JP2010099638A - Catalyst, catalyst for purifying exhaust gas, and method for manufacturing the catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、触媒の凝集、この凝集に伴う細孔の閉塞を抑制し、触媒同士の間隔を維持して比表面積を増大させ、600℃以下の比較的低い温度において触媒性能を向上させた触媒、排ガス浄化用触媒及び触媒の製造方法に関する。 The present invention suppresses catalyst agglomeration and pore clogging associated with the agglomeration, maintains the distance between the catalysts to increase the specific surface area, and improves the catalyst performance at a relatively low temperature of 600 ° C. or lower. The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst and a method for producing the catalyst.
従来、発電所や自動車等から排出される窒素酸化物等の除去のために、ペロブスカイト型複合酸化物を使用した触媒が検討されている。
例えば、ペロブスカイト型複合酸化物のTiサイトをPt等の貴金属で部分的に置換したペロブスカイト型複合酸化物を、塩基性金属酸化物(MgO等)の担体に担持させた窒素酸化物分解触媒が提案されている(特許文献1)
For example, a nitrogen oxide decomposition catalyst is proposed in which a perovskite complex oxide, in which the Ti site of a perovskite complex oxide is partially substituted with a noble metal such as Pt, is supported on a basic metal oxide (MgO, etc.) support. (Patent Document 1)
また、燃焼機関から排出される排ガス中のNOxを還元剤を用いないで直接分解し、除去する触媒として、一般式AB1−xMxO3+z(但しAはアルカリ土類元素から選ばれた1種の金属、Bはチタン族元素から選ばれた1種の金属、Mは鉄族、白金族又は銅族元素から選ばれた1種の金属、0<x<1、zは常温大気圧時における金属酸化物の酸素欠陥数或いは酸素過剰数)で表されるペロブスカイト型複合酸化物が提案されている(特許文献2)。
しかし、ペロブスカイト型複合酸化物は、原料粉末が焼成時(約600〜1000℃)の熱によって凝集してしまい、この凝集によって細孔が閉塞し、触媒の比表面積が低減して、吸着及び分解性能が低下する。
また、ペロブスカイト型複合酸化物を含有する触媒は、触媒を活性化するための温度が高く、800℃以上の温度では比較的高い触媒性能を示すものの、650℃以下の温度では殆ど触媒性能を示さない場合がある。なお、触媒性能とは、例えば窒素酸化物の吸着性能等をいう。
However, in the perovskite complex oxide, the raw material powder is agglomerated by the heat during firing (about 600 to 1000 ° C.), and this aggregation clogs the pores, reducing the specific surface area of the catalyst, and adsorbing and decomposing. Performance decreases.
In addition, the catalyst containing the perovskite complex oxide has a high temperature for activating the catalyst and exhibits a relatively high catalyst performance at a temperature of 800 ° C. or higher, but exhibits a catalytic performance at a temperature of 650 ° C. or lower. There may not be. The catalyst performance refers to, for example, nitrogen oxide adsorption performance.
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、触媒を構成するペロブスカイト型複合酸化物同士の間隔を維持して比表面積を増大させると共に、600℃以下の比較的低い温度において触媒性能(例えばNOx等の吸着率等)を向上させることが可能な触媒、排ガス浄化用触媒及び触媒の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object of the present invention is to increase the specific surface area while maintaining the distance between the perovskite complex oxides constituting the catalyst. Another object of the present invention is to provide a catalyst capable of improving the catalyst performance (for example, the adsorption rate of NOx or the like) at a relatively low temperature of 600 ° C. or lower, an exhaust gas purifying catalyst, and a method for producing the catalyst.
本発明者らは、上記目的を達成するべく鋭意検討を重ねた結果、ペロブスカイト型複合酸化物同士の凝集を抑制し、間隔を維持することが可能となる複合酸化物スペーサーを設けると共に、貴金属を担持させることによって、上記目的を達成することができることを見出し、本発明を完成した。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have provided a composite oxide spacer that can suppress the aggregation of the perovskite complex oxides and maintain the spacing, The present inventors have found that the above object can be achieved by supporting the present invention and completed the present invention.
即ち、本発明の触媒は、一般式A1−xA’xB1−yB’yO3−δ(一般式中のAは、アルカリ土類金属から成る群より選ばれた少なくとも1種の元素であり、A’は、希土類元素から成る群より選ばれた少なくとも1種の元素であり、Bは、遷移元素から成る群より選ばれた少なくとも1種の元素であり、B’は、金属元素から成る群より選ばれた少なくとも1種の元素であり、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦δ≦1.5を示す)で表されるペロブスカイト型複合酸化物と、複合酸化物スペーサーと、貴金属から成り、且つBET法で算出される比表面積が20〜50m2/gである。 That is, the catalyst of the present invention have the general formula A 1-x A 'x B 1-y B' y O 3-δ (A in the formula is at least one selected from the group consisting of alkaline earth metals A ′ is at least one element selected from the group consisting of rare earth elements, B is at least one element selected from the group consisting of transition elements, and B ′ is A perovskite-type complex oxide represented by at least one element selected from the group consisting of metal elements, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ δ ≦ 1.5), The specific surface area which consists of a complex oxide spacer and a noble metal and is calculated by the BET method is 20 to 50 m 2 / g.
本発明の触媒の製造方法は、金属アルコキシドを含有するゾルを形成する工程と、水を溶媒として、ペロブスカイト型複合酸化物及び貴金属塩を含有するスラリーを形成する工程と、上記ゾル及びスラリーを混合し乾燥して、焼成する工程を含む。 The method for producing a catalyst of the present invention comprises a step of forming a sol containing a metal alkoxide, a step of forming a slurry containing a perovskite complex oxide and a noble metal salt using water as a solvent, and mixing the sol and the slurry. And drying and firing.
本発明の触媒の製造方法は、金属アルコキシドを含有するゾルを形成する工程と、水を溶媒として、ペロブスカイト型複合酸化物を含有する第1のスラリーを形成する工程と、上記ゾル及び第1のスラリーを混合し乾燥して、焼成することでペロブスカイト型複合酸化物及び複合酸化物スペーサーを含有する粉末を形成する工程と、水を溶媒として上記粉末及び貴金属塩を含有する第2のスラリーを形成する工程と、上記第2のスラリーを混合し乾燥して、焼成する工程とを含む。 The method for producing a catalyst of the present invention includes a step of forming a sol containing a metal alkoxide, a step of forming a first slurry containing a perovskite complex oxide using water as a solvent, the sol and the first sol The slurry is mixed, dried, and fired to form a powder containing the perovskite complex oxide and the complex oxide spacer, and the second slurry containing the powder and the noble metal salt is formed using water as a solvent. And a step of mixing, drying and baking the second slurry.
本発明は、一般式A1−xA’xB1−yB’yO3−δで表されるペロブスカイト型複合酸化物に、複合酸化物スペーサーを設け、さらに貴金属を含有させたことにより、凝集や細孔の閉塞が抑制され、触媒の比表面積を増大させると共に、比較的低い温度において、NOxの吸着率等の触媒性能を向上させた触媒、排ガス浄化用触媒及び触媒の製造方法を提供することができる。 The present invention is, in general formula A 1-x A 'x B 1-y B' perovskite complex oxide represented by y O 3-δ, by a composite oxide spacers provided, and further contain a noble metal A catalyst, an exhaust gas purifying catalyst, and a method for producing the catalyst, in which aggregation and pore clogging are suppressed, the specific surface area of the catalyst is increased, and the catalyst performance such as the NOx adsorption rate is improved at a relatively low temperature. Can be provided.
以下、本発明の触媒について、図面に基づき詳細に説明する。なお、本明細書において、濃度、含有量及び配合量などのついての「%」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。 Hereinafter, the catalyst of this invention is demonstrated in detail based on drawing. In the present specification, “%” for concentration, content, blending amount, etc. represents mass percentage unless otherwise specified.
図2(d)は、本発明の触媒の構成の一例を概念的に示す模式図である。なお、図2(c)は、凝集が生じているペロブスカイト型複合酸化物の一例を概念的に示す模式図である。
図2(d)に示すように、本例の触媒1は、一般式A1−xA’xB1−yB’yO3−δで表されるペロブスカイト型複合酸化物2と、このペロブスカイト型複合酸化物2から突出するように形成された、種々の形状を有する複合酸化物スペーサー3と、貴金属4から成るものである。
FIG.2 (d) is a schematic diagram which shows notionally an example of a structure of the catalyst of this invention. FIG. 2C is a schematic diagram conceptually showing an example of a perovskite complex oxide in which aggregation occurs.
As shown in FIG. 2 (d), catalyst 1 of the present embodiment includes a general formula A 1-x A 'x B 1-y B' y O 3-δ perovskite-
本例の触媒1は、複合酸化物スペーサー3を含有していることによって、ペロブスカイト型複合酸化物2同士の凝集や、凝集による細孔の閉塞が抑制され、BET法により算出される比表面積を20〜50m2/gに増大させることができる。なお、通常、触媒に使用されるペロブスカイト型複合酸化物は、BET法により算出される比表面積が10m2/g以下である。
Since the catalyst 1 of this example contains the
本例の触媒1は、ペロブスカイト複合酸化物及び複合酸化物スペーサーに、さらに貴金属を含有するものであるため、この貴金属によりNOがNO2に酸化される反応が促進される。排ガス中のNOxは、NO2に酸化されることによってペロブスカイト型複合酸化物に吸着され易くなる。このように、NOをNO2に酸化する反応は、NOxを触媒に吸着、浄化反応の律速段階となる。貴金属によるNO2の生成によって、650℃以下の比較的低い温度で、窒素酸化物(NO)の吸着率等の触媒性能を高めることができる。
このように本例の触媒は、650℃以下の比較的低い温度で高い触媒性能を示すため、触媒を担持させる担体への熱衝撃が少なくなり、比較的薄い担体に触媒を担持させることができるため、触媒を用いた浄化装置等を小型化することが可能である。
Since the catalyst 1 of this example further contains a noble metal in the perovskite complex oxide and the complex oxide spacer, a reaction in which NO is oxidized to NO 2 is promoted by the noble metal. NOx in the exhaust gas is easily adsorbed to the perovskite complex oxide by being oxidized to NO 2 . Thus, the reaction of oxidizing NO to NO 2 is the rate-determining step for the adsorption and purification reaction of NOx on the catalyst. Generation of NO 2 by the noble metal can improve the catalyst performance such as the adsorption rate of nitrogen oxide (NO) at a relatively low temperature of 650 ° C. or less.
Thus, since the catalyst of this example shows high catalyst performance at a relatively low temperature of 650 ° C. or less, thermal shock to the support on which the catalyst is supported is reduced, and the catalyst can be supported on a relatively thin support. Therefore, it is possible to reduce the size of the purification device using the catalyst.
上記複合酸化物スペーサー3は、図2(d)に示すように、柱状スペーサー3a,板状スペーサー3b,シートを丸めたような筒状スペーサー3c、シート状スペーサー3d、先端が尖った針状スペーサー3e等の種々の形態を有している。また、複合酸化物スペーサー3は、柱状スペーサー3aや針状スペーサー3eのようにペロブスカイト型複合酸化物2から鉛直方向にまっすぐ伸びた状態のものや、シート状3dのように曲線を有しながら伸びた状態のものも含まれる。
As shown in FIG. 2D, the
本例の触媒1を構成するペロブスカイト型複合酸化物2は、一般式A1−xA’xB1−yB’yO3−δ一般式中のAは、アルカリ土類金属から成る群より選ばれた少なくとも1種の元素であり、A’は、希土類元素から成る群より選ばれた少なくとも1種の元素であり、Bは、遷移元素から成る群より選ばれた少なくとも1種の元素であり、B’は、金属元素から成る群より選ばれた少なくとも1種の元素であり、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦δ≦1.5で表されるものである。
ここで、元素Aのアルカリ土類金属としては、好ましくはBa(バリウム)、Ca(カルシウム)又はSr(ストロンチウム)であり、より好ましくはBaである。
また、元素A’の希土類元素としては、好ましくはLa(ランタン)、Nd(ネオジム)、Sm(サマリウム)、Eu(ユーロピウム)、Gd(ガドリウム)又はY(イットリウム)であり、より好ましくはLaである。
Here, the alkaline earth metal of the element A is preferably Ba (barium), Ca (calcium) or Sr (strontium), and more preferably Ba.
The rare earth element of the element A ′ is preferably La (lanthanum), Nd (neodymium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium) or Y (yttrium), more preferably La. is there.
元素Bの遷移元素としては、好ましくはMn(マンガン)、Fe(鉄)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)又はCu(銅)であり、より好ましくはMnである。
元素B’の金属元素としては、元素の周期表の1〜14属の金属元素が挙げられ、好ましくはMg(マグネシウム)又は遷移元素が挙げられ、より好ましくはMg、Fe、Zr(ジルコニウム)、Ni、Sn(錫)、Ta(タンタル)、Co(コバルト)、Cr(クロム)、Cu、Ga(ガリウム)、In(インジウム)又はCe(セリウム)が挙げられ、特に好ましくはMgである。
The transition element of element B is preferably Mn (manganese), Fe (iron), Co (cobalt), Ni (nickel), or Cu (copper), and more preferably Mn.
Examples of the metal element of element B ′ include metal elements belonging to Group 1 to 14 of the periodic table of elements, preferably Mg (magnesium) or transition elements, more preferably Mg, Fe, Zr (zirconium), Ni, Sn (tin), Ta (tantalum), Co (cobalt), Cr (chromium), Cu, Ga (gallium), In (indium) or Ce (cerium) can be mentioned, and Mg is particularly preferable.
上記一般式A1−xA’xB1−yB’yO3−δ中、xは、0≦x≦1であり、好ましくは0<x≦0.5であり、より好ましくは0.1≦x≦0.3である。
上記一般式中、yは、0≦y≦1であり、好ましくは0<y≦0.5であり、0.2≦y≦0.3である。
また、上記一般式中、δは、0≦δ≦1.5である。
上記一般式中のx,y,δの数値が、上記範囲内であれば、本例の触媒を形成するペロブスカイト型複合酸化物の組成比として好適である。
Among the general formula A 1-x A 'x B 1-y B' y O 3-δ, x is 0 ≦ x ≦ 1, is preferably 0 <x ≦ 0.5, more preferably 0 .Ltoreq.x.ltoreq.0.3.
In the above general formula, y is 0 ≦ y ≦ 1, preferably 0 <y ≦ 0.5, and 0.2 ≦ y ≦ 0.3.
In the above general formula, δ is 0 ≦ δ ≦ 1.5.
If the numerical values of x, y, and δ in the above general formula are within the above ranges, it is suitable as the composition ratio of the perovskite complex oxide that forms the catalyst of this example.
ペロブスカイト型複合酸化物の二次粒子の平均粒子径は、好ましくは10nm〜3μmである。なお、ペロブスカイト型複合酸化物の二次粒子の最小粒子径は10nm程度であることが好ましく、最大粒子径は3μm程度であることが好ましい。
ここで、二次粒子とは、一次粒子が集合したものであり、一次粒子とは、一般的に粉末を構成する最も小さい粒子のことをいう。また、二次粒子とは、一次粒子が集合してできた粒子のことをいう。
ペロブスカイト型複合酸化物の二次粒子の平均粒径が10nm未満であると、複合スペーサー(例えば柱状スペーサー3aと針状スペーサー3e)の間隔からペロブスカイト型複合酸化物が抜け出てしまい、凝集を抑制することができない場合がある。一方、上記二次粒子の平均粒径が3μmを超えると、複合酸化物スペーサーを設けた場合であっても、比表面積を増大させることができない。
The average particle diameter of the secondary particles of the perovskite complex oxide is preferably 10 nm to 3 μm. The minimum particle size of the secondary particles of the perovskite complex oxide is preferably about 10 nm, and the maximum particle size is preferably about 3 μm.
Here, the secondary particles are a collection of primary particles, and the primary particles generally mean the smallest particles constituting the powder. Secondary particles refer to particles formed by aggregating primary particles.
When the average particle size of the secondary particles of the perovskite complex oxide is less than 10 nm, the perovskite complex oxide escapes from the interval between the complex spacers (for example, the
本例の触媒1を構成する複合酸化物スペーサーは、アスペクト比が1〜50であることが好ましい。
複合酸化物スペーサーのアスペクト比とは、立体構造を有する複合酸化物スペーサーの最も大きい面積を占める部位の長辺と短辺の比率をいう。
例えば図2(d)に示す板状スペーサー3bの場合は、板状スペーサー3bの最も大きい面積を示す部位の長辺bxと短辺byの比率(bx/by)を、複合酸化物スペーサーのアスペクト比とする。
複合酸化物スペーサーのアスペクト比が50を超えると、複合酸化物スペーサーの強度的に弱くなり、熱によって複合酸化物スペーサーが壊れやすくなる場合がある。
The composite oxide spacer constituting the catalyst 1 of this example preferably has an aspect ratio of 1-50.
The aspect ratio of the composite oxide spacer refers to the ratio of the long side to the short side of the portion occupying the largest area of the composite oxide spacer having a three-dimensional structure.
For example, in the case of the plate-
When the aspect ratio of the composite oxide spacer exceeds 50, the composite oxide spacer becomes weak in strength, and the composite oxide spacer may be easily broken by heat.
また、複合酸化物スペーサーを構成する元素は、本例の触媒を構成するペロブスカイト型複合酸化物を構成する元素のうち、少なくとも1種の元素を含むものであることが好ましい。
複合酸化物スペーサーが形成されるメカニズムは、まだ解明されていないが、ペロブスカイト型複合酸化物の一部が変形し、及び/又は、ペロブスカイト型複合酸化物を構成する元素の一部が抜け出して複合酸化物スペーサーが形成されている推測される。
Moreover, it is preferable that the element which comprises a complex oxide spacer contains at least 1 sort (s) of elements among the elements which comprise the perovskite type complex oxide which comprises the catalyst of this example.
The mechanism by which the complex oxide spacer is formed is not yet elucidated, but a part of the perovskite complex oxide is deformed and / or a part of the elements constituting the perovskite complex oxide escapes and is complex. It is presumed that an oxide spacer is formed.
複合酸化物スペーサーは、ペロブスカイト型複合酸化物を構成する元素の種類及び元素の含有量によっても変化するが、複合酸化物スペーサーは、Ba−Mn−Mg複合酸化物を含むものであることが好ましい。 The composite oxide spacer varies depending on the kind of element constituting the perovskite composite oxide and the content of the element, but the composite oxide spacer preferably contains a Ba—Mn—Mg composite oxide.
貴金属は、Pt、Pd、Rhから成る群より選ばれた少なくとも1種であることが好ましく、Ptであることがより好ましい。 The noble metal is preferably at least one selected from the group consisting of Pt, Pd and Rh, more preferably Pt.
貴金属の粒子径は、ペロブスカイト型複合酸化物の二次粒子の粒子径よりも小さいものであることが好ましい。
ペロブスカイト型複合酸化物の二次粒子の最小粒子径は、10nm程度であるので、貴金属の粒子径は、具体的には10nm以下であることが好ましい。
The particle diameter of the noble metal is preferably smaller than the particle diameter of the secondary particles of the perovskite complex oxide.
Since the minimum particle size of the secondary particles of the perovskite complex oxide is about 10 nm, the particle size of the noble metal is preferably 10 nm or less.
触媒中の貴金属が作用することによって、排ガス中のNOがNO2に酸化される。排ガス中のNOxは、NO2に酸化されることによってペロブスカイト型複合酸化物に吸着され易くなる。そして、ペロブスカイト型複合酸化物に吸着されたNO2が還元されて、排ガス浄化が促進される。このように、本例の触媒は、ペロブスカイト型複合酸化物及び貴金属の相互作用によって、触媒性能が高められる。
貴金属の粒子径が、ペロブスカイト型複合酸化物の二次粒子の粒子径と同じ又はこれよりも大きいものであると、貴金属が、ペロブスカイト型複合酸化物の表面や、ペロブスカイト型複合酸化物と複合酸化物スペーサーの間に担持されにくくなる。その結果、貴金属が単独で作用し、ペロブスカイト型複合酸化物との相互作用が生じにくくなってしまうので、触媒性能が向上されない場合がある。
By noble metal in the catalyst to act, NO in the exhaust gas is oxidized to NO 2. NOx in the exhaust gas is easily adsorbed to the perovskite complex oxide by being oxidized to NO 2 . Then, NO 2 adsorbed on the perovskite complex oxide is reduced, and exhaust gas purification is promoted. Thus, the catalyst performance of the catalyst of this example is enhanced by the interaction between the perovskite complex oxide and the noble metal.
If the particle size of the noble metal is the same as or larger than the particle size of the secondary particles of the perovskite complex oxide, the noble metal may be combined with the surface of the perovskite complex oxide or with the perovskite complex oxide. It becomes difficult to be supported between the object spacers. As a result, the noble metal acts alone and the interaction with the perovskite complex oxide is less likely to occur, so the catalyst performance may not be improved.
本例のペロブスカイト型複合酸化物と、複合酸化物スペーサーと、貴金属から成る触媒は、そのまま粉末状で使用することも可能であり、粒状やペレット状に成形して使用することも可能である。
また、本例の触媒を、セラミックスや金属酸化物等から成る耐火性無機担体に担持させて、排ガス浄化用触媒として使用してもよい。本例の触媒を電極触媒として使用してもよい。
耐火性無機担体としては、例えば、コージエライトや、フェライト系ステンレス、アルミナ等から成るハニカム状担体などを使用することができる。
このような耐火性無機担体に、本例の触媒を担持させる方法としては、例えば、本例の触媒と水とを混合してスラリーを形成し、このスラリーを耐火性無機担体に被覆して、担持させる方法等が挙げられる。
The catalyst composed of the perovskite complex oxide, complex oxide spacer, and noble metal of this example can be used as it is in powder form, or can be used after being molded into a granular form or pellet form.
Further, the catalyst of this example may be supported on a refractory inorganic carrier made of ceramics, metal oxide or the like and used as an exhaust gas purification catalyst. The catalyst of this example may be used as an electrode catalyst.
As the refractory inorganic carrier, for example, a cordierite, a honeycomb carrier made of ferrite stainless steel, alumina, or the like can be used.
As a method of supporting the catalyst of this example on such a refractory inorganic carrier, for example, the catalyst of this example and water are mixed to form a slurry, and this slurry is coated on the refractory inorganic carrier, The method of carrying | supporting etc. is mentioned.
次に、本発明の触媒の製造方法の好ましい第1の実施形態について説明する。
本例の触媒の製造方法は、金属アルコキシドを含有するゾルを形成する工程と、水を溶媒としてペロブスカイト型複合酸化物を含有するスラリーを形成する工程と、上記スラリーに、貴金属塩及び上記ゾルを添加し混合し乾燥して、焼成する工程を含む。
Next, a preferred first embodiment of the method for producing a catalyst of the present invention will be described.
The method for producing a catalyst of this example includes a step of forming a sol containing a metal alkoxide, a step of forming a slurry containing a perovskite complex oxide using water as a solvent, and a noble metal salt and the sol in the slurry. Adding, mixing, drying and firing.
金属アルコキシドを含有するゾルは、金属アルコキシド、アルコール類、水、硝酸を含むものであることが好ましい。 The sol containing a metal alkoxide preferably contains a metal alkoxide, alcohols, water, and nitric acid.
金属アルコキシドとしては、金属イソプロポキシドを用いることが好ましく、例えばチタニウムテトライソプロポキシド、アルミニウムイソプロポキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド等を用いることができるが、これらの例に限定されるものではない。 As the metal alkoxide, metal isopropoxide is preferably used. For example, titanium tetraisopropoxide, aluminum isopropoxide, zirconium tetraisopropoxide, and the like can be used, but are not limited to these examples. .
アルコール類としては、水酸基を1個有するアルコール類、例えばメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1ブタンノール、2−ブタノール等、及び/又は、水酸基を2個有するジオール類、例えばエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール,2,3−ブタンジオール、2,4−ペンタンジオール等を用いることができる。
中でも、1,3−ブタンジオールを用いることが好ましい。
Examples of alcohols include alcohols having one hydroxyl group, such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, and / or diols having two hydroxyl groups, such as ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-butanediol, 2,3-butanediol, 2,4-pentanediol and the like can be used.
Among these, 1,3-butanediol is preferably used.
ゾルを形成する各成分の割合としては、アルコール;80〜90%、水;0.5〜1.5%。硝酸;1.0〜2.0%、金属アルコキシド8.0〜20.0%が好ましい。
上記各成分を混合した混合物を常温にて1〜5時間程度撹拌し、ゾルを得ることができる。
As a ratio of each component which forms sol, alcohol; 80-90%, water; 0.5-1.5%. Nitric acid: 1.0-2.0%, metal alkoxide 8.0-20.0% are preferable.
The mixture obtained by mixing the above components can be stirred at room temperature for about 1 to 5 hours to obtain a sol.
スラリーのペロブスイカイト型複合酸化物と水との混合比は、特に限定されないが、1:10〜1:100であることが好ましい。 The mixing ratio of the perovskite complex oxide and water in the slurry is not particularly limited, but is preferably 1:10 to 1: 100.
ペロブスカイト型複合酸化物は、二次粒子の平均粒子径が10nm〜3μmのものを用いることが好ましい。
水に添加するペロブスカイト型複合酸化物が、上記範囲内の平均粒子径のものであると、凝集抑制効果がはたらき、触媒の高比表面積を維持することができる。
As the perovskite complex oxide, it is preferable to use a secondary particle having an average particle diameter of 10 nm to 3 μm.
When the perovskite complex oxide added to water has an average particle diameter within the above range, the aggregation suppressing effect is exerted and the high specific surface area of the catalyst can be maintained.
貴金属塩としては、塩化白金酸(H2PtCl6)、ヘキサアンミン白金塩化物([Pt[NH3]6Cl4])、ジニトロジアンミン白金(Pt(NO2)2(NH3)2)、塩化パラジウム(PdCl2、H2PdCl4)、テトラアンミンパラジウム塩化物(Pd(NH3)4Cl2)、塩化ロジウム(RhCl3)等を用いることができる。 As the noble metal salt, chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ), hexaammine platinum chloride ([Pt [NH 3 ] 6 Cl 4 ]), dinitrodiammine platinum (Pt (NO 2 ) 2 (NH 3 ) 2 ), Palladium chloride (PdCl 2 , H 2 PdCl 4 ), tetraammine palladium chloride (Pd (NH 3 ) 4 Cl 2 ), rhodium chloride (RhCl 3 ) and the like can be used.
貴金属単体の粉末等をスラリーに添加してもよいが、貴金属塩の方が安定であり、取り扱いが容易である。
貴金属単体の粉末等をスラリーに添加した場合、担持状態が偏ったり、基材と貴金属との間に相互作用が生じにくくなるおそれがある。即ち、貴金属単体の粉末が基材上に物理的に乗っているだけの状態になるため、使用中に貴金属が基材上に固定されにくい。
これに対して、貴金属塩を用いて、この貴金属塩をスラリー(又は溶液)に添加すると、スラリー(又は溶液)中で貴金属イオンとして存在するため、貴金属担持状態が偏ることなく、分散性良く担持される。また、基材との相互作用も得やすくなるため、強固な結合となり、貴金属が基材上に安定的に固定される。これらの理由から貴金属塩を用いることが好ましい。
Noble metal powder or the like may be added to the slurry, but the noble metal salt is more stable and easy to handle.
When a noble metal powder or the like is added to the slurry, the carrying state may be biased or the interaction between the base material and the noble metal may be less likely to occur. That is, since the powder of the noble metal simple substance is only physically on the base material, the noble metal is hardly fixed on the base material during use.
On the other hand, when this noble metal salt is added to the slurry (or solution) using a noble metal salt, it is present as noble metal ions in the slurry (or solution), so that the noble metal loading state is not biased and is supported with good dispersibility. Is done. Moreover, since it becomes easy to obtain interaction with a base material, it becomes a strong bond and a noble metal is stably fixed on the base material. For these reasons, it is preferable to use a noble metal salt.
貴金属の添加量としては、貴金属を含む触媒の全量100%に対して、5%以下となるように添加することが好ましい。
貴金属の添加量が、貴金属を含む触媒の全量100%に対して、5%を超えると、貴金属の量が多く成りすぎるため、凝集しやすく貴金属の粒成長が促進される傾向がある。貴金属の粒成長が促進されてしまうと、触媒活性が低くなるおそれがある。そのため、貴金属を過剰量添加しても、貴金属を添加した分の触媒活性が得られない場合がある。
The addition amount of the noble metal is preferably 5% or less with respect to 100% of the total amount of the catalyst containing the noble metal.
When the addition amount of the noble metal exceeds 5% with respect to 100% of the total amount of the catalyst containing the noble metal, the amount of the noble metal is excessively increased, so that aggregation of the noble metal tends to be promoted. If the noble metal grain growth is promoted, the catalytic activity may be lowered. For this reason, even if an excessive amount of the noble metal is added, the catalytic activity corresponding to the addition of the noble metal may not be obtained.
上記ゾル及びスラリーを混合する温度及び時間は、常温で1〜2時間程度である。
上記ゾル及びスラリーを混合した混合物の焼成温度としては、好ましくは400〜600℃、より好ましくは500〜600℃である。また、焼成時間は、好ましくは1.0〜3.0時間、より好ましくは1.5〜2.0時間程度である。
The temperature and time for mixing the sol and slurry are about 1 to 2 hours at room temperature.
As a calcination temperature of the mixture which mixed the said sol and slurry, Preferably it is 400-600 degreeC, More preferably, it is 500-600 degreeC. The firing time is preferably about 1.0 to 3.0 hours, more preferably about 1.5 to 2.0 hours.
次に、本発明の触媒の製造方法の好ましい第2の実施形態について説明する。
本例の触媒の製造方法は、金属アルコキシドを含有するゾルを形成する工程と、
水を溶媒としてペロブスカイト型複合酸化物を含有する第1のスラリーを形成する工程と、上記ゾル及び第1のスラリーを混合し乾燥して、焼成することでペロブスカイト型複合酸化物及び複合酸化物スペーサーを含有する粉末を形成する工程と、水を溶媒として上記粉末及び貴金属塩を含有する第2のスラリーを形成する工程と、上記第2のスラリーを混合し乾燥して、焼成する工程とを含む。
Next, a second preferred embodiment of the method for producing a catalyst of the present invention will be described.
The method for producing the catalyst of this example includes a step of forming a sol containing a metal alkoxide,
A step of forming a first slurry containing a perovskite complex oxide using water as a solvent, and a mixture of the sol and the first slurry, dried, and fired to produce a perovskite complex oxide and a complex oxide spacer. Forming a second slurry containing the powder and the noble metal salt using water as a solvent, and mixing, drying, and firing the second slurry. .
本例の触媒の製造方法のように、複合酸化物スペーサー及びペロブスカイト型複合酸化物を含む粉末を形成し、その後、ペロブスカイト型複合酸化物の表面や、ペロブスカイト型複合酸化物と複合酸化物スペーサーの間に、貴金属を担持させた触媒を形成してもよい(図2(d)参照)。
なお、触媒の製造方法の第2の実施形態において、ゾルやスラリーの原料、スラリー等を混合する温度及び時間、焼成時間等は、第1の実施形態と同様の方法を用いる。
As in the catalyst production method of this example, a powder containing a composite oxide spacer and a perovskite composite oxide is formed, and then the surface of the perovskite composite oxide and the perovskite composite oxide and composite oxide spacer are formed. In the meantime, a catalyst supporting a noble metal may be formed (see FIG. 2D).
In the second embodiment of the catalyst production method, the same method as in the first embodiment is used for the temperature and time for mixing the sol and slurry raw materials, the slurry, etc., the firing time, and the like.
本発明の触媒、排ガス浄化用触媒及び触媒の製造方法によれば、ペロブスカイト型複合酸化物に複合酸化物スペーサーを設けているので、この複合酸化物スペーサーによって、ペロブスカイト型複合酸化物の凝集や、この凝集に伴う細孔の閉塞を抑制することができ、触媒の比表面積を増大させることができる。また、本発明の触媒は、複合酸化物スペーサーによって、高温下においても、ペロブスカイト型複合酸化物同士の間隔が維持される。
本発明の触媒1は、ペロブスカイト複合酸化物及び複合酸化物スペーサーに、さらに貴金属を含有するものであるため、この貴金属によりNOがNO2に酸化される反応が促進され、650℃以下の比較的低い温度で触媒性能を高めることができる。
According to the catalyst of the present invention, the exhaust gas purifying catalyst, and the method for producing the catalyst, since the composite oxide spacer is provided in the perovskite composite oxide, the composite oxide spacer allows aggregation of the perovskite composite oxide, The blockage of the pores accompanying this aggregation can be suppressed, and the specific surface area of the catalyst can be increased. In the catalyst of the present invention, the interval between the perovskite complex oxides is maintained by the complex oxide spacer even at high temperatures.
Since the catalyst 1 of the present invention further contains a noble metal in the perovskite complex oxide and the complex oxide spacer, a reaction in which NO is oxidized to NO 2 by this noble metal is promoted, and a relatively low temperature of 650 ° C. or less. Catalyst performance can be enhanced at low temperatures.
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
本例は、第2の実施形態の製造方法により、触媒を製造した。
[ゾルの形成工程]
1,3−ブタンジオール:70g(85.5%)と、水:0.8g(0.97%)と、硝酸(濃度:60%):1.0g(1.2%)とを混合し、撹拌した。この混合物に、チタニウムテトライソプロポキシド:10g(12.2%)を1時間かけて添加し、その後、各成分が添加された混合物を常温で4時間撹拌し、ゾルを形成した。
[第1のスラリー形成工程]
セイミケミカル社製のクエン酸法で作製した試料(ペロブスカイト型複合酸化物:Ba00.8La0.2Mn0.8Mg0.2O3、二次粒子の平均粒径600nm)と、水とを、1:30の割合で混合し、第1のスラリーを得た。
Example 1
In this example, a catalyst was produced by the production method of the second embodiment.
[Sol formation process]
1,3-butanediol: 70 g (85.5%), water: 0.8 g (0.97%), and nitric acid (concentration: 60%): 1.0 g (1.2%) were mixed. , Stirred. To this mixture, titanium tetraisopropoxide: 10 g (12.2%) was added over 1 hour, and then the mixture to which each component was added was stirred at room temperature for 4 hours to form a sol.
[First slurry forming step]
A sample (perovskite complex oxide: Ba0 0.8 La 0.2 Mn 0.8 Mg 0.2 O 3 , average particle size of secondary particles 600 nm) prepared by the citric acid method manufactured by Seimi Chemical Co., Ltd., and water Were mixed at a ratio of 1:30 to obtain a first slurry.
[粉末形成工程]
上記ゾル及び第1のスラリーを混合し、常温で1時間撹拌した後、150℃で2時間乾燥し、粉末を形成した。この粉末を空気中において550℃で2時間焼成し、ペロブスカイト型複合酸化物及び複合酸化物スペーサーを含む粉末を得た。
[Powder formation process]
The sol and the first slurry were mixed and stirred at room temperature for 1 hour, and then dried at 150 ° C. for 2 hours to form a powder. This powder was fired in air at 550 ° C. for 2 hours to obtain a powder containing a perovskite complex oxide and a complex oxide spacer.
[第2のスラリー形成工程]
水にヘキサアンミン白金塩化物:4.98gを添加し、1時間撹拌し、次に、上記粉末:5.0gを添加し、さらに30分撹拌して、第2のスラリーを得た。この第2のスラリーを50℃で乾燥し、粉末状物を得た。
なお、ヘキサアンミン白金塩化物は、貴金属を含む触媒の全量100%に対して、約1.0%となるように添加した。
[Second slurry forming step]
Hexammine platinum chloride: 4.98 g was added to water and stirred for 1 hour, then the above powder: 5.0 g was added, and the mixture was further stirred for 30 minutes to obtain a second slurry. This second slurry was dried at 50 ° C. to obtain a powder.
In addition, hexaammine platinum chloride was added so that it might become about 1.0% with respect to 100% of the total amount of the catalyst containing a noble metal.
[焼成工程]
第2のスラリーを乾燥して得られた粉末状物を、空気中において400℃で2時間焼成し、粉末状の触媒を製造した。
[Baking process]
The powdery material obtained by drying the second slurry was calcined in air at 400 ° C. for 2 hours to produce a powdered catalyst.
実施例1の触媒は、ペロブスカイト型複合酸化物の間にシート状や柱状の複合酸化物スペーサーが形成され、ペロブスカイト型複合酸化物の表面と、ペロブスカイト型複合酸化物と複合酸化物スペーサーの間に、貴金属が担持されていた。
図1(a)及び(b)に、本例の触媒のSEM(Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡)写真(a;20000倍、b;50000倍)を示す。
また、本例の触媒の複合酸化物スペーサーの成分をEDX(Energy dispersion X-ray spectrometer;エネルギー分散型蛍光X線分析装置)で測定したところ、複合酸化物スペーサー中にチタン(Ti)は含まれておらず、複合酸化物スペーサーは、Ba−Mn−Mg複合酸化物であった。また、本例の触媒の比表面積をBET法にて算出した。結果を表2に示す。
In the catalyst of Example 1, a sheet-like or columnar complex oxide spacer is formed between perovskite complex oxides, and the surface of the perovskite complex oxide and between the perovskite complex oxide and the complex oxide spacer are formed. , Noble metal was supported.
FIGS. 1A and 1B show SEM (Scanning Electron Microscope) photographs (a: 20000 times, b: 50000 times) of the catalyst of this example.
In addition, when the component of the complex oxide spacer of the catalyst of this example was measured by EDX (Energy dispersion X-ray spectrometer), titanium (Ti) was contained in the complex oxide spacer. The composite oxide spacer was a Ba—Mn—Mg composite oxide. Further, the specific surface area of the catalyst of this example was calculated by the BET method. The results are shown in Table 2.
(実施例2)
本例は、第1の実施形態の製造方法により、触媒を製造した。
[ゾルの形成工程]
実施例1と同様にしてゾルを得た。
[スラリー形成工程]
実施例1の第1のスラリーの形成工程と同様にして、水とペロブスカイト型複合酸化物とを混合する際に、ヘキサアンミン白金塩化物:4.98gを添加し、1時間撹拌してスラリーを得た。
なお、ヘキサアンミン白金塩化物は、貴金属を含む触媒の全量100%に対して、約1.0%となるように添加した。
[焼成工程]
上記スラリー160gに対して、上記ゾル20gを混合し、150℃で2時間乾燥して粉末状物を得た。この粉末状物を、空気中において550℃で2時間焼成し、粉末状の触媒を製造した。
(Example 2)
In this example, a catalyst was manufactured by the manufacturing method of the first embodiment.
[Sol formation process]
A sol was obtained in the same manner as in Example 1.
[Slurry forming step]
In the same manner as in the first slurry forming step of Example 1, when water and the perovskite complex oxide are mixed, 4.98 g of hexaammine platinum chloride is added, and the slurry is stirred for 1 hour. Obtained.
In addition, hexaammine platinum chloride was added so that it might become about 1.0% with respect to 100% of the total amount of the catalyst containing a noble metal.
[Baking process]
20 g of the sol was mixed with 160 g of the slurry, and dried at 150 ° C. for 2 hours to obtain a powdery product. This powder was calcined in air at 550 ° C. for 2 hours to produce a powdered catalyst.
実施例2の触媒は、ペロブスカイト型複合酸化物の間にシート状や柱状の複合酸化物スペーサーが形成され、ペロブスカイト型複合酸化物の表面と、ペロブスカイト型複合酸化物と複合酸化物スペーサーの間に、貴金属が担持されていた(図示略)。
本例の触媒の複合酸化物スペーサーの成分をEDXで測定したところ、複合酸化物スペーサー中にチタン(Ti)は含まれておらず、複合酸化物スペーサーは、Ba−Mn−Mg複合酸化物であった。また、本例の触媒の比表面積をBET法にて算出した。結果を表2に示す。
In the catalyst of Example 2, a sheet-like or columnar complex oxide spacer is formed between the perovskite complex oxide, and the surface of the perovskite complex oxide is interposed between the perovskite complex oxide and the complex oxide spacer. A noble metal was supported (not shown).
When the component of the composite oxide spacer of the catalyst of this example was measured by EDX, titanium (Ti) was not contained in the composite oxide spacer, and the composite oxide spacer was Ba-Mn-Mg composite oxide. there were. Further, the specific surface area of the catalyst of this example was calculated by the BET method. The results are shown in Table 2.
(比較例1)
ヘキサアンミン白金塩化物(貴金属)を添加しないこと以外は、実施例2と同様にして、粉末状の触媒を製造した。
(Comparative Example 1)
A powdered catalyst was produced in the same manner as in Example 2 except that hexaammine platinum chloride (noble metal) was not added.
図2(d)に示すように、本例の触媒(実施例1,2)は、ペロブスカイト型複合酸化物の間にシート状や柱状の複合酸化物スペーサーが形成されていた。
また、実施例1,2の触媒の複合酸化物スペーサーの成分をEDXで測定したところ、複合酸化物スペーサー中にチタン(Ti)は含まれておらず、複合酸化物スペーサーは、Ba−Mn−Mg複合酸化物であった。また、実施例1,2及び比較例1の触媒の比表面積をBET法にて算出した。結果を表2に示す。
As shown in FIG. 2D, in the catalyst of this example (Examples 1 and 2), a sheet-like or columnar complex oxide spacer was formed between the perovskite complex oxides.
Moreover, when the component of the composite oxide spacer of the catalyst of Examples 1 and 2 was measured by EDX, the composite oxide spacer did not contain titanium (Ti), and the composite oxide spacer was Ba-Mn- It was Mg composite oxide. The specific surface areas of the catalysts of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were calculated by the BET method. The results are shown in Table 2.
実施例1,2及び比較例1の触媒について、表1に示す条件で昇温評価を行い、ガス中のNOx転化率が50%になる温度(T50)を測定した。結果を表2に示す。 For the catalysts of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, the temperature rise was evaluated under the conditions shown in Table 1, and the temperature (T50) at which the NOx conversion in the gas reached 50% was measured. The results are shown in Table 2.
表2に示すように、実施例1,2の触媒は、NOx転化率が50%になる温度(T50)が、比較例1の触媒と比べて約50℃低くなっていた。
この結果から、実施例1,2の触媒は、触媒の比表面積が増大されていると共に、600℃以下の比較的低い温度において、NOxの吸着率等の触媒性能が向上されていることが確認できた。
As shown in Table 2, in the catalysts of Examples 1 and 2, the temperature (T50) at which the NOx conversion was 50% was lower by about 50 ° C. than that of the catalyst of Comparative Example 1.
From these results, it is confirmed that the catalysts of Examples 1 and 2 have an increased specific surface area of the catalyst and improved catalyst performance such as NOx adsorption rate at a relatively low temperature of 600 ° C. or lower. did it.
1 触媒
2 ペロブスカイト型複合酸化物
3 複合酸化物スペーサー
3a 柱状スペーサー
3b 板状スペーサー
3c 筒状スペーサー
3d シート状スペーサー
3e 針状スペーサー
4 貴金属
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (18)
水を溶媒として、ペロブスカイト型複合酸化物及び貴金属塩を含有するスラリーを形成する工程と、
上記ゾル及びスラリーを混合し乾燥して、焼成する工程を含むことを特徴とする触媒の製造方法。 Forming a sol containing a metal alkoxide;
Forming a slurry containing a perovskite complex oxide and a noble metal salt using water as a solvent;
A method for producing a catalyst, comprising a step of mixing, drying, and calcining the sol and slurry.
水を溶媒として、ペロブスカイト型複合酸化物を含有する第1のスラリーを形成する工程と、
上記ゾル及び第1のスラリーを混合し乾燥して、焼成することでペロブスカイト型複合酸化物及び複合酸化物スペーサーを含有する粉末を形成する工程と、
水を溶媒として上記粉末及び貴金属塩を含有する第2のスラリーを形成する工程と、
上記第2のスラリーを混合し乾燥して、焼成する工程とを含むことを特徴とする触媒の製造方法。 Forming a sol containing a metal alkoxide;
Forming a first slurry containing a perovskite complex oxide using water as a solvent;
Mixing the sol and the first slurry, drying and firing to form a powder containing a perovskite complex oxide and a complex oxide spacer; and
Forming a second slurry containing the powder and the noble metal salt using water as a solvent;
And a step of mixing, drying and calcining the second slurry.
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