集する結果、Rhの表面積が低下することによる触媒活性の低下、及び(2)酸化により生成したRh2O3が酸化物担体中へ固溶することによる失活の2点がある。 However, in the conventional exhaust gas purifying catalyst, as a factor of performance degradation due to thermal degradation of Rh, (1) Rh approaches each other mainly due to the large surface energy possessed by Rh, in addition to surface area degradation due to phase transition of the carrier. As a result of agglomeration, there are two points of reduction in catalytic activity due to reduction in the surface area of Rh, and (2) deactivation due to solid solution of Rh 2 O 3 produced by oxidation into the oxide support.
ここで、(2)のRh2O3の酸化物担体中への固溶による失活については、Rhに対して比較的に反応活性が低い元素を酸化物担体とすることによって、固溶による活性低下をある程度の抑制することは可能であるが、酸化雰囲気中では容易にRhメタルからRh2O3へ酸化され、これによる活性低下を防止することは困難であった。 Here, the deactivation due to the solid solution of Rh 2 O 3 in the oxide carrier of (2) is caused by the solid solution by using an element having a relatively low reaction activity with respect to Rh as the oxide carrier. Although it is possible to suppress the decrease in activity to some extent, it is difficult to prevent the decrease in activity due to oxidation from Rh metal to Rh 2 O 3 easily in an oxidizing atmosphere.
そこで、本発明は、酸化雰囲気中においても高い触媒活性を維持することができる排気ガス浄化用触媒を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying catalyst capable of maintaining high catalytic activity even in an oxidizing atmosphere.
前記目的を達成するために、本発明は、ロジウム粒子を含む貴金属粒子を酸化物担体上に担持した排気ガス浄化用触媒において、前記ロジウム粒子に対して電子を供与する電子供与能を有する電子供与体を、前記酸化物担体上に担持したことを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides an electron-donating agent having an electron-donating ability for donating electrons to the rhodium particles in an exhaust gas purification catalyst in which noble metal particles containing rhodium particles are supported on an oxide carrier. The body is supported on the oxide carrier.
本発明によれば、酸化物担体上にロジウム粒子と電子供与体とが担持されており、電子供与体からロジウム粒子に電子が供与されるため、排気ガス浄化用触媒が酸化雰囲気に晒されても、ロジウム粒子の酸化が抑制され、高い触媒活性を維持することができる。 According to the present invention, rhodium particles and an electron donor are supported on the oxide carrier, and electrons are donated from the electron donor to the rhodium particles, so that the exhaust gas purification catalyst is exposed to an oxidizing atmosphere. However, the oxidation of the rhodium particles is suppressed, and high catalytic activity can be maintained.
以下、本発明の実施形態による排気ガス浄化用触媒を詳細に説明する。 Hereinafter, an exhaust gas purifying catalyst according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
[触媒の構成]
本発明の実施形態による排気ガス浄化用触媒1は、図1に示すように、多孔質の酸化物担体2と、該酸化物担体2の表面に担持され、ロジウム粒子3を含む貴金属粒子と、酸化物担体2の表面に担持された電子供与体4とを備えており、この電子供与体4は、前記ロジウム粒子3に対して電子を供与する電子供与能を有する。
[Composition of catalyst]
As shown in FIG. 1, an exhaust gas purifying catalyst 1 according to an embodiment of the present invention includes a
[貴金属粒子]
触媒粒子としての貴金属粒子には、排気ガス浄化用触媒1において低温域から高い転化性能を有し、広い三元ウィンドウ幅を持ち雰囲気変動に対し非常に有効な元素であるロジウム(Rh)粒子3が少なくとも含まれている。
[Precious metal particles]
The noble metal particles as the catalyst particles include rhodium (Rh)
また、触媒中に含まれるRh粒子3の担持量は、0.3g/L以下が好ましい。これは、電子供与体4による電子供与効果は、触媒中のRh使用量が0.3g/L以下において最も有効に発揮するからである。これにより、本発明により触媒性能を向上し、高価なRhの使用量を低減することにより安価な排ガス浄化触媒を提供することが可能である。
The supported amount of
なお、触媒中にはPt,Pdなど他の貴金属元素を含むこともでき、これにより触媒性能を更に向上させることもできる。 The catalyst can also contain other noble metal elements such as Pt and Pd, which can further improve the catalyst performance.
[酸化物担体]
本発明に係る酸化物担体2としては、ZrO2、TiO2、及びSiO2の群から選択される少なくともいずれかを含むことが好ましい。
[Oxide support]
The
電子供与能を有する電子供与体4は、高温耐久後も酸化物表面に担持されている必要がある。電子供与体4と酸化物担体2とが例えば複合酸化物を形成したり、電子供与体4が酸化物担体格子間に固溶するなどした場合には、電子供与体4の表面濃度が低下し、ひいてはRhと電子供与体4との界面が減少することによりRhに対する電子供与能が低下もしくは失活するためである。
The electron donor 4 having an electron donating ability needs to be supported on the oxide surface even after high temperature durability. When the electron donor 4 and the
このため、電子供与体4と複合酸化物などの形態を比較的取りにくく、かつRhが分散可能な酸化物担体2として、ZrO2、TiO2、SiO2を含むことが好ましい。また、自動車の排気ガス中に多量に存在する水蒸気に対しては、比較的耐久性の高いZrO2を含むものが特に好ましい。
For this reason, it is preferable that ZrO 2 , TiO 2 , and SiO 2 are included as the
酸化物担体2の形態としては、複数の酸化物担体の混合物、又は複合酸化物などの形態であってもよく、耐熱性を向上させるために、一例として共沈法により調整したZrO2−La2O3−CeO2混合酸化物などを挙げることができる。
The form of the
これらの酸化物担体2を用いることにより、例えば700℃以上の高温状態における酸化雰囲気、又は酸化雰囲気と還元雰囲気とが繰り返す状態においても、電子供与能を有する電子供与体4が酸化物担体2の表面に確実に担持された状態を維持することができる。
By using these
[Rhの高酸化化]
なお、酸化物担体2としてAl2O3を用いた場合、Rh3d5軌道の結合エネルギーは、308.8eV以下であることが望ましい。
[High oxidation of Rh]
Note that when Al 2 O 3 is used as the
Rhの3d軌道結合エネルギーが高エネルギー側にシフトすると、Rhが高酸化状態となり、触媒活性が低下する要因となり、308.8eV以上で触媒性能低下が起こるためである。 This is because when the 3d orbital binding energy of Rh is shifted to a higher energy side, Rh becomes in a highly oxidized state, which causes a decrease in catalyst activity, resulting in a decrease in catalyst performance at 308.8 eV or more.
Rhの高酸化化は、XPSによるRh結合エネルギー分析により測定することが可能である。一般に、Rh3d5軌道結合エネルギーは、メタル状態のRhで307.2eVであり、高酸化状態のRhが310.2eV付近であることが知られている。前述のように、Al2O3を酸化物担体2とした場合、308.8eV以上で触媒性能低下が起こることから、Rh3d5軌道結合エネルギーは308.8eV以下であることが望ましい。測定時にはある元素を用いて帯電補正を行うことが一般的であり、含有量の多い元素の結合エネルギーを文献値に対して補正する。
High oxidation of Rh can be measured by Rh binding energy analysis by XPS. In general, it is known that the Rh3d5 orbital binding energy is 307.2 eV in the Rh in the metal state, and the Rh in the high oxidation state is around 310.2 eV. As described above, when Al 2 O 3 is used as the
[電子供与体]
前記電子供与体4は、バリウム(Ba)、セシウム(Cs)、及びカリウム(K)の群から選択される少なくともいずれかを含むことが好ましい。
[Electron donor]
The electron donor 4 preferably contains at least one selected from the group of barium (Ba), cesium (Cs), and potassium (K).
酸化雰囲気化では、Rh粒子3は酸化されて、より高酸化状態のRhとなり本来の触媒性能が低下する。例えばAl2O3を酸化物担体2とした場合、Rh粒子3はAl2O3上に高酸化状態のRhとして分散し、一部はAl2O3表面及び内部に固溶した状態となり、Rhの触媒性能が失活する要因となる。高温酸化雰囲気中ではこの現象は顕著であり、自動車排気ガス浄化用触媒として用いた場合に耐久後にRhの触媒性能が低下する主要因のひとつである。
In the oxidizing atmosphere, the
本発明ではこうしたRh特有の劣化要因を鑑み、鋭意検討を重ねた結果、前述した発明に想到するに至った。 In the present invention, as a result of intensive studies in view of such degradation factors peculiar to Rh, the inventors have arrived at the above-described invention.
本発明によるRhの高酸化化を抑制する方法は、Rh粒子3に電子を供与することによって、Rh粒子3をより還元された状態に保つことで、高温酸化雰囲気に晒された場合でも高い触媒性能を維持するものである。Rh粒子3への電子供与方法としては、酸化物担体2から電子を供与する方法及び他の添加元素による電子供与などが考えられるが、電子供与性を有する元素である電子供与体4を適宜添加することで、Rh粒子3を還元された状態に維持し高酸化化を抑制可能であることを見出した。この結果、少なくともRh粒子3を含む貴金属粒子と、電子供与性を有する電子供与体4と、が酸化物担体2上に担持された排気ガス浄化用触媒1を想到するに至った。
The method for suppressing the high oxidation of Rh according to the present invention is to maintain the
また、電子供与体4は、Rhに対しできるだけ電気陰性度の低い元素を選択する必要がある。これはより効率的にRhに電子供与を行うためであり、鋭意検討を行った結果、Paulingの電気陰性度で表せば0.90を下回るきわめて電気陰性度の低い、言い換えればきわめて電子供与能の高い元素であることが最も望ましい。Ba,Cs,Kはこの条件を満たしており、いずれも高い電子供与能を有する。これらの中でも特に好ましくはBaである。これは、水蒸気を多量に含む自動車排ガス中においては、水への溶解度の高い元素は触媒及び無機基材中へ拡散し、触媒中担持量が低下する可能性が最も低いためである。 Further, the electron donor 4 needs to select an element having as low an electronegativity as possible with respect to Rh. This is in order to more efficiently donate electrons to Rh. As a result of intensive studies, the electronegativity of Pauling is very low below 0.90, in other words, the electron donating ability is extremely low. Most desirable is a high element. Ba, Cs, and K satisfy this condition, and all have high electron donating ability. Of these, Ba is particularly preferable. This is because, in an automobile exhaust gas containing a large amount of water vapor, an element having a high solubility in water diffuses into the catalyst and the inorganic base material, and the possibility that the supported amount in the catalyst decreases is the lowest.
[複数の触媒層を備えた排気ガス浄化用触媒]
ハニカム状のコージェライト基材、もしくはステンレス箔基材上などに、複数の触媒層を形成することも可能である。
[Exhaust gas purification catalyst with multiple catalyst layers]
It is also possible to form a plurality of catalyst layers on a honeycomb cordierite base material or a stainless steel foil base material.
図2は、コージェライト基材上に複数の触媒層が形成された排気ガス浄化用触媒を示す拡大断面図である。 FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing an exhaust gas purifying catalyst in which a plurality of catalyst layers are formed on a cordierite base material.
この排気ガス浄化用触媒5には、コージェライト基材8上に、第1の触媒層6を介して第2の触媒層7が形成されている。第1の触媒層6中には、貴金属粒子として酸化物担体上に白金(Pt)もしくはパラジウム(Pd)粒子が含有されており、第2の触媒層7中には、酸化物担体2上にRh粒子3と電子供与体4が互いに近接して配置された状態で含有されている。これによれば、電子供与体4による電子供与を効率的かつ短時間で行うことができる。
In the exhaust gas purification catalyst 5, a
ここで、第2の触媒層7は、第1の触媒層6よりも排気ガス浄化用触媒5の表層側に配置されることが望ましい。これは、Rhは、Pt,Pdなどの他の貴金属に対して高価であるために、その使用量をできるだけ少なく抑える必要があり、そのためにはより排気ガスと接触しやすい表層側に配置することが触媒設計上効率が良いためである。
Here, it is desirable that the
[電子供与体の含有量]
また、Rh粒子3に対する電子供与体4の担持量は、Rh粒子3と電子供与体4とのモル比において0.5〜3であることが望ましい。モル比が0.5以下では、電子供与体4の担持量が少なすぎて充分な電子供与効果を与えることができない。一方、モル比が3以上では、自動車の排気ガス中に含まれる未燃HCが電子供与体4に吸着し、電子供与体4の電子供与能を低下させる結果、浄化反応を阻害しやすくなるためである。
[Content of electron donor]
The amount of the electron donor 4 supported on the
[Rh粒子と電子供与体との位置関係]
電子供与体4は、同一の酸化物担体2上にRh粒子3の近傍に配置することが好ましい。これにより、電子供与をより効率的かつ短時間で行うことができる。
[Positional relationship between Rh particles and electron donor]
The electron donor 4 is preferably arranged in the vicinity of the
電子供与体4とRh粒子3とが近接配置されていることを確認する方法としては、TEMにより酸化物担体2上を観察し、ビーム幅を数nm程度に絞ったX線を選択的に照射した際に同一の箇所からRhと電子供与能を有する元素とが検出されること、などが挙げられる。本実施形態においては、ビーム幅が5nm以下のEDX測定により、同一箇所にRhと電子供与体4のピークが検出されることで、電子供与体4とRh粒子3とが近接配置されていることが確認することができる。
As a method for confirming that the electron donor 4 and the
また、具体的な調整方法としては、吸着含浸による担持方法などが挙げられる。この吸着含浸は、Rh錯体塩及び電子供与体前駆体塩とを溶解させた水溶液中に酸化物担体粉末を分散させて吸着させ、乾燥及び整流させた後に焼成してRhと電子供与体4とを酸化物担体上に担持した触媒を得る方法である。塩がいずれも有機溶媒中に可溶であれば、有機溶媒中にて行うことも可能である。 Further, as a specific adjustment method, a supporting method by adsorption impregnation and the like can be mentioned. In this adsorption impregnation, the oxide carrier powder is dispersed and adsorbed in an aqueous solution in which the Rh complex salt and the electron donor precursor salt are dissolved, dried and rectified, and then baked to obtain Rh and the electron donor 4. This is a method for obtaining a catalyst in which is supported on an oxide support. If the salts are all soluble in an organic solvent, it can be carried out in an organic solvent.
吸着含浸以外の調整法としては、噴霧含浸による調整法や、逆ミセル法を用い、ミセル中でRh錯体塩から還元材にてRh粒子3を析出せしめた後に、電子供与体前駆体塩をミセル中に導入し、ミセル内にて不溶化する工程を経て、更に酸化物担体前駆体塩をミセル中に導入し、ミセル内にて不溶化させるなどして、触媒前駆体を得る方法などがある。
As an adjustment method other than the adsorption impregnation, an adjustment method by spray impregnation or a reverse micelle method is used, and after depositing
この他にも、Rhと電子供与体4との界面を更に増加させるために、Rh前駆体塩及び電子供与体前駆体塩とポリアミド、ポリアクリルアミン、ポリビニルピロリドンなどの高分子を水溶液中に混合したのちに不溶化材または還元剤などでRhと電子供与体4との複合コロイドを形成する方法などがある。 In addition, in order to further increase the interface between Rh and electron donor 4, Rh precursor salt and electron donor precursor salt and polymers such as polyamide, polyacrylamine and polyvinylpyrrolidone are mixed in an aqueous solution. Then, there is a method of forming a composite colloid of Rh and the electron donor 4 with an insolubilizing material or a reducing agent.
次に、図1及び図3を用いて、本実施形態による排気ガス浄化用触媒と比較例による排気ガス浄化用触媒とが、それぞれ高温の酸化雰囲気中に晒された場合における貴金属粒子の挙動を説明する。 Next, the behavior of the noble metal particles when the exhaust gas purifying catalyst according to the present embodiment and the exhaust gas purifying catalyst according to the comparative example are each exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere with reference to FIGS. 1 and 3. explain.
まず、図1に示すように、本発明に係る排気ガス浄化用触媒1においては、酸化物担体2上にRh粒子3と電子供与体4とが近接して配置されており、この電子供与体4からRh粒子3に対して電子を供与している。従って、触媒が酸化雰囲気に晒された場合でも、Rh粒子3が酸化することなく、高い触媒活性を維持することができる。
First, as shown in FIG. 1, in the exhaust gas purifying catalyst 1 according to the present invention,
一方、図3に示すように、比較例1〜2に係る排気ガス浄化用触媒8においては、酸化物担体2上に電子供与体4が担持されていないため、触媒8が酸化雰囲気に晒された場合には、Rh粒子3が酸化してRh2O3となり、高酸化化が進行するため、触媒活性が低下してしまう。
On the other hand, as shown in FIG. 3, in the exhaust gas purifying catalyst 8 according to Comparative Examples 1 and 2, since the electron donor 4 is not supported on the
次いで、実施例を通して、本発明を更に詳細に説明する。 Next, the present invention will be described in more detail through examples.
[実施例1]
まず、比表面積が95m2/gである市販のZrO2をイオン交換水中に分散させ、硝酸ロジウム水溶液(田中貴金属製、8.83wt%)及び酢酸バリウム及び硝酸アルミニウム9水和物をそれぞれ、RhがZrO2に対し0.3wt%となるように、かつ、Ba、AlとRhがモル比でBa:Al:Rh=0.5:1.0:1.0となるように同時に吸着担持させた。
[Example 1]
First, commercially available ZrO 2 having a specific surface area of 95 m 2 / g was dispersed in ion-exchanged water, and an aqueous rhodium nitrate solution (made by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd., 8.83 wt%), barium acetate, and aluminum nitrate nonahydrate were respectively added to Rh. Is simultaneously adsorbed and supported so as to be 0.3 wt% with respect to ZrO 2 and Ba: Al: Rh = 0.5: 1.0: 1.0 in terms of molar ratio of Ba, Al and Rh. It was.
次いで、これを濾過、蒸発乾固し400℃空気気流中で1時間焼成することにより実施例1の触媒粉末を得た。 Next, this was filtered, evaporated to dryness, and calcined in a 400 ° C. air stream for 1 hour to obtain the catalyst powder of Example 1.
なお、以下の表1に示すように、電子供与体4として、BaにAlを添加して複合化させたものを用いた。
[実施例2]
(1)まず、ジルコニウムブトキシド/ブタノール溶液(85wt%)を2,2,4−ペンタンジオールと混合し、120℃還流下において約2時間攪拌した。この溶液に、Rhを2.0wt%含むRh−PVPコロイド(田中貴金属製)と純水とを混合したRhコロイド溶液を滴下し、加水分解を行った。
[Example 2]
(1) First, a zirconium butoxide / butanol solution (85 wt%) was mixed with 2,2,4-pentanediol and stirred for about 2 hours at 120 ° C. under reflux. A Rh colloid solution obtained by mixing Rh—PVP colloid (made by Tanaka Kikinzoku) containing 2.0 wt% Rh and pure water was added dropwise to this solution to perform hydrolysis.
(2)次いで、ゲル状の混合物を80℃で約2時間攪拌しながら熟成させた後、減圧下で160℃まで加熱し溶媒を除去した。 (2) Next, the gel-like mixture was aged with stirring at 80 ° C. for about 2 hours, and then heated to 160 ° C. under reduced pressure to remove the solvent.
(3)さらに、(2)で得られた粉末を85℃で12時間乾燥させた後、150℃で更に12時間乾燥させ、整粒後に400℃空気気流下で1時間焼成を行った。 (3) Further, the powder obtained in (2) was dried at 85 ° C. for 12 hours, further dried at 150 ° C. for 12 hours, and sized and calcined for 1 hour in a 400 ° C. air stream.
(4)そして、(3)で得られた粉末を酢酸バリウム水溶液中に分散させて吸着担持させ、これを濾過、蒸発乾固した後、整粒し空気気流下で400℃で1時間の焼成を行い、酸化ジルコニウムにRhが0.3wt%担持され、RhとBaのモル比が3.0となるようBaが担持された実施例2の触媒粉末を得た。 (4) Then, the powder obtained in (3) is dispersed and adsorbed and supported in an aqueous barium acetate solution, filtered, evaporated to dryness, sized and calcined at 400 ° C. for 1 hour in an air stream. Thus, catalyst powder of Example 2 in which 0.3 wt% of Rh was supported on zirconium oxide and Ba was supported so that the molar ratio of Rh to Ba was 3.0 was obtained.
[実施例3]
(1)逆ミセル法を用いた触媒調整を行った。界面活性剤としてポリエチレングリコール(5)モノー4−ノニルフェニルエーテルとシクロヘキサン1000mlとを混合し0.15モル%/Lの界面活性剤を含む溶液を調整し、これを攪拌した。この溶液に硝酸ロジウム水溶液(田中貴金属製、13.812wt%)と純水16.14mlを加えて混合、攪拌した混合溶液を加え、約2時間攪拌し、Rhのイオンを含む逆ミセル溶液を調整した。
[Example 3]
(1) Catalyst adjustment using the reverse micelle method was performed. As a surfactant, polyethylene glycol (5) mono-4-nonylphenyl ether and 1000 ml of cyclohexane were mixed to prepare a solution containing 0.15 mol% / L of a surfactant, which was stirred. To this solution, an aqueous rhodium nitrate solution (Tanaka Kikinzoku, 13.812 wt%) and 16.14 ml of pure water were added, mixed and stirred, and the mixture was stirred for about 2 hours to prepare a reverse micelle solution containing Rh ions. did.
(2)次に、このRh逆ミセル溶液にRhの還元剤として水素化ホウ素ナトリウムを加え、さらに2時間攪拌してメタル化したRhを含む分散液を得た。 (2) Next, sodium borohydride was added to the Rh reverse micelle solution as a reducing agent for Rh, and the mixture was further stirred for 2 hours to obtain a dispersion containing metalated Rh.
(3)そして、オキシ硝酸ジルコニウムと硝酸ランタンを純水中に溶解させた水溶液を(2)で得られた分散液中に滴下し2時間攪拌した。 (3) An aqueous solution in which zirconium oxynitrate and lanthanum nitrate were dissolved in pure water was dropped into the dispersion obtained in (2) and stirred for 2 hours.
(4)こののち、逆ミセル溶液中に過剰量の25%アンモニアを滴下しミセル中のジルコニア及びランタンを不溶化し、さらに2時間攪拌し、ミセル中のRhをジルコニア及びランタンの水酸化物で包接したミセルを得た。 (4) After that, an excessive amount of 25% ammonia is dropped into the reverse micelle solution to insolubilize the zirconia and lanthanum in the micelle, and the mixture is further stirred for 2 hours, and the Rh in the micelle is wrapped with hydroxide of zirconia and lanthanum. Contacted micelles were obtained.
(5)(4)で調整した混合溶液にメタノールを100ml加えてミセルを崩壊させ、約2時間攪拌した後濾過を行い、溶媒と分離した。得られた沈殿物をアルコールにより洗浄し余分な界面活性剤を除去した。この沈殿物を100℃で12時間乾燥し、次いで400℃の空気気流中で焼成を行った。この操作を繰り返すことにより、ZrO2とLa2O3がモル比で8:2の割合で存在する混合酸化物1gに対しRhが0.3wt%担持された実施例3の触媒粉末を得た。 (5) 100 ml of methanol was added to the mixed solution prepared in (4) to disrupt the micelles, stirred for about 2 hours, filtered, and separated from the solvent. The resulting precipitate was washed with alcohol to remove excess surfactant. This precipitate was dried at 100 ° C. for 12 hours and then calcined in an air stream at 400 ° C. By repeating this operation, a catalyst powder of Example 3 in which 0.3 wt% Rh was supported on 1 g of mixed oxide in which ZrO 2 and La 2 O 3 were present at a molar ratio of 8: 2 was obtained. .
[実施例4]
比表面積が95m2/gである市販のZrO2をイオン交換水中に分散させ、硝酸ロジウム水溶液(田中貴金属製、8.83wt%)及び酢酸バリウムをそれぞれ、RhがZrO2に対し0.3wt%、BaがRhとモル比で1:1となるように同時に吸着担持させた。
[Example 4]
Commercially available ZrO 2 having a specific surface area of 95 m 2 / g is dispersed in ion-exchanged water, and an aqueous rhodium nitrate solution (made by Takanaka Tanaka, 8.83 wt%) and barium acetate are used, and Rh is 0.3 wt% with respect to ZrO 2. , Ba was simultaneously adsorbed and supported so that the molar ratio of Ba to Rh was 1: 1.
次いで、これを濾過、蒸発乾固し400℃空気気流中で1時間焼成することにより実施例4の粉末を得た。 Next, this was filtered, evaporated to dryness, and fired in an air stream at 400 ° C. for 1 hour to obtain the powder of Example 4.
[実施例5]
市販のTiO2(比表面積:10m2/g)をイオン交換水中に分散させ、硝酸ロジウム水溶液(田中貴金属製、8.83wt%)及び硝酸セシウム及をそれぞれ、RhがZrO2に対し0.3wt%、CsがRhに対しとモル比で1.5となるように同時に吸着担持させた。
[Example 5]
Commercially available TiO 2 (specific surface area: 10m 2 / g) was dispersed in ion-exchanged water, 0.3 wt rhodium nitrate aqueous solution (Tanaka Kikinzoku, 8.83wt%) and each of cesium nitrate及, Rh Whereas ZrO 2 % And Cs were simultaneously adsorbed and supported so that the molar ratio with respect to Rh was 1.5.
次いで、これを濾過、蒸発乾固し400℃空気気流中で1時間焼成することにより実施例5の粉末を得た。 Next, this was filtered, evaporated to dryness, and calcined in a 400 ° C. air stream for 1 hour to obtain the powder of Example 5.
[実施例6]
比表面積が10m2/gである市販のTiO2をイオン交換水中に分散させ、硝酸ロジウム水溶液(田中貴金属製、8.83wt%)及び硝酸カリウム及をそれぞれ、RhがZrO2に対し0.3wt%、KがRhに対しとモル比で1となるように同時に吸着担持させた。
[Example 6]
A commercially available TiO 2 having a specific surface area of 10 m 2 / g is dispersed in ion-exchanged water, and an aqueous rhodium nitrate solution (manufactured by Takanaka Tanaka, 8.83 wt%), potassium nitrate, and Rh are each 0.3 wt% based on ZrO 2. , And K were simultaneously adsorbed and supported so that the molar ratio with respect to Rh was 1.
次いで、これを濾過、蒸発乾固し400℃空気気流中で1時間焼成することにより実施例6の粉末を得た。 Next, this was filtered, evaporated to dryness, and calcined in a 400 ° C. air stream for 1 hour to obtain the powder of Example 6.
[比較例1]
比表面積が95m2/gである市販のZrO2をイオン交換水中に分散させ、硝酸ロジウム水溶液(田中貴金属製、8.83wt%)水溶液を滴下して吸着担持させた。
[Comparative Example 1]
Commercially available ZrO 2 having a specific surface area of 95 m 2 / g was dispersed in ion-exchanged water, and an aqueous rhodium nitrate solution (manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd., 8.83 wt%) was dropped and supported by adsorption.
次いで、これを濾過、蒸発乾固し400℃空気気流中で1時間焼成することにより比較例1の粉末を得た。 Next, this was filtered, evaporated to dryness, and fired in a 400 ° C. air stream for 1 hour to obtain a powder of Comparative Example 1.
なお、前記表1に示すように、比較例1においては、電子供与体4を添加していない。 In addition, as shown in the said Table 1, in the comparative example 1, the electron donor 4 is not added.
[比較例2]
比表面積が150m2/gである市販の活性アルミナをイオン交換水中に分散させ、硝酸ロジウム水溶液(田中貴金属製、8.83wt%)を滴下して吸着担持させた。
[Comparative Example 2]
A commercially available activated alumina having a specific surface area of 150 m 2 / g was dispersed in ion-exchanged water, and an aqueous rhodium nitrate solution (manufactured by Tanaka Kikinzoku, 8.83 wt%) was dropped and supported.
次いで、これを濾過、蒸発乾固し400℃空気気流中で1時間焼成することにより比較例2の粉末を得た。 Next, this was filtered, evaporated to dryness, and fired in a 400 ° C. air stream for 1 hour to obtain a powder of Comparative Example 2.
なお、表1に示すように、比較例2においては、担体主成分がアルミナであり、調整直後からRhの固溶が進行し結合エネルギーは非常に高くなる。また、Rhはアルミナに固溶しており、触媒活性は低下する。 As shown in Table 1, in Comparative Example 2, the carrier main component is alumina, and the solid solution of Rh proceeds immediately after the adjustment, so that the binding energy becomes very high. Moreover, Rh is dissolved in alumina and the catalytic activity is lowered.
[比較例3]
比表面積が95m2/gである市販のZrO2をイオン交換水中に分散させ、硝酸ロジウム水溶液(田中貴金属製、8.83wt%)及び酢酸バリウムをそれぞれ、Rhが0.3wt%、BaがRhに対しモル比で10となるように同時に吸着担持させた。
[Comparative Example 3]
A commercially available ZrO 2 having a specific surface area of 95 m 2 / g is dispersed in ion-exchanged water, and an aqueous rhodium nitrate solution (made by Takanaka Tanaka, 8.83 wt%) and barium acetate are respectively Rh 0.3 wt% and Ba Rh. At the same time, it was adsorbed and supported so that the molar ratio was 10.
次いで、これを濾過、蒸発乾固し400℃空気気流中で1時間焼成することにより比較例3の粉末を得た。 Next, this was filtered, evaporated to dryness, and fired in an air stream at 400 ° C. for 1 hour to obtain a powder of Comparative Example 3.
なお、表1に示すように、比較例3においては、電子供与体4であるBaのモル比が3を超えており、結合エネルギーは低い値になるが、Baによる反応阻害が生じるため触媒性能は低下する。 As shown in Table 1, in Comparative Example 3, the molar ratio of Ba, which is the electron donor 4, exceeds 3, and the binding energy becomes a low value. Will decline.
[コート処理]
その後、得られた触媒粉末を500g、ベーマイトを50g、1570gの10%硝酸含有水溶液をアルミナ製磁性ポットに投入し、アルミボールとともに振とう粉砕し、触媒スラリーを得た。
[Coating]
Thereafter, 500 g of the obtained catalyst powder, 50 g of boehmite, and 1570 g of a 10% nitric acid-containing aqueous solution were put into an alumina magnetic pot and shaken and ground with aluminum balls to obtain a catalyst slurry.
更に、この触媒スラリーをコージェライト製のハニカム担体(900セル/2.5ミル)に投入し、空気流によって余剰スラリーを除去し、温度120℃にて乾燥し、400℃の空気気流中で焼成して、実施例1の排気ガス浄化用触媒を得た。 Furthermore, this catalyst slurry is put into a cordierite honeycomb carrier (900 cells / 2.5 mil), excess slurry is removed by an air stream, dried at a temperature of 120 ° C., and fired in an air stream at 400 ° C. Thus, the exhaust gas purifying catalyst of Example 1 was obtained.
なお、排気ガス浄化用触媒のコート量は、各実施例、比較例ともに100g/Lとなるようコート量を調整した。 The coating amount of the exhaust gas purifying catalyst was adjusted so that the coating amount was 100 g / L in each Example and Comparative Example.
[触媒性能評価]
前述の処理によって得られた排気ガス浄化用触媒の一部をくり抜いて40ccとして、700℃において30時間の耐久処理後、モデルガスによる触媒性能評価を実施した。そのモデルガス評価で用いた反応ガスの条件を下記表2に示した。また、触媒のRh3d5軌道結合エネルギーを測定したときの測定条件を表3に示す。また、耐久処理後の触媒のモデルガス評価(NOx−T50)及び耐久処理前の調整直後の触媒のRh3d5軌道結合エネルギーの値を表1に示す。さらに、実施例4と比較例1について、触媒調整直後のRh3d5軌道結合エネルギーと相対強度との相関関係を図4のグラフに示す。同図において、実線が実施例4を示し、破線が比較例1を示す。なお、帯電補正は、Zr3d5のピークトップの結合エネルギー値を182.2eVとして行った。
Part of the exhaust gas purification catalyst obtained by the above-described treatment was cut out to 40 cc, and after 30 hours of durability treatment at 700 ° C., the catalyst performance was evaluated using model gas. The reaction gas conditions used in the model gas evaluation are shown in Table 2 below. Table 3 shows the measurement conditions when the Rh3d5 orbital binding energy of the catalyst was measured. Table 1 shows the model gas evaluation (NOx-T50) of the catalyst after the durability treatment and the value of the Rh3d5 orbital binding energy of the catalyst immediately after the adjustment before the durability treatment. Further, for Example 4 and Comparative Example 1, the graph of FIG. 4 shows the correlation between the Rh3d5 orbital binding energy immediately after catalyst adjustment and the relative strength. In the figure, the solid line indicates Example 4 and the broken line indicates Comparative Example 1. The charge correction was performed with the Zr3d5 peak top binding energy value set to 182.2 eV.
前記表1の結果から、NOx−T50の値においては、実施例1〜6の方が比較例1〜3よりも優れていることが判明した。これによって、適正量(モル比で0.5〜3)の電子供与体4が酸化物担体2に担持されることによって、高い触媒活性が維持されることが判った。
From the results of Table 1 above, it was found that Examples 1 to 6 were superior to Comparative Examples 1 to 3 in the value of NOx-T50. As a result, it was found that high catalytic activity was maintained by supporting an appropriate amount (0.5 to 3 in molar ratio) of the electron donor 4 on the
また、表1と図4に示すように、調整直後の触媒のRh3d5軌道結合エネルギーの測定結果が、実施例1〜6では308.3〜308.8eVとより結合エネルギーの低い状態、すなわちRhが活性の高いより還元された状態であるのに対し、比較例1〜2では309eV以上であり、活性の低い高酸化状態のRhになっていると考えられ、調整直後にRhがより活性の高い状態となっていることから、耐久処理後の触媒性能についても、比較例1〜2に対し実施例1〜6がより優れていることが判った。 Further, as shown in Table 1 and FIG. 4, the measurement results of the Rh3d5 orbital binding energy of the catalyst immediately after the adjustment were 308.3 to 308.8 eV in Examples 1 to 6, that is, the Rh was lower. In comparison examples 1 and 2, it is considered to be Rh in a highly oxidized state with low activity, whereas Rh is more active immediately after adjustment. Since it was in the state, it turned out that Examples 1-6 are more excellent than Comparative Examples 1-2 also about the catalyst performance after an endurance process.
また、比較例3では触媒のRh3d5軌道結合エネルギーが308.8eVであるものの、Rhに対し適正量を超えたBaが添加されているため、触媒性能は実施例1〜6に対し劣っている。これは、モル比で3を超える電子供与体を添加すると、相対的にBaによる反応阻害が生じ易くなり触媒性能が低下するためである。 In Comparative Example 3, although the Rh3d5 orbital binding energy of the catalyst is 308.8 eV, the catalyst performance is inferior to that of Examples 1 to 6 because Ba exceeding the appropriate amount relative to Rh is added. This is because when an electron donor exceeding 3 by molar ratio is added, reaction inhibition by Ba is relatively likely to occur, and the catalyst performance is lowered.
1,5,9 排気ガス浄化用触媒
2 酸化物担体
3 ロジウム粒子
4 電子供与体
6 第1の触媒層(Pt、Pd等を含む層)
7 第2の触媒層(Rhを含む層)
8 コージェライト基材(構造体)
10 酸化物担体中に固溶した高酸化状態のロジウム
1,5,9 Exhaust
7 Second catalyst layer (layer containing Rh)
8 Cordierite base material (structure)
10 Highly oxidized rhodium dissolved in an oxide carrier
Claims (6)
前記ロジウム粒子に対して電子を供与する電子供与能を有する電子供与体を、前記酸化物担体上に担持したことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 In an exhaust gas purification catalyst in which noble metal particles including rhodium particles are supported on an oxide carrier,
An exhaust gas purifying catalyst, wherein an electron donor having an electron donating ability for donating electrons to the rhodium particles is supported on the oxide carrier.
The exhaust gas purifying catalyst according to any one of claims 1 to 5, wherein a binding energy of an Rh3d5 orbit when Al 2 O 3 is contained in the oxide support is 308.8 eV or less.
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