JP2012110859A - Exhaust gas purifying catalyst and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust gas purifying catalyst based on the distribution of gas flow velocity in a cross section vertical to an exhaust gas flow, while improving exhaust gas purification effect.SOLUTION: The exhaust gas purifying catalyst is obtained by coating a substrate with a catalyst layer. A catalyst layer coated on the cross sectional center has an oxygen absorbing/releasing rate slower than a catalyst layer coated on the cross sectional outer periphery, in the cross section vertical to the exhaust gas flow. A method for manufacturing the catalyst for purifying exhaust gas is also provided.

Description

本発明は、内燃機関等からの排ガスを浄化するための排ガス浄化用触媒およびその製法に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine or the like and a method for producing the same.

従来、自動車の排ガス浄化用触媒としては、一酸化炭素(CO)及び炭化水素(HC)の酸化と窒素酸化物(NOx)の還元とを同時に行う三元触媒が用いられている。このような触媒としては、アルミナ(Al23)等の多孔質酸化物担体に、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)等の貴金属を担持させたものが広く知られている。三元触媒の作用によってCO、HC及びNOxの3成分を同時かつ効率的に浄化するためには、自動車のエンジンに供給される空気/燃料比(空燃比A/F)を理論空燃比(ストイキ)近傍に制御することが重要である。 Conventionally, a three-way catalyst that simultaneously performs oxidation of carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) and reduction of nitrogen oxides (NO x ) has been used as an exhaust gas purification catalyst for automobiles. As such a catalyst, a catalyst in which a noble metal such as platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium (Pd) is supported on a porous oxide carrier such as alumina (Al 2 O 3 ) is widely known. Yes. CO by the action of the three-way catalyst, for purifying simultaneously and efficiently three components of HC and NO x, the air / fuel ratio to be supplied to the vehicle engine (air-fuel ratio A / F) the stoichiometric air-fuel ratio ( It is important to control in the vicinity.

しかしながら、実際の空燃比は、自動車の走行条件等によってストイキを中心にリッチ(燃料過剰雰囲気)側又はリーン(燃料希薄雰囲気)側に変動するため、排ガスの雰囲気も同様にリッチ側又はリーン側に変動する。したがって、三元触媒のみでは必ずしも高い浄化性能を確保することができない。そこで、排ガス中の酸素濃度の変動を吸収して三元触媒の排ガス浄化能力を高めるために、排ガス中の酸素濃度が高いときには酸素を吸蔵し、排ガス中の酸素濃度が低いときには酸素を放出する、いわゆる酸素吸放出能を有する材料が排ガス浄化用触媒において用いられている。   However, since the actual air-fuel ratio fluctuates to the rich (excess fuel atmosphere) side or lean (fuel lean atmosphere) side with the stoichiometric centering on the driving conditions of the automobile, etc., the exhaust gas atmosphere is also on the rich side or lean side as well. fluctuate. Therefore, it is not always possible to ensure high purification performance with only a three-way catalyst. Therefore, in order to absorb the fluctuation of the oxygen concentration in the exhaust gas and enhance the exhaust gas purification ability of the three-way catalyst, oxygen is stored when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, and oxygen is released when the oxygen concentration in the exhaust gas is low. In other words, a material having a so-called oxygen absorption / release capacity is used in an exhaust gas purifying catalyst.

このようなOSC材(酸素吸放出材)は、その構造、組成によって酸素吸放出速度や酸素吸放出量が異なる。そこで、雰囲気変動(A/F変動)に応じて酸素を吸蔵・放出できるように、異なる酸素吸放出速度や酸素吸放出量を有するOSC材を排気系統の上流/下流に配置するなどの工夫がなされてきた。   Such an OSC material (oxygen storage / release material) differs in oxygen storage / release speed and oxygen storage / release amount depending on its structure and composition. Therefore, ingenuity such as arranging OSC materials having different oxygen absorption / release rates and oxygen absorption / release amounts upstream / downstream of the exhaust system so that oxygen can be occluded / released according to atmospheric fluctuation (A / F fluctuation). Has been made.

例えば、特許文献1は、上流側触媒部および下流側触媒部として異なる触媒を配置し、上流側触媒部に含まれるOSC材として、ZrO/CeO質量比が1以上の複合酸化物(A/F変動に応じて酸素の吸蔵・放出するときの応答性が良好とされる)を用いることを提案している。これにより、上流触媒部でA/F変動が吸収され、上流側触媒部ならびに下流触媒部において、HC、CO及びNOxの浄化が有利に行われると述べられている。 For example, in Patent Document 1, different catalysts are arranged as an upstream catalyst portion and a downstream catalyst portion, and as an OSC material contained in the upstream catalyst portion, a composite oxide (A) having a ZrO 2 / CeO 2 mass ratio of 1 or more is used. / F is considered to have good responsiveness when oxygen is occluded / released in accordance with fluctuations. Thereby, it is stated that the A / F fluctuation is absorbed in the upstream catalyst part, and the purification of HC, CO and NOx is advantageously performed in the upstream catalyst part and the downstream catalyst part.

特開2009−19537号公報JP 2009-19537 A

上記のように、異なる酸素吸放出速度や酸素吸放出量を有するOSC材を排気系統の上流/下流に配置するなどの工夫がされてきた。しかしながら、さらに排ガス浄化効果の高い排ガス浄化触媒が求められている。   As described above, contrivances have been made such as arranging OSC materials having different oxygen absorption / release rates and oxygen absorption / release amounts upstream / downstream of the exhaust system. However, there is a need for an exhaust gas purification catalyst that has a higher exhaust gas purification effect.

本発明者は、従来技術は排ガス流れ方向に関してなされたものであるところ、排ガス流れに垂直な断面におけるガス流速の分布からの検討が十分なされていないことに着目した。本発明の課題は、排ガス流れに垂直な断面におけるガス流速の分布を考慮した、さらに排ガス浄化効果の高い排ガス浄化触媒を提供することを課題とする。   The inventor of the present invention pays attention to the fact that the prior art has been made with respect to the direction of exhaust gas flow, but has not been sufficiently studied from the distribution of gas flow velocity in a cross section perpendicular to the exhaust gas flow. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying catalyst having a higher exhaust gas purifying effect in consideration of a gas flow velocity distribution in a cross section perpendicular to the exhaust gas flow.

本発明により以下の形態が提供される。   The following forms are provided by the present invention.

(1)基材に触媒層をコートしてなる排ガス浄化用触媒であって、排ガス流れに対して垂直方向の断面において、断面中心部にコートした触媒層が断面外周部にコートした触媒層よりも酸素吸放出速度が遅いことを特徴とする、排ガス浄化用触媒。   (1) An exhaust gas purifying catalyst having a base material coated with a catalyst layer, wherein the catalyst layer coated at the center of the cross section in the cross section perpendicular to the exhaust gas flow Is a catalyst for exhaust gas purification characterized by a slow oxygen absorption / release rate.

(2)前記基材が、隔壁によって仕切られた、排ガス流れ方向に実質的に平行な多数の貫通孔を有するハニカム構造を有することを特徴とする、(1)に記載の排ガス浄化用触媒。   (2) The exhaust gas purifying catalyst according to (1), wherein the base material has a honeycomb structure having a large number of through holes substantially parallel to the exhaust gas flow direction and partitioned by partition walls.

前記断面の半径または対角線長をrとし、前記断面中心部の半径または対角線長をr1としたとき、0.10≦r1/r≦0.9であることを特徴とする、(1)または(2)に記載の排ガス浄化用触媒。   (1) or (1), wherein r is the radius or diagonal length of the cross section and r1 is the radius or diagonal length of the central portion of the cross section. The exhaust gas purifying catalyst according to 2).

前記断面中心部にコートした触媒層がセリア−ジルコニアの複合酸化物を含み、前記複合酸化物中にセリウムイオンとジルコニウムイオンとによりパイロクロア相型の規則配列相が形成されており、且つ、
前記パイロクロア相型の規則配列相が、大気中、1100℃の温度条件で5時間加熱後に、加熱前と比較して50%以上残存していることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒。
The catalyst layer coated at the center of the cross section contains a ceria-zirconia composite oxide, and a pyrochlore phase type ordered arrangement phase is formed by cerium ions and zirconium ions in the composite oxide, and
(1) to (3), wherein the pyrochlore phase-type ordered arrangement phase remains in the atmosphere after heating for 5 hours at a temperature of 1100 ° C. in comparison with before heating. The exhaust gas-purifying catalyst according to any one of the above.

前記中心部にコートした触媒層は、所定の条件下で2分間に放出する酸素量の50質量%を放出するのに40秒以上かかることを特徴とする、請求項(1)〜(4)のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒。   The catalyst layer coated on the center portion takes 40 seconds or more to release 50 mass% of the amount of oxygen released in 2 minutes under a predetermined condition. The exhaust gas-purifying catalyst according to any one of the above.

前記断面中心部と同形の開口部を有する蓋で前記基材の端面を覆って、前記断面中心部に触媒層をコートする工程、および
前記断面中心部と同形の蓋で前記基材の端面を覆って、前記断面外周部に触媒層をコートする工程、
を含んでなる、(1)〜(5)のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒を製造する方法。
Covering the end surface of the base material with a lid having an opening having the same shape as the central portion of the cross section, and coating the catalyst layer on the central portion of the cross section; and covering the end surface of the base material with the same shape as the central portion of the cross section. Covering and coating a catalyst layer on the outer periphery of the cross section,
A method for producing an exhaust gas purifying catalyst according to any one of (1) to (5), comprising:

図1は、本発明の排ガス浄化触媒の典型的な形態を示す、概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a typical form of the exhaust gas purifying catalyst of the present invention. 図2は、本発明の排ガス浄化触媒の典型的な断面(排ガス流れに対して垂直方向)を示す、断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a typical cross section (a direction perpendicular to the exhaust gas flow) of the exhaust gas purification catalyst of the present invention. 図3は、実施例および比較例の排ガス浄化触媒のNOx浄化率を示す、グラフである。FIG. 3 is a graph showing the NOx purification rates of the exhaust gas purification catalysts of Examples and Comparative Examples. 図4は、OSC材からの酸素吸放出速度を示す、グラフである。FIG. 4 is a graph showing the oxygen absorption / release rate from the OSC material.

本発明の原理について説明する。
排ガスが触媒内を流れる場合、一般に、排ガス流れに対して垂直な触媒断面の中心部で排ガス流速が速く、触媒断面の外周部で排ガス流速が遅い。すなわち、ガス流速の速い触媒断面中心部では、ガス流速の遅い触媒断面外周部より、単位面積あたりのガス量が多い。従って、触媒(断面中心部および断面外周部)が均一に酸素吸放出能を有する場合、触媒断面中心部は、触媒断面外周部に比べて短時間で酸素を吸収または放出し、すなわち短時間で酸素吸蔵量が飽和または枯渇する。
そこで、触媒中心部に、酸素吸放出速度の遅い材料を配置することにより(図1参照)、酸素吸放出時間を長期化することができる。相対的に、触媒外周部には、酸素吸放出速度の速い材料を配置することになる。このため、触媒外周部に流れる少ないガス量でも、触媒外周部は短時間で酸素を吸収または放出することができる。
このように、ガス流速分布を考慮して酸素吸放出速度の異なる材料を配置することにより、適用可能なA/F変動の範囲を拡大し、大幅にエミッションを低減することが可能になる。
なお、図1は、触媒中心部に酸素吸放出速度の遅い材料2を配置し、触媒外周部に酸素吸放出速度の速い材料1を配置する態様を示している。
The principle of the present invention will be described.
When exhaust gas flows in the catalyst, generally, the exhaust gas flow rate is fast at the center of the catalyst cross section perpendicular to the exhaust gas flow, and the exhaust gas flow rate is slow at the outer periphery of the catalyst cross section. That is, the amount of gas per unit area is larger in the central part of the catalyst cross section where the gas flow rate is fast than in the outer peripheral part of the catalyst cross section where the gas flow rate is slow. Therefore, when the catalyst (cross-section center and cross-section outer periphery) has an oxygen absorbing / releasing ability uniformly, the catalyst cross-section center absorbs or releases oxygen in a shorter time than the catalyst cross-section outer periphery, that is, in a short time. Oxygen storage is saturated or depleted.
Therefore, by arranging a material having a low oxygen absorption / release rate at the center of the catalyst (see FIG. 1), the oxygen absorption / release time can be prolonged. In comparison, a material having a high oxygen absorption / release rate is disposed on the outer periphery of the catalyst. For this reason, even if the amount of gas flowing to the catalyst outer peripheral portion is small, the catalyst outer peripheral portion can absorb or release oxygen in a short time.
In this way, by disposing materials having different oxygen absorption / release rates in consideration of the gas flow rate distribution, the range of applicable A / F fluctuations can be expanded and emissions can be significantly reduced.
FIG. 1 shows a mode in which a material 2 having a low oxygen absorption / release rate is arranged at the center of the catalyst, and a material 1 having a high oxygen absorption / release rate is arranged at the outer periphery of the catalyst.

本発明の排ガス浄化用触媒は、基材に触媒層をコートしてなる排ガス浄化用触媒であって、排ガス流れに対して垂直方向の断面において、断面中心部にコートした触媒層が断面外周部にコートした触媒層よりも酸素吸放出速度が遅いことを特徴とする。   The exhaust gas purifying catalyst of the present invention is an exhaust gas purifying catalyst obtained by coating a base material with a catalyst layer, and the catalyst layer coated at the center of the cross section in the cross section perpendicular to the exhaust gas flow The oxygen absorption / release rate is slower than that of the catalyst layer coated on the catalyst layer.

基材は、その上に触媒層がコートされることにより、排ガス浄化用触媒を構成するものである。基材の形状は、特に限定されるものではないが、自動車用三元触媒の場合であればフロースルー型担体を用いる事が好ましい。基材の形状は、ハニカム構造を有していてもよい。ハニカム構造とは、隔壁によって仕切られた、排ガス流れ方向に実質的に平行な多数の貫通孔を有する構造である。   The base material constitutes an exhaust gas purifying catalyst by coating a catalyst layer thereon. The shape of the substrate is not particularly limited, but it is preferable to use a flow-through carrier in the case of a three-way catalyst for automobiles. The shape of the substrate may have a honeycomb structure. The honeycomb structure is a structure having a large number of through holes that are partitioned by partition walls and are substantially parallel to the exhaust gas flow direction.

基材の材質としては金属、セラミックスがある。金属の場合はステンレス製のものが一般的であるが、その形状はハニカム状をしたものが一般的である。セラミックスの材質は、コージェライト、ムライト、アルミナ、マグネシア、スピネル、炭化ケイ素などがあるが、ハニカムを作製するための成形性が良く、耐熱性や機械的強度にも優れる点からコージェライト製であることが好ましい。   Examples of the material of the substrate include metals and ceramics. In the case of metal, stainless steel is generally used, but the shape is generally honeycomb. Ceramic materials include cordierite, mullite, alumina, magnesia, spinel, silicon carbide, etc., but they are made of cordierite because they have good moldability for manufacturing honeycombs and are excellent in heat resistance and mechanical strength. It is preferable.

触媒層は、三元触媒およびOSC材を含んでなり、排ガス流通時に排ガスと接触するように基材表面上にコートされて、排ガス浄化用触媒を構成するものである。   The catalyst layer includes a three-way catalyst and an OSC material, and is coated on the surface of the base material so as to come into contact with the exhaust gas when the exhaust gas is distributed to constitute an exhaust gas purification catalyst.

三元触媒は、一酸化炭素(CO)及び炭化水素(HC)の酸化と窒素酸化物(NOx)の還元とを同時に行う。このような触媒としては、多孔質無機酸化物に触媒活性金属を担持したものを使用することができる。多孔質無機酸化物は、担体として働き、触媒活性金属を熱や雰囲気に対して安定な状態に保ち、かつ触媒活性金属の活性も高めることができる。 The three-way catalyst simultaneously performs oxidation of carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) and reduction of nitrogen oxide (NO x ). As such a catalyst, a porous inorganic oxide carrying a catalytically active metal can be used. The porous inorganic oxide works as a carrier, keeps the catalytically active metal stable against heat and atmosphere, and can also increase the activity of the catalytically active metal.

多孔質無機酸化物、すなわち触媒活性金属が担持される担体としては、耐熱性が高く、比表面積の大きな多孔質の無機材料が好ましく、γ−アルミナ、θ−アルミナなどの活性アルミナ、ジルコニア、セリウム−ジルコニウム複合酸化物、セリア、酸化チタン、シリカ、各種ゼオライトなどを用いることができる。このような多孔質無機酸化物には、ランタン、セリウム、バリウム、プラセオジム、ストロンチウム等の希土類や、アルカリ土類金属を添加し、耐熱性を更に向上させたものを用いてもよい。   The porous inorganic oxide, that is, the carrier on which the catalytically active metal is supported is preferably a porous inorganic material having high heat resistance and a large specific surface area. Active alumina such as γ-alumina and θ-alumina, zirconia, cerium -Zirconium complex oxide, ceria, titanium oxide, silica, various zeolites, etc. can be used. As such a porous inorganic oxide, a material further improved in heat resistance by adding a rare earth such as lanthanum, cerium, barium, praseodymium, strontium or an alkaline earth metal may be used.

触媒活性金属としては、排気ガスの浄化に対して活性を有するものであれば制限されないが、白金、パラジウム、ロジウムから選ばれる一種以上の触媒活性金属を含有することが望ましい。この他、遷移金属、希土類金属などを含有することができる。   The catalytically active metal is not limited as long as it has activity for purification of exhaust gas, but it is desirable to contain one or more catalytically active metals selected from platinum, palladium, and rhodium. In addition, transition metals, rare earth metals and the like can be contained.

OSC材は、排ガス中の酸素濃度の変動を吸収して三元触媒の排ガス浄化能力を高めるために、排ガス中の酸素濃度が高いときには酸素を吸蔵し、排ガス中の酸素濃度が低いときには酸素を放出する、いわゆる酸素吸放出能を有する材料である。   The OSC material absorbs fluctuations in the oxygen concentration in the exhaust gas and enhances the exhaust gas purification capacity of the three-way catalyst, so that oxygen is stored when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, and oxygen is stored when the oxygen concentration in the exhaust gas is low. It is a material that has a so-called oxygen absorption / release capability.

本発明では、排ガス流れに対して垂直方向の断面において、断面中心部にコートした触媒層が断面外周部にコートした触媒層よりも酸素吸放出速度が遅いことを特徴とする。したがって、断面中心部にコートした触媒層に含まれるOSC材は、断面外周部にコートした触媒層に含まれるOSC材よりも、酸素吸放出速度が遅いものである。   In the present invention, in the cross section perpendicular to the exhaust gas flow, the catalyst layer coated at the center of the cross section has a slower oxygen absorption / release rate than the catalyst layer coated at the outer periphery of the cross section. Therefore, the OSC material contained in the catalyst layer coated on the center of the cross section has a slower oxygen absorption / release rate than the OSC material contained in the catalyst layer coated on the outer periphery of the cross section.

酸素吸放出速度の速いOSC材、すなわち断面外周部にコートした触媒層に含まれるOSC材としては、一般によく知られている従来型のOSC材を用いることができる。より具体的には、そのような酸素吸放出速度の速いOSC材として、酸素の吸蔵および放出能が大きいCeO粉末をベースとしたものを好ましく用いることができる。これまでにCeO−ZrO系など、CeO系粉末における酸素の吸蔵容量、放出特性の向上とそれを助触媒とした排気ガス浄化触媒について多くの研究が行われてきており、排気ガス処理効率を増大させることが明らかにされている。それらを本発明において、酸素吸放出速度の速いOSC材、すなわち断面外周部にコートした触媒層に含まれるOSC材として用いることができる。さらに、CeO−ZrO系OSC材に、随意的付加成分としてセリウム元素材料、ジルコニウム元素材料以外の材料を併せて用いる場合は、本発明により得られるOSC材の特性を損なわない範囲であれば、アルカリ、アルカリ土類、金属成分などを加える事ができる。より具体的には、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ランタン、イットリウム、アンチモン、ハフニウム、タンタル、レニウム、ビスマス、プラセオジム、ネオジウム、サマリウム、ガドリニウム、ホルミウム、ツリウム、イッテルビウム、ゲルマニウム、セレン、カドミウム、インジウム、スカンジウム、チタン、ニオブ、クロム、鉄、銀、ロジウム、白金などがあげられる。また、このような随意的付加成分は、セリウム元素材料、ジルコニウム元素材料中の不純物に由来して含まれていても良い。ただし、このような随意的付加成分が有害性の規制対象である場合は、その量を低減するか、除去する事が望ましい事は言うまでも無い。 As the OSC material having a high oxygen absorption / release rate, that is, the OSC material contained in the catalyst layer coated on the outer periphery of the cross section, a generally well-known conventional OSC material can be used. More specifically, as such an OSC material having a high oxygen storage / release rate, a material based on CeO 2 powder having a high oxygen storage / release capability can be preferably used. So far, many studies have been conducted on the improvement of oxygen storage capacity and release characteristics in CeO 2 -based powders such as CeO 2 -ZrO 2 and exhaust gas purification catalysts using the same as an auxiliary catalyst. It has been shown to increase efficiency. In the present invention, they can be used as an OSC material having a high oxygen absorption / release rate, that is, an OSC material contained in a catalyst layer coated on the outer periphery of the cross section. Further, when a material other than a cerium element material and a zirconium element material is used as an optional additional component in the CeO 2 —ZrO 2 -based OSC material, it is within a range that does not impair the characteristics of the OSC material obtained by the present invention. Alkali, alkaline earth, metal components, etc. can be added. More specifically, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, strontium, barium, lanthanum, yttrium, antimony, hafnium, tantalum, rhenium, bismuth, praseodymium, neodymium, samarium, gadolinium, holmium, thulium, ytterbium, germanium, Examples include selenium, cadmium, indium, scandium, titanium, niobium, chromium, iron, silver, rhodium, and platinum. Further, such an optional additional component may be contained from impurities in the cerium element material and the zirconium element material. However, it is needless to say that when such an optional additional component is subject to harmful regulation, it is desirable to reduce or eliminate the amount.

上記セリウム原料、ジルコニウム原料、および随意的付加成分は、所定の割合で混合し熔融装置に装入される。次に、原料混合物を装置内で熔融するが、熔融方法については、原料混合物の少なくとも一種が熔融する方法であれば特に限定されず、アーク式、高周波熱プラズマ式等が例示される。中でも一般的な電融法、すなわちアーク式電気炉を用いた熔融方法を好ましく利用することができる。熔融終了後、電気炉に炭素蓋をして、20〜30時間徐冷し固溶体を得る。熔融物の冷却方法は、特に限定されないが、通常、熔融装置から取り出して、大気中で100℃以下、好ましくは50℃以下となるように放冷する。これにより、セリウム原料とジルコニウム原料が均一になったセリウム−ジルコニウム系複合酸化物の固溶体を得ることが出来る。   The cerium raw material, zirconium raw material, and optional additional components are mixed at a predetermined ratio and charged into a melting apparatus. Next, the raw material mixture is melted in the apparatus. The melting method is not particularly limited as long as at least one of the raw material mixtures is melted, and examples thereof include an arc type and a high frequency thermal plasma type. Among them, a general electromelting method, that is, a melting method using an arc electric furnace can be preferably used. After the end of melting, the electric furnace is covered with carbon and slowly cooled for 20 to 30 hours to obtain a solid solution. The method for cooling the melt is not particularly limited, but it is usually taken out from the melting apparatus and allowed to cool in the atmosphere to 100 ° C. or lower, preferably 50 ° C. or lower. As a result, a solid solution of a cerium-zirconium composite oxide in which the cerium raw material and the zirconium raw material are uniform can be obtained.

次いで、固溶体は粉砕される。固溶体の粉砕については、特に限定されないが、インゴットは、ジョークラッシャーまたはロールクラッシャー等の粉砕機で粗粉砕することができる。上記方法で得られた粗粉末を、さらに微粉砕することができる。微粉砕については、特に限定されないが、遊星ミル、ボールミルまたはジェットミル等の粉砕機で5〜30分間、微粉砕することができる。この微粉砕により、セリウム−ジルコニウム系複合酸化物の平均粒径をナノメートルオーダーとすることが好ましい。微粉砕されることで複合酸化物の表面積が大きくなり、酸素吸放出速度の速いOSC材を得ることができる。   The solid solution is then pulverized. The pulverization of the solid solution is not particularly limited, but the ingot can be roughly pulverized by a pulverizer such as a jaw crusher or a roll crusher. The coarse powder obtained by the above method can be further finely pulverized. Although it does not specifically limit about fine pulverization, It can pulverize for 5 to 30 minutes with grinders, such as a planetary mill, a ball mill, or a jet mill. It is preferable that the average particle size of the cerium-zirconium-based composite oxide be set to the nanometer order by this fine pulverization. By finely pulverizing, the surface area of the composite oxide is increased, and an OSC material having a high oxygen absorption / release rate can be obtained.

酸素吸放出速度の遅いOSC材、すなわち断面中心部にコートした触媒層に含まれるOSC材としては、特開2009−84061号公報に記載されたセリア−ジルコニア系複合酸化物を用いることができる。このセリア−ジルコニア系複合酸化物は、その酸化物中にセリウムイオンとジルコニウムイオンとによりパイロクロア相型の規則配列相が形成されており、且つ、前記パイロクロア相型の規則配列相が、大気中、1100℃の温度条件で5時間加熱後に、加熱前と比較して50%以上残存しているものである。特開2009−84061号公報によると、このセリア−ジルコニア系複合酸化物は、耐熱性が十分に高く、長時間高温に晒された後においても十分に優れた酸素貯蔵能を発揮することが可能なセリア−ジルコニア系複合酸化物であると記載されている。本発明者は、このセリア−ジルコニア系複合酸化物は、酸素吸放出速度の遅いことを見出し、これを本発明の酸素吸放出速度の遅いOSC材、すなわち断面中心部にコートした触媒層に含まれるOSC材として使用できることを見出した。   As the OSC material having a low oxygen absorption / release rate, that is, the OSC material contained in the catalyst layer coated at the center of the cross section, a ceria-zirconia-based composite oxide described in JP-A-2009-84061 can be used. This ceria-zirconia composite oxide has a pyrochlore phase type ordered arrangement phase formed of cerium ions and zirconium ions in the oxide, and the pyrochlore phase type ordered arrangement phase is in the atmosphere. More than 50% remains after heating for 5 hours at a temperature of 1100 ° C. compared to before heating. According to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-84061, this ceria-zirconia composite oxide has sufficiently high heat resistance, and can exhibit sufficiently excellent oxygen storage ability even after being exposed to high temperature for a long time. It is described as a ceria-zirconia composite oxide. The present inventor has found that this ceria-zirconia composite oxide has a low oxygen absorption / release rate, and this is included in the OSC material of the present invention having a low oxygen absorption / release rate, that is, the catalyst layer coated on the center of the cross section. It was found that it can be used as an OSC material.

酸素吸放出速度の遅いOSC材、すなわち断面中心部にコートした触媒層に含まれるOSC材である、セリア−ジルコニア複合酸化物を製造するための方法について説明する。   A method for producing a ceria-zirconia composite oxide, which is an OSC material having a low oxygen absorption / release rate, that is, an OSC material contained in a catalyst layer coated at the center of the cross section, will be described.

このセリア−ジルコニア系複合酸化物の製造方法は、セリウムイオンとジルコニウムイオンとによりパイロクロア相型の規則配列相が形成されたセリア−ジルコニア系複合酸化物の製造方法であって、
セリアとジルコニアの含有比率がモル比([セリア]:[ジルコニア])で55:45〜43:57の範囲にあるセリア及びジルコニアの複合酸化物粉末を、1500℃以上1900℃以下の温度条件で還元処理して複合酸化物前駆体を得る工程(第一工程)と、前記複合酸化物前駆体を酸化処理して前記セリア−ジルコニア系複合酸化物を得る工程(第二工程)とを含んでなる方法である。
The method for producing the ceria-zirconia composite oxide is a method for producing a ceria-zirconia composite oxide in which a pyrochlore phase type ordered arrangement phase is formed by cerium ions and zirconium ions,
Ceria and zirconia composite oxide powder having a ceria and zirconia content ratio in a molar ratio ([ceria]: [zirconia]) in the range of 55:45 to 43:57 at a temperature condition of 1500 ° C. to 1900 ° C. Including a step of obtaining a composite oxide precursor by reduction treatment (first step) and a step of obtaining the ceria-zirconia composite oxide by oxidizing the composite oxide precursor (second step). It is a method.

上記のセリア及びジルコニアの複合酸化物粉末は、セリアとジルコニアの含有比率がモル比([セリア]:[ジルコニア])で55:45〜43:57の範囲にあるものである。このようなセリアとジルコニアの含有比率が前記範囲外となる場合には、得られるセリア−ジルコニア系複合酸化物において、遊離したセリアあるいはジルコニアがパイロクロア相型の規則配列相以外の別の相として共存し、パイロクロア相の形成のために何ら寄与しない。すなわち、このようなセリアの含有比率が前記下限未満では、ジルコニアの含有比率が高くなり過ぎて、還元処理工程においてジルコニアが遊離し、セリウムイオンとジルコニウムイオンとによりパイロクロア相型の規則配列相を十分に形成させることが困難となり、得られるセリア−ジルコニア系複合酸化物の酸素貯蔵能が低下する。他方、前記セリアの含有比率が前記上限を超えると、遊離したセリアが混在した状態となる。なお、このような遊離したセリアは酸素貯蔵能にはほとんど寄与しない。   The composite oxide powder of ceria and zirconia has a molar ratio of ceria and zirconia ([ceria]: [zirconia]) in the range of 55:45 to 43:57. When the content ratio of ceria and zirconia is out of the above range, in the obtained ceria-zirconia composite oxide, free ceria or zirconia coexists as another phase other than the regular arrangement phase of the pyrochlore phase type. However, it does not contribute to the formation of the pyrochlore phase. That is, when the content ratio of ceria is less than the lower limit, the content ratio of zirconia becomes too high, and zirconia is liberated in the reduction treatment process, and the pyrochlore phase type ordered arrangement phase is sufficiently obtained by cerium ions and zirconium ions. And the oxygen storage capacity of the resulting ceria-zirconia composite oxide is reduced. On the other hand, when the content ratio of the ceria exceeds the upper limit, free ceria is mixed. Such free ceria contributes little to the oxygen storage capacity.

また、このようなセリア及びジルコニアの複合酸化物粉末としては、セリアとジルコニアとが共存したものであればよく、特に制限されず、セリア−ジルコニア固溶体の粉末であっても、セリア粉末とジルコニア粉末の混合物であってもよい。このようなセリア及びジルコニアの複合酸化物粉末として、セリア粉末とジルコニア粉末の混合物を用いる場合には、パイロクロア相型の規則配列相をより十分に形成させるという観点から、セリア粉末及びジルコニア粉末が十分に微粉砕された微細なものであって且つその微細な各粉末が高度に分散、混合された状態のものを用いることが好ましい。なお、このようなセリア粉末及びジルコニア粉末の混合物を用いる場合には、パイロクロア相型の規則配列相をより十分に形成させるという観点から、各粉末の平均粒子径は100〜1000nm程度であることが好ましい。   Further, such ceria and zirconia composite oxide powder is not particularly limited as long as ceria and zirconia coexist, and even if it is a ceria-zirconia solid solution powder, ceria powder and zirconia powder It may be a mixture of When a mixture of ceria powder and zirconia powder is used as such a composite oxide powder of ceria and zirconia, ceria powder and zirconia powder are sufficient from the viewpoint of forming a pyrochlore phase type ordered arrangement phase more sufficiently. It is preferable to use a finely pulverized fine powder in which each fine powder is highly dispersed and mixed. In addition, when using such a mixture of ceria powder and zirconia powder, the average particle size of each powder may be about 100 to 1000 nm from the viewpoint of more sufficiently forming a pyrochlore phase type ordered arrangement phase. preferable.

また、このようなセリア及びジルコニアの複合酸化物粉末としては、パイロクロア相型の規則配列相をより十分に形成させるという観点からは、セリアとジルコニアとが原子レベルで混合された固溶体を用いることがより好ましい。また、このようなセリアとジルコニアの固溶体の粉体としては、平均粒子径が2〜100nm程度であることが好ましい。   In addition, as such a ceria and zirconia composite oxide powder, from the viewpoint of sufficiently forming a pyrochlore phase type ordered arrangement phase, a solid solution in which ceria and zirconia are mixed at an atomic level is used. More preferred. Moreover, as such a solid solution powder of ceria and zirconia, the average particle diameter is preferably about 2 to 100 nm.

また、このようなセリア及びジルコニアの複合酸化物粉末を製造する方法は特に制限されず、例えば、いわゆる共沈法を採用して、セリアとジルコニアの含有比率が上記含有比率の範囲内となるようにして前記複合酸化物粉末を製造する方法や、微細なセリア粉末とジルコニア粉末とをセリアとジルコニアの含有比率が上記含有比率の範囲内となるようにして混合して前記複合酸化物粉末を製造する方法等が挙げられる。前記共沈法としては、例えば、セリウムの塩(例えば、硝酸塩)とジルコニウムの塩(例えば、硝酸塩)とを含有する水溶液を用い、アンモニアの存在下で共沈殿物を生成せしめ、得られた共沈殿物を濾過、洗浄した後に乾燥し、更に焼成後、ボールミル等の粉砕機を用いて粉砕して、セリア及びジルコニアの複合酸化物粉末を得る方法等が挙げられる。なお、前記セリウムの塩とジルコニウムの塩とを含有する水溶液は、得られる複合酸化物粉末中のセリアとジルコニアの含有比率が55:45〜43:57となるようにして調製する。また、このような水溶液には、必要に応じて、セリウム以外の希土類元素及びアルカリ土類元素からなる群から選択される少なくとも一種の元素の塩や、界面活性剤(例えば、ノニオン系界面活性剤)等を添加してもよい。   Further, the method for producing such a composite oxide powder of ceria and zirconia is not particularly limited. For example, a so-called coprecipitation method is employed so that the content ratio of ceria and zirconia falls within the above content range. The composite oxide powder is manufactured by mixing the fine ceria powder and the zirconia powder so that the content ratio of ceria and zirconia is within the above range. And the like. As the coprecipitation method, for example, an aqueous solution containing a cerium salt (for example, nitrate) and a zirconium salt (for example, nitrate) is used to form a coprecipitate in the presence of ammonia. Examples of the method include a method of obtaining a composite oxide powder of ceria and zirconia by filtering and washing the precipitate, drying it, and further calcination, followed by pulverization using a pulverizer such as a ball mill. The aqueous solution containing the cerium salt and the zirconium salt is prepared so that the content ratio of ceria and zirconia in the obtained composite oxide powder is 55:45 to 43:57. Further, in such an aqueous solution, if necessary, a salt of at least one element selected from the group consisting of rare earth elements other than cerium and alkaline earth elements, and a surfactant (for example, a nonionic surfactant) ) Etc. may be added.

次に、各工程について説明する。先ず、前記複合酸化物粉末を還元処理して複合酸化物前駆体を得る(第一工程)。   Next, each step will be described. First, the composite oxide powder is reduced to obtain a composite oxide precursor (first step).

このような還元処理の温度条件は、1500℃以上1900℃以下であり、1600℃以上1850℃以下とすることがより好ましく、1650℃以上1800℃以下とすることが更に好ましく、1700℃以上1800℃以下とすることが特に好ましい。このような還元処理の温度条件が前記下限未満では、パイロクロア相型の規則配列相は形成されるが、結晶子の平均粒子径を十分な大きさとすることができないため、形成される結晶相の構造安定性が低下し、耐熱性が低下する。すなわち、前記温度条件が前記下限未満では、得られるセリア−ジルコニア系複合酸化物を、大気中、1100℃の温度条件で5時間加熱した場合に、前記パイロクロア相型の規則配列相が加熱前と比較して50%以上残存するようなセリア−ジルコニア系複合酸化物を得ることができなくなる。なお、このような加熱処理の際の温度条件は、前記温度範囲内において、より高温にする程、より安定化された結晶構造を持つセリア−ジルコニア系複合酸化物が得られる傾向にある。また、このような還元処理の温度条件が前記上限を超えると、還元ガスのCOとジルコニア(ZrO)が反応してパイロクロア相が分解してしまう傾向にある。 The temperature condition for such reduction treatment is 1500 ° C. or higher and 1900 ° C. or lower, more preferably 1600 ° C. or higher and 1850 ° C. or lower, still more preferably 1650 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower, and more preferably 1700 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower. The following is particularly preferable. When the temperature condition of such a reduction treatment is less than the lower limit, a pyrochlore phase type ordered arrangement phase is formed, but the average particle diameter of the crystallite cannot be made sufficiently large. Structural stability is lowered and heat resistance is lowered. That is, when the temperature condition is less than the lower limit, when the obtained ceria-zirconia composite oxide is heated in the atmosphere at a temperature condition of 1100 ° C. for 5 hours, the pyrochlore phase type ordered arrangement phase is not heated. In comparison, it becomes impossible to obtain a ceria-zirconia-based composite oxide that remains at 50% or more. Note that the temperature condition during such heat treatment tends to obtain a ceria-zirconia composite oxide having a more stabilized crystal structure as the temperature is higher within the above temperature range. Moreover, when the temperature condition of such a reduction process exceeds the upper limit, the reducing gas CO and zirconia (ZrO 2 ) tend to react to decompose the pyrochlore phase.

また、前記還元処理の方法は、還元性雰囲気下で前記複合酸化物粉末を1500℃以上1900℃以下の温度条件で加熱処理することが可能な方法であればよく、特に制限されず、例えば、真空加熱炉内に前記セリア及びジルコニアの複合酸化物粉末を設置し、真空引きした後に、炉内に還元性ガスを流入させて炉内の雰囲気を還元性雰囲気とし、1500℃以上1900℃以下の温度条件で加熱して還元処理を施す方法や、黒鉛製の炉を用い、炉内に前記セリア及びジルコニアの複合酸化物粉末を設置し、真空引きした後、1500℃以上1900℃以下の温度条件で加熱して、炉体及び加熱燃料等から発生するCOやHC等の還元性ガスにより炉内の雰囲気を還元性雰囲気とし、還元処理を施す方法等が挙げられる。なお、前述の黒鉛炉を用いる場合においても、還元性ガスを炉内に流入させて還元性雰囲気しながら加熱してもよい。   The reduction treatment method is not particularly limited as long as it is a method capable of heat-treating the composite oxide powder in a reducing atmosphere under a temperature condition of 1500 ° C. or higher and 1900 ° C. or lower. After the ceria and zirconia composite oxide powder is placed in a vacuum heating furnace and evacuated, a reducing gas is introduced into the furnace to make the atmosphere in the furnace a reducing atmosphere. A method of performing a reduction treatment by heating under temperature conditions, or using a graphite furnace, placing the composite oxide powder of ceria and zirconia in the furnace, evacuating, and temperature conditions of 1500 ° C. or higher and 1900 ° C. or lower And the like, and a reduction treatment is performed by setting the atmosphere in the furnace to a reducing atmosphere with a reducing gas such as CO or HC generated from the furnace body and heated fuel. Even when the above-described graphite furnace is used, the reducing gas may be flowed into the furnace and heated in a reducing atmosphere.

また、このような還元性雰囲気を達成させるために用いる還元性ガスとしては、特に制限されず、CO、HC、H、その他の炭化水素ガス等の還元ガスを適宜用いることができる。また、このような還元性ガスの中でも、より高温で還元性処理をした場合に炭化ジルコニウム(ZrC)等の複生成物が生成されることを防止するという観点からは、炭素(C)を含まないものを用いることがより好ましい。このような炭素(C)を含まない還元性ガスを用いた場合には、ジルコニウム等の融点に近いより高い温度条件での還元処理が可能となるため、結晶相の構造安定性をより十分に向上させることが可能となる。 In addition, the reducing gas used for achieving such a reducing atmosphere is not particularly limited, and a reducing gas such as CO, HC, H 2 , or other hydrocarbon gas can be appropriately used. Among such reducing gases, carbon (C) is included from the viewpoint of preventing the formation of double products such as zirconium carbide (ZrC) when reducing treatment is performed at a higher temperature. It is more preferable to use those not present. When such a reducing gas containing no carbon (C) is used, reduction treatment can be performed under higher temperature conditions close to the melting point of zirconium or the like, so that the structural stability of the crystal phase is more sufficiently improved. It becomes possible to improve.

また、このような還元処理の際の加熱時間としては特に制限されないが、0.5〜5時間程度であることが好ましい。このような加熱時間が前記下限未満では、前記複合酸化物粉末の結晶子径を十分に大きく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、十分に粒成長が進み、それ以上の操作が無駄となるため経済性が低下する傾向にある。   In addition, the heating time in the reduction treatment is not particularly limited, but is preferably about 0.5 to 5 hours. When the heating time is less than the lower limit, the crystallite diameter of the composite oxide powder tends to be insufficiently increased. On the other hand, when the upper limit is exceeded, grain growth proceeds sufficiently, and more Since this operation is wasted, the economy tends to decrease.

また、前記還元処理を施す前に、前記セリア及びジルコニアの複合酸化物粉末を100MPa以上(より好ましくは200〜400MPa)の圧力でプレスすることが好ましい。このようにしてプレスした後の前記複合酸化物粉末(プレス成形体)を用いることで、前記複合酸化物粉末の粒度の均一性が向上し、前記還元処理中の加熱によって、より焼結が進み易くなり、表面エネルギーが放出され易くなって結晶構造がより安定化される傾向にある。また、前記プレス圧が前記下限未満では、プレスによる効果を十分に得られない傾向にある。なお、このようなプレスの方法としては特に制限されず、静水圧プレス等の公知のプレス方法を適宜採用できる。   Moreover, it is preferable to press the ceria and zirconia composite oxide powder at a pressure of 100 MPa or more (more preferably 200 to 400 MPa) before the reduction treatment. By using the composite oxide powder (press-molded body) after pressing in this way, the uniformity of the particle size of the composite oxide powder is improved, and the sintering proceeds more by heating during the reduction treatment. The surface energy tends to be released and the crystal structure tends to be more stabilized. Further, if the pressing pressure is less than the lower limit, the effect of pressing tends to be insufficient. In addition, it does not restrict | limit especially as a method of such a press, Well-known press methods, such as an isostatic press, can be employ | adopted suitably.

次に、第二工程について説明する。すなわち、前記還元処理(第一工程)後に、得られた複合酸化物前駆体に対して、酸化処理を施し、セリア−ジルコニア系複合酸化物を得る(第二工程)。   Next, the second step will be described. That is, after the reduction treatment (first step), the obtained composite oxide precursor is subjected to an oxidation treatment to obtain a ceria-zirconia composite oxide (second step).

このような酸化処理の方法は特に制限されず、還元処理して得られた複合酸化物前駆体中の金属元素を酸化することが可能な公知の方法を適宜採用することができ、例えば、酸化雰囲気(例えば、空気)中において前記複合酸化物前駆体を加熱処理する方法を好適に採用することができる。また、このような酸化処理の際の加熱温度の条件としては特に制限されないが300〜800℃程度であることが好ましい。さらに、前記酸化処理の際の加熱時間としては特に制限されないが0.5〜5時間であることが好ましい。   A method for such oxidation treatment is not particularly limited, and a known method capable of oxidizing a metal element in a composite oxide precursor obtained by reduction treatment can be appropriately employed. A method of heat-treating the composite oxide precursor in an atmosphere (for example, air) can be suitably employed. In addition, the heating temperature condition during the oxidation treatment is not particularly limited, but is preferably about 300 to 800 ° C. Furthermore, the heating time for the oxidation treatment is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 5 hours.

このようにして得られるセリア−ジルコニア系複合酸化物は、セリウムイオンとジルコニウムイオンとによりパイロクロア相型の規則配列相が十分に形成され、しかも、大気中、1100℃の温度条件で5時間加熱した場合においても、前記パイロクロア相型の規則配列相が加熱前と比較して50%以上残存する。従って、得られるセリア−ジルコニア系複合酸化物は、耐熱性が十分に高く、長時間高温に晒された後においても十分に優れた酸素貯蔵能を発揮することが可能なものとなる。   In the ceria-zirconia composite oxide thus obtained, a pyrochlore phase type ordered arrangement phase is sufficiently formed by cerium ions and zirconium ions, and is further heated in the atmosphere at 1100 ° C. for 5 hours. Even in this case, the pyrochlore phase type ordered arrangement phase remains by 50% or more as compared to before heating. Therefore, the obtained ceria-zirconia composite oxide has sufficiently high heat resistance and can exhibit a sufficiently excellent oxygen storage ability even after being exposed to a high temperature for a long time.

酸素吸放出速度が速いか遅いかについては、以下の手法によって評価することができる。OSC材に酸化性ガスを流通させることにより、OSC材に酸素を十分に吸収させる。次に、還元性ガスをOSC材に流通させることにより、OSC材から酸素が放出されて、還元性ガスが酸化される。酸化されたガスの量を測定することにより、OSC材から放出された酸素量を求めることができる。一定時間内に放出される酸素量を求め、その半分の量の酸素が放出されるまでにかかる時間の長短により、酸素吸放出速度が速いか遅いかを評価する。   Whether the oxygen absorption / release rate is fast or slow can be evaluated by the following method. By flowing an oxidizing gas through the OSC material, the OSC material can sufficiently absorb oxygen. Next, by allowing the reducing gas to flow through the OSC material, oxygen is released from the OSC material and the reducing gas is oxidized. By measuring the amount of oxidized gas, the amount of oxygen released from the OSC material can be determined. The amount of oxygen released within a certain period of time is determined, and whether the oxygen absorption / release rate is fast or slow is evaluated based on the length of time taken to release half of the amount of oxygen.

酸素吸放出速度が速いか遅いかに関する、より具体的な評価方法として、実施例D.酸素吸放出速度の評価において詳述する方法を用いることができる。この方法で評価した場合に、2分間に放出する酸素量の50質量%を放出するのに40秒以上かかるOSC材を、酸素吸放出速度の遅いOSC材としてもよい。   As a more specific evaluation method regarding whether the oxygen absorption / release rate is fast or slow, Example D.1. The method described in detail in the evaluation of the oxygen absorption / release rate can be used. When evaluated by this method, an OSC material that takes 40 seconds or more to release 50 mass% of the amount of oxygen released in 2 minutes may be an OSC material having a slow oxygen absorption / release rate.

本発明の排ガス浄化触媒では、触媒中心部にコートされる触媒層(OSC材)として、酸素吸放出速度の遅い材料を用いる(図1参照)。触媒外周部にコートされる触媒層(OSC材)としては、酸素吸放出速度の速い材料を用いる。   In the exhaust gas purification catalyst of the present invention, a material having a low oxygen absorption / release rate is used as the catalyst layer (OSC material) coated on the center of the catalyst (see FIG. 1). As the catalyst layer (OSC material) coated on the outer periphery of the catalyst, a material having a high oxygen absorption / release rate is used.

図2は、排ガス浄化用触媒の断面図(排ガス流れに対して垂直方向の断面)を示す。図2では、円形の断面を示しているが、排ガス浄化用触媒の断面は矩形であってもよい。この、排ガス浄化用触媒断面の半径または対角線長をrとし、前記断面中心部の半径または対角線長をr1としたとき、0.10≦r1/r≦0.9であることが好ましい。特に好ましくは、0.1<r1/r<0.9である。r1/rがこの範囲にある場合、酸素吸放出速度の遅いOSC材のみを用いた場合(r1/r=1)と比べて、NOx浄化率が明らかに向上する。   FIG. 2 shows a cross-sectional view of the exhaust gas purifying catalyst (a cross section in a direction perpendicular to the exhaust gas flow). Although FIG. 2 shows a circular cross section, the cross section of the exhaust gas purifying catalyst may be rectangular. When the radius or diagonal length of the cross section of the exhaust gas purifying catalyst is r and the radius or diagonal length of the central portion of the cross section is r1, it is preferable that 0.10 ≦ r1 / r ≦ 0.9. Particularly preferably, 0.1 <r1 / r <0.9. When r1 / r is within this range, the NOx purification rate is clearly improved as compared with the case where only the OSC material having a low oxygen absorption / release rate is used (r1 / r = 1).

本発明は、排ガス浄化用触媒を製造する方法にも関する。本発明の排ガス浄化用触媒は、断面中心部に酸素吸放出速度が遅い触媒層をコートし、断面外周部に酸素吸放出速度が速い触媒層をコートすることにより、製造することができる。   The present invention also relates to a method for producing an exhaust gas purifying catalyst. The exhaust gas purifying catalyst of the present invention can be produced by coating a catalyst layer having a low oxygen absorption / release rate at the center of the cross section and coating a catalyst layer having a high oxygen absorption / release rate at the outer periphery of the cross section.

触媒層をコートするために、スラリーを用いてもよい。すなわち、OSC材、触媒活性金属、および耐熱性無機酸化物を、水系溶媒とともに混合してスラリーとしてから、基材へコートして、乾燥、焼成することにより、本発明の排ガス浄化触媒を得ることができる。ここで、断面中心部にコートするスラリーには、酸素吸放出速度が遅いOSC材を用いる。断面外周部にコートするスラリーには、酸素吸放出速度が速いOSC材を用いる。   A slurry may be used to coat the catalyst layer. That is, the exhaust gas purification catalyst of the present invention is obtained by mixing an OSC material, a catalytically active metal, and a heat-resistant inorganic oxide together with an aqueous solvent to form a slurry, coating the substrate, drying, and firing. Can do. Here, an OSC material having a low oxygen absorption / release rate is used for the slurry to be coated on the central portion of the cross section. An OSC material having a high oxygen absorption / release rate is used for the slurry coated on the outer peripheral portion of the cross section.

断面中心部のコートする際に、断面中心部と同形の開口部を有する蓋(例えばドーナツ状の蓋)で基材の端面を覆って、断面中心部に酸素吸放出速度が遅いOSC材を含むスラリーをコートする。断面外周部のコートする際には、断面中心部と同形の蓋で基材の端面を覆って、断面外周部に酸素吸放出速度が速いOSC材を含むスラリーをコートする。蓋の材質は、特に制限されないが、加工性、入手性を考慮して、シリコンゴムシートを用いてもよい。   When coating the central portion of the cross section, the end surface of the base material is covered with a lid having an opening having the same shape as the central portion of the cross section (for example, a donut-shaped lid), and an OSC material having a low oxygen absorption / release rate is included in the central portion Coat the slurry. When coating the outer peripheral portion of the cross section, the end surface of the substrate is covered with a lid having the same shape as the central portion of the cross section, and the outer peripheral portion of the cross section is coated with a slurry containing an OSC material having a high oxygen absorption / release rate. The material of the lid is not particularly limited, but a silicon rubber sheet may be used in consideration of processability and availability.

この方法により、断面中心部に酸素吸放出速度が遅い触媒層がコートされ、断面外周部に酸素吸放出速度が速い触媒層をコートされた、本発明の排ガス浄化用触媒を得ることができる。   By this method, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention can be obtained in which the catalyst layer having a low oxygen absorption / release rate is coated at the center of the cross section and the catalyst layer having a high oxygen absorption / release rate is coated at the outer periphery of the cross section.

A.触媒の作製
1.酸素吸放出速度の遅い材料を含むコート用スラリー(スラリーA)の調製
(1)酸素吸放出速度の遅い材料(OSC材)の調製
セリアとジルコニアの含有モル比(CeO:ZrO)が50:50のセリアジルコニア固溶体粉末を調製した。すなわち、先ず、CeO換算で28質量%の硝酸セリウム水溶液49.1gと、ZrO換算で18質量%のオキシ硝酸ジルコニウム水溶液54.7gと、ノニオン系界面活性剤(ライオン社製、商品名:レオコン)1.2gとをイオン交換水90ccに溶解し後、NHが25質量%のアンモニア水を陰イオンに対して1.2倍当量添加し、共沈殿を生成し、得られた共沈物を濾過、洗浄した。次に、得られた共沈物を110℃で乾燥した後、1000℃で5時間大気中にて焼成してセリウムとジルコニウムの固溶体を得た。その後、前記固溶体を粉砕機(アズワン社製の商品名「ワンダーブレンダー」)を用いて平均粒子径が1000nmとなるように粉砕して、セリアとジルコニアの含有モル比(CeO:ZrO)が50:50のセリアジルコニア固溶体粉末を得た。
得られたセリアジルコニア固溶体粉末50gを、ポリエチレン製のバッグ(容量0.05L)に詰め、内部を脱気した後、前記バッグの口を加熱してシールした。次に、静水圧プレス装置(日機装社製の商品名「CK4−22−60」)を用いて、前記バッグに対して静水圧プレス(CIP)を300MPaの圧力で1分間行って成形し、セリアジルコニア固溶体粉末の固形状原料を得た。
次に、プレス後のバッグから取り出した前記固形状原料を、黒鉛製の円筒形容器(内容積:直径15cm、高さ20cm)に詰め、黒鉛製の蓋をした。次いで、前記円筒形容器を、炉内が黒鉛性の断熱材及び発熱体からなる炉内(黒鉛炉)に設置した。その後、前記炉内をディフュージョンポンプで0.01Torrまで真空引きした後、アルゴンガスを導入し、アルゴンガス100容量%の還元雰囲気とした。次に、前記炉内の温度を1700℃にして前記固形状試料を5時間加熱して還元処理を施し、複合酸化物前駆体を得た。その後、炉内の温度が50℃となるまで炉冷し、炉から前記複合酸化物前駆体を取り出した。そして、得られた複合酸化物前駆体を、大気中、500℃の温度条件で5時間加熱して酸化し、セリア−ジルコニア複合酸化物を得た。このようにして得られたセリア−ジルコニア複合酸化物を、酸素吸放出速度の遅い材料(OSC材)とした。なお、得られたセリア−ジルコニア複合酸化物は乳鉢で粉砕し、平均粒子径が5μmの粉末とした。
(2)Rh担持粉末Aの調製
第一稀元素化学工業(株)製ジルコニア(ZrO:90wt%、Y:10wt%)に硝酸Rh薬液を含浸担持した。次に、これを120℃で一昼夜乾燥した。次に、これを450℃で2時間焼成して、Rh担持粉末Aを得た。
(3)Pd担持粉末Bの調製
サソール社製γ−アルミナ(Al:96wt%、La:4wt%)に硝酸Pd薬液を含浸担持した。次に、これを120℃で一昼夜乾燥した。次に、これを450℃で2時間焼成して、Pd担持粉末Bを得た。
(4)酸素吸放出速度の遅い材料を含むコート用スラリー(スラリーA)の調製
(1)で得た酸素吸放出速度の遅い材料(OSC材)、(2)で得たRh担持粉末A、および(3)で得たPd担持粉末Bを、3:4:7の質量比で混合した。混合した粉末、およびアルミナバインダー(日産化学製、AS200)、19:1の質量比で混合し、水を加えて、コート用スラリーを得た。これを、スラリーAとした。
A. Preparation of catalyst Preparation of slurry for coating (slurry A) containing a material having a low oxygen absorption / release rate (1) Preparation of material (OSC material) having a low oxygen absorption / release rate The content molar ratio (CeO 2 : ZrO 2 ) of ceria and zirconia is 50 : 50 ceria zirconia solid solution powder was prepared. That is, first, 49.1 g of a 28 wt% cerium nitrate aqueous solution in terms of CeO 2 , 54.7 g of an 18 wt% zirconium oxynitrate aqueous solution in terms of ZrO 2 , and a nonionic surfactant (product name: manufactured by Lion Corporation) Rheocon) 1.2 g was dissolved in 90 cc of ion-exchanged water, and ammonia water having 25 mass% of NH 3 was added in an amount of 1.2 times the anion to produce a coprecipitate. The product was filtered and washed. Next, after drying the obtained coprecipitate at 110 ° C., it was fired at 1000 ° C. in the air for 5 hours to obtain a solid solution of cerium and zirconium. Thereafter, the solid solution is pulverized using a pulverizer (trade name “Wonder Blender” manufactured by ASONE Co., Ltd.) so that the average particle diameter is 1000 nm, and the molar ratio of ceria and zirconia (CeO 2 : ZrO 2 ) is determined. A 50:50 ceria zirconia solid solution powder was obtained.
50 g of the obtained ceria zirconia solid solution powder was packed in a polyethylene bag (capacity 0.05 L), the inside was deaerated, and then the mouth of the bag was heated and sealed. Next, using a hydrostatic pressure press device (trade name “CK4-22-60” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), the bag is subjected to a hydrostatic pressure press (CIP) for 1 minute at a pressure of 300 MPa to form ceria. A solid raw material of zirconia solid solution powder was obtained.
Next, the solid raw material taken out from the pressed bag was packed into a graphite cylindrical container (internal volume: diameter 15 cm, height 20 cm) and covered with a graphite lid. Next, the cylindrical container was placed in a furnace (graphite furnace) in which the furnace was composed of a graphitic heat insulating material and a heating element. Thereafter, the inside of the furnace was evacuated to 0.01 Torr with a diffusion pump, and then argon gas was introduced to make a reducing atmosphere of 100% by volume of argon gas. Next, the temperature in the furnace was set to 1700 ° C., and the solid sample was heated for 5 hours to perform a reduction treatment to obtain a composite oxide precursor. Thereafter, the furnace was cooled until the temperature in the furnace reached 50 ° C., and the composite oxide precursor was taken out of the furnace. Then, the obtained composite oxide precursor was oxidized by heating in the atmosphere at 500 ° C. for 5 hours to obtain a ceria-zirconia composite oxide. The ceria-zirconia composite oxide thus obtained was used as a material having a low oxygen absorption / release rate (OSC material). The obtained ceria-zirconia composite oxide was pulverized in a mortar to obtain a powder having an average particle size of 5 μm.
(2) Preparation of Rh-supported powder A Zirconia (ZrO 2 : 90 wt%, Y 2 O 3 : 10 wt%) manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Co., Ltd. was impregnated and supported with a Rh nitrate solution. Next, this was dried at 120 ° C. overnight. Next, this was fired at 450 ° C. for 2 hours to obtain Rh-supported powder A.
(3) Pd-supported powder B of Preparation Sasol γ- alumina (Al 2 O 3: 96wt% , La 2 O 3: 4wt%) was impregnated carrying Pd nitrate chemical liquid. Next, this was dried at 120 ° C. overnight. Next, this was fired at 450 ° C. for 2 hours to obtain Pd-supported powder B.
(4) Preparation of slurry for coating (slurry A) containing a material having a low oxygen absorption / release rate (Slurry A) Material having a low oxygen absorption / release rate obtained in (1) (OSC material), Rh-supported powder A obtained in (2), And Pd-supported powder B obtained in (3) was mixed at a mass ratio of 3: 4: 7. The mixed powder and alumina binder (manufactured by Nissan Chemical Industries, AS200) were mixed at a mass ratio of 19: 1, and water was added to obtain a slurry for coating. This was designated as slurry A.

2.酸素吸放出速度の速い材料を含むコート用スラリー(スラリーB)の調製
(1)Rh担持粉末Aの調製
前記1.(2)と同様の手順により、Rh担持粉末Aを得た。
(2)Pd担持粉末Cの調製
ローディア社製セリア−ジルコニア(CeO:50wt%、ZrO:40wt%、Y:5wt%、La:5wt%)に硝酸Pd薬液を含浸担持した。次に、これを120℃で一昼夜乾燥した。次に、これを450℃で2時間焼成して、Pd担持粉末Cを得た。
(3)γ―アルミナの調製
サソール社製γ−アルミナ(Al:96wt%、La:4wt%)を、γ―アルミナとして用意した。
(4)酸素吸放出速度の速い材料を含むコート用スラリー(スラリーB)の調製
(1)で得たRh担持粉末A、(2)で得たPd担持粉末C、および(3)で得たγ−アルミナを、4:7:2の質量比で混合した。混合した粉末、およびアルミナバインダー(日産化学製、AS200)、19:1の質量比で混合し、水を加えて、コート用スラリーを得た。これを、スラリーBとした。
2. Preparation of slurry for coating (slurry B) containing a material having a high oxygen absorption / release rate (1) Preparation of Rh-supported powder A Rh-supported powder A was obtained by the same procedure as (2).
(2) Preparation of Pd-supported powder C Ceria-zirconia (CeO 2 : 50 wt%, ZrO 2 : 40 wt%, Y 2 O 3 : 5 wt%, La 2 O 3 : 5 wt%) manufactured by Rhodia, impregnated with Pd nitrate chemical solution Supported. Next, this was dried at 120 ° C. overnight. Next, this was fired at 450 ° C. for 2 hours to obtain Pd-supported powder C.
(3) Preparation of γ-alumina γ-alumina (Al 2 O 3 : 96 wt%, La 2 O 3 : 4 wt%) manufactured by Sasol was prepared as γ-alumina.
(4) Preparation of coating slurry (slurry B) containing a material having a high oxygen absorption / release rate Rh-supported powder A obtained in (1), Pd-supported powder C obtained in (2), and (3) γ-alumina was mixed at a mass ratio of 4: 7: 2. The mixed powder and alumina binder (manufactured by Nissan Chemical Industries, AS200) were mixed at a mass ratio of 19: 1, and water was added to obtain a slurry for coating. This was designated as slurry B.

3.実施例触媒1の作製
(1)ハニカム基材の用意
ハニカム基材として、(株)デンソー製セラミックハニカム(セル密度600cell/inch(93.0cell/cm)、壁厚3mil(76.2μm)、φ103×L105)を用意した。
(2)中心部(基材断面中心部)のコート
シリコンゴムシート(厚さ3mm)を内円直径51.5mm、外円直径120mmのドーナツ状に加工した。ドーナツ状シリコンゴムシートの開口部がハニカム端面の中心部に合致するように、ドーナツ状シリコンゴムシートを、前記セラミックハニカムの上端面に取り付けた。
ドーナツ状シリコンゴムシートの開口部から、スラリーAを所定量投入し、セラミックハニカム下端面より吸引を行った。このハニカムを120℃で2分間焼成した。さらに、このハニカムを350℃で30分焼成した。このようにして、中心部(基材断面中心部)を、酸素吸放出速度の遅い材料を含むスラリーAでコートした。
このとき、スラリーAのコート量は、230g(乾燥質量)/Lとなるように、スラリーの投入量を調整した。
(3)外周部(基材断面外周部)のコート
シリコンゴムシート(厚さ3mm)を直径51.5mmの円形状に加工した。円形状シリコンゴムシートがハニカム端面の中心部に合致するように、円形状シリコンゴムシートを、前記セラミックハニカムの上端面に取り付けた。
ハニカムの上端面の外周部(円形状シリコンゴムシートで覆われていない部分)から、スラリーBを所定量投入し、セラミックハニカム下端面より吸引を行った。このハニカムを120℃で2分間焼成した。さらに、このハニカムを350℃で30分焼成した。このようにして、外周部(基材断面外周部)を、酸素吸放出速度の速い材料を含むスラリーBでコートした。
このとき、スラリーBのコート量は、230g(乾燥質量)/Lとなるように、スラリーの投入量を調整した。
このようにして得られた、中心部に酸素吸放出速度の遅い材料をコートし、外周部に酸素吸放出速度の速い材料をコートした触媒を、実施例触媒1とした。
このとき、実施例触媒1では、酸素吸放出速度の遅い材料をコートされた基材断面中心部の半径(r1)が、基材全体の断面の半径(r)に対して、0.5であった。すなわち、実施例1では、r1/r=0.5であった。なお、r1およびrについて、図2を参照されたい。
3. Production of Example Catalyst 1 (1) Preparation of Honeycomb Base Material As a honeycomb base material, Denso Corporation ceramic honeycomb (cell density 600 cell / inch 2 (93.0 cell / cm 2 ), wall thickness 3 mil (76.2 μm) , Φ103 × L105) was prepared.
(2) Coat of center portion (base section center portion) A silicon rubber sheet (thickness 3 mm) was processed into a donut shape having an inner circle diameter of 51.5 mm and an outer circle diameter of 120 mm. The donut-shaped silicon rubber sheet was attached to the upper end surface of the ceramic honeycomb so that the opening of the donut-shaped silicon rubber sheet matched the center of the honeycomb end surface.
A predetermined amount of slurry A was introduced from the opening of the doughnut-shaped silicon rubber sheet, and suction was performed from the lower end surface of the ceramic honeycomb. The honeycomb was fired at 120 ° C. for 2 minutes. Further, this honeycomb was fired at 350 ° C. for 30 minutes. In this way, the central part (the central part of the base material cross section) was coated with the slurry A containing the material having a low oxygen absorption / release rate.
At this time, the input amount of the slurry was adjusted so that the coating amount of the slurry A was 230 g (dry mass) / L.
(3) Coating of outer peripheral part (outer peripheral part of base material cross section) A silicon rubber sheet (thickness 3 mm) was processed into a circular shape having a diameter of 51.5 mm. The circular silicon rubber sheet was attached to the upper end surface of the ceramic honeycomb so that the circular silicon rubber sheet matched the center of the honeycomb end surface.
A predetermined amount of slurry B was introduced from the outer peripheral portion (portion not covered with the circular silicon rubber sheet) of the upper end surface of the honeycomb, and suction was performed from the lower end surface of the ceramic honeycomb. The honeycomb was fired at 120 ° C. for 2 minutes. Further, this honeycomb was fired at 350 ° C. for 30 minutes. In this way, the outer peripheral portion (base cross section outer peripheral portion) was coated with the slurry B containing the material having a high oxygen absorption / release rate.
At this time, the input amount of the slurry was adjusted so that the coating amount of the slurry B was 230 g (dry mass) / L.
The catalyst obtained by coating the material having a low oxygen absorption / release rate at the center and coating the material having a high oxygen absorption / release rate at the outer periphery was obtained as Example Catalyst 1.
At this time, in Example catalyst 1, the radius (r1) of the center of the cross section of the base material coated with the material having a slow oxygen absorption / release rate is 0.5 with respect to the radius (r) of the cross section of the whole base material. there were. That is, in Example 1, r1 / r = 0.5. Refer to FIG. 2 for r1 and r.

4.実施例触媒2の作製
実施例2では、r1/r=0.1となるように、ドーナツ状シリコンゴムシートおよび円形状シリコンゴムシートの寸法を変更した。その他の手順は、実施例1と同様の手順を採用した。
4). Example 2 Production of Catalyst 2 In Example 2, the dimensions of the donut-shaped silicon rubber sheet and the circular silicon rubber sheet were changed so that r1 / r = 0.1. Other procedures were the same as those in Example 1.

5.実施例触媒3の作製
実施例3では、r1/r=0.3となるように、ドーナツ状シリコンゴムシートおよび円形状シリコンゴムシートの寸法を変更した。その他の手順は、実施例1と同様の手順を採用した。
5. Production of Example Catalyst 3 In Example 3, the dimensions of the doughnut-shaped silicon rubber sheet and the circular silicon rubber sheet were changed so that r1 / r = 0.3. Other procedures were the same as those in Example 1.

6.実施例触媒4の作製
実施例4では、r1/r=0.8となるように、ドーナツ状シリコンゴムシートおよび円形状シリコンゴムシートの寸法を変更した。その他の手順は、実施例1と同様の手順を採用した。
6). Production of Example Catalyst 4 In Example 4, the dimensions of the donut-shaped silicon rubber sheet and the circular silicon rubber sheet were changed so that r1 / r = 0.8. Other procedures were the same as those in Example 1.

7.実施例触媒5の作製
実施例5では、r1/r=0.9となるように、ドーナツ状シリコンゴムシートおよび円形状シリコンゴムシートの寸法を変更した。その他の手順は、実施例1と同様の手順を採用した。
7). Production of Example Catalyst 5 In Example 5, the dimensions of the donut-shaped silicon rubber sheet and the circular silicon rubber sheet were changed so that r1 / r = 0.9. Other procedures were the same as those in Example 1.

8.比較例触媒1の作製
比較例1では、r1/r=0.05となるように、ドーナツ状シリコンゴムシートおよび円形状シリコンゴムシートの寸法を変更した。その他の手順は、実施例1と同様の手順を採用した。
8). Preparation of Comparative Example Catalyst 1 In Comparative Example 1, the dimensions of the donut-shaped silicon rubber sheet and the circular silicon rubber sheet were changed so that r1 / r = 0.05. Other procedures were the same as those in Example 1.

9.比較例触媒2の作製
比較例2では、r1/r=0となるように、シリコンゴムシートで覆うことなく酸素吸放出速度の速い材料を含むスラリーBのみでハニカムをコートした。その他の手順は、実施例1と同様の手順を採用した。
9. Preparation of Comparative Example Catalyst 2 In Comparative Example 2, the honeycomb was coated only with slurry B containing a material having a high oxygen absorption / release rate without being covered with a silicon rubber sheet so that r1 / r = 0. Other procedures were the same as those in Example 1.

10.比較例触媒3の作製
比較例3では、r1/r=1となるように、シリコンゴムシートで覆うことなく酸素吸放出速度の遅い材料を含むスラリーAのみでハニカムをコートした。その他の手順は、実施例1と同様の手順を採用した。
10. Preparation of Comparative Example Catalyst 3 In Comparative Example 3, the honeycomb was coated only with the slurry A containing a material having a low oxygen absorption / release rate without being covered with a silicon rubber sheet so that r1 / r = 1. Other procedures were the same as those in Example 1.

B.触媒の耐久試験
前記A.で作製した実施例触媒1〜5および比較例触媒1〜3を自動車触媒として使用した場合、自動車が一定の走行した後でも、これら触媒が触媒活性を維持しているかを試験した。実際に、エンジンとこれらの触媒を連結して、加速劣化試験(耐久試験)を行った。
B. Catalyst Durability Test A. When Example Catalysts 1 to 5 and Comparative Example Catalysts 1 to 3 prepared in Example 1 were used as automobile catalysts, it was tested whether these catalysts maintained catalytic activity even after the automobile had traveled a certain amount. Actually, an accelerated deterioration test (endurance test) was conducted by connecting the engine and these catalysts.

具体的には、A.で作製した実施例触媒1〜5および比較例触媒1〜3のそれぞれを、セラミックマットで巻き、次いで排気管にキャニングした。ハニカムの中央に熱電対を挿入し、ハニカムの中央部の温度を測定できるようにした。次に、この排気管をエンジンに連結した。   Specifically, A.I. Each of Example Catalysts 1 to 5 and Comparative Example Catalysts 1 to 3 prepared in Step 1 was wound with a ceramic mat and then cannulated to an exhaust pipe. A thermocouple was inserted in the center of the honeycomb so that the temperature at the center of the honeycomb could be measured. Next, this exhaust pipe was connected to the engine.

エンジン回転数/トルク等を調整して、ハニカムの中央部の温度が950±20℃になるようにした。このとき、A/Fが14と15を一定時間ずつ繰り返すサイクル試験とした。耐久時間:50時間とした。サイクル条件は、A/F14を10秒、A/F15を10秒とした。   The engine speed / torque and the like were adjusted so that the temperature at the center of the honeycomb was 950 ± 20 ° C. At this time, it was set as the cycle test which A / F repeats 14 and 15 for every fixed time. Endurance time: 50 hours. The cycle conditions were 10 seconds for A / F14 and 10 seconds for A / F15.

C.触媒の評価
B.で耐久試験を行った実施例触媒1〜5および比較例触媒1〜3を、エンジンに連結した。エンジン回転数/トルク等を調整して、触媒入口より10mm前方の位置で排ガス温度が500℃になるようにした。
A/Fを15で180秒間保持し、その後A/Fを14に切り替えて120秒間保持した。
A/Fを14に切り替えから100秒後に、触媒の前方および後方のNOx濃度を測定した。触媒後方のNOx濃度/触媒前方のNOx濃度を、NOx浄化率とした。表1および図3に、実施例触媒1〜5および比較例触媒1〜3のNOx浄化率を示す。
表1および図3から、本発明の触媒、すなわち、排ガス流れに対して垂直方向の触媒断面において、触媒断面中心部に酸素吸放出速度の遅い材料を配置し、触媒断面外周部に酸素吸放出速度の速い材料を配置した触媒が、高いNOx浄化率を有することが分かった。
C. Evaluation of catalyst Example catalysts 1 to 5 and Comparative example catalysts 1 to 3 which were subjected to durability tests were connected to the engine. The engine speed / torque and the like were adjusted so that the exhaust gas temperature was 500 ° C. at a position 10 mm ahead of the catalyst inlet.
A / F was held at 15 for 180 seconds, then A / F was switched to 14 and held for 120 seconds.
100 seconds after the A / F was switched to 14, the NOx concentration in front of and behind the catalyst was measured. The NOx concentration behind the catalyst / the NOx concentration in front of the catalyst was defined as the NOx purification rate. Table 1 and FIG. 3 show the NOx purification rates of Example Catalysts 1-5 and Comparative Example Catalysts 1-3.
From Table 1 and FIG. 3, in the catalyst cross section of the present invention, that is, in the cross section of the catalyst perpendicular to the exhaust gas flow, a material having a low oxygen absorption / release rate is arranged at the center of the catalyst cross section, and oxygen is absorbed and released at the outer periphery of the catalyst cross section. It has been found that a catalyst with a fast material has a high NOx purification rate.

Figure 2012110859
Figure 2012110859

D.酸素吸放出速度の評価
複数のOSC材の酸素吸放出速度について、以下の手法を用いて、評価を行った。
1.OSC材の調製
OSC材の酸素吸放出速度を評価するために、以下のOSC材を用意した。
(1)OSC材1:ローディア社製CeO:50wt%、ZrO:40wt%、Y:5wt%、La:5%の複合酸化物粉末。
(2)OSC材2:CeO:40wt%、ZrO:50wt%、Y:5wt%、La:5%複合酸化物粉末。
(3)OSC材3:CeO:30wt%、ZrO:60wt%、Y:5wt%、La:5%複合酸化物粉末。
(4)OSC材4:前記実施例1〜5触媒に含まれる、酸素吸放出速度の遅い材料。すなわち、CeO:50at%、ZrO:50at%の複合酸化物粉末。OSC材4は、前記A.1(1)の調製方法によって、得た。
2.Pd担持触媒の調製
前記OSC材1〜4を担体として、Pdを担持させて、Pd担持触媒とした。
具体的には、硝酸Pd薬液を水で希釈し、そこに前記OSC材1〜4を所定量投入した。これを120℃で一昼夜乾燥させた。次いで、これを500℃で2時間焼成して、粉末状の触媒を得た。得られた粉末状の触媒における、Pdの担持量が0.5wt%(触媒質量を基準として)になるように調製した。
得られた粉末状の触媒を、静水圧プレス装置(日機装社製の商品名「CK4−22−60」)を用いて、静水圧プレス(CIP)を300MPaの圧力で1分間行って成形した。さらに、成形された触媒を、0.5mm程度に粉砕して、ペレット状の触媒とした。
3.酸素吸放出速度の評価方法
前記2.で得られたペレット状の触媒3gを流通式のガス反応管に充填した。電気炉で加熱することによって、充填された触媒の温度が500℃になるようにした。このガス反応管に2%O/98%Nガスを2分間、15L/minで流通させることによって、充填された触媒を酸化させた。
その後、このガス反応管に0.2%CO/99.8%Nガスを2分間、15L/minで流通させた。触媒中では、式(1)の反応が生じていると考えられる。
2CeO+CO → Ce+CO・・・(1)
触媒流通後のガスをCO分析計(ND−IR法)で分析することにより、触媒を流通中に発生したCOを測定した。この測定のためのサンプリング間隔は0.5秒であった。
式(1)において、CeOから放出される酸素量と、生成するCO量は比例関係にある。したがって、CO発生量を、触媒(OSC材)から放出された酸素量と考えた。
この考えに基づいて、OSC材からの酸素放出速度が速いか遅いかを評価した。具体的には、2分間で放出されるCO量を1として、0.5のCO量を放出するのにかかる時間を測定した。0.5のCO量を放出するのにかかる時間が長いほど、酸素放出速度が遅いと評価した。
D. Evaluation of oxygen absorption / release rate The oxygen absorption / release rate of a plurality of OSC materials was evaluated using the following method.
1. Preparation of OSC Material In order to evaluate the oxygen absorption / release rate of the OSC material, the following OSC materials were prepared.
(1) OSC material 1: Composite oxide powder of CeO 2 : 50 wt%, ZrO 2 : 40 wt%, Y 2 O 3 : 5 wt%, La 2 O 3 : 5% manufactured by Rhodia.
(2) OSC material 2: CeO 2 : 40 wt%, ZrO 2 : 50 wt%, Y 2 O 3 : 5 wt%, La 2 O 3 : 5% composite oxide powder.
(3) OSC material 3: CeO 2 : 30 wt%, ZrO 2 : 60 wt%, Y 2 O 3 : 5 wt%, La 2 O 3 : 5% composite oxide powder.
(4) OSC material 4: A material having a low oxygen absorption / release rate included in the catalysts of Examples 1 to 5 described above. That is, a composite oxide powder of CeO 2 : 50 at% and ZrO 2 : 50 at%. The OSC material 4 was obtained by the preparation method of A.1 (1).
2. Preparation of Pd-supported catalyst Pd was supported by using the OSC materials 1 to 4 as a carrier to obtain a Pd-supported catalyst.
Specifically, a Pd nitrate chemical solution was diluted with water, and a predetermined amount of the OSC materials 1 to 4 was added thereto. This was dried at 120 ° C. overnight. Subsequently, this was baked at 500 degreeC for 2 hours, and the powdery catalyst was obtained. The obtained powdered catalyst was prepared so that the supported amount of Pd was 0.5 wt% (based on the catalyst mass).
The obtained powdery catalyst was molded by performing a hydrostatic press (CIP) for 1 minute at a pressure of 300 MPa using a hydrostatic pressure press (trade name “CK4-22-60” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). Further, the molded catalyst was pulverized to about 0.5 mm to obtain a pellet-shaped catalyst.
3. 1. Evaluation method of oxygen absorption / release rate A flow-type gas reaction tube was filled with 3 g of the pellet-shaped catalyst obtained in (1). By heating in an electric furnace, the temperature of the filled catalyst was adjusted to 500 ° C. The filled catalyst was oxidized by flowing 2% O 2 /98% N 2 gas through this gas reaction tube for 2 minutes at 15 L / min.
Thereafter, 0.2% CO / 99.8% N 2 gas was allowed to flow through the gas reaction tube at 15 L / min for 2 minutes. It is considered that the reaction of the formula (1) occurs in the catalyst.
2CeO 2 + CO → Ce 2 O 3 + CO 2 (1)
By analyzing the gas after the catalyst flow with a CO 2 analyzer (ND-IR method), CO 2 generated during the flow of the catalyst was measured. The sampling interval for this measurement was 0.5 seconds.
In the formula (1), the amount of oxygen released from CeO 2 and the amount of generated CO 2 are in a proportional relationship. Therefore, the amount of CO 2 generated was considered as the amount of oxygen released from the catalyst (OSC material).
Based on this idea, it was evaluated whether the oxygen release rate from the OSC material was fast or slow. Specifically, the amount of CO 2 released in 2 minutes was taken as 1, and the time taken to release 0.5 CO 2 was measured. The longer it took to release 0.5 CO 2, the slower the oxygen release rate.

4.酸素吸放出速度の評価結果
上記3.の評価方法により得た、酸素吸放出速度の結果を表2および図4に示す。0.5のCO量を放出するのにかかる時間が、40秒以上のものを遅いと評価した。
4). Evaluation results of oxygen absorption / release rate 3. Table 2 and FIG. 4 show the results of the oxygen absorption / release rate obtained by the above evaluation method. The time taken to release 0.5 CO 2 was evaluated as slow for 40 seconds or more.

Figure 2012110859
Figure 2012110859

Claims (6)

基材に触媒層をコートしてなる排ガス浄化用触媒であって、排ガス流れに対して垂直方向の断面において、断面中心部にコートした触媒層が断面外周部にコートした触媒層よりも酸素吸放出速度が遅いことを特徴とする、排ガス浄化用触媒。   A catalyst for purifying exhaust gas, which is obtained by coating a base material with a catalyst layer, and in a cross section perpendicular to the exhaust gas flow, the catalyst layer coated at the center of the cross section absorbs more oxygen than the catalyst layer coated at the outer periphery of the cross section. A catalyst for exhaust gas purification characterized by a slow release rate. 前記基材が、隔壁によって仕切られた、排ガス流れ方向に実質的に平行な多数の貫通孔を有するハニカム構造を有す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。   2. The exhaust gas purifying catalyst according to claim 1, wherein the base material has a honeycomb structure having a large number of through-holes partitioned by partition walls and substantially parallel to the exhaust gas flow direction. 前記断面の半径または対角線長をrとし、前記断面中心部の半径または対角線長をr1としたとき、0.10≦r1/r≦0.9であることを特徴とする、請求項1または2に記載の排ガス浄化用触媒。   The radius or diagonal length of the cross section is r, and the radius or diagonal length of the central portion of the cross section is r1, 0.10 ≦ r1 / r ≦ 0.9. The catalyst for exhaust gas purification as described in 1. 前記断面中心部にコートした触媒層がセリア−ジルコニアの複合酸化物を含み、前記複合酸化物中にセリウムイオンとジルコニウムイオンとによりパイロクロア相型の規則配列相が形成されており、且つ、
前記パイロクロア相型の規則配列相が、大気中、1100℃の温度条件で5時間加熱後に、加熱前と比較して50%以上残存していることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒。
The catalyst layer coated at the center of the cross section contains a ceria-zirconia composite oxide, and a pyrochlore phase type ordered arrangement phase is formed by cerium ions and zirconium ions in the composite oxide, and
4. The pyrochlore phase type ordered arrangement phase remains in the atmosphere after heating for 5 hours under a temperature condition of 1100 ° C. over 50% compared to before heating. The exhaust gas purifying catalyst according to claim 1.
前記中心部にコートした触媒層は、所定の条件下で2分間に放出する酸素量の50質量%を放出するのに40秒以上かかることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒。   The catalyst layer coated on the center portion takes 40 seconds or more to release 50% by mass of the amount of oxygen released in 2 minutes under a predetermined condition. The exhaust gas-purifying catalyst according to Item. 前記断面中心部と同形の開口部を有する蓋で前記基材の端面を覆って、前記断面中心部に触媒層をコートする工程、および
前記断面中心部と同形の蓋で前記基材の端面を覆って、前記断面外周部に触媒層をコートする工程、
を含んでなる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒を製造する方法。
Covering the end surface of the base material with a lid having an opening having the same shape as the central portion of the cross section, and coating the catalyst layer on the central portion of the cross section; and covering the end surface of the base material with the same shape as the central portion of the cross section. Covering and coating a catalyst layer on the outer periphery of the cross section,
A process for producing an exhaust gas purifying catalyst according to any one of claims 1 to 5, comprising:
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