JP2009220044A - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Rhを含有するアルミナと、下記一般式(I)で示されるペロブスカイト型複合酸化物とを含む上層と、下記一般式(II)で示されるペロブスカイト型複合酸化物を含む下層とを備える排ガス浄化用触媒を調製する。A1 xZr1-yPtyO3±δ(I)A2 rCe1-(s+t+u)ZrsR1 tPtuO3±δ'(II)
【選択図】図1
Description
これらを浄化するための三元触媒として、活性成分である貴金属(Rh(ロジウム)、Pd(パラジウム)、Pt(白金)など)が、セリア系複合酸化物、ジルコニア系複合酸化物、ペロブスカイト複合酸化物またはアルミナなどの耐熱性酸化物に、担持または固溶している排ガス浄化用触媒が種々知られている。
例えば、モノリス担体の表面に形成された、La1.02Fe0.95Pd0.05O3+δ''(δ’’は、酸素過剰分または酸素不足分を示す。)、Ba1.0Ce0.498Zr0.448Y0.050Pt0.004Oxide、Pt/Ce0.50Zr0.45Y0.05Oxideおよびθアルミナを含む下層と、Rh/Zr0.777Ce0.160La0.020Nd0.040Rh0.003Oxide、Ca0.98Zr0.98Pt0.02O3+δ(δは、酸素過剰分または酸素不足分を示す。)およびPt−Rh担持θアルミナを含む上層との2層コートからなる触媒組成物が知られている(特許文献1参照。)。この触媒組成物の上層において、Pt−Rh担持θアルミナのPtおよびRhの担持量は、モノリス担体1Lあたり、いずれも0.1gである。
さらに、貴金属は高価であるため、工業的には、なるべく少量で、排ガス浄化性能を有効に発現させることが求められている。
A1 xZr1-yPtyO3±δ (I)
(式(I)中、A1は、アルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、xは、0.8≦x≦1.3の数値範囲の原子割合を示し、yは、0<y≦0.5の数値範囲の原子割合を示し、δは、酸素過剰分または酸素不足分を示す。)
A2 rCe1-(s+t+u)ZrsR1 tPtuO3±δ' (II)
(式(II)中、A2は、アルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を示し
、R1は、希土類元素から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、rは、0.8≦r≦1.3の数値範囲の原子割合を示し、s、tおよびuは、0<s+t+u<1(0<s<0.5、0<t<0.5、0<u<0.5)の数値範囲の原子割合を示し、δ’は、酸素過剰分または酸素不足分を示す。)
また、本明の排ガス浄化用触媒では、前記上層が、下記一般式(III)で示される、Rhを含有するジルコニア系複合酸化物をさらに含み、前記下層が、下記一般式(IV)で示される、Pdを含有するペロブスカイト型複合酸化物と、下記一般式(V)で示される、Ptが担持されたセリア系複合酸化物と、アルミナとをさらに含んでいることが好適である。
(式(III)中、A3は、希土類元素およびアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1つの元素を示し、kは0.01<k<0.8の数値範囲の原子割合を示し、mは0<m≦0.2の数値範囲の原子割合を示し、nは酸素欠陥量を示す。)
A4 pB1 (1-q)PdqO3±δ'' (IV)
(式(IV)中、A4は、希土類元素およびアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、B1は、遷移元素(希土類元素およびPdを除く。)から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、pは、p≧0.8の数値範囲の原子割合を示し、qは、0<q≦0.5の数値範囲の原子割合を示し、δ''は、酸素過剰分または酸素不足分を示す。)
Ce1-(d+e)ZrdR3 eO2-f (V)
(式(V)中、R3は、希土類元素(Ceを除く。)およびアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、dは0.2≦d≦0.7の数値範囲の原子割合を示し、eは0≦e≦0.2の数値範囲の原子割合を示し、1−(d+e)は0.3≦1−(d+e)≦0.8の数値範囲の原子割合を示し、fは酸素欠陥量を示す。)
その結果、本発明の排ガス浄化用触媒を使用すれば、高温下または酸化還元変動下、さらには長期使用時において、RhおよびPtの優れた排ガス浄化性能を発現させることができる。
A1 xZr1-yPtyO3±δ (I)
(式(I)中、A1は、アルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、xは、0.8≦x≦1.3の数値範囲の原子割合を示し、yは、0<y≦0.5の数値範囲の原子割合を示し、δは、酸素過剰分または酸素不足分を示す。)
A2 rCe1-(s+t+u)ZrsR1 tPtuO3±δ' (II)
(式(II)中、A2は、アルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、R1は、希土類元素から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、rは、0.8≦r≦1.3の数値範囲の原子割合を示し、s、tおよびuは、0<s+t+u<1(0<s<0.5、0<t<0.5、0<u<0.5)の数値範囲の原子割合を示し、δ’は、酸素過剰分または酸素不足分を示す。)
上層において、アルミナとしては、例えば、αアルミナ、θアルミナ、γアルミナなどが挙げられ、好ましくは、θアルミナが挙げられる。
θアルミナは、結晶相としてθ相を有し、αアルミナに遷移するまでの中間(遷移)アルミナの一種であって、例えば、市販の活性アルミナ(γアルミナ)を、大気中にて、900〜1100℃で、1〜10時間熱処理することによって得ることができる。具体的には、例えば、プロキャタリゼ社製 商品名:SPHERALITE 531P(γアルミナ)を、大気中にて、1000℃で、1〜10時間熱処理することによって得ることができる。
また、上記のアルミナは、Laおよび/またはBaを含んでいてもよく、すなわち、下記一般式(VI)で表されるものであってもよい。
(Al1-gDg)2O3 (VI)
(式中、Dは、Laおよび/またはBaを示し、gは0≦g≦0.5の数値範囲の原子割合を示す。)
Dは、Laおよび/またはBaを示す。gは、0≦g≦0.5の数値範囲のDの原子割合を示す。すなわち、LaやBaは必須成分ではなく、任意的に含まれる任意成分であって、含まれる場合には、0.5以下の原子割合である。LaやBaの原子割合が0.5を超えると、結晶相を保てなくなる場合がある。
なお、上記したアルミナは、単独で用いてもよく、また、2種以上併用してもよい。例えば、Laおよび/またはBaの原子割合の異なるアルミナを複数併用してもよい。
その結果、上記ペロブスカイト型複合酸化物においては、高温雰囲気下での長期使用においても、Ptがペロブスカイト型複合酸化物中において微細かつ高分散に保持され、高い触媒活性を維持することができる。また、Ptの使用量を大幅に低減しても、触媒活性を実現することができる。
一方、アルミナにRhが担持されているとは、Rhがアルミナに固溶することなく、その表面に保持されていることである。
含塩溶液としては、例えば、硫酸塩、硝酸塩、塩化物、リン酸塩などの無機塩、例えば、酢酸塩、シュウ酸塩などの有機酸塩などの溶液が挙げられ、実用的には、硝酸塩水溶液、ジニトロジアンミン硝酸水溶液、塩化物水溶液などが挙げられる。より具体的には、例えば、硝酸ロジウム水溶液、塩化ロジウム水溶液などが挙げられる。
また、アルミナの製造工程において、アルミニウム塩水溶液からアンモニアなどを用いて沈殿させるときに、Rhの塩の溶液を加えて、上記アルミナとともにRhを共沈させて、その後、焼成することによってもアルミナにRhを担持させることができる。
上層において、一般式(I)で示される、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物は、一般式ABO3で示されるペロブスカイト型の結晶構造を有する複合酸化物である。
このペロブスカイト型複合酸化物において、Aサイトでは、A1で示されるアルカリ土類金属が必ず配位される。
一般式(I)において、A1で示されるアルカリ土類金属としては、例えば、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)、Ra(ラジウム)などが挙げられ、好ましくは、Ca、Sr、Baなどが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、また、2種以上併用してもよい。
それゆえ、Bサイトでは、Zrは、1−yの数値範囲の原子割合で含まれている。すなわち、Bサイトにおいて、Ptの原子割合yの残余1−yの原子割合で含まれている。yが0<y≦0.5であることから、0.5≦1−y<1であり、Bサイトでは、Zrは、0.5以上1未満の原子割合で必ず含まれている。
一般式(I)で示される、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物において、Ptの固溶率は、特に制限されないが、好ましくは、50%以上であり、さらに好ましくは、80%以上である。Ptの固溶率が50%より小さいと、本発明の排ガス浄化用触媒を、高温雰囲気下で長期にわたって使用した場合に、Ptの粒成長を有効に抑制できない場合がある。
一般式(I)で示される、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物は、特に制限されることなく、複合酸化物を調製するための適宜の方法、例えば、共沈法、クエン酸錯体法、アルコキシド法などによって、製造することができる。
次いで、共沈により得られた共沈物を乾燥させた後、熱処理(1次焼成)する。次いで、得られた熱処理物(1次焼成物)に、Ptの塩(Pt原料)を含有する水溶液を、各元素と、Ptとが上記した化学量論比となるように混合することにより、Ptが担持された前駆体組成物を得る。その後、得られた前駆体組成物を熱処理(2次焼成)することにより、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物を得る。
中和剤としては、例えば、アンモニア、例えば、トリエチルアミン、ピリジンなどのアミン類などの有機塩基、例えば、カセイソーダ、カセイカリ、炭酸カリ、炭酸アンモンなどの無機塩基が挙げられる。なお、中和剤は、その中和剤を加えた後の溶液のpHが、6〜10程度となるように加える。
Ptの塩(Pt原料)としては、例えば、硫酸塩、硝酸塩、塩化物、リン酸塩などの無機塩、例えば、酢酸塩、シュウ酸塩などの有機酸塩などが挙げられる。Pt塩溶液は、上記した例示の塩の溶液を用いてもよく、また実用的には、硝酸塩水溶液、ジニトロジアンミン硝酸水溶液、塩化物水溶液などが挙げられる。より具体的には、例えば、ジニトロジアンミン白金硝酸水溶液、塩化白金酸水溶液、4価白金アンミン水溶液などが挙げられる。これらのPt塩溶液は、単独で用いてもよく、また、2種以上併用してもよい。
前駆体組成物の熱処理(2次焼成)は、得られた前駆体組成物を、必要により水洗し、例えば、50〜200℃で1〜48時間乾燥させ、または、例えば、真空乾燥や通風乾燥などにより乾燥させた後、例えば、約500〜1200℃、好ましくは、約600〜1100℃、さらに好ましくは、約800〜1000℃で1〜48時間熱処理する。
また、共沈法では、例えば、各元素の塩(配位元素原料)と、Ptの塩(Pt原料)とを、各元素とPtとが上記した化学量論比となるように含む混合塩水溶液を調製し、この混合塩水溶液に中和剤を加えて共沈させ、前駆体組成物を得ることもできる。この場合も、得られた前駆体組成物を、乾燥後、熱処理することにより、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物を得ることができる。
次いで、得られたクエン酸錯体を仮焼成し、その後、熱処理(1次焼成)することにより、各元素を含む粉末を得る。次いで、得られた各元素を含む粉末に、Ptの塩(Pt原料)を含有する水溶液を、各元素とPtとが上記した化学量論比となるように混合することにより、Ptが担持された前駆体組成物を得る。その後、得られた前駆体組成物を熱処理(2次焼成)することにより、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物を得る。
また、クエン酸混合塩水溶液は、例えば、共沈法と同様に、混合塩水溶液を調製し、その混合塩水溶液に、クエン酸の水溶液を加えることにより、調製する。
各元素のクエン酸錯体は、得られたクエン酸混合塩水溶液を乾固させて、形成させる。乾固は、形成されるクエン酸錯体が分解しない温度、例えば、室温〜150℃程度で、速やかに水分を除去する。
クエン酸錯体の熱処理(1次焼成)は、仮焼成の後、例えば、共沈法と同様に、加熱する。
熱処理(1次焼成)後の粉末にPtを担持させるには、特に制限されないが、共沈法と同様に、上記粉末にPt塩水溶液を含浸すればよい。
また、クエン酸錯体法では、例えば、各元素の塩(配位元素原料)と、Ptの塩(Pt原料)とを、各元素とPtとが上記した化学量論比となるように含むクエン酸混合塩水溶液を調製し、このクエン酸混合塩水溶液を乾固させて、各元素とPtとのクエン酸錯体を形成させることにより、前駆体組成物を得ることもできる。この場合も、得られた前駆体組成物を仮焼成後、熱処理することにより、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物を得ることができる。
次いで、得られた沈殿物を乾燥させて、熱処理(1次焼成)することにより、各元素を含む粉末を得る。次いで、得られた各元素を含む粉末に、Ptの塩(Pt原料)を含有する水溶液を、各元素とPtとが上記した化学量論比となるように混合することにより、Ptが担持された前駆体組成物を得る。その後、得られた前駆体組成物を熱処理(2次焼成)することにより、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物を得る。
E[OCH(R4)−(CH2)i−OR5]j (VII)
(式中、Eは、各元素を示し、R4は、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示し、R5は、炭素数1〜4のアルキル基を示し、iは、1〜3の整数、jは、2〜4(好ましくは、2〜3)の整数を示す。)
アルコキシアルコラートとして具体的には、例えば、メトキシエチレート、メトシキプロピレート、メトキシブチレート、エトキシエチレート、エトキシプロピレート、プロポキシエチレート、ブトキシエチレートなどが挙げられる。
有機溶媒としては、各元素のアルコキシドを溶解できれば、特に制限されず、例えば、芳香族炭化水素類、脂肪族炭化水素類、アルコール類、ケトン類、エステル類などが用いられる。好ましくは、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類が挙げられる。
Ptの塩を含有する水溶液としては、例えば、硝酸塩水溶液、塩化物水溶液、ヘキサアンミン塩化物水溶液、ジニトロジアンミン硝酸水溶液、ヘキサクロロ酸水和物水溶液、シアン化カリウム塩水溶液などが挙げられる。
前駆体組成物の熱処理(2次焼成)は、得られた前駆体組成物を、必要により水洗し、例えば、共沈法と同様に加熱する。
また、アルコキシド法では、例えば、上記した混合アルコキシド溶液と、Ptの塩(Pt原料)を含む水溶液とを、各元素とPtとが上記した化学量論比となるように混合し、加水分解により沈殿させることにより、前駆体組成物を得ることもできる。この場合にも、得られた前駆体組成物を乾燥後、熱処理することにより、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物を得ることができる。
Ptの有機金属塩としては、例えば、酢酸塩、プロピオン酸塩などから形成されるPtのカルボン酸塩、例えば、下記一般式(VIII)で示されるβ−ジケトン化合物またはβ−ケトエステル化合物、および/または、下記一般式(IX)で示されるβ−ジカルボン酸エステル化合物から形成されるPtの金属キレート錯体などが挙げられる。
(式(VIII)中、R6は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のフルオロアルキル基またはアリール基を示し、R7は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のフルオロアルキル基、アリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を示し、R8は、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示す。)
R10CH(COOR9)2 (IX)
(式(IX)中、R9は、炭素数1〜6のアルキル基を示し、R10は、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示す。)
一般式(VIII)および上記一般式(IX)中、R6、R7およびR9の炭素数1〜6のアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、s−ブチル、t−ブチル、t−アミル、t−ヘキシルなどが挙げられる。また、R8およびR10の炭素数1〜4のアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、s−ブチル、t−ブチルなどが挙げられる。
また、β−ジカルボン酸エステル化合物として具体的には、例えば、マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチルなどが挙げられる。
下層において、上記一般式(II)で示される、Ptを含有するペロブスカイト型複
合酸化物は、一般式ABO3で示されるペロブスカイト型の結晶構造を有する複合酸化物である。
また、Bサイトでは、Ce、ZrおよびPtが必ず配位され、さらに、R1で示される希土類元素が必ず配位される。
一般式(II)において、A2で示されるアルカリ土類金属としては、一般式(I)のA1で示されるアルカリ土類金属と同様の元素が挙げられ、これらアルカリ土類金属は、単独で用いてもよく、また、2種以上併用してもよい。
合を示している。すなわち、A2で示されるアルカリ土類金属は、0.8以上1.3以下の原子割合で必ず含まれている。rが0.8以上1.3以下であると、Ptを、より高い固溶率で、安定して固溶させることができる。rが1.3を超える場合には、上記の複合酸化物以外の副生成物を生じる場合がある。
また、一般式(II)のBサイトにおいて、tは、0<t<0.5の数値範囲のR1で示される希土類元素の原子割合を示している。すなわち、Bサイトでは、R1で示される希土類元素は、0を超えて0.5未満の原子割合で必ず含まれている。
そして、Bサイトでは、Ceは、1−(s+t+u)の数値範囲の原子割合で含まれている。すなわち、Bサイトにおいて、上記したZrと、Ptと、R1で示される希土類元素との合計(s+t+u)の残余(1−(s+t+u))の原子割合で含まれている。
一般式(II)で示される、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物において、Ptの固溶率は、特に制限されないが、好ましくは、50%以上であり、さらに好ましくは、80%以上である。Ptの固溶率が50%より小さいと、本発明の排ガス浄化用触媒を、高温雰囲気下で長期にわたって使用した場合に、Ptの粒成長を有効に抑制できない場合がある。
また、一般式(II)で示される、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物は、後述する一般式(V)で示されるセリア系複合酸化物を用いて製造することができる。
なお、この場合において、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物は、Ptを担持したホタル石型のセリア系複合酸化物との混合相として得られることがある。
前駆体組成物の熱処理(焼成)は、得られた前駆体組成物を、必要により水洗し、例えば、50〜100℃で1〜48時間乾燥させ、または、真空乾燥や通風乾燥などにより乾燥させた後、350〜1000℃、好ましくは、600〜1000℃、さらに好ましくは、700〜1000℃で、1〜48時間加熱する。焼成時の熱処理温度がこの温度よりも低いと、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物の生成割合が低下する場合がある。また、焼成時の熱処理温度がこの温度よりも高いと、Ptが劣化して、触媒活性が低下する場合がある。
(式(III)中、A3は、希土類元素およびアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1つの元素を示し、kは0.01<k<0.8の数値範囲の原子割合を示し、mは0<m≦0.2の数値範囲の原子割合を示し、nは酸素欠陥量を示す。)
A4 pB1 (1-q)PdqO3±δ'' (IV)
(式(IV)中、A4は、希土類元素およびアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、B1は、遷移元素(希土類元素およびPdを除く。)から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、pは、p≧0.8の数値範囲の原子割合を示し、qは、0<q≦0.5の数値範囲の原子割合を示し、δ''は、酸素過剰分または酸素不足分を示す。)
Pt/Ce1-(d+e)ZrdR3 eO2-f (V)
(式(V)中、R3は、希土類元素(Ceを除く。)およびアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、dは0.2≦d≦0.7の数値範囲の原子割合を示し、eは0≦e≦0.2の数値範囲の原子割合を示し、1−(d+e)は0.3≦1−(d+e)≦0.8の数値範囲の原子割合を示し、fは酸素欠陥量を示す。)
上層において、一般式(III)で示されるジルコニア系複合酸化物におけるA3で示される希土類元素としては、一般式(II)のR1で示される希土類元素と同様の元素が挙げられる。上記例示の希土類元素は、単独で用いてもよく、また、2種以上併用してもよい。また、例示の希土類元素のうち、好ましくは、Ce、La、Ndが挙げられ、さらに好ましくは、Ce、La、Ndの併用が挙げられる。
なお、A3として、希土類元素(Ceを除く。)およびアルカリ土類金属のうち、好ましくは、希土類元素(Ceを除く。)が挙げられる。
一般式(III)において、mは、0<m≦0.2の数値範囲のRhの原子割合を示す。mは、好ましくは、0<m≦0.05である。
一般式(III)で示されるジルコニア系複合酸化物において、酸化物の結晶構造は、立方晶、正方晶の蛍石型結晶構造であることが好適である。
組成として含有され、さらに、必要により担持されて含有されるRhの含有量は、その目的および用途により適宜決定されるが、その総量として、ジルコニア系複合酸化物に対して、例えば、0.08〜0.8重量%、好ましくは、0.1〜0.5重量%である。
このペロブスカイト型複合酸化物において、Aサイトでは、A4で示される希土類元素および/またはアルカリ土類金属が必ず配位される。
一般式(IV)において、A4で示される希土類元素としては、一般式(II)のR1で示される希土類元素と同様の元素が挙げられる。上記例示の希土類元素のうち、好ましくは、La、Nd、Yが挙げられ、さらに好ましくは、Laが挙げられる。上記例示の希土類元素は、単独で用いてもよく、また、2種以上併用してもよい。
一般式(IV)のAサイトにおいて、アルカリ土類金属は、希土類元素に対して、0.5以下の原子割合で含まれていることが好ましい。すなわち、Aサイトでは、A4で示される元素が、希土類元素のみであるか、または、希土類元素およびアルカリ土類元素を含み、アルカリ土類元素の原子割合が、希土類の原子割合に対して0.5以下であることが好ましい。とりわけ好ましくは、Aサイトでは、A4で示される元素が、希土類元素のみである。
一般式(IV)のBサイトにおいて、qは、0<q≦0.5の数値範囲のPdの原子割合を示す。すなわち、Bサイトでは、Pdが、0.5以下の原子割合で含まれている。Pdの原子割合が0.5を超えると、Pdが固溶しにくくなる場合があり、また、コストの上昇が不可避となる。qは、好ましくは、0<q≦0.2を示す。
なお、一般式(IV)において、δ''は、酸素過剰分または酸素不足分を示し、0または正の数で表される。より具体的には、ペロブスカイト型複合酸化物の理論構成比、A:B:O=1:1:3に対して、Aサイトの構成元素を過剰または不足にしたことにより生じる、酸素原子の過剰原子割合または不足原子割合を示している。
下層において、一般式(V)で示される、Ptが担持されたセリア系複合酸化物におけるR3で示される希土類元素(Ceを除く。)としては、一般式(II)のR1で示される希土類元素と同様の元素が挙げられる。上記例示の希土類元素のうち、Sc、Y、La、Pr、Ndが挙げられ、さらに好ましくは、Yが挙げられる。上記例示の希土類元素は、単独で用いてもよく、また、2種以上併用してもよい。
一般式(V)のR3で示される元素において、アルカリ土類金属は、希土類元素に対して、0.5以下の原子割合で含まれていることが好ましい。すなわち、R3は、希土類元素のみであるか、または、希土類元素およびアルカリ土類元素を含み、アルカリ土類元素の原子割合が、希土類の原子割合に対して0.5以下であることが好ましい。とりわけ好ましくは、R3は、希土類元素のみである。
一般式(V)において、eは、0≦e≦0.2の数値範囲のR3の原子割合を示す。すなわち、一般式(V)において、R3は必須成分ではなく、任意的に含まれる任意成分であって、含まれる場合には、0.2以下の原子割合である。eが0.2を超えると、相分離や他の複合酸化物相を生成する場合がある。
また、一般式(V)において、fは、酸素欠陥量を示し、0または正の数で表される。この酸素欠陥量は、酸化物結晶構造において、その結晶構造にできる空孔の割合を意味する。
また、一般式(V)で示されるセリア系複合酸化物に担持されるPtの担持量は、その目的および用途により適宜決定されるが、セリア系複合酸化物に対して、例えば、0.1〜1.0重量%、好ましくは、0.2〜0.7重量%である。
そして、上記した上層および下層は、例えば、触媒担体上にコート層として形成することができる。触媒担体としては、特に制限されず、例えば、コージェライトなどからなるハニカム状のモノリス担体など、公知の触媒担体が用いられる。
具体的には、まず、一般式(II)で示される、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物と、必要により、一般式(IV)で示される、Pdを含有するペロブスカイト型複合酸化物と、一般式(V)で示される、Ptが担持されたセリア系複合酸化物と、アルミナとに、水を加えてスラリーとした後、触媒担体上にコーティングし、50〜200℃で1〜48時間乾燥する。そして、さらに、350〜1000℃で1〜12時間焼成することにより、触媒担体上に下層を形成する。
次いで、Rhを含有するアルミナと、一般式(I)で示される、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物と、必要により、一般式(III)で示される、ジルコニア系複合酸化物とを、下層の場合と同様に、スラリーとした後、触媒担体上にコーティングする。そして、下層の場合と同様に乾燥し、さらに焼成することにより、下層上に上層を形成する。
その結果、本発明の排ガス浄化用触媒を使用すれば、高温下または酸化還元変動下、さらには長期使用時において、RhおよびPtの優れた排ガス浄化性能を発現させることができる。
できるので、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどの内燃機関やボイラな
どから排出される排気ガスを浄化するための排気ガス浄化用触媒として、有効に使用する
ことができる。
参考例1
(Rh/θ−Al2O3粉末の製造)
θアルミナに、硝酸ロジウム水溶液を含浸させ、乾燥後、電気炉にて、600℃で3時間熱処理(焼成)することにより、Rh担持θアルミナ粉末を得た。
参考例2
(Pt−Rh/θ−Al2O3粉末の製造)
θアルミナに、ジニトロジアンミン白金硝酸水溶液および硝酸ロジウム水溶液を含浸させ、乾燥後、電気炉にて、600℃で3時間熱処理(焼成)することにより、Pt−Rh担持θアルミナ粉末を得た。
参考例3
(Ca0.98Zr0.98Pt0.02O3-δ粉末の製造)
カルシウムイソプロポキシドをCa換算で0.098molと、ジルコニウムイソプロポキシドをZr換算で0.098molとを、500mL容量の丸底フラスコに加え、さらに、トルエン200mLを加えて撹拌し、溶解させることにより、混合アルコキシド溶液を調製した。この混合アルコキシド溶液に、脱イオン水を200mL滴下して加水分解したところ、白色の粘稠沈殿が生成した。そこで、この混合アルコキシド溶液からトルエンを留去して、スラリーとした後、このスラリーに、ジニトロジアンミン白金硝酸水溶液をPt換算で0.002mol加えて、室温下において1時間撹拌した。
参考例4
(Ce0.50Zr0.45Y0.05Oxide粉末の製造)
セリウムメトキシプロピレート[Ce(OCH(CH3)CH2OCH3)3]をCe換算で0.1molと、ジルコニウムメトキシプロピレート[Zr(OCH(CH3)CH2OCH3)3]をZr換算で0.09molと、イットリウムメトキシプロピレート[Y(OCH(CH3)CH2OCH3)3]をY換算で0.01molと、トルエン200mLとを配合して、撹拌溶解することにより、混合アルコキシド溶液を調製した。さらに、この混合アルコキシド溶液に、脱イオン水80mLを滴下して、加水分解した。
参考例5
(Ba1.0Ce0.498Zr0.448Y0.050Pt0.004Oxide+Pt/Ce0.50Zr0.45Y0.05Oxide粉末の製造)
参考例4で得られたCe0.50Zr0.45Y0.05Oxide粉末に、ジニトロジアンミン白金硝酸水溶液を含浸させ、乾燥後、電気炉にて、500℃で3時間熱処理(焼成)することにより、Pt担持Ce0.50Zr0.45Y0.05Oxide粉末を得た。
参考例6
(Zr0.78Ce0.16La0.02Nd0.04Oxide粉末の製造)
ジルコニウムメトキシプロピレートをZr換算で0.156molと、セリウムメトキシプロピレートをCe換算で0.032molと、ランタンメトキシプロピレート[La(OCH(CH3)CH2OCH3)3]をLa換算で0.004molと、ネオジムメトキシプロピレート[Nd(OCH(CH3)CH2OCH3)3]をNd換算で0.008molと、トルエン200mLとを配合して、撹拌溶解することにより、混合アルコキシド溶液を調製した。さらに、この混合アルコキシド溶液に、脱イオン水80mLを滴下して、加水分解した。
参考例7
(Rh/Zr0.778Ce0.160La0.020Nd0.040Rh0.002Oxide粉末の製造)
参考例6で得られたZr0.78Ce0.16La0.02Nd0.04Oxide粉末30gに、硝酸ロジウム水溶液(Rh換算で0.06g)を含浸させ、乾燥後、電気炉にて、800℃で3時間熱処理(焼成)することにより、Zr0.778Ce0.160La0.020Nd0.040Rh0.002Oxide粉末を得た。
この粉末のRh担持量は、粉末30gに対してRh0.1gの割合であった。
参考例8
(La1.02Fe0.95Pd0.05O3+δ''粉末の製造)
ランタンエトキシエチレート[La(OC2H4OEt)3]をLa換算で0.102molと、鉄エトキシエチレート[Fe(OC2H4OEt)3]をFe換算で0.095molとを、500mL容量の丸底フラスコに加え、さらに、トルエン200mLを加えて撹拌し、溶解させることにより、混合アルコキシド溶液を調製した。そして、トルエン100mLに、パラジウムアセチルアセトナート[PdII(acac)2]をPd換算で0.005mol溶解して、得られた溶液を、上記丸底フラスコ内の混合アルコキシド溶液に加えて、La、FeおよびPdを含む均一混合溶液を調製した。
次いで、減圧下においてトルエンおよび水分を留去して、LaFePd複合酸化物の前駆体を得た。さらに、この前駆体をシャーレに移し、60℃にて24時間通風し、乾燥させた後、大気中、電気炉にて、800℃で1時間熱処理(焼成)することにより、La1.02Fe0.95Pd0.05O3+δ''からなるPd含有ペロブスカイト型複合酸化物の黒褐色粉体を得た。この複合酸化物中のPd含有率は、2.15重量%であった。
参考例9
(Pt/Ce0.50Zr0.45Y0.05Oxide粉末の製造)
参考例4で得られたCe0.50Zr0.45Y0.05Oxide粉末に、ジニトロジアンミン白金硝酸水溶液を含浸させ、乾燥後、電気炉にて、600℃で3時間熱処理(焼成)することにより、Pt担持Ce0.50Zr0.45Y0.05Oxide粉末を得た。
実施例1
参考例5で得られたBa1.0Ce0.498Zr0.448Y0.050Pt0.004Oxide+Pt/Ce0.50Zr0.45Y0.05Oxide粉末、参考例8で得られたLa1.02Fe0.95Pd0.05O3+δ''粉末、参考例9で得られたPt担持Ce0.50Zr0.45Y0.05Oxide粉末およびθアルミナ粉末を、ボールミルにて混合および粉砕し、これに蒸留水を加えてスラリーを調製した。このスラリーを、モノリス担体の各セルの内表面にコーティングして、乾燥させた後、600℃で3時間焼成することにより、下層を形成した。
これにより、2層コートからなる排ガス浄化用触媒を得た。排ガス浄化用触媒全体でのPt、RhおよびPdの担持量は、それぞれ、0.5g/L、0.3g/Lおよび0.3g/Lであった。
比較例1
参考例5で得られたBa1.0Ce0.498Zr0.448Y0.050Pt0.004Oxide+Pt/Ce0.50Zr0.45Y0.05Oxide粉末、参考例8で得られたLa1.02Fe0.95Pd0.05O3+δ''粉末、参考例9で得られたPt担持Ce0.50Zr0.45Y0.05Oxide粉末およびθアルミナ粉末を、ボールミルにて混合および粉砕し、これに蒸留水を加えてスラリーを調製した。このスラリーを、モノリス担体の各セルの内表面にコーティングして、乾燥させた後、600℃で3時間焼成することにより、下層を形成した。
これにより、2層コートからなる排ガス浄化用触媒を得た。排ガス浄化用触媒全体でのPt、RhおよびPdの担持量は、それぞれ、0.6g/L、0.3g/Lおよび0.3g/Lであった。
性能評価
(1)耐久試験
V型8気筒、排気量4Lのガソリンエンジンを動力計ベンチに搭載し、このエンジンの各々のバンク(4気筒)に、上記実施例1および比較例1の各モノリス状触媒を、それぞれ連結して、図1に示すサイクルを1サイクル(30秒)として、このサイクルを48時間繰り返すことにより、耐久試験を実施した。
(2)CO−NOxクロス点浄化率の測定
直列4気筒、排気量1.5Lのガソリンエンジンに、上記実施例1および比較例1のモノリス状触媒を、それぞれ連結し、混合気が燃料リッチな状態からリーン状態に変化させつつ供給し、燃焼させたときの排ガスを、耐久後の排ガス浄化用触媒に供給した。そして、排ガス中のCOおよびNOxが、排ガス浄化用触媒で浄化される割合をそれぞれ測定して、COおよびNOxの浄化される割合が一致するときの浄化率を、CO−NOxクロス点浄化率として測定した。その結果を表1に示す。なお、この測定は、エンジンを実際に自動車に搭載させた状態ではなく、エンジンのみの状態で実施した。また、排ガス浄化用触媒に供給される排ガスは、その温度が460℃であり、その空間速度SVが90000/hに設定された。
(3)HC浄化温度の測定
直列4気筒、排気量1.5Lのガソリンエンジンを用い、理論空燃比(λ=1)を中心として、△λ=±3.4%(△A/F=±0.5A/F)の振幅を、周波数1Hzで与え、上記(1)の耐久試験に供した後の上記実施例1および比較例1の各モノリス状触媒について、HCの浄化率を測定した。空間速度SVは90000/hに設定された。
Claims (2)
- Rhを含有するアルミナと、下記一般式(I)で示される、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物とを含む上層と、
下記一般式(II)で示される、Ptを含有するペロブスカイト型複合酸化物を含む
下層と
を備えていることを特徴とする、排ガス浄化用触媒。
A1 xZr1-yPtyO3±δ (I)
(式(I)中、A1は、アルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、xは、0.8≦x≦1.3の数値範囲の原子割合を示し、yは、0<y≦0.5の数値範囲の原子割合を示し、δは、酸素過剰分または酸素不足分を示す。)
A2 rCe1-(s+t+u)ZrsR1 tPtuO3±δ' (II)
(式(II)中、A2は、アルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、R1は、希土類元素から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、rは、0.8≦r≦1.3の数値範囲の原子割合を示し、s、tおよびuは、0<s+t+u<1(0<s<0.5、0<t<0.5、0<u<0.5)の数値範囲の原子割合を示し、δ’は、酸素過剰分または酸素不足分を示す。) - 前記上層が、下記一般式(III)で示される、Rhを含有するジルコニア系複合酸化物をさらに含み、
前記下層が、下記一般式(IV)で示される、Pdを含有するペロブスカイト型複合酸化物と、下記一般式(V)で示される、Ptが担持されたセリア系複合酸化物と、アルミナとをさらに含んでいることを特徴とする、請求項1に記載の排ガス浄化用触媒。
Zr1-(k+m)A3 kRhmO2-n (III)
(式(III)中、A3は、希土類元素およびアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1つの元素を示し、kは0.01<k<0.8の数値範囲の原子割合を示し、mは0<m≦0.2の数値範囲の原子割合を示し、nは酸素欠陥量を示す。)
A4 pB1 (1-q)PdqO3±δ'' (IV)
(式(IV)中、A4は、希土類元素およびアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、B1は、遷移元素(希土類元素およびPdを除く。)から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、pは、p≧0.8の数値範囲の原子割合を示し、qは、0<q≦0.5の数値範囲の原子割合を示し、δ''は、酸素過剰分または酸素不足分を示す。)
Ce1-(d+e)ZrdR3 eO2-f (V)
(式(V)中、R3は、希土類元素(Ceを除く。)およびアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、dは0.2≦d≦0.7の数値範囲の原子割合を示し、eは0≦e≦0.2の数値範囲の原子割合を示し、1−(d+e)は0.3≦1−(d+e)≦0.8の数値範囲の原子割合を示し、fは酸素欠陥量を示す。)
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