JP2008273781A - Ceria-zirconia multiple oxide and method of manufacturing the same - Google Patents

Ceria-zirconia multiple oxide and method of manufacturing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a ceria-zirconia multiple oxide which is capable of efficiently and surely manufacturing a ceria-zirconia multiple oxide having sufficiently high solid solution quantity and mono-dispersion rate of zirconia and sufficiently high heat resistance. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the ceria-zirconia multiple oxide includes: a step for obtaining a reaction solution containing hydroxide of zirconium and cerium by neutralizing a raw material solution containing cerium salt and zirconium salt to prepare the hydroxide of cerium and zirconium; a step for supplying hot water to the reaction solution; and a step for obtaining the multiple oxide of ceria and zirconia by hydrothermally reacting hydroxides in the reaction solution using subcritical water or supercritical water as a reaction field after the hot water is supplied. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、セリア−ジルコニア複合酸化物並びにその製造方法に関する。   The present invention relates to a ceria-zirconia composite oxide and a method for producing the same.

排ガス浄化用の触媒担体において、セリアは雰囲気中の酸素分圧に応じて酸素を急吸放出可能な機能性酸化物として必須の材料である(このようなセリアの能力は一般にOSC(oxygen storage capacity)と言われている)。しかしながら、このようなセリアは、これを単独で用いた場合に、現実的な使用環境下において耐熱性が不足する。そのため、排ガス浄化用触媒担体にセリアを用いる場合には、セリアにジルコニアを固溶させてセリア−ジルコニア複合酸化物として耐熱性向上を図っていた。   In a catalyst carrier for exhaust gas purification, ceria is an indispensable material as a functional oxide capable of rapidly absorbing and releasing oxygen according to the partial pressure of oxygen in the atmosphere (the capacity of such ceria is generally OSC (oxygen storage capacity). )). However, when such a ceria is used alone, the heat resistance is insufficient in a practical use environment. Therefore, when ceria is used for the exhaust gas purification catalyst carrier, zirconia is dissolved in ceria to improve heat resistance as a ceria-zirconia composite oxide.

一方、従来から、亜臨界又は超臨界状態の水を反応場とする水熱合成により様々な金属の粒子を合成できることが知られている。例えば、特開2006−282503号公報(特許文献1)においては、セリアのナノ粒子の表面を超臨界状態の水を反応場とする水熱合成により有機修飾する方法及びその方法により得られる微粒子が開示されている。また、特開2006−255450号公報(特許文献2)においては、ジルコニウム化合物を、亜臨界ないし超臨界状態の水を媒体として、水熱反応させるジルコニア結晶粒子の製造方法及びその方法により得られるジルコニア結晶粒子が開示されている。しかしながら、特許文献1〜2に記載のような従来の超臨界あるいは亜臨界条件下での水熱合成法を採用して得られるセリア−ジルコニア複合酸化物の粒子は、通常の共沈法等の手法によって得られるセリア−ジルコニア複合酸化物に比べて、セリアとジルコニアが十分に固溶しなかった。そのため、従来の超臨界あるいは亜臨界条件下での水熱合成法を採用して得られるセリア−ジルコニア複合酸化物の粒子は、耐熱性が必ずしも十分なものとはならず、排ガス浄化用触媒の担体として用いた場合にOSCを必ずしも十分に発揮できなかった。
特開2006−282503号公報 特開2006−255450号公報
On the other hand, it is conventionally known that various metal particles can be synthesized by hydrothermal synthesis using water in a subcritical or supercritical state as a reaction field. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-282503 (Patent Document 1), a method of organically modifying the surface of ceria nanoparticles by hydrothermal synthesis using supercritical water as a reaction field and fine particles obtained by the method are disclosed. It is disclosed. In JP-A-2006-255450 (Patent Document 2), a method for producing zirconia crystal particles in which a zirconium compound is hydrothermally reacted using subcritical or supercritical water as a medium, and zirconia obtained by the method. Crystal particles are disclosed. However, the particles of ceria-zirconia composite oxide obtained by adopting the conventional hydrothermal synthesis method under supercritical or subcritical conditions as described in Patent Documents 1 and 2 are the usual coprecipitation methods and the like. Compared with the ceria-zirconia composite oxide obtained by the method, ceria and zirconia were not sufficiently dissolved. Therefore, the particles of ceria-zirconia composite oxide obtained by adopting the conventional hydrothermal synthesis method under supercritical or subcritical conditions do not always have sufficient heat resistance, and the exhaust gas purifying catalyst. When used as a carrier, OSC was not always fully exhibited.
JP 2006-282503 A JP 2006-255450 A

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、ジルコニウムの固溶量と単分散率とが十分に高く、しかも耐熱性が十分に高いセリア−ジルコニア複合酸化物を効率よく且つ確実に製造することが可能なセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法、並びにその方法を採用して得られるセリア−ジルコニア複合酸化物を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and it is possible to efficiently produce a ceria-zirconia composite oxide having a sufficiently high solid solution amount and monodispersion rate of zirconium and sufficiently high heat resistance. It is another object of the present invention to provide a method for producing a ceria-zirconia composite oxide that can be reliably produced, and a ceria-zirconia composite oxide obtained by employing the method.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、先ず、セリウムの塩とジルコニウムの塩とを含有する原料溶液を中和して、セリウム及びジルコニウムの水酸化物を含有する反応溶液を製造し、次いで、前記反応溶液に熱水を供給した後に、反応溶液中の前記水酸化物を亜臨界又は超臨界状態の水を反応場として水熱反応させることによって、ジルコニウムの固溶量と単分散率とが十分に高く、しかも耐熱性が十分に高いセリア−ジルコニア複合酸化物を効率よく且つ確実に製造することが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors first neutralize a raw material solution containing a cerium salt and a zirconium salt, and contain cerium and zirconium hydroxides. After preparing a reaction solution and then supplying hot water to the reaction solution, the hydroxide in the reaction solution is hydrothermally reacted using water in a subcritical or supercritical state as a reaction field, thereby solidifying zirconium. The present inventors have found that it is possible to efficiently and reliably produce a ceria-zirconia composite oxide having a sufficiently high solubility and a monodispersion rate and sufficiently high heat resistance, and has completed the present invention. .

すなわち、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法は、セリウムの塩とジルコニウムの塩とを含有する原料溶液を中和して、セリウム及びジルコニウムの水酸化物を調製し、前記水酸化物を含有する反応溶液を得る工程と、
前記反応溶液に熱水を供給する工程と、
前記熱水供給後の反応溶液中の前記水酸化物を、亜臨界又は超臨界状態の水を反応場として水熱反応させることにより、セリア及びジルコニアの複合酸化物を得る工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
That is, the method for producing a ceria-zirconia composite oxide of the present invention comprises preparing a hydroxide of cerium and zirconium by neutralizing a raw material solution containing a cerium salt and a zirconium salt. Obtaining a reaction solution containing:
Supplying hot water to the reaction solution;
A step of obtaining a composite oxide of ceria and zirconia by hydrothermally reacting the hydroxide in the reaction solution after the hot water supply with water in a subcritical or supercritical state as a reaction field;
It is the method characterized by including.

上記本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法においては、前記熱水の温度が250〜350℃であることが好ましい。   In the method for producing a ceria-zirconia composite oxide of the present invention, the temperature of the hot water is preferably 250 to 350 ° C.

また、上記本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法においては、前記熱水供給後の反応溶液に、500〜650℃の高熱水を供給する工程を更に含むことが好ましい。   Moreover, in the manufacturing method of the said ceria-zirconia complex oxide of this invention, it is preferable to further include the process of supplying 500-650 degreeC high hot water to the reaction solution after the said hot water supply.

また、上記本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法においては、前記亜臨界又は超臨界状態の水が、圧力20〜50Mpa及び温度350〜450℃の水であることが好ましい。   In the method for producing a ceria-zirconia composite oxide of the present invention, the subcritical or supercritical water is preferably water having a pressure of 20 to 50 MPa and a temperature of 350 to 450 ° C.

さらに、上記本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法においては、前記原料溶液中のセリウムの塩とジルコニウムの塩の含有比率が、セリウムとジルコニウムの金属換算によるモル比(Ce:Zr)で、2:8〜8:2の範囲にあることが好ましい。   Furthermore, in the method for producing a ceria-zirconia composite oxide of the present invention, the content ratio of the cerium salt and the zirconium salt in the raw material solution is a molar ratio (Ce: Zr) in terms of metal of cerium and zirconium. It is preferably in the range of 2: 8 to 8: 2.

また、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物は、セリア及びジルコニアの複合酸化物であって、
下記式(1):
[固溶量(%)]={(5.425−[格子定数])/0.3297}×100 (1)
(式(1)中、[格子定数]は、複合酸化物をX線回折測定した際に(3,1,1)面に帰属される回折線位置データに基づいて算出される格子定数の値を示す。)
により求められるジルコニウムの固溶量が、複合酸化物中に含有されるジルコニウムのモル分率の値に対して±12%の範囲にあり、且つ、
下記式(2):
[単分散率(%)]=([比表面積実測値]/[比表面積理論値])×100 (2)
{式(2)中、比表面積実測値は、BET(Brunauer Emmett Teller)1点法で実測した値を示し、比表面積理論値(m/g)は、下記式(3):
[比表面積理論値]=6×10/([密度]×[粒子径]) (3)
(式(3)中、粒子径(nm)は、X線回折測定により算出された平均粒子径を示し、密度(g/cm)は、セリウム及びジルコニウムの混合比と、JCPDS−ICDDカードに記載のセリア及びジルコニアの密度の値とから求められる密度の理論値を示す。)
により求められる値を示す。}
により求められる複合酸化物の単分散率(単位:%)が80%以上であること、
という条件を満たすことを特徴とするものである。
The ceria-zirconia composite oxide of the present invention is a composite oxide of ceria and zirconia,
Following formula (1):
[Solubility amount (%)] = {(5.425- [Lattice constant]) / 0.3297} × 100 (1)
(In formula (1), [lattice constant] is a value of a lattice constant calculated based on diffraction line position data belonging to the (3, 1, 1) plane when the composite oxide is subjected to X-ray diffraction measurement. Is shown.)
The solid solution amount of zirconium determined by the above is within a range of ± 12% with respect to the value of the molar fraction of zirconium contained in the composite oxide, and
Following formula (2):
[Monodispersion rate (%)] = ([actual value of specific surface area] / [theoretical value of specific surface area]) × 100 (2)
{In Formula (2), the specific surface area actual measurement value is a value measured by the BET (Brunauer Emmet Teller) one-point method, and the specific surface area theoretical value (m 2 / g) is the following formula (3):
[Theoretical specific surface area] = 6 × 10 3 / ([Density] × [Particle diameter]) (3)
(In formula (3), the particle diameter (nm) indicates the average particle diameter calculated by X-ray diffraction measurement, and the density (g / cm 3 ) is determined by the mixing ratio of cerium and zirconium, and the JCPDS-ICDD card. (Theoretical density value obtained from the ceria and zirconia density values described is shown.)
Indicates the value obtained by. }
The monodispersity (unit:%) of the complex oxide obtained by the above is 80% or more,
It is characterized by satisfying the following condition.

また、上記本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物においては、前記複合酸化物の比表面積実測値が150m/g以上であることが好ましい。更に、上記本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物においては、前記複合酸化物の比表面積実測値が、700℃で5時間加熱した後において40m/g以上であることが好ましい。 In the ceria-zirconia composite oxide of the present invention, it is preferable that the actual measured specific surface area of the composite oxide is 150 m 2 / g or more. Furthermore, in the ceria-zirconia composite oxide of the present invention, the actual measured specific surface area of the composite oxide is preferably 40 m 2 / g or more after heating at 700 ° C. for 5 hours.

なお、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法によって、ジルコニウムの固溶量と単分散率とが十分に高く、しかも耐熱性が十分に高いセリア−ジルコニア複合酸化物を効率よく且つ確実に製造することが可能となる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法においては、先ず、セリウムの塩とジルコニウムの塩とを含有する原料溶液を中和し、セリウム及びジルコニウムの水酸化物(共沈物)の粒子を形成させた後、前記水酸化物の粒子を含有する反応溶液に熱水を供給する。このように熱水を供給する工程によって、前記水酸化物が一旦溶解し、反応溶液中において前記水酸化物の粒子がより微細な粒子となって均一に分散された状態になるものと推察される。そして、本発明においては、このような微細な水酸化物の粒子が均一に分散された反応溶液を用いて、亜臨界又は超臨界状態の水を反応場として前記水酸化物を水熱反応させるため、粒子の均一性が向上するとともに微細な1次粒子が得られ、得られる複合酸化物の単分散率が十分に向上される。また、このような本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法においては、反応溶液中においてセリウムの粒子とジルコニウムの粒子とがより均一に近接して存在するため、水熱反応によりセリウムとジルコニウムとが十分に固溶する。そのため、本発明によれば、ジルコニウムの固溶量と単分散率とが十分に高く、しかも耐熱性が十分に高いセリア−ジルコニア複合酸化物が得られるものと本発明者らは推察する。   In addition, according to the method for producing a ceria-zirconia composite oxide of the present invention, a ceria-zirconia composite oxide having a sufficiently high solid solution amount and monodispersion rate of zirconium and sufficiently high heat resistance can be efficiently and reliably obtained. Although the reason why it is possible to manufacture is not necessarily clear, the present inventors infer as follows. That is, in the method for producing a ceria-zirconia composite oxide of the present invention, first, a raw material solution containing a cerium salt and a zirconium salt is neutralized to form a cerium and zirconium hydroxide (coprecipitate). After forming the particles, hot water is supplied to the reaction solution containing the hydroxide particles. It is inferred that the step of supplying hot water dissolves the hydroxide once, and the particles of the hydroxide become finer particles and uniformly dispersed in the reaction solution. The In the present invention, using the reaction solution in which such fine hydroxide particles are uniformly dispersed, the hydroxide is hydrothermally reacted using water in a subcritical or supercritical state as a reaction field. Therefore, the uniformity of the particles is improved and fine primary particles are obtained, and the monodispersity of the obtained composite oxide is sufficiently improved. Further, in such a method for producing a ceria-zirconia composite oxide of the present invention, cerium particles and zirconium particles are present in a more uniform proximity in the reaction solution. And fully dissolve. Therefore, according to the present invention, the inventors speculate that a ceria-zirconia composite oxide having a sufficiently high solid solution amount and monodispersion rate of zirconium and sufficiently high heat resistance can be obtained.

本発明によれば、ジルコニウムの固溶量と単分散率とが十分に高く、しかも耐熱性が十分に高いセリア−ジルコニア複合酸化物を効率よく且つ確実に製造することが可能なセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法、並びにその方法を採用して得られるセリア−ジルコニア複合酸化物を提供することが可能となる。   According to the present invention, a ceria-zirconia composite capable of efficiently and reliably producing a ceria-zirconia composite oxide having a sufficiently high solid solution amount and monodispersion rate of zirconium and sufficiently high heat resistance. It becomes possible to provide an oxide manufacturing method and a ceria-zirconia composite oxide obtained by adopting the method.

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof.

先ず、本発明の本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法について説明する。すなわち、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法は、セリウムの塩とジルコニウムの塩とを含有する原料溶液を中和して、セリウム及びジルコニウムの水酸化物を調製し、前記水酸化物を含有する反応溶液を得る第1工程と、
前記反応溶液に熱水を供給する第2工程と、
前記熱水供給後の反応溶液中の前記水酸化物を、亜臨界又は超臨界状態の水を反応場として水熱反応させることにより、セリア及びジルコニアの複合酸化物を得る第3工程と、
を含むことを特徴とする方法である。以下、第1〜3工程を分けて説明する。
First, the method for producing the ceria-zirconia composite oxide of the present invention will be described. That is, the method for producing a ceria-zirconia composite oxide of the present invention comprises preparing a hydroxide of cerium and zirconium by neutralizing a raw material solution containing a cerium salt and a zirconium salt. A first step of obtaining a reaction solution containing
A second step of supplying hot water to the reaction solution;
A third step of obtaining a composite oxide of ceria and zirconia by hydrothermally reacting the hydroxide in the reaction solution after the supply of hot water with water in a subcritical or supercritical state as a reaction field;
It is the method characterized by including. Hereinafter, the first to third steps will be described separately.

先ず、第1工程について説明する。第1工程においては、セリウムの塩とジルコニウムの塩とを含有する原料溶液を中和して、セリウム及びジルコニウムの水酸化物を調製し、前記水酸化物を含有する反応溶液を得る。   First, the first step will be described. In the first step, a raw material solution containing a cerium salt and a zirconium salt is neutralized to prepare a hydroxide of cerium and zirconium to obtain a reaction solution containing the hydroxide.

このようなセリウムの塩としては特に制限されず、セリウムの硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、ハロゲン化物等を適宜用いることができる。このようなセリウムの塩としては、コスト面や、合成時に複合酸化物中に残留する成分を比較的除去し易いという観点から、硝酸塩又は酢酸塩を用いることがより好ましい。   Such a cerium salt is not particularly limited, and cerium nitrate, sulfate, acetate, halide and the like can be appropriately used. As such a cerium salt, nitrate or acetate is more preferably used from the viewpoint of cost and relatively easy removal of components remaining in the composite oxide during synthesis.

また、前記ジルコニウムの塩としては特に制限されず、ジルコニウムの硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、ハロゲン化物等を適宜用いることができる。このようなジルコニウムの塩としては、コスト面や、合成時に複合酸化物中に残留する成分を比較的除去し易いという観点から、硝酸塩又は酢酸塩を用いることがより好ましい。   The zirconium salt is not particularly limited, and zirconium nitrate, sulfate, acetate, halide and the like can be appropriately used. As such zirconium salt, nitrate or acetate is more preferably used from the viewpoint of cost and relatively easy removal of components remaining in the composite oxide during synthesis.

前記原料溶液中のセリウムの塩とジルコニウムの塩の含有比率としては、溶液中に含有されるセリウムとジルコニウムの金属換算によるモル比(Ce:Zr)で、2:8〜8:2の範囲にあることが好ましく、3:7〜7:3の範囲にあることがより好ましい。このようなセリウムの塩の含有比率が前記下限未満では、十分なOSCが得られない傾向にあり、他方、前記上限を超えると、耐熱性が低下する傾向にある。   The content ratio of the cerium salt and the zirconium salt in the raw material solution is a molar ratio (Ce: Zr) of cerium and zirconium contained in the solution in the range of 2: 8 to 8: 2. It is preferable that the ratio is in the range of 3: 7 to 7: 3. When the content ratio of the cerium salt is less than the lower limit, sufficient OSC tends not to be obtained. On the other hand, when the content exceeds the upper limit, heat resistance tends to decrease.

また、前記原料溶液の濃度としては特に制限されないが、カチオン(セリウムのイオンとジルコニウムのイオン)の総量が0.005〜1.0mol/Lであることが好ましく、0.01〜0.5mol/Lであることがより好ましい。このような原料溶液の濃度が前記下限未満では、複合酸化物の合成効率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、生成した粒子による反応装置の配管の閉塞が発生し易くなる傾向にある。   The concentration of the raw material solution is not particularly limited, but the total amount of cations (cerium ions and zirconium ions) is preferably 0.005 to 1.0 mol / L, and 0.01 to 0.5 mol / L. More preferably, it is L. When the concentration of the raw material solution is less than the lower limit, the composite oxide synthesis efficiency tends to decrease. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the reactor particles tend to be clogged with the generated particles. It is in.

さらに、前記原料溶液には、固溶促進剤として、過酸化水素水溶液を加えることが好ましい。このようにして過酸化水素水溶液を添加する場合には、前記原料溶液中のセリウムイオンのモル量に対して過酸化水素のモル含有量が0.5〜2.0倍となることが好ましく、0.8〜1.5倍となることがより好ましい。セリウムイオンに対する過酸化水素のモル含有量の倍率が前記下限未満では、固溶促進剤としての効果が十分に得られなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、固溶促進剤としての効果が飽和する傾向にある。   Furthermore, it is preferable to add an aqueous hydrogen peroxide solution as a solid solution accelerator to the raw material solution. When the aqueous hydrogen peroxide solution is added in this way, the molar content of hydrogen peroxide is preferably 0.5 to 2.0 times the molar amount of cerium ions in the raw material solution, More preferably, the ratio is 0.8 to 1.5 times. If the ratio of the molar content of hydrogen peroxide relative to cerium ions is less than the lower limit, the effect as a solid solution accelerator tends to be insufficient. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the effect as a solid solution accelerator Tend to saturate.

また、原料溶液の調製方法は特に制限されず、例えば、セリウムの塩を含有する水溶液とジルコニウムの塩を含有する水溶液と前記過酸化水素水溶液とを混合する方法が挙げられる。   The method for preparing the raw material solution is not particularly limited, and examples thereof include a method of mixing an aqueous solution containing a cerium salt, an aqueous solution containing a zirconium salt, and the hydrogen peroxide aqueous solution.

また、前記原料溶液を中和する方法としては、前記原料溶液と中和液とを混合する方法等が挙げられる。このような中和液としては、原料溶液を中和することによりセリウム及びジルコニウムの水酸化物を生成することが可能なものであればよく、特に制限されず、アンモニア水、水酸化ナトリウム水溶液等が挙げられる。また、このような中和液の添加量としては、原料溶液中のセリウムイオン及びジルコニウムイオンの総量に対して中和液中の水酸化物イオン(OH)が中和等量の0.9〜1.5倍となる量とすることが好ましく、1.0〜1.2倍となる量とすることがより好ましい。このような中和液の添加量が前記下限未満では、十分な中和反応が発生しない傾向にあり、他方、前記上限を超えると、余剰の中和剤が残留し、セリウムとジルコニウムの固溶に影響を与える傾向にある。 Examples of the method of neutralizing the raw material solution include a method of mixing the raw material solution and the neutralizing solution. Such a neutralizing solution is not particularly limited as long as it can generate hydroxides of cerium and zirconium by neutralizing the raw material solution, such as ammonia water, aqueous sodium hydroxide solution, etc. Is mentioned. Moreover, as the addition amount of such a neutralization liquid, 0.9% of the hydroxide ion (OH < - >) in a neutralization liquid is neutralization equivalent with respect to the total amount of the cerium ion and zirconium ion in a raw material solution. It is preferable to set it as the quantity which becomes -1.5 times, and it is more preferable to set it as the quantity which becomes 1.0-1.2 times. If the added amount of such a neutralizing solution is less than the lower limit, sufficient neutralization reaction tends not to occur. On the other hand, if the upper limit is exceeded, excess neutralizing agent remains, and cerium and zirconium are dissolved. Tend to affect.

次に、第2工程について説明する。第2工程においては、前記反応溶液に熱水を供給する。   Next, the second step will be described. In the second step, hot water is supplied to the reaction solution.

このような熱水としては、温度が250〜350℃であることが好ましく、270〜320℃であることがより好ましい。前記熱水の温度が前記下限未満では、水酸化物を前記反応溶液中に均一に分散させることが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、水酸化物が十分に溶解しない傾向にある。   As such hot water, the temperature is preferably 250 to 350 ° C, and more preferably 270 to 320 ° C. When the temperature of the hot water is less than the lower limit, it tends to be difficult to uniformly disperse the hydroxide in the reaction solution. On the other hand, when the temperature exceeds the upper limit, the hydroxide does not sufficiently dissolve. It is in.

また、このような熱水の供給量としては、前記反応溶液(原料溶液と中和液の混合液)100質量部に対して300〜500質量部とすることが好ましい。このような熱水の添加量が前記下限未満では、熱水の量が不十分で水酸化物が十分に溶解しない傾向にあり、他方、前記上限を超えると、液中の水酸化物濃度が低過ぎ、固溶が十分に進行しない傾向にある。   Moreover, it is preferable to set it as 300-500 mass parts with respect to 100 mass parts of said reaction solutions (mixture of a raw material solution and a neutralization liquid) as supply_amount | feed_rate of such hot water. When the amount of hot water added is less than the lower limit, the amount of hot water tends to be insufficient and the hydroxide does not sufficiently dissolve. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the hydroxide concentration in the liquid is reduced. It is too low and solid solution tends not to proceed sufficiently.

次に、第3工程について説明する。第3工程においては、前記熱水供給後の反応溶液中の前記水酸化物を、亜臨界又は超臨界状態の水を反応場として水熱反応させることにより、セリア及びジルコニアの複合酸化物を得る。   Next, the third step will be described. In the third step, a complex oxide of ceria and zirconia is obtained by hydrothermally reacting the hydroxide in the reaction solution after the hot water supply with subcritical or supercritical water as a reaction field. .

このような水熱反応の反応場は、亜臨界又は超臨界状態の水である。このような反応場とすることによって、独特の反応環境が提供され、前記水酸化物の水熱反応が進行し、急速に酸化物を析出させることが可能となる。また、このような亜臨界又は超臨界状態の水としては、温度350℃以上、圧力20Mpa以上の水が例示され、圧力20〜50MPa(特に好ましくは22〜40MPa)及び温度350〜450℃の水であることが好ましい。このような圧力及び温度が前記下限未満では、水を亜臨界又は超臨界状態とすることができず、単分散率と固溶度が十分に高い複合酸化物を生成することができなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、装置の耐久限界を超える可能性がある。   The reaction field of such a hydrothermal reaction is subcritical or supercritical water. By setting it as such a reaction field, a unique reaction environment is provided, the hydrothermal reaction of the said hydroxide advances, and it becomes possible to precipitate an oxide rapidly. Examples of such subcritical or supercritical water include water having a temperature of 350 ° C. or higher and a pressure of 20 Mpa or higher, and water having a pressure of 20 to 50 MPa (particularly preferably 22 to 40 MPa) and a temperature of 350 to 450 ° C. It is preferable that When such pressure and temperature are less than the lower limit, water cannot be brought into a subcritical or supercritical state, and a composite oxide having a sufficiently high monodispersion rate and solid solubility cannot be generated. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the durability limit of the device may be exceeded.

このような反応場を形成する反応装置としては、高温高圧の条件を達成できる装置であればよく、特に限定されず、例えば、回分式装置、流通式装置のいずれも使用することができる。また、このような反応場により、水熱反応させる時間としては特に制限されず、0.01〜1分程度とすることが好ましい。   The reaction apparatus for forming such a reaction field is not particularly limited as long as it can achieve conditions of high temperature and high pressure, and for example, either a batch type apparatus or a flow type apparatus can be used. In addition, the time for the hydrothermal reaction in such a reaction field is not particularly limited, and is preferably about 0.01 to 1 minute.

また、第3工程においては、前記反応場を形成するために、前記熱水供給後の反応溶液に、500〜650℃(より好ましくは510〜600℃)の高熱水を供給する工程を含むことが好ましい。前記高熱水を前記熱水供給後の反応溶液に供給することで、より効率よく反応溶液を超臨界状態とすることが可能となる。このような高熱水の温度が前記下限未満では、前記反応溶液を効率よく超臨界状態又は亜臨界状態とすることが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、装置配管が腐食され、不純物が混入する傾向にある。   Further, the third step includes a step of supplying high-temperature water at 500 to 650 ° C. (more preferably 510 to 600 ° C.) to the reaction solution after the supply of hot water to form the reaction field. Is preferred. By supplying the hot water to the reaction solution after the hot water is supplied, the reaction solution can be brought into a supercritical state more efficiently. When the temperature of such hot water is less than the lower limit, it tends to be difficult to efficiently bring the reaction solution into a supercritical state or a subcritical state. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the apparatus piping is corroded. , Impurities tend to be mixed.

また、水熱反応によりセリア及びジルコニアの複合酸化物を形成、回収した後においては、これを乾燥させ、焼成することが好ましい。このような焼成の条件としては特に制限されないが、温度300〜700℃で1〜5時間焼成することが好ましい。焼成時の加熱温度及び時間が前記下限未満では、反応時に残留した不純物が十分に除去されない傾向にあり、他方、前記上限を超えると、比表面積が低下する傾向にある。   In addition, after forming and recovering the complex oxide of ceria and zirconia by hydrothermal reaction, it is preferable to dry and calcine it. Such firing conditions are not particularly limited, but firing at a temperature of 300 to 700 ° C. for 1 to 5 hours is preferable. When the heating temperature and time during firing are less than the lower limit, impurities remaining during the reaction tend not to be sufficiently removed, and when the upper limit is exceeded, the specific surface area tends to decrease.

そして、本発明においては、上述の第1〜3の工程により、下記式(1):
[固溶量(%)]={(5.425−[格子定数])/0.3297}×100 (1)
(式(1)中、[格子定数]は、複合酸化物をX線回折測定した際に(3,1,1)面に帰属される回折線位置データに基づいて算出される格子定数の値を示す。)
により求められるジルコニウムの固溶量が、複合酸化物中に含有されるジルコニウムのモル分率の値に対して±12%の範囲にあり、且つ、
下記式(2):
[単分散率(%)]=([比表面積実測値]/[比表面積理論値])×100 (2)
{式(2)中、比表面積実測値は、BET(Brunauer Emmett Teller)1点法で実測した値を示し、比表面積理論値(m/g)は、下記式(3):
[比表面積理論値]=6×10/([密度]×[粒子径]) (3)
(式(3)中、粒子径(nm)は、X線回折測定により算出された平均粒子径を示し、密度(g/cm)は、セリウム及びジルコニウムの混合比と、JCPDS−ICDDカードに記載のセリア及びジルコニアの密度の値とから求められる密度の理論値を示す。)
により求められる値を示す。}
により求められる複合酸化物の単分散率(単位:%)が80%以上であること、
という条件を満たすセリア−ジルコニア複合酸化物を製造することができる。このような条件については、後述する本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物において、詳細に説明する。
In the present invention, the following formula (1):
[Solubility amount (%)] = {(5.425- [Lattice constant]) / 0.3297} × 100 (1)
(In formula (1), [lattice constant] is a value of a lattice constant calculated based on diffraction line position data belonging to the (3, 1, 1) plane when the composite oxide is subjected to X-ray diffraction measurement. Is shown.)
The solid solution amount of zirconium determined by the above is within a range of ± 12% with respect to the value of the molar fraction of zirconium contained in the composite oxide, and
Following formula (2):
[Monodispersion rate (%)] = ([actual value of specific surface area] / [theoretical value of specific surface area]) × 100 (2)
{In Formula (2), the specific surface area actual measurement value is a value measured by the BET (Brunauer Emmet Teller) one-point method, and the specific surface area theoretical value (m 2 / g) is the following formula (3):
[Theoretical specific surface area] = 6 × 10 3 / ([Density] × [Particle diameter]) (3)
(In formula (3), the particle diameter (nm) indicates the average particle diameter calculated by X-ray diffraction measurement, and the density (g / cm 3 ) is determined by the mixing ratio of cerium and zirconium, and the JCPDS-ICDD card. (Theoretical density value obtained from the ceria and zirconia density values described is shown.)
Indicates the value obtained by. }
The monodispersity (unit:%) of the complex oxide obtained by the above is 80% or more,
A ceria-zirconia composite oxide satisfying the condition can be produced. Such conditions will be described in detail in the ceria-zirconia composite oxide of the present invention described later.

以下、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法をより詳細に説明するために、図面を参照しながら、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法を実施するために好適に用いることが可能な製造装置の一実施形態について説明する。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, in order to explain the production method of the ceria-zirconia composite oxide of the present invention in more detail, it is preferably used for carrying out the production method of the ceria-zirconia composite oxide of the present invention with reference to the drawings. An embodiment of a manufacturing apparatus capable of the above will be described. In the following description and drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted.

図1は、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法を実施するのに好適な製造装置の概略を示す模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a production apparatus suitable for carrying out the method for producing a ceria-zirconia composite oxide of the present invention.

図1に示す製造装置は、原料溶液収納容器10と、中和液収納容器11と、熱水供給用のイオン交換水収納容器12と、高熱水用のイオン交換水収納容器13と、供給管14と、ポンプ15、熱水製造用の加熱炉16と、高熱水形成用の加熱炉17と、反応炉18と、冷却水収納容器19と、冷却器20と、固液分離回収部21と、圧力調整機22と、廃液収納容器23とを備え、各容器や反応炉等は供給管を介して接続されている。また、このような製造装置においては、圧力調整機22(例えばバックプレッシャーレギュレーター)によって系内の圧力の調整が可能となっている。   1 includes a raw material solution storage container 10, a neutralization liquid storage container 11, an ion exchange water storage container 12 for supplying hot water, an ion exchange water storage container 13 for hot water, and a supply pipe. 14, a pump 15, a heating furnace 16 for producing hot water, a heating furnace 17 for forming hot water, a reaction furnace 18, a cooling water storage container 19, a cooler 20, and a solid-liquid separation and recovery unit 21 The pressure regulator 22 and the waste liquid storage container 23 are provided, and each container, reaction furnace, and the like are connected via a supply pipe. In such a manufacturing apparatus, the pressure in the system can be adjusted by a pressure regulator 22 (for example, a back pressure regulator).

このような容器10、11、12、13、19及び23としては特に制限されず、原料溶液や中和液等を収納することが可能なものであればよく、特に制限されず、公知の容器を適宜利用できる。また、ポンプ15も原料溶液等を所定の流速で供給管内に流すことが可能なものであればよく、特に制限されず、公知のポンプを適宜利用できる。更に、加熱炉16としては、前記熱水を製造することが可能なものであればよく、特に制限されず、公知の加熱炉を適宜利用することができる。また、加熱炉17としては、500〜650℃の高熱水を製造することが可能なものであればよく、特に制限されず、公知の加熱炉を適宜利用することができる。また、反応炉18としては、水の温度を350℃以上に制御、維持することが可能なものであればよく、特に制限されず、公知の反応炉を適宜用いることができる。更に、冷却器20としては特に制限されず、公知の冷却装置を適宜利用でき、例えば冷却水を循環させて反応管14の内部を冷却可能な装置(ウォータージャケット等)を利用できる。また、固液分離回収部21としては特に制限されず、固液分離して固形分を回収することが可能な公知の装置を適宜利用できる。また、本実施形態においては、固液分離回収部21は廃液収納容器23と接続されている。以上、本発明の本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法を実施するために好適な製造装置について説明したが、本発明に用いることが可能な製造装置はこれに制限されない。   Such containers 10, 11, 12, 13, 19, and 23 are not particularly limited as long as they can store a raw material solution, a neutralizing solution, and the like, and are not particularly limited. Can be used as appropriate. The pump 15 is not particularly limited as long as it can flow the raw material solution or the like into the supply pipe at a predetermined flow rate, and a known pump can be appropriately used. Furthermore, the heating furnace 16 is not particularly limited as long as it can produce the hot water, and a known heating furnace can be appropriately used. Moreover, as the heating furnace 17, what is necessary is just what can manufacture 500-650 degreeC hot water, and it does not restrict | limit, A well-known heating furnace can be utilized suitably. The reactor 18 is not particularly limited as long as the temperature of water can be controlled and maintained at 350 ° C. or higher, and a known reactor can be appropriately used. Furthermore, the cooler 20 is not particularly limited, and a known cooling device can be used as appropriate. For example, a device (such as a water jacket) that can cool the inside of the reaction tube 14 by circulating cooling water can be used. Further, the solid-liquid separation / recovery unit 21 is not particularly limited, and a known apparatus capable of collecting solid components by solid-liquid separation can be used as appropriate. In the present embodiment, the solid-liquid separation and recovery unit 21 is connected to the waste liquid storage container 23. As mentioned above, although the manufacturing apparatus suitable for enforcing the manufacturing method of the ceria-zirconia complex oxide of this invention of this invention was demonstrated, the manufacturing apparatus which can be used for this invention is not restrict | limited.

次に、図1に示す製造装置を用いてセリア−ジルコニア複合酸化物の製造する方法の好適な一例を説明する。先ず、圧力調整機22により系内を25MPaに保持する。そして、原料溶液収納容器10からポンプ15を用いて5mL/minの流量で供給管14内に前記原料溶液を供給し、同時に、中和液収納容器11からポンプ15を用いて5mL/minの流量で供給管14内に前記中和液を供給する。これにより、供給管14の接続部14aにおいて原料溶液と中和液とが混合され、供給管14内において反応溶液が形成される。なお、このような反応溶液においては、セリウムとジルコニアの水酸化物が形成されている。   Next, a preferred example of a method for producing a ceria-zirconia composite oxide using the production apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, the inside of the system is held at 25 MPa by the pressure regulator 22. Then, the raw material solution is supplied from the raw material solution storage container 10 into the supply pipe 14 at a flow rate of 5 mL / min using the pump 15, and at the same time, the flow rate of 5 mL / min from the neutralization solution storage container 11 using the pump 15. Then, the neutralizing liquid is supplied into the supply pipe 14. As a result, the raw material solution and the neutralizing liquid are mixed in the connection portion 14 a of the supply pipe 14, and a reaction solution is formed in the supply pipe 14. In such a reaction solution, hydroxides of cerium and zirconia are formed.

次いで、熱水供給用のイオン交換水収納容器12からポンプ15を用いて40mL/minの流量で供給管14内にイオン交換水が供給され、加熱炉16により300℃に加熱されて、供給管14内において熱水が形成される。そして、このようにして形成された熱水は、接続部14bにおいて供給管14内を流れる反応溶液に供給される。さらに、高熱水供給用のイオン交換水収納容器13からイオン交換水がポンプ15を用いて40mL/minの流量で供給管14内に供給され、加熱炉17により550℃に加熱されて高熱水が形成される。このようにして形成された高熱水は、接続部14cにおいて供給管14内を流れる熱水供給後の反応溶液に供給される。高熱水が供給された反応溶液は炉内の温度が400℃に制御されている反応炉18内に流入する。なお、反応溶液は高熱水が供給されると一気に超臨界状態となる。そのため、反応炉18内においては、超臨界状態の水を反応場として水熱反応が進行し、セリア−ジルコニア複合酸化物が生成される。次いで、水熱反応後の溶液は反応炉18から供給管14に流入し、接続部14dにおいて冷却水収納容器19から20〜30℃の冷却水が供給される。このようにして冷却水が供給されると、反応溶液は急速に冷却され、反応が停止する。なお、冷却水はポンプ15を用いて50mL/minの流量で供給される。その後、冷却水の供給された溶液は冷却器20の設置された部位に流入し、25〜35℃に冷却された後、固液分離装置によって固体と液体とが分離され、セリア−ジルコニア複合酸化が回収される。そして、このようにして回収されたセリア−ジルコニア複合酸化を乾燥させた後、焼成してもよい。   Next, ion exchange water is supplied into the supply pipe 14 from the ion exchange water storage container 12 for supplying hot water at a flow rate of 40 mL / min using the pump 15, heated to 300 ° C. by the heating furnace 16, and supplied to the supply pipe. Hot water is formed within 14. And the hot water formed in this way is supplied to the reaction solution which flows in the supply pipe 14 in the connection part 14b. Further, ion-exchanged water is supplied from the ion-exchanged water storage container 13 for supplying hot water into the supply pipe 14 at a flow rate of 40 mL / min using the pump 15, and heated to 550 ° C. by the heating furnace 17 to generate hot water. It is formed. The hot water thus formed is supplied to the reaction solution after the hot water is supplied flowing in the supply pipe 14 at the connection portion 14c. The reaction solution supplied with the hot water flows into the reaction furnace 18 whose temperature is controlled at 400 ° C. Note that the reaction solution becomes supercritical at once when hot water is supplied. Therefore, in the reaction furnace 18, a hydrothermal reaction proceeds using water in a supercritical state as a reaction field, and a ceria-zirconia composite oxide is generated. Next, the solution after the hydrothermal reaction flows into the supply pipe 14 from the reaction furnace 18, and cooling water at 20 to 30 ° C. is supplied from the cooling water storage container 19 at the connection portion 14 d. When cooling water is supplied in this way, the reaction solution is rapidly cooled and the reaction stops. The cooling water is supplied at a flow rate of 50 mL / min using the pump 15. Thereafter, the solution supplied with the cooling water flows into the portion where the cooler 20 is installed and is cooled to 25 to 35 ° C. Then, the solid and the liquid are separated by the solid-liquid separator, and the ceria-zirconia composite oxidation is performed. Is recovered. Then, the ceria-zirconia composite oxidation recovered in this way may be dried and then fired.

以上、図1に示す製造装置を用いてセリア−ジルコニア複合酸化物の製造する方法の一例を挙げて説明したが、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、原料溶液、中和液の供給速度は上記実施形態において採用された速度に制限されず、本発明においては、原料溶液等の濃度等に応じて適宜その供給速度を変更することができる。また、熱水の温度は上記実施形態で採用された温度に特に制限されず、本発明においては、熱水の温度を上述の好適な温度範囲に調整してもよい。また、上記実施形態においては、反応炉内が400℃に制御されているが、本発明においては、反応場が亜臨界又は超臨界状態の水となるように温度を制御すればよい。更に、上記実施形態においては、系内の圧力を25MPaに調整しているが、本発明においては、反応場が亜臨界又は超臨界状態の水となるように圧力を制御すればよい。   As mentioned above, although an example of the method of manufacturing a ceria-zirconia composite oxide was demonstrated using the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the manufacturing method of the ceria-zirconia composite oxide of this invention is limited to the said embodiment. It is not a thing. For example, the supply speed of the raw material solution and the neutralization liquid is not limited to the speed employed in the above embodiment, and in the present invention, the supply speed can be appropriately changed according to the concentration of the raw material solution and the like. Further, the temperature of the hot water is not particularly limited to the temperature adopted in the above embodiment, and in the present invention, the temperature of the hot water may be adjusted to the above suitable temperature range. Moreover, in the said embodiment, although the inside of a reaction furnace is controlled by 400 degreeC, in this invention, what is necessary is just to control temperature so that a reaction field may be subcritical or supercritical water. Further, in the above embodiment, the pressure in the system is adjusted to 25 MPa. However, in the present invention, the pressure may be controlled so that the reaction field becomes water in a subcritical or supercritical state.

以上、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法について説明したが、次に、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物について説明する。   As mentioned above, although the manufacturing method of the ceria-zirconia composite oxide of this invention was demonstrated, next, the ceria-zirconia composite oxide of this invention is demonstrated.

本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物は、セリア及びジルコニアの複合酸化物であって、
下記式(1):
[固溶量(%)]={(5.425−[格子定数])/0.3297}×100 (1)
(式(1)中、[格子定数]は、複合酸化物をX線回折測定した際に(3,1,1)面に帰属される回折線位置データに基づいて算出される格子定数の値を示す。)
により求められるジルコニウムの固溶量が、複合酸化物中に含有されるジルコニウムのモル分率の値に対して±12%の範囲にあり、且つ、
下記式(2):
[単分散率(%)]=([比表面積実測値]/[比表面積理論値])×100 (2)
{式(2)中、比表面積実測値は、BET(Brunauer Emmett Teller)1点法で実測した値を示し、比表面積理論値(m/g)は、下記式(3):
[比表面積理論値]=6×10/([密度]×[粒子径]) (3)
(式(3)中、粒子径(nm)は、X線回折測定により算出された平均粒子径を示し、密度(g/cm)は、セリウム及びジルコニウムの混合比と、JCPDS−ICDDカードに記載のセリア及びジルコニアの密度の値とから求められる密度の理論値を示す。)
により求められる値を示す。}
により求められる複合酸化物の単分散率(単位:%)が80%以上であること、
という条件を満たすことを特徴とするものである。
The ceria-zirconia composite oxide of the present invention is a composite oxide of ceria and zirconia,
Following formula (1):
[Solubility amount (%)] = {(5.425- [Lattice constant]) / 0.3297} × 100 (1)
(In formula (1), [lattice constant] is a value of a lattice constant calculated based on diffraction line position data belonging to the (3, 1, 1) plane when the composite oxide is subjected to X-ray diffraction measurement. Is shown.)
The solid solution amount of zirconium determined by the above is within a range of ± 12% with respect to the value of the molar fraction of zirconium contained in the composite oxide, and
Following formula (2):
[Monodispersion rate (%)] = ([actual value of specific surface area] / [theoretical value of specific surface area]) × 100 (2)
{In Formula (2), the specific surface area actual measurement value is a value measured by the BET (Brunauer Emmet Teller) one-point method, and the specific surface area theoretical value (m 2 / g) is the following formula (3):
[Theoretical specific surface area] = 6 × 10 3 / ([Density] × [Particle diameter]) (3)
(In formula (3), the particle diameter (nm) indicates the average particle diameter calculated by X-ray diffraction measurement, and the density (g / cm 3 ) is determined by the mixing ratio of cerium and zirconium, and the JCPDS-ICDD card. (Theoretical density value obtained from the ceria and zirconia density values described is shown.)
Indicates the value obtained by. }
The monodispersity (unit:%) of the complex oxide obtained by the above is 80% or more,
It is characterized by satisfying the following condition.

本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物は、下記式(1):
[固溶量(%)]={(5.425−[格子定数])/0.3297}×100 (1)
により求められるジルコニウムの固溶量が、複合酸化物中に含有されるジルコニウムのモル分率の値に対して±12%(より好ましくは±10%)の範囲にあるものである。このような固溶量が前記下限未満では、耐熱性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、OSCが低下する傾向にある。
The ceria-zirconia composite oxide of the present invention has the following formula (1):
[Solubility amount (%)] = {(5.425- [Lattice constant]) / 0.3297} × 100 (1)
The amount of zirconium solid solution determined by the above is in the range of ± 12% (more preferably ± 10%) with respect to the value of the molar fraction of zirconium contained in the composite oxide. If such a solid solution amount is less than the lower limit, the heat resistance tends to decrease, and if it exceeds the upper limit, OSC tends to decrease.

また、上記式(1)中の[格子定数]は、以下のようにして求めることができる。先ず、セリア−ジルコニア複合酸化物のX線回折(XRD)測定を行う。そして、得られた回折線から(3,1,1)面に帰属される位置のデータを読み取り、このデータを元に計算して算出する。このような計算にはピークトップ法を採用する。なお、セリア−ジルコニア複合酸化物の(3,1,1)面に帰属される回折線の位置のデータから算出した格子定数は、セリア−ジルコニア複合酸化物中のジルコニウム(Zr)の固溶量と直線関係にあることが知られている(ベガード則)。そのため、JCPDS−ICDDカードに記載されたセリア(CeO)、ジルコニア(ZrO)及びセリア−ジルコニア複合酸化物のそれぞれの格子定数を、Zrの固容量に対してプロットして直線を導き出すことにより、Zrの固容量を算出するための上記式(1)が導かれる。なお、Ce/Zrの含有比率(混合比)が50/50の場合においては、理想的な固溶状態であればジルコニウムの固溶量は50%であり、Ce/Zrの混合比が80/20であれば、理想的な固溶状態であればジルコニウムの固溶量は20%である。 [Lattice constant] in the above formula (1) can be obtained as follows. First, X-ray diffraction (XRD) measurement of ceria-zirconia composite oxide is performed. And the data of the position which belongs to (3,1,1) plane is read from the obtained diffraction line, and it calculates and calculates based on this data. The peak top method is adopted for such calculation. In addition, the lattice constant calculated from the data of the position of the diffraction line attributed to the (3, 1, 1) plane of the ceria-zirconia composite oxide is the solid solution amount of zirconium (Zr) in the ceria-zirconia composite oxide. It is known that there is a linear relationship with (Vegard law). Therefore, by plotting the lattice constants of ceria (CeO 2 ), zirconia (ZrO 2 ) and ceria-zirconia composite oxide described in the JCPDS-ICDD card against the solid capacity of Zr, a straight line is derived. The above equation (1) for calculating the solid volume of Zr is derived. When the Ce / Zr content ratio (mixing ratio) is 50/50, the zirconium solid solution amount is 50% in an ideal solid solution state, and the Ce / Zr mixing ratio is 80/50. If it is 20, the solid solution amount of zirconium is 20% in an ideal solid solution state.

また、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物は、下記式(2):
[単分散率(%)]=([比表面積実測値]/[比表面積理論値])×100 (2)
により求められる複合酸化物の単分散率(単位:%)が80%以上(より好ましくは85%以上、更に好ましくは88%以上)のものである。このような単分散率が前記下限未満では、粒子の均一性が不十分で且つ2次凝集が進行しているため、触媒用の担体として用いた場合に、触媒金属を十分に分散させられず、十分な触媒活性を発現させることが困難となる傾向にある。
The ceria-zirconia composite oxide of the present invention has the following formula (2):
[Monodispersion rate (%)] = ([actual value of specific surface area] / [theoretical value of specific surface area]) × 100 (2)
The monodispersion rate (unit:%) of the complex oxide obtained by the above is 80% or more (more preferably 85% or more, and still more preferably 88% or more). When the monodispersion rate is less than the lower limit, the uniformity of the particles is insufficient and the secondary agglomeration is progressing, so that the catalyst metal cannot be sufficiently dispersed when used as a catalyst support. , It tends to be difficult to develop sufficient catalytic activity.

上記式(2)中の比表面積実測値は、BET(Brunauer Emmett Teller)1点法で実測した値である。本発明において、このようなBET1点法の測定条件としては、下記の条件を採用する。   The specific surface area actual measurement value in the above formula (2) is a value actually measured by a BET (Brunauer Emmet Teller) one-point method. In this invention, the following conditions are employ | adopted as measurement conditions of such a BET 1 point method.

〔測定条件〕
前処理雰囲気 : N
前処理温度 : 200℃、15分間
前処理ガスの流量 : 反応管1本あたり25ml/min
吸着ガス : N(30容量%)とHe(70容量%)の混合ガス
吸着ガスの流量 : 反応管1本あたり25ml/min
吸着温度 :−196℃(liqN使用)。
〔Measurement condition〕
Pretreatment atmosphere: N 2
Pretreatment temperature: 200 ° C., 15 minutes Pretreatment gas flow rate: 25 ml / min per reaction tube
Adsorbed gas: Flow rate of mixed gas adsorbed gas of N 2 (30% by volume) and He (70% by volume): 25 ml / min per reaction tube
Adsorption temperature: -196 ° C (using liqN 2 ).

また、上記式(2)中の比表面積理論値(m/g)は、下記式(3):
[比表面積理論値]=6×10/([密度]×[粒子径]) (3)
(式(3)中、粒子径(nm)は、X線回折測定により算出された平均粒子径を示し、密度(g/cm)は、セリウム及びジルコニウムの混合比と、JCPDS−ICDDカードに記載のセリア及びジルコニアの密度の値とから求められる密度の理論値を示す。)
により求められる値である。すなわち、[比表面積理論値]は、セリア−ジルコニア複合酸化物が球体粒子であり且つ1次粒子が完全に単分散したものであると仮定し、各セリアとジルコニアの各単酸化物の密度を含有比率(混合比)に応じて割付けることにより算出される比表面積である。
Moreover, the specific surface area theoretical value (m 2 / g) in the above formula (2) is the following formula (3):
[Theoretical specific surface area] = 6 × 10 3 / ([Density] × [Particle diameter]) (3)
(In formula (3), the particle diameter (nm) indicates the average particle diameter calculated by X-ray diffraction measurement, and the density (g / cm 3 ) is determined by the mixing ratio of cerium and zirconium, and the JCPDS-ICDD card. (Theoretical density value obtained from the ceria and zirconia density values described is shown.)
Is a value obtained by That is, the [specific surface area theoretical value] assumes that the ceria-zirconia composite oxide is spherical particles and the primary particles are completely monodispersed, and the density of each ceria and zirconia monooxide is It is a specific surface area calculated by allocating according to the content ratio (mixing ratio).

このような式(3)中の粒子径を求める方法としては、セリア−ジルコニア複合酸化物のX線回折(XRD)測定を行い、得られた回折線のデータからピークの半減幅を導き出し、前記半減幅のデータから算出することにより求める方法を採用する。なお、このようなXRD測定の方法としては、測定器としてリガク社製の商品名「RINT−TTR」を用い、2θ/θ法で測定する方法を採用できる。また、本発明において、X線回折(XRD)測定の測定条件としては下記測定条件を採用し、粒子径(T)は下記式:
T=(0.89×λ×180)/{(B−Be1/2×π×cosθ}
(式中、Tは粒子径(単位:Å)を示し、λの値は1.54056(単位:Å)を示し、Bは半減値(単位:°)を示し、Beは装置固有の補正値(0.1033°)を示し、θは回折角(単位:°)を示す。)
により求めることができる。
〔XRD測定条件〕
線源 : Cu−Kα,50kV,300mA
測定範囲 : 20〜80°
走査速度(2θ) : 2°/min。
As a method for determining the particle size in the formula (3), X-ray diffraction (XRD) measurement of ceria-zirconia composite oxide is performed, and the half width of the peak is derived from the obtained diffraction line data, A method of calculating by half-width data is adopted. As a method for such XRD measurement, a method of measuring by the 2θ / θ method using a trade name “RINT-TTR” manufactured by Rigaku Corporation as a measuring instrument can be employed. In the present invention, the following measurement conditions are adopted as measurement conditions for X-ray diffraction (XRD) measurement, and the particle diameter (T) is expressed by the following formula:
T = (0.89 × λ × 180) / {(B 2 −Be 2 ) 1/2 × π × cos θ}
(Wherein T represents the particle diameter (unit: Å), λ represents 1.54056 (unit: Å), B represents a half-value (unit: °), and Be represents a correction value unique to the apparatus. (0.103 °) and θ represents a diffraction angle (unit: °).)
It can ask for.
[XRD measurement conditions]
Radiation source: Cu-Kα, 50 kV, 300 mA
Measurement range: 20-80 °
Scanning speed (2θ): 2 ° / min.

また、上記式(3)中の[密度]は、セリウム(Ce)及びジルコニウム(Zr)の混合比と、JCPDS−ICDDカードに記載のセリア及びジルコニアの密度の値とから求められる密度の理論値である。そして、密度の理論値は、JCPDS−ICDDカードに記載のセリア(CeO:No.43−1002)の密度が7.22g/cmであり、ジルコニア(ZrO:No.27−0097)の密度が6.21g/cmであることから、下記式(4):
[密度理論値]=7.22×[Ceの混合比]+6.21×[Zrの混合比] (4)
を計算することにより求められる値である。
[Density] in the above formula (3) is the theoretical value of the density obtained from the mixing ratio of cerium (Ce) and zirconium (Zr) and the density values of ceria and zirconia described in the JCPDS-ICDD card. It is. The theoretical value of the density is that of ceria (CeO 2 : No. 43-1002) described in the JCPDS-ICDD card is 7.22 g / cm 3 , and zirconia (ZrO 2 : No. 27-0097). Since the density is 6.21 g / cm 3 , the following formula (4):
[Theoretical density] = 7.22 × [Ce mixing ratio] + 6.21 × [Zr mixing ratio] (4)
Is a value obtained by calculating.

また、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物は、X線回折線のピークの半減幅から算出される平均粒子径が3〜8nm(より好ましくは4〜7nm)の粒子状のものであることが好ましい。このような平均粒子径が前記下限未満では、1次粒子の凝集が抑制されず、単分散率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、比表面積が低下し、触媒担体として用いるのに不十分なものとなる傾向にある。   Further, the ceria-zirconia composite oxide of the present invention is in the form of particles having an average particle diameter of 3 to 8 nm (more preferably 4 to 7 nm) calculated from the half width of the peak of the X-ray diffraction line. preferable. When the average particle size is less than the lower limit, aggregation of primary particles is not suppressed and the monodispersion rate tends to decrease. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the specific surface area decreases and the catalyst is used as a catalyst carrier. It tends to be insufficient.

また、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の比表面積実測値としては、150m/g以上であることが好ましい。このような比表面積実測値が前記下限未満では、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物を排ガス浄化用の触媒の担体として用いた場合に、十分な触媒活性が得られなくなる傾向にある。 Moreover, as a specific surface area actual value of the ceria-zirconia composite oxide of this invention, it is preferable that it is 150 m < 2 > / g or more. If the measured value of the specific surface area is less than the lower limit, sufficient catalytic activity tends not to be obtained when the ceria-zirconia composite oxide of the present invention is used as a catalyst carrier for exhaust gas purification.

さらに、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物としては、700℃で5時間加熱した後において比表面積実測値が40m/g以上(より好ましくは45m/g以上)であることが好ましい。このような比表面積実測値が前記下限未満では、セリア−ジルコニア複合酸化物の耐熱性が十分なものではなく、排ガス浄化用の触媒の担体として用いた場合に十分な触媒活性が得られなくなる傾向にある。 Further, the ceria-zirconia composite oxide of the present invention preferably has a measured specific surface area of 40 m 2 / g or more (more preferably 45 m 2 / g or more) after heating at 700 ° C. for 5 hours. If the measured value of the specific surface area is less than the lower limit, the heat resistance of the ceria-zirconia composite oxide is not sufficient, and sufficient catalytic activity tends not to be obtained when used as a catalyst carrier for exhaust gas purification. It is in.

また、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物としては、複合酸化物中に含有されるセリアとジルコニアの含有比率(混合比)としては、セリウムとジルコニウムの金属換算によるモル比(Ce:Zr)が2:8〜8:2の範囲にあることが好ましく、3:7〜7:3の範囲にあることがより好ましい。   In addition, as the ceria-zirconia composite oxide of the present invention, the content ratio (mixing ratio) of ceria and zirconia contained in the composite oxide is a molar ratio (Ce: Zr) in terms of metal of cerium and zirconium. It is preferably in the range of 2: 8 to 8: 2, and more preferably in the range of 3: 7 to 7: 3.

また、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物を製造するための方法としては、上記本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法を好適に採用することができる。   Moreover, as a method for producing the ceria-zirconia composite oxide of the present invention, the above-mentioned method for producing a ceria-zirconia composite oxide of the present invention can be suitably employed.

このような本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物は、単分散率が十分に高く、しかも耐熱性が十分に高いものとなるため、排ガス浄化用の触媒の担体として好適に用いることが可能であり、得られる触媒の触媒活性を十分に向上させることが可能である。なお、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物を排ガス浄化用の触媒の担体として用いた場合に優れた触媒活性が得られる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、先ず、セリア−ジルコニア複合酸化物中に含まれるCeOのカチオンは、晒される雰囲気に応じてその価数が変化し(Ce4+⇔Ce3+)、電気的中性の原理に従って、気相中の酸素あるいは格子内の酸素を吸蔵あるいは放出する特性を示す。これは、一般的にOxygen Storage Capacity(OSC)と称される特性であり、OSCは複合酸化物中に担持される触媒金属(例えば貴金属)によって、大きく影響を受ける。そして、酸素の吸放出の活性点は、CeOと担持される貴金属との界面であるため、CeO上(あるいはCZ上)に高分散に触媒金属が担持されれば、より多くの酸素が迅速に放出されるものと推察される。また、一方で、現在、自動車の排ガス浄化において最も重要な課題である低温での炭化水素除去のために有効なツールとして、低温から放出される格子内酸素を活用することが提案されてきている。格子内から放出される酸素は、TiO系光触媒で知られているように、酸化力が強く、アルデヒドの等の有害成分を分解する。従って、低温からより多くの格子内酸素を供給できる酸化物を担体として用いた触媒は、その活性点である貴金属上で、炭化水素と格子内酸素が低温で反応し、従来以上の低温酸化活性が発現すると期待されている。本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物は、触媒の担体として用いた場合には、ほぼ単分散に近い、微粒な1次粒子から構成され、触媒金属(例えば貴金属等)を高分散に担持可能であることから、より多くの酸素を迅速に放出することが可能となるとともに、格子内酸素を供給できるため、低温酸化活性が向上されたものとなると推察される。 Such a ceria-zirconia composite oxide of the present invention has a sufficiently high monodispersion rate and a sufficiently high heat resistance, and can be suitably used as a catalyst carrier for exhaust gas purification. The catalytic activity of the resulting catalyst can be sufficiently improved. Although the reason why excellent catalytic activity is obtained when the ceria-zirconia composite oxide of the present invention is used as a catalyst carrier for exhaust gas purification is not necessarily clear, the present inventors speculate as follows. . That is, first, the cation of CeO 2 contained in the ceria-zirconia composite oxide changes in valence according to the exposed atmosphere (Ce 4+ ⇔ Ce 3+ ), and in accordance with the principle of electrical neutrality, the gas phase It has the characteristic of occluding or releasing oxygen in the lattice or oxygen in the lattice. This is a characteristic generally referred to as Oxygen Storage Capacity (OSC), and OSC is greatly affected by a catalyst metal (for example, a noble metal) supported in a composite oxide. And since the active point of oxygen absorption / release is the interface between CeO 2 and the noble metal to be supported, if the catalyst metal is supported in a highly dispersed state on CeO 2 (or CZ), more oxygen will be absorbed. Presumed to be released quickly. On the other hand, as an effective tool for removing hydrocarbons at low temperatures, which is the most important issue in exhaust gas purification of automobiles, it has been proposed to utilize oxygen in the lattice released from low temperatures. . Oxygen released from the lattice has a strong oxidizing power and decomposes harmful components such as aldehyde, as is known in TiO 2 photocatalysts. Therefore, a catalyst using an oxide capable of supplying more lattice oxygen from a low temperature as a support reacts with hydrocarbon and lattice oxygen at a low temperature on the noble metal that is the active site, and has a lower temperature oxidation activity than conventional. Is expected to develop. When used as a catalyst support, the ceria-zirconia composite oxide of the present invention is composed of fine primary particles that are almost monodisperse and can support catalyst metals (for example, precious metals) in a highly dispersed state. Therefore, it is assumed that more oxygen can be released quickly and oxygen in the lattice can be supplied, so that the low-temperature oxidation activity is improved.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.

(実施例1)
上述の図1に示す製造装置及びそれを用いたセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法と同様の装置及び方法を採用し、セリア−ジルコニア複合酸化物を製造した。なお、本実施例においては、固液分離回収部21において回収されたセリア−ジルコニア複合酸化物は、120℃で6時間乾燥させた後、大気中、400℃で5時間焼成した。また、製造に用いた原料溶液及び中和液の調製方法、並びに、製造条件をまとめて以下に示す。
Example 1
A ceria-zirconia composite oxide was manufactured using the same apparatus and method as the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 and the ceria-zirconia composite oxide manufacturing method using the same. In this example, the ceria-zirconia composite oxide recovered in the solid-liquid separation and recovery unit 21 was dried at 120 ° C. for 6 hours and then calcined in the atmosphere at 400 ° C. for 5 hours. Moreover, the preparation method of the raw material solution and neutralization liquid used for manufacture, and manufacturing conditions are collectively shown below.

<原料溶液の調製方法>
0.025Mの硝酸セリウム水溶液と0.025Mのオキシ硝酸ジルコニル水溶液とを等量混合した混合液を得た後、前記混合液に対して25質量%の過酸化水素水溶液を、過酸化水素の含有量が混合液中のセリウムイオンの1.1倍モル量となるようにして添加し、原料溶液を調製した。
<Method for preparing raw material solution>
After obtaining a mixed solution in which an equal amount of a 0.025M cerium nitrate aqueous solution and a 0.025M zirconyl oxynitrate aqueous solution was mixed, a 25% by mass aqueous hydrogen peroxide solution was added to the mixed solution to contain hydrogen peroxide. The raw material solution was prepared by adding so that the amount was 1.1 times the amount of cerium ions in the mixed solution.

<中和液の調製方法>
25質量%のアンモニア水溶液(和光純薬工業株式会社製)をイオン交換水で希釈し、前記原料溶液と同量の場合に、前記原料溶液中のセリウムイオン及びジルコニウムイオンに対して水酸化物イオンの量が中和等量の1.2倍となるように濃度を調整し、中和液を得た。
<Preparation method of neutralization liquid>
When 25% by mass of an aqueous ammonia solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is diluted with ion-exchanged water and is the same amount as the raw material solution, hydroxide ions with respect to cerium ions and zirconium ions in the raw material solution The concentration was adjusted so that the amount of the solution was 1.2 times the neutralization equivalent to obtain a neutralized solution.

<製造条件>
系内の圧力:25MPa、原料溶液の供給速度:5mL/min、中和液の供給速度:5mL/min、熱水の供給速度:40mL/min、加熱炉16の設定温度:470℃、高熱水の供給速度:40mL/min、加熱炉17の設定温度:600℃、反応炉設定温度:400℃、冷却水の供給速度:50mL/min、冷却水の温度:10〜30℃、冷却器20に流通させる実験用水の温度:10〜30℃、回収後の乾燥条件:大気中120℃で6時間、回収後の焼成条件:大気中400℃で5時間。
<Production conditions>
In-system pressure: 25 MPa, raw material solution supply rate: 5 mL / min, neutralization solution supply rate: 5 mL / min, hot water supply rate: 40 mL / min, heating furnace 16 set temperature: 470 ° C., hot water Supply rate: 40 mL / min, set temperature of heating furnace 17: 600 ° C., set temperature of reaction furnace: 400 ° C., supply rate of cooling water: 50 mL / min, temperature of cooling water: 10-30 ° C. Temperature of experimental water to be circulated: 10 to 30 ° C., drying conditions after recovery: 6 hours at 120 ° C. in the atmosphere, firing conditions after recovery: 400 ° C. in the atmosphere for 5 hours.

(比較例1)
先ず、実施例1で調製された原料溶液及び中和溶液を用い、前記中和液に、前記原料溶液をメカニカルスターラーで撹拌しながら添加し、水酸化物を得た。次いで、得られた水酸化物を大気中、110℃で6時間乾燥させた後、更に、大気中、400℃で5時間焼成し、比較のためのセリア−ジルコニア複合酸化物を得た(共沈法)。
(Comparative Example 1)
First, using the raw material solution and the neutralized solution prepared in Example 1, the raw material solution was added to the neutralized solution while stirring with a mechanical stirrer to obtain a hydroxide. Next, the obtained hydroxide was dried in the atmosphere at 110 ° C. for 6 hours, and further calcined in the atmosphere at 400 ° C. for 5 hours to obtain a ceria-zirconia composite oxide for comparison (both Sink method).

(比較例2)
中和液を用いず、前記熱水の供給を行わなかった以外は、実施例1と同様にして、比較のためのセリア−ジルコニア複合酸化物を得た。
(Comparative Example 2)
A ceria-zirconia composite oxide for comparison was obtained in the same manner as in Example 1 except that the neutralized solution was not used and the hot water was not supplied.

[実施例1及び比較例1〜2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物の特性評価]
<X線回折測定>
実施例1及び比較例1〜2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物に対してX線回折測定を行った。X線回折測定には、測定器としてリガク社製の商品名「RINT−TTR」を用いた。得られた回折線のグラフを図2(実施例1)、図3(比較例1)及び図4(比較例2)に示す。なお、図2〜4に示すグラフは、2θ=56〜62°の範囲のものである。
[Characteristic evaluation of ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-2]
<X-ray diffraction measurement>
X-ray diffraction measurement was performed on the ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-2. In the X-ray diffraction measurement, a trade name “RINT-TTR” manufactured by Rigaku Corporation was used as a measuring instrument. Graphs of the obtained diffraction lines are shown in FIG. 2 (Example 1), FIG. 3 (Comparative Example 1), and FIG. 4 (Comparative Example 2). The graphs shown in FIGS. 2 to 4 are in the range of 2θ = 56 to 62 °.

図2〜4に示す結果からも明らかなように、(3,1,1)面付近の回折線データでは、実施例1で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物(図2)と比較例1で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物(図3)は1本の回折線となっているが、比較例2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物(図4)では2θ=57.11°のメインの回折線に加えて、複数の回折線が重なりピーク自体がブロードリングしていることが確認された。このような結果から、実施例1及び比較例1で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物においては、1種の固溶体が形成されているのに対して、比較例2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物は複数の固溶体の混合物となっていることが示唆された。   As is clear from the results shown in FIGS. 2 to 4, in the diffraction line data near the (3, 1, 1) plane, the ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1 (FIG. 2) and Comparative Example 1 are used. The ceria-zirconia composite oxide (FIG. 3) obtained in Example 1 has one diffraction line, but in the ceria-zirconia composite oxide (FIG. 4) obtained in Comparative Example 2, 2θ = 57.11 °. In addition to the main diffraction lines, it was confirmed that a plurality of diffraction lines overlap and the peak itself is broad ring. From these results, in the ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1 and Comparative Example 1, one type of solid solution was formed, whereas in the ceria-zirconia composite oxide obtained in Comparative Example 2, the ceria-zirconia obtained in Comparative Example 2 was formed. It was suggested that the composite oxide is a mixture of a plurality of solid solutions.

<Zr固溶量>
図1〜3に示す回折線を用いて、実施例1及び比較例1〜2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物中のジルコニウムの固溶量(Zr固溶量)を求めた。すなわち、実施例1及び比較例1で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物においては、そのピークのピークトップの値を用い、比較例2に関してはメインピークである2θ=57.11°の位置の値を用いて、それぞれの格子定数を計算し、得られた値を上記式(1)中にそれぞれ代入して、各複合酸化物のZr固溶量を求めた。結果を表1に示す。
<Zr solid solution amount>
1-3, the solid solution amount (Zr solid solution amount) of zirconium in the ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-2 was determined using the diffraction lines shown in FIGS. That is, in the ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1 and Comparative Example 1, the peak top value of the peak is used, and in Comparative Example 2, the position of 2θ = 57.11 ° which is the main peak is used. Using the values, the respective lattice constants were calculated, and the obtained values were substituted into the above formula (1) to determine the Zr solid solution amount of each composite oxide. The results are shown in Table 1.

<平均粒子径>
図1〜3に示す回折線を用いて、実施例1及び比較例1〜2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物の平均粒子径を求めた。すなわち、実施例1及び比較例1で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物においては、そのピークの半値幅を用い、比較例2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物においては、ピーク分離後のメインピーク(2θ=57.11°)の半値幅から、粒子径を算出し、平均粒子径を求めた。結果を表1に示す。
<Average particle size>
The average particle diameter of the ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was determined using the diffraction lines shown in FIGS. That is, in the ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1 and Comparative Example 1, the half width of the peak was used, and in the ceria-zirconia composite oxide obtained in Comparative Example 2, The particle diameter was calculated from the half width of the main peak (2θ = 57.11 °), and the average particle diameter was determined. The results are shown in Table 1.

<比表面積実測値(初期)>
実施例1及び比較例1〜2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物の比表面積を以下の測定条件でBET1点法により測定した。
<Measured value of specific surface area (initial)>
The specific surface area of the ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was measured by the BET 1-point method under the following measurement conditions.

〔測定条件〕
前処理雰囲気 : N
前処理温度 : 200℃、15分間
前処理ガスの流量 : 反応管1本あたり25ml/min
吸着ガス : N(30容量%)とHe(70容量%)の混合ガス
吸着ガスの流量 : 反応管1本あたり25ml/min
吸着温度 :−196℃(liqN使用)
<単分散率>
実施例1及び比較例1〜2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物において、セリウムとジルコニウムの含有比率(混合比)が1:1であるため、上記式(4)にセリウムとジルコニウムの混合比に1/2をそれぞれ代入して密度の理論値を求めた。その結果、密度の理論値は6.72であった。次に、得られた密度の理論値と、上述のようにして得られた各複合酸化物の平均粒子径の値から比表面積理論値を求めた。そして、上述のようにして得られた比表面積実測値及び比表面積理論値を上記式(2)に代入して、実施例1及び比較例1〜2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物の単分散率を求めた。結果を表1に示す。
〔Measurement condition〕
Pretreatment atmosphere: N 2
Pretreatment temperature: 200 ° C., 15 minutes Pretreatment gas flow rate: 25 ml / min per reaction tube
Adsorbed gas: Flow rate of mixed gas adsorbed gas of N 2 (30% by volume) and He (70% by volume): 25 ml / min per reaction tube
Adsorption temperature: -196 ° C (using liqN 2 )
<Monodispersion>
In the ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, since the content ratio (mixing ratio) of cerium and zirconium is 1: 1, the above formula (4) is mixed with cerium and zirconium. A theoretical value of density was obtained by substituting 1/2 for the ratio. As a result, the theoretical density value was 6.72. Next, the specific surface area theoretical value was determined from the obtained theoretical density value and the average particle diameter value of each composite oxide obtained as described above. And the specific surface area actual measurement value and specific surface area theoretical value which were obtained as mentioned above were substituted into the said Formula (2), and the ceria-zirconia complex oxide obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-2 was used. The monodispersity was determined. The results are shown in Table 1.

<700℃で5時間加熱した後の比表面積実測値及び平均粒子径>
実施例1及び比較例1〜2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物を、それぞれ大気中、700℃で5時間加熱した。そして、このような加熱後の各複合酸化物を用いて、上述の測定方法と同様の方法を採用して比表面積実測値及び平均粒子径を求めた。結果を表1に示す。
<Measured specific surface area and average particle diameter after heating at 700 ° C. for 5 hours>
The ceria-zirconia composite oxides obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-2 were each heated in the atmosphere at 700 ° C. for 5 hours. And using each complex oxide after such a heating, the method similar to the above-mentioned measuring method was employ | adopted, and the specific surface area actual value and average particle diameter were calculated | required. The results are shown in Table 1.

<OSC性能の評価>
実施例1及び比較例1〜2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物を用いて触媒を製造し、OSC性能を測定した。すなわち、先ず、実施例1及び比較例1〜2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物をそれぞれ10g用い、各複合酸化物を、白金の含有量が0.1gとなるジニトロジアンミン白金水溶液と200mlのイオン交換水とからなる溶液が入ったビーカー中に加え、それぞれ含浸せしめ、110℃の温度条件下で6時間乾燥後、大気中で3時間焼成し、触媒中の白金の担持量が約1質量%となるように白金を担持させることにより、触媒を製造した。
<Evaluation of OSC performance>
A catalyst was produced using the ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-2, and OSC performance was measured. That is, first, 10 g of each ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was used, and each composite oxide was mixed with a dinitrodiammine platinum aqueous solution having a platinum content of 0.1 g and 200 ml. In a beaker containing a solution of ion-exchanged water, impregnated respectively, dried under a temperature condition of 110 ° C. for 6 hours, and calcined in the atmosphere for 3 hours. The amount of platinum supported in the catalyst was about 1 A catalyst was produced by supporting platinum so as to be in mass%.

次いで、得られた各触媒をそれぞれ15mg用い、各触媒に対して、H(50容量%)/N(50容量%)からなるガスAと、O(20容量%)/N(80容量%)からなるガスBとを、5分毎に交互に各ガスの流量が20ml/minとなるようにして流通させて、300℃での触媒の質量の増減を測定した。なお、質量の測定には、熱重量分析計(TG)を用いた。そして、得られた質量の変動値から、触媒中に含まれるCeO1mol当りの酸素分子の吸放出量の平均値(mol)を算出し、これをOSC値とした。結果を表1に示す。 Next, 15 mg of each of the obtained catalysts was used, and for each catalyst, gas A composed of H 2 (50% by volume) / N 2 (50% by volume) and O 2 (20% by volume) / N 2 ( 80% by volume) was circulated alternately every 5 minutes so that the flow rate of each gas was 20 ml / min, and the increase / decrease in the mass of the catalyst at 300 ° C. was measured. A thermogravimetric analyzer (TG) was used for measuring the mass. Then, from the obtained mass fluctuation value, an average value (mol) of the amount of absorbed and released oxygen molecules per mol of CeO 2 contained in the catalyst was calculated, and this was used as the OSC value. The results are shown in Table 1.

Figure 2008273781
Figure 2008273781

表1に示す結果からも明らかなように、比表面積実測値に関して、初期及び700℃加熱後いずれの場合でも、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物(実施例1)が、比較のためのセリア−ジルコニア複合酸化物(比較例1〜2)よりも大きいことが確認された。このような結果から、合成法により複合酸化物の特性に違いがあることが認められ、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物(実施例1)は、初期の比表面積が十分に高いとともに、優れた耐熱性を有することが確認された。   As is clear from the results shown in Table 1, the ceria-zirconia composite oxide (Example 1) of the present invention was compared with the ceria for comparison in both cases of the actual measured specific surface area and after heating at 700 ° C. -It was confirmed that it was larger than the zirconia composite oxide (Comparative Examples 1-2). From these results, it is recognized that there is a difference in the characteristics of the composite oxide depending on the synthesis method, and the ceria-zirconia composite oxide (Example 1) of the present invention has a sufficiently high initial specific surface area and is excellent. It was confirmed that it had high heat resistance.

また、実施例1で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物は、粒子径が4.4nmであるため、上記式(3)から算出される比表面積理論値が203m/gであった。また、比較例1で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物は、粒子径が5nmであるため、比表面積理論値が179m/gであり、更に、比較例2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物は、粒子径が6nmでるため、149m/gであった。そこで、比表面積理論値と初期の比表面積実測値とを比較すると、実施例1で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物では理論値に対する実測値の差が13m/gであり、比較例1〜2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物ではそれぞれ差が42m/g(比較例1)、20m/g(比較例2)であった。このような結果及び表1に示す単分散率の結果から、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物(実施例1)は、比較のためのセリア−ジルコニア複合酸化物(比較例1〜2)よりも、1次粒子がより単分散率が高いものであることが確認された。そのため、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物(実施例1)は、触媒担体として用いた場合に、貴金属をより高分散に担持することが可能であるものと推察される。 Moreover, since the particle diameter of the ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1 is 4.4 nm, the specific surface area theoretical value calculated from the above formula (3) was 203 m 2 / g 1 . In addition, since the ceria-zirconia composite oxide obtained in Comparative Example 1 has a particle diameter of 5 nm, the specific surface area theoretical value is 179 m 2 / g 1 , and further, the ceria-zirconia obtained in Comparative Example 2 Since the particle diameter of the composite oxide was 6 nm, it was 149 m 2 / g 1 . Therefore, when the specific surface area theoretical value is compared with the initial specific surface area actual measurement value, in the ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1, the difference between the actual measurement value and the theoretical value is 13 m 2 / g 1. In the ceria-zirconia composite oxide obtained in 1-2, the differences were 42 m 2 / g 1 (Comparative Example 1) and 20 m 2 / g 1 (Comparative Example 2), respectively. From these results and the results of the monodispersion rate shown in Table 1, the ceria-zirconia composite oxide (Example 1) of the present invention is more than the ceria-zirconia composite oxide (Comparative Examples 1 and 2) for comparison. Also, it was confirmed that the primary particles have a higher monodispersion rate. Therefore, it is surmised that the ceria-zirconia composite oxide (Example 1) of the present invention can support a noble metal with higher dispersion when used as a catalyst carrier.

また、表1に示す結果からも明らかなように、実施例1で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物を用いた場合には、Zr固溶量とOCS性能が十分に高いものとなることが確認された。このような結果は、貴金属の分散状態とZr固溶量とが向上された相乗効果によるものであると推察される。一方、比較例1においては、超臨界水を反応場としなかったため、単分散率が低く、OSCも小さくなっていた。更に、比較例2においては、超臨界水を反応場としたものの、中和及び熱水の供給を行わなかったため、単分散率は比較例1よりも高いが、Zr固溶量が極めて低く、OSCも小さくなっていた。このような結果から、実施例1で採用した製造方法のように原料を中和して一旦水酸化物とすること、その後に熱水を供給してCeとZrの混合状態を改善すること及び超臨界水を反応場とすることによって、従来の共沈法(比較例1)や比較例2で採用するような方法以上にジルコニウムの固溶量を向上させることができることが確認されるとともに、実施例1で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物は排ガス浄化用の触媒の担体に好適に用いることができることが分かった。   Further, as is apparent from the results shown in Table 1, when the ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1 is used, the Zr solid solution amount and the OCS performance may be sufficiently high. confirmed. Such a result is presumed to be due to a synergistic effect in which the dispersion state of the noble metal and the Zr solid solution amount are improved. On the other hand, in Comparative Example 1, since supercritical water was not used as a reaction field, the monodispersion rate was low and the OSC was also small. Furthermore, in Comparative Example 2, although supercritical water was used as a reaction field, neutralization and hot water supply were not performed. Therefore, the monodispersion rate was higher than that in Comparative Example 1, but the Zr solid solution amount was extremely low. The OSC was also getting smaller. From such a result, the raw material is neutralized as in the manufacturing method employed in Example 1 to once form a hydroxide, then hot water is supplied to improve the mixed state of Ce and Zr, and By using supercritical water as the reaction field, it is confirmed that the solid solution amount of zirconium can be improved over the conventional coprecipitation method (Comparative Example 1) and the method employed in Comparative Example 2, It was found that the ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1 can be suitably used as a catalyst carrier for exhaust gas purification.

以上のような結果から、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法によれば、Zr固溶量と単分散率の向上とを両立し、しかも耐熱性が十分に高いセリア−ジルコニア複合酸化物を効率よく且つ確実に製造することが可能となることが確認された。また、このような方法を採用して得られる本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物は、優れた触媒担体としての特性を備えたものとなることが確認された。   From the above results, according to the method for producing a ceria-zirconia composite oxide of the present invention, a ceria-zirconia composite oxide having both high Zr solid solution amount and improved monodispersity and sufficiently high heat resistance. It was confirmed that it was possible to manufacture the product efficiently and reliably. Moreover, it was confirmed that the ceria-zirconia composite oxide of the present invention obtained by adopting such a method has excellent characteristics as a catalyst carrier.

以上説明したように、本発明によれば、ジルコニウムの固溶量と単分散率とが十分に高く、しかも耐熱性が十分に高いセリア−ジルコニア複合酸化物を効率よく且つ確実に製造することが可能なセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法、並びにその方法を採用して得られるセリア−ジルコニア複合酸化物を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to efficiently and reliably produce a ceria-zirconia composite oxide having sufficiently high solid solution amount and monodispersion rate of zirconium and sufficiently high heat resistance. It is possible to provide a method for producing a possible ceria-zirconia composite oxide and a ceria-zirconia composite oxide obtained by adopting the method.

したがって、本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法は、自動車等の排ガスを浄化するための触媒に用いるセリア−ジルコニア系の担体として好適に利用可能なセリア−ジルコニア複合酸化物を製造する方法として特に有用である。   Therefore, the method for producing a ceria-zirconia composite oxide of the present invention is a method for producing a ceria-zirconia composite oxide that can be suitably used as a ceria-zirconia-based carrier used as a catalyst for purifying exhaust gas of automobiles and the like. As particularly useful.

本発明のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法を実施するのに好適な製造装置の概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of the manufacturing apparatus suitable for enforcing the manufacturing method of the ceria-zirconia complex oxide of this invention. 実施例1で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物のX線回折による回折線を示すグラフである。2 is a graph showing diffraction lines by X-ray diffraction of ceria-zirconia composite oxide obtained in Example 1. FIG. 比較例1で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物のX線回折による回折線を示すグラフである。5 is a graph showing diffraction lines by X-ray diffraction of ceria-zirconia composite oxide obtained in Comparative Example 1. FIG. 比較例2で得られたセリア−ジルコニア複合酸化物のX線回折による回折線を示すグラフである。6 is a graph showing diffraction lines by X-ray diffraction of ceria-zirconia composite oxide obtained in Comparative Example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10…原料溶液収納容器、11…中和液収納容器、12…熱水供給用のイオン交換水収納容器、13…高熱水用のイオン交換水収納容器、14…供給管、15…ポンプ、16…熱水製造用の加熱炉、17…高熱水形成用の加熱炉、18…反応炉、19…冷却水収納容器、20…冷却器、21…固液分離回収部、22…圧力調整機、23…廃液収納容器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Raw material solution storage container, 11 ... Neutralization liquid storage container, 12 ... Ion exchange water storage container for hot water supply, 13 ... Ion exchange water storage container for high hot water, 14 ... Supply pipe, 15 ... Pump, 16 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Heating furnace for hot water production, 17 ... Heating furnace for hot water formation, 18 ... Reaction furnace, 19 ... Cooling water storage container, 20 ... Cooler, 21 ... Solid-liquid separation and recovery part, 22 ... Pressure regulator, 23: Waste liquid container.

Claims (8)

セリウムの塩とジルコニウムの塩とを含有する原料溶液を中和して、セリウム及びジルコニウムの水酸化物を調製し、前記水酸化物を含有する反応溶液を得る工程と、
前記反応溶液に熱水を供給する工程と、
前記熱水供給後の反応溶液中の前記水酸化物を、亜臨界又は超臨界状態の水を反応場として水熱反応させることにより、セリア及びジルコニアの複合酸化物を得る工程と、
を含むことを特徴とするセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法。
Neutralizing a raw material solution containing a cerium salt and a zirconium salt to prepare a hydroxide of cerium and zirconium, and obtaining a reaction solution containing the hydroxide;
Supplying hot water to the reaction solution;
A step of obtaining a composite oxide of ceria and zirconia by hydrothermally reacting the hydroxide in the reaction solution after the hot water supply with water in a subcritical or supercritical state as a reaction field;
A method for producing a ceria-zirconia composite oxide, comprising:
前記熱水の温度が250〜350℃であることを特徴とする請求項1に記載のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法。   The method for producing a ceria-zirconia composite oxide according to claim 1, wherein the temperature of the hot water is 250 to 350 ° C. 前記熱水供給後の反応溶液に、500〜650℃の高熱水を供給する工程を更に含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法。   The method for producing a ceria-zirconia composite oxide according to claim 1, further comprising a step of supplying high-temperature water at 500 to 650 ° C. to the reaction solution after the supply of hot water. 前記亜臨界又は超臨界状態の水が、圧力20〜50Mpa及び温度350〜450℃の水であることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法。   The ceria-zirconia composite oxidation according to any one of claims 1 to 3, wherein the subcritical or supercritical water is water having a pressure of 20 to 50 Mpa and a temperature of 350 to 450 ° C. Manufacturing method. 前記原料溶液中のセリウムの塩とジルコニウムの塩の含有比率が、セリウムとジルコニウムの金属換算によるモル比(Ce:Zr)で、2:8〜8:2の範囲にあることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載のセリア−ジルコニア複合酸化物の製造方法。   The content ratio of a cerium salt and a zirconium salt in the raw material solution is in a range of 2: 8 to 8: 2 in terms of a molar ratio of cerium and zirconium in terms of metal (Ce: Zr). Item 5. The method for producing a ceria-zirconia composite oxide according to any one of Items 1 to 4. セリア及びジルコニアの複合酸化物であって、
下記式(1):
[固溶量(%)]={(5.425−[格子定数])/0.3297}×100 (1)
(式(1)中、[格子定数]は、複合酸化物をX線回折測定した際に(3,1,1)面に帰属される回折線位置データに基づいて算出される格子定数の値を示す。)
により求められるジルコニウムの固溶量が、複合酸化物中に含有されるジルコニウムのモル分率の値に対して±12%の範囲にあり、且つ、
下記式(2):
[単分散率(%)]=([比表面積実測値]/[比表面積理論値])×100 (2)
{式(2)中、比表面積実測値は、BET(Brunauer Emmett Teller)1点法で実測した値を示し、比表面積理論値(m/g)は、下記式(3):
[比表面積理論値]=6×10/([密度]×[粒子径]) (3)
(式(3)中、粒子径(nm)は、X線回折測定により算出された平均粒子径を示し、密度(g/cm)は、セリウム及びジルコニウムの混合比と、JCPDS−ICDDカードに記載のセリア及びジルコニアの密度の値とから求められる密度の理論値を示す。)
により求められる値を示す。}
により求められる複合酸化物の単分散率(単位:%)が80%以上であること、
という条件を満たすものであることを特徴とするセリア−ジルコニア複合酸化物。
A complex oxide of ceria and zirconia,
Following formula (1):
[Solubility amount (%)] = {(5.425- [Lattice constant]) / 0.3297} × 100 (1)
(In formula (1), [lattice constant] is a value of a lattice constant calculated based on diffraction line position data belonging to the (3, 1, 1) plane when the composite oxide is subjected to X-ray diffraction measurement. Is shown.)
The solid solution amount of zirconium determined by the above is within a range of ± 12% with respect to the value of the molar fraction of zirconium contained in the composite oxide, and
Following formula (2):
[Monodispersion rate (%)] = ([actual value of specific surface area] / [theoretical value of specific surface area]) × 100 (2)
{In Formula (2), the specific surface area actual measurement value is a value measured by the BET (Brunauer Emmet Teller) one-point method, and the specific surface area theoretical value (m 2 / g) is the following formula (3):
[Theoretical specific surface area] = 6 × 10 3 / ([Density] × [Particle diameter]) (3)
(In formula (3), the particle diameter (nm) indicates the average particle diameter calculated by X-ray diffraction measurement, and the density (g / cm 3 ) is determined by the mixing ratio of cerium and zirconium, and the JCPDS-ICDD card. (Theoretical density value obtained from the ceria and zirconia density values described is shown.)
Indicates the value obtained by. }
The monodispersity (unit:%) of the complex oxide obtained by the above is 80% or more,
A ceria-zirconia composite oxide characterized by satisfying the following condition.
前記複合酸化物の比表面積実測値が150m/g以上であることを特徴とする請求項6に記載のセリア−ジルコニア複合酸化物。 The ceria-zirconia composite oxide according to claim 6, wherein a measured specific surface area of the composite oxide is 150 m 2 / g or more. 前記複合酸化物の比表面積実測値が、700℃で5時間加熱した後において40m/g以上であることを特徴とする請求項6又は7に記載のセリア−ジルコニア複合酸化物。 The ceria-zirconia composite oxide according to claim 6 or 7, wherein the actual measured specific surface area of the composite oxide is 40 m 2 / g or more after heating at 700 ° C for 5 hours.
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