JP2014000552A - Catalyst carrier for exhaust gas purification, catalyst for exhaust gas purification using the same, production method of catalyst carrier for exhaust gas purification - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst carrier for exhaust gas purification that can obtain a transition metal carrier catalyst that shows excellent catalytic activity even when being exposed to high temperature, especially high catalytic activity from comparatively cold temperature.SOLUTION: A catalyst carrier for exhaust gas purification comprises a complex metal oxide porous body including alumina, ceria, and zirconia, an inclusion ratio of the alumina being 30-80 mass%, wherein in the complex metal oxide porous body after burning for 5 hours in air at 1100°C, in 100 fine small regions (one fine small region is length 300 nm×width 330 nm) obtained from an energy dispersion type X-ray analysis performed by a scan transmission electron microscope with a spherical surface aberration correction device, a condition in which standard deviations of an inclusion ratio (unit: at%) of an aluminum element, a cerium element and a zirconium element are all at most 19 is satisfied.

Description

本発明は、排ガス浄化用触媒担体、それを用いた排ガス浄化用触媒、及び排ガス浄化用触媒担体の製造方法に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification catalyst carrier, an exhaust gas purification catalyst using the same, and a method for producing an exhaust gas purification catalyst carrier.

排ガス浄化用触媒としては、白金、ロジウム及びパラジウム等の貴金属をアルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、セリア等からなる金属酸化物担体に担持した三元触媒が広く知られている。また、触媒活性の向上を目的として、複数種の金属酸化物担体を混合又は積層してそれぞれの金属酸化物担体の特性を利用することも行われている。例えば、セリアは、排ガス中の酸素濃度が高い時には酸素を吸蔵し、排ガス中の酸素濃度が低い時には酸素を放出する酸素吸蔵能(OSC能)を有するものであるが、耐熱性が比較的低いものである。従って、セリアとジルコニア又はアルミナとを固溶体化又は混合して用いて、触媒の耐熱性を改良することが行われている。   As a catalyst for exhaust gas purification, a three-way catalyst in which a noble metal such as platinum, rhodium and palladium is supported on a metal oxide carrier made of alumina, titania, silica, zirconia, ceria or the like is widely known. In addition, for the purpose of improving the catalytic activity, a plurality of types of metal oxide supports are mixed or laminated and the characteristics of each metal oxide support are used. For example, ceria has an oxygen storage ability (OSC ability) that stores oxygen when the oxygen concentration in the exhaust gas is high and releases oxygen when the oxygen concentration in the exhaust gas is low, but has relatively low heat resistance. Is. Therefore, the heat resistance of the catalyst is improved by using ceria and zirconia or alumina as a solid solution or mixed.

特開2001−170500号公報(特許文献1)には、アルミナ系メソ多孔体の粉末とセリア−ジルコニア固溶体とを混合して調製した担体、及びこの担体に貴金属を担持せしめた排ガス浄化用触媒が開示されている。また、特開2010−29844号公報(特許文献2)には、ベーマイトやアルミナ粉末とYやCeなどで安定化されたジルコニア粉末とを混合して調製した無機酸化物からなる担体、及びこの担体に貴金属などの活性金属を担持せしめた炭化水素の接触部分酸化用触媒が開示されている。さらに、特開2006−298759号公報(特許文献3)には、硝酸アルミニウムや活性アルミナ粉末などのアルミナ化合物と、硝酸セリウムと、硝酸ジルコニウムとを混合して調製した、アルミナ、セリア及びジルコニアを含有する複合酸化物、並びにこの複合酸化物に貴金属を含浸させた排ガス浄化用触媒が開示されている。また、特開2002−160922号公報(特許文献4)には、アルミニウム化合物とセリウム化合物とジルコニウム化合物を用いて共沈法により調製した、アルミナとセリア−ジルコニア固溶体とを含有する複合酸化物、及びこの複合酸化物に貴金属を担持せしめた排ガス浄化用触媒が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2001-170500 (Patent Document 1) discloses a carrier prepared by mixing an alumina mesoporous powder and a ceria-zirconia solid solution, and an exhaust gas purifying catalyst having a noble metal supported on the carrier. It is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-29844 (Patent Document 2) discloses a carrier made of an inorganic oxide prepared by mixing boehmite or alumina powder and zirconia powder stabilized with Y or Ce, and the carrier. Discloses a catalyst for catalytic partial oxidation of hydrocarbons in which an active metal such as a noble metal is supported. Further, JP-A-2006-298759 (Patent Document 3) contains alumina, ceria and zirconia prepared by mixing an alumina compound such as aluminum nitrate or activated alumina powder, cerium nitrate, and zirconium nitrate. And an exhaust gas purifying catalyst obtained by impregnating the composite oxide with a noble metal. JP-A-2002-160922 (Patent Document 4) discloses a composite oxide containing alumina and a ceria-zirconia solid solution prepared by a coprecipitation method using an aluminum compound, a cerium compound, and a zirconium compound, and An exhaust gas purifying catalyst in which a noble metal is supported on this composite oxide is disclosed.

一方、触媒担体に担持させる金属としては、上述のような貴金属が広く用いられていたが、近年では、貴金属に比べてより安価な銅などの遷移金属も排ガス浄化用触媒として有効であることが知られている。しかしながら、銅などの遷移金属は、貴金属に比べて耐熱性に劣っており、粒成長しやすいため、高温に曝されると、触媒活性が低下する場合があった。   On the other hand, noble metals as described above have been widely used as the metal to be supported on the catalyst carrier, but recently, transition metals such as copper, which are cheaper than noble metals, are also effective as exhaust gas purification catalysts. Are known. However, transition metals such as copper are inferior in heat resistance as compared with noble metals and are likely to grow grains, so that when exposed to high temperatures, the catalytic activity may decrease.

特開2001−170500号公報JP 2001-170500 A 特開2010−29844号公報JP 2010-29844 A 特開2006−298759号公報JP 2006-298759 A 特開2002−160922号公報JP 2002-160922 A

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、高温に曝された場合でも優れた触媒活性、特に、比較的低温から高い触媒活性を示す遷移金属担持触媒を得ることが可能な排ガス浄化用触媒担体及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and it is possible to obtain a transition metal-supported catalyst that exhibits excellent catalytic activity even when exposed to high temperatures, particularly high catalytic activity from a relatively low temperature. An object of the present invention is to provide a catalyst support for exhaust gas purification and a method for producing the same.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、アルミナとセリアとジルコニアとを含有する複合金属酸化物多孔体であって、アルミナの含有率が所定の範囲にあり、高温(例えば、1100℃)での熱処理後においてアルミナ、セリア及びジルコニアが相互に微細且つ均一に分散した状態で配置されている複合金属酸化物多孔体を担体として用いることによって、この担体に遷移金属を担持せしめた触媒が、高温に長時間曝された後(例えば、900℃で5時間の耐久試験後)においても、優れた触媒活性、特に、比較的低温から高い触媒活性を示すことを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention are composite metal oxide porous bodies containing alumina, ceria and zirconia, and the content of alumina is within a predetermined range, and the high temperature By using as a support a composite metal oxide porous body in which alumina, ceria and zirconia are arranged in a finely and uniformly dispersed state after heat treatment (for example, 1100 ° C.), a transition metal is added to the support. It has been found that the supported catalyst exhibits excellent catalytic activity even after being exposed to a high temperature for a long time (for example, after an endurance test at 900 ° C. for 5 hours), in particular, high catalytic activity from a relatively low temperature, The present invention has been completed.

すなわち、本発明の排ガス浄化用触媒担体は、アルミナ、セリア及びジルコニアを含有し、アルミナの含有率が30〜80質量%である複合金属酸化物多孔体からなり、
空気中、1100℃で5時間焼成した後の複合金属酸化物多孔体が、球面収差補正装置付き走査透過型電子顕微鏡を用いて行なったエネルギー分散型X線分析により求めた、100個の微小領域(1個の微小領域は縦300nm×横330nm)についてのアルミニウム元素、セリウム元素及びジルコニウム元素の含有率(単位:at%)の標準偏差が全て19以下であるという条件を満たすものであることを特徴とするものである。また、セリウム元素及びジルコニウム元素の含有率(単位:at%)の前記標準偏差が全て15以下であることが好ましい。
That is, the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention comprises alumina, ceria and zirconia, and is composed of a composite metal oxide porous body having an alumina content of 30 to 80% by mass,
100 microscopic regions obtained by energy dispersive X-ray analysis of a composite metal oxide porous body after calcination in air at 1100 ° C. for 5 hours using a scanning transmission electron microscope with a spherical aberration corrector The standard deviation of the content ratio (unit: at%) of aluminum element, cerium element and zirconium element for (one minute region is 300 nm in length × 330 nm in width) satisfies the condition that all are 19 or less. It is a feature. Moreover, it is preferable that all the said standard deviations of the content rate (unit: at%) of a cerium element and a zirconium element are 15 or less.

また、本発明の排ガス浄化用触媒担体において、空気中、1100℃で5時間焼成した後の複合金属酸化物多孔体は、窒素吸着法により測定した1nm〜0.1μmの範囲内の細孔直径を有する細孔の合計細孔容量が0.18cm/g以上であり、水銀圧入法により測定した0.1μm〜10μmの範囲内の細孔直径を有する細孔の合計細孔容量が0.3cm/g以上であるという条件を満たすものであることが好ましい。 In the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, the composite metal oxide porous body after calcination in air at 1100 ° C. for 5 hours has a pore diameter in the range of 1 nm to 0.1 μm measured by a nitrogen adsorption method. The total pore volume of the pores having a pore diameter in the range of 0.1 μm to 10 μm measured by the mercury intrusion method is 0.18 cm 3 / g or more. It is preferable to satisfy the condition of 3 cm 3 / g or more.

さらに、本発明の排ガス浄化用触媒は、このような本発明の排ガス浄化用触媒担体と該触媒担体に担持されている遷移金属とを備えるものであることを特徴とするものであり、前記遷移金属としては銅が好ましい。   Further, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention comprises the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention and a transition metal supported on the catalyst carrier, and the transition Copper is preferred as the metal.

また、本発明の本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法は、アルミナ、セリア及びジルコニアを含有する複合金属酸化物多孔体からなる排ガス浄化用触媒担体の製造方法であって、
複合金属酸化物多孔体中のアルミナの含有率が30〜80質量%となるように、アルミニウムイオンとセリウムイオンとジルコニウムイオンとを含有する第一の原料溶液を調製する工程と、
高分子分散剤を含有する第二の原料溶液を調製する工程と、
第一の原料溶液と第二の原料溶液とを1000〜200000sec−1の剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合して金属化合物のコロイド溶液を得る工程と、
前記コロイド溶液のpHを3〜5に調整する工程と、
必要に応じて、前記コロイド溶液に有機アミンを添加してゲル化処理を施し、金属化合物の懸濁液を得る工程と、
pH調整後のコロイド溶液又は前記金属化合物の懸濁液を脱脂し、酸化雰囲気下、700〜1050℃で熱処理して前記複合金属酸化物多孔体を得る工程と
を含むことを特徴とする方法である。
The method for producing the exhaust gas purification catalyst carrier of the present invention is a method for producing an exhaust gas purification catalyst carrier comprising a composite metal oxide porous material containing alumina, ceria and zirconia,
Preparing a first raw material solution containing aluminum ions, cerium ions, and zirconium ions so that the content of alumina in the composite metal oxide porous body is 30 to 80% by mass;
A step of preparing a second raw material solution containing a polymer dispersant;
A step of directly introducing the first raw material solution and the second raw material solution directly into a region having a shear rate of 1000 to 200000 sec −1 and homogeneously mixing them to obtain a metal compound colloidal solution;
Adjusting the pH of the colloidal solution to 3-5;
If necessary, adding an organic amine to the colloidal solution and subjecting it to a gelation treatment to obtain a suspension of a metal compound;
degreasing the pH-adjusted colloidal solution or the suspension of the metal compound, and heat-treating at 700 to 1050 ° C. in an oxidizing atmosphere to obtain the composite metal oxide porous body. is there.

なお、本発明の製造方法によって、高温での熱処理(空気中、1100℃、5時間)後においてもアルミナ、セリア及びジルコニアが高い相互微分散度(すなわち、相互に微細且つ均一に分散した状態)で配置された複合金属酸化物多孔体が得られる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、金属化合物結晶子等のナノ粒子は水等の水性溶液中では凝集しやすく、通常、高分子分散剤を添加してナノ粒子に吸着させて凝集を抑制している。本発明に用いられる高分子分散剤(ポリアルキレンイミン及びポリアクリル酸等)もナノ粒子に吸着して凝集を抑制するものと推察されるが、高分子分散剤を添加して通常の攪拌を行なっただけでは粒子径の大きな凝集体が形成する傾向にある。これは、通常、高分子分散剤が一次粒子よりも大きく、架橋構造を形成し易いため、高分子分散剤の架橋反応に伴って高分子分散剤が吸着したナノ粒子が凝集するため、また、高分子分散剤が複数の金属化合物結晶子に同時に吸着するためであると推察される。   By the production method of the present invention, even after heat treatment at high temperature (in air, 1100 ° C., 5 hours), alumina, ceria and zirconia have a high degree of mutual fine dispersion (that is, a state in which they are finely and uniformly dispersed with each other). Although the reason why the composite metal oxide porous body arranged in (1) is obtained is not necessarily clear, the present inventors infer as follows. That is, nanoparticles such as metal compound crystallites easily aggregate in an aqueous solution such as water, and usually a polymer dispersant is added and adsorbed on the nanoparticles to suppress aggregation. The polymer dispersant (polyalkyleneimine, polyacrylic acid, etc.) used in the present invention is also presumed to adsorb to the nanoparticles and suppress aggregation, but the polymer dispersant is added and normal stirring is performed. Only the particles tend to form aggregates having a large particle size. This is because the polymer dispersant is usually larger than the primary particles and easily forms a crosslinked structure, so that the nanoparticles adsorbed by the polymer dispersant are agglomerated with the crosslinking reaction of the polymer dispersant, This is presumably because the polymer dispersant is adsorbed simultaneously on a plurality of metal compound crystallites.

一方、本発明の製造方法においては、前記高分子分散剤の添加に加えて反応場に所定の剪断力を付与しているため、金属化合物結晶子の凝集構造が破壊されるのと同時に高分子分散剤がナノ粒子に吸着するとともに、コロイド溶液のpHを所定の条件に調整しているため、ナノ粒子は、粒子径が比較的小さい凝集体の状態でコロイド溶液中に存在するものと推察される。また、高分子分散剤はコロイド溶液中で安定に存在するため、粒子径が大きな凝集体が形成されにくく、さらに、本発明の製造方法においては、このようなコロイド溶液が液中における分散状態を維持し得るpH条件にあるため、ナノ粒子は、粒子径が比較的小さい凝集体の状態でコロイド溶液中で安定に分散しているものと推察される。そして、本発明の製造方法においては、このようなナノ粒子が均一に分散したコロイド溶液を脱脂し、特定の温度条件で熱処理しているため、アルミナ、セリア及びジルコニアが高い相互微分散度で配置された複合金属酸化物多孔体が得られると推察される。   On the other hand, in the production method of the present invention, since a predetermined shearing force is applied to the reaction field in addition to the addition of the polymer dispersant, the aggregate structure of the metal compound crystallites is destroyed at the same time. Since the dispersant is adsorbed on the nanoparticles and the pH of the colloidal solution is adjusted to a predetermined condition, it is assumed that the nanoparticles are present in the colloidal solution in the form of aggregates with a relatively small particle size. The In addition, since the polymer dispersant is stably present in the colloidal solution, aggregates having a large particle size are not easily formed. Further, in the production method of the present invention, such a colloidal solution exhibits a dispersed state in the liquid. It is presumed that the nanoparticles are stably dispersed in the colloidal solution in the form of aggregates having a relatively small particle size because of the pH conditions that can be maintained. In the production method of the present invention, since colloidal solution in which such nanoparticles are uniformly dispersed is degreased and heat-treated at a specific temperature condition, alumina, ceria and zirconia are arranged with a high degree of mutual fine dispersion. It is presumed that a composite metal oxide porous body is obtained.

また、前記コロイド溶液に有機アミンを添加してゲル化処理を行なった場合に、高温での熱処理後においてもアルミナ、セリア及びジルコニアが高い相互微分散度で配置された複合金属酸化物多孔体が得られる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、コロイド溶液にアンモニア水等の塩基性溶液を添加してpHを7以上に調整すると、ポリアルキレンイミン等の高分子分散剤はコロイド粒子から外れて凝集すると推察される。このとき、高分子分散剤を失ったコロイド粒子も凝集するため、コロイド溶液は懸濁液になると推察される。特に、セリア・ジルコニアコロイド前駆体に比べて結晶性が低いと考えられるアルミナは凝集が顕著であると推察される。そして、このような懸濁液を用いて得られる複合金属酸化物多孔体において、アルミナ粒子は凝集していると推察される。このような複合金属酸化物多孔体に高温での熱処理を施した場合、アルミナの粒成長が促進され、また、アルミナによる拡散障壁機能が十分に作用せず、セリア及びジルコニアも粒成長し、アルミナ、セリア及びジルコニアの相互微分散度が低下すると推察される。これに対して、本発明の製造方法においては、コロイド溶液に有機アミンを添加するため、ポリアルキレンイミン等の高分子分散剤がコロイド粒子から外れた場合でも、有機アミンが高分子分散剤と類似の役割を果たし、アルミナ、セリア及びジルコニアコロイドの過剰な凝集が抑制されると推察される。その結果、得られる複合金属酸化物多孔体において、アルミナ、セリア及びジルコニアは高い相互微分散度で配置されていると推察される。このような複合金属酸化物多孔体は、高温での熱処理を施しても、高度に微分散されたアルミナの拡散障壁機能によりセリア・ジルコニアの粒成長が十分に抑制されるため、耐熱性が高く、高温での熱処理後においてもアルミナ、セリア及びジルコニアの高い相互微分散度が維持されると推察される。   In addition, when an organic amine is added to the colloid solution and gelation is performed, the composite metal oxide porous body in which alumina, ceria and zirconia are arranged with a high degree of mutual fine dispersion even after heat treatment at a high temperature is obtained. The reason why it is obtained is not necessarily clear, but the present inventors speculate as follows. That is, when a basic solution such as aqueous ammonia is added to the colloidal solution to adjust the pH to 7 or more, it is assumed that the polymer dispersant such as polyalkyleneimine is separated from the colloidal particles and aggregates. At this time, colloidal particles that have lost the polymer dispersant are also agglomerated, so it is assumed that the colloidal solution becomes a suspension. In particular, it is presumed that agglomeration is remarkable in alumina which is considered to have lower crystallinity than the ceria / zirconia colloid precursor. And in the composite metal oxide porous body obtained using such a suspension, it is speculated that the alumina particles are aggregated. When such a composite metal oxide porous body is heat-treated at a high temperature, the grain growth of alumina is promoted, the diffusion barrier function by alumina does not sufficiently function, and ceria and zirconia also grow, and alumina It is speculated that the mutual fine dispersion degree of ceria and zirconia is lowered. On the other hand, in the production method of the present invention, an organic amine is added to the colloidal solution, so even if the polymer dispersant such as polyalkyleneimine is detached from the colloidal particles, the organic amine is similar to the polymer dispersant. It is presumed that excessive aggregation of alumina, ceria and zirconia colloids is suppressed. As a result, in the obtained composite metal oxide porous body, it is presumed that alumina, ceria and zirconia are arranged with high mutual fine dispersion. Such a composite metal oxide porous body has high heat resistance because the grain growth of ceria and zirconia is sufficiently suppressed by the diffusion barrier function of highly finely dispersed alumina even when heat treatment is performed at high temperature. It is presumed that high mutual fine dispersion of alumina, ceria and zirconia is maintained even after heat treatment at high temperature.

さらに、本発明の製造方法によって、細孔直径が1nm〜0.1μmの細孔(メソ細孔)と細孔直径が0.1μm〜10μmの細孔(マクロ細孔)とを有し、高温での熱処理後においても、これらの細孔がそれぞれ比較的大きな合計細孔容量を有する複合金属酸化物多孔体が得られる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、本発明の製造方法においては、ナノ粒子が、粒子径が比較的小さい凝集体の状態で均一に分散したコロイド溶液を脱脂し、特定の温度条件で熱処理することによって、ナノ粒子が凝集した複合金属酸化物多孔体が形成され、ナノ粒子の間の空隙が前記メソ細孔を形成していると推察される。また、コロイド溶液を脱脂する際に高分子分散剤が除去されることによって、複合金属酸化物多孔体にマクロ細孔が形成されると推察される。そして、この複合金属酸化物多孔体には、耐熱性に優れたアルミナが所定量含まれているため、高温での熱処理を施しても、前記マクロ細孔が破壊されにくく、また、高度に微分散されたアルミナの拡散障壁機能によりセリア及びジルコニアの粒成長が抑制されるため、比較的大きな合計細孔容量が得られると推察される。   Further, according to the production method of the present invention, there are pores having a pore diameter of 1 nm to 0.1 μm (mesopores) and pores having a pore diameter of 0.1 μm to 10 μm (macropores), The reason why a porous composite metal oxide body in which these pores each have a relatively large total pore volume can be obtained even after the heat treatment in FIG. 1 is not necessarily clear, but the present inventors speculate as follows. . That is, in the production method of the present invention, the nanoparticles were agglomerated by degreasing the colloidal solution in which the nanoparticles were uniformly dispersed in a state of an aggregate having a relatively small particle diameter, and heat-treating at a specific temperature condition. It is inferred that a composite metal oxide porous body is formed, and voids between the nanoparticles form the mesopores. Further, it is presumed that macropores are formed in the composite metal oxide porous body by removing the polymer dispersant when the colloidal solution is degreased. Since this composite metal oxide porous body contains a predetermined amount of alumina having excellent heat resistance, the macropores are not easily destroyed even when heat treatment is performed at a high temperature. It is presumed that a relatively large total pore volume can be obtained because the grain growth of ceria and zirconia is suppressed by the diffusion barrier function of the dispersed alumina.

また、このような複合金属酸化物多孔体を担体として備える遷移金属担持触媒(排ガス浄化用触媒)が、高温に曝された後においても優れた触媒活性を示す理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、本発明の排ガス浄化用触媒においては、高い相互微分散度で配置されているアルミナ、セリア及びジルコニアにそれぞれ遷移金属が担持されていると推察される。このような排ガス浄化用触媒において、遷移金属は、セリア及びジルコニアとの相互作用により、遷移金属活性種の活性化が促進され、優れた触媒活性を示すと推察される。そして、本発明の排ガス浄化用触媒は、高温に曝されても、アルミナ、セリア及びジルコニアの高い相互微分散度が維持されているため、アルミナ、セリア及びジルコニアにそれぞれ担持されている遷移金属は、粒成長しにくく、微細且つ均一に配置された状態が保持されていると推察される。このため、本発明の排ガス浄化用触媒は、高温に曝されても、触媒活性の低下が起こりにくく、優れた触媒活性を示すと推察される。   The reason why such a transition metal-supported catalyst (exhaust gas purifying catalyst) comprising a composite metal oxide porous body as a carrier exhibits excellent catalytic activity even after being exposed to high temperatures is not necessarily clear. The inventors speculate as follows. That is, in the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, it is presumed that transition metals are supported on alumina, ceria, and zirconia that are arranged with a high degree of mutual fine dispersion. In such an exhaust gas purifying catalyst, the transition metal is presumed to exhibit an excellent catalytic activity by promoting the activation of the transition metal active species by the interaction with ceria and zirconia. The exhaust gas purifying catalyst of the present invention maintains a high degree of mutual fine dispersion of alumina, ceria and zirconia even when exposed to high temperatures. Therefore, the transition metals supported on alumina, ceria and zirconia are respectively It is presumed that the state in which the grains are difficult to grow and is arranged finely and uniformly is maintained. For this reason, it is surmised that the catalyst for exhaust gas purification of the present invention hardly shows a decrease in catalytic activity even when exposed to high temperatures and exhibits excellent catalytic activity.

一方、アルミナ、セリア及びジルコニアの相互微分散度が低い場合、高温下においては、アルミナがセリアやジルコニアの拡散障壁として有効に機能しないため、セリア及びジルコニアが粒成長すると推察される。その結果、高温に曝された遷移金属担持触媒においては、遷移金属がアルミナ、セリア及びジルコニアに不均一に担持された状態(具体的には、セリア及びジルコニアの粒成長とともに、これらに担持されている遷移金属が粒成長した状態)となるため、遷移金属とセリア及びジルコニアとの相互作用が十分に得られず、触媒活性が低下すると推察される。   On the other hand, when the mutual fine dispersion degree of alumina, ceria and zirconia is low, it is assumed that alumina does not function effectively as a diffusion barrier for ceria and zirconia at high temperatures, so that ceria and zirconia grow. As a result, in transition metal supported catalysts exposed to high temperatures, the transition metal is supported nonuniformly on alumina, ceria, and zirconia (specifically, it is supported on these with the growth of ceria and zirconia grains). It is presumed that the interaction between the transition metal and ceria and zirconia is not sufficiently obtained, and the catalytic activity is lowered.

また、アルミナの含有率が低い場合も同様に、アルミナの拡散障壁機能が十分に作用せず、高温下においては、セリア及びジルコニアが粒成長すると推察される。その結果、高温に曝された遷移金属担持触媒においては、アルミナ、セリア及びジルコニアに担持された遷移金属が不均一な状態(具体的には、セリア及びジルコニアの粒成長とともに、これらに担持されている遷移金属が粒成長した状態)となるため、触媒活性が低下すると推察される。   Similarly, when the content of alumina is low, it is presumed that the diffusion barrier function of alumina does not sufficiently function, and ceria and zirconia grow at a high temperature. As a result, in transition metal supported catalysts exposed to high temperatures, the transition metals supported on alumina, ceria and zirconia are in a non-uniform state (specifically, they are supported on ceria and zirconia along with the grain growth). Therefore, it is assumed that the catalytic activity decreases.

本発明によれば、高温に曝された場合でも、優れた触媒活性、特に、比較的低温から高い触媒活性を示す遷移金属担持触媒を得ることが可能な排ガス浄化用触媒担体及びその製造方法を提供することが可能となる。   According to the present invention, there is provided an exhaust gas purifying catalyst carrier capable of obtaining a transition metal-supported catalyst exhibiting excellent catalytic activity, in particular, high catalytic activity from a relatively low temperature, even when exposed to high temperatures, and a method for producing the same. It becomes possible to provide.

本発明に用いられるコロイド溶液の製造装置の好適な一実施形態を示す模式縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows suitable one Embodiment of the manufacturing apparatus of the colloidal solution used for this invention. 図1に示すホモジナイザー10の先端部(攪拌部)を示す拡大縦断面図である。FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing a tip portion (stirring portion) of the homogenizer 10 shown in FIG. 1. 図1に示す内側ステータ13の側面図である。It is a side view of the inner side stator 13 shown in FIG. 図1に示す内側ステータ13の横断面図である。It is a cross-sectional view of the inner stator 13 shown in FIG. 実施例2で得られた複合金属酸化物多孔体の高温での熱処理後の状態を示す走査透過型電子顕微鏡写真である。2 is a scanning transmission electron micrograph showing a state after heat treatment at a high temperature of a composite metal oxide porous body obtained in Example 2. FIG.

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

先ず、本発明の排ガス浄化用触媒担体について説明する。本発明の排ガス浄化用触媒担体は、アルミナ、セリア及びジルコニアを含有し、アルミナの含有率が30〜80質量%である複合金属酸化物多孔体からなるものである。アルミナの含有率が前記下限未満になると、アルミナの拡散障壁としての機能が小さくなるため、高温に曝された排ガス浄化用触媒は、細孔容量や比表面積が減少して遷移金属の粒成長が十分に抑制されず、触媒活性が低下する。他方、アルミナの含有率が前記上限を超えると、相対的にセリア及びジルコニアの含有率が減少するため、遷移金属とセリア及びジルコニアとの相互作用が低下し、触媒活性が低下する。また、高温に曝された排ガス浄化用触媒の活性がより高くなるという観点から、アルミナの含有率としては40〜70質量%が好ましい。   First, the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention will be described. The catalyst carrier for exhaust gas purification of the present invention comprises a composite metal oxide porous body containing alumina, ceria and zirconia, and the alumina content is 30 to 80% by mass. When the content of alumina is less than the lower limit, the function of alumina as a diffusion barrier is reduced. Therefore, the exhaust gas purifying catalyst exposed to high temperature has reduced pore volume and specific surface area, and transition metal grain growth occurs. It is not sufficiently suppressed and the catalytic activity is reduced. On the other hand, when the content of alumina exceeds the upper limit, the content of ceria and zirconia is relatively reduced, so that the interaction between the transition metal, ceria and zirconia is reduced, and the catalytic activity is reduced. Further, from the viewpoint that the activity of the exhaust gas purifying catalyst exposed to high temperature becomes higher, the alumina content is preferably 40 to 70% by mass.

また、本発明の排ガス浄化用触媒担体において、複合金属酸化物多孔体中のセリアの含有率は特に制限はないが、10〜60質量%が好ましく、20〜50質量%がより好ましい。セリアの含有率が前記下限未満になると、遷移金属とセリアとの相互作用が低下し、触媒活性が低下する傾向にある。他方、セリアの含有率が前記上限を超えると、ジルコニアの含有率が減少するため、セリアにジルコニアが固溶することによって得られるセリアの安定化効果が減少し、高温下においてセリアが粒成長するため、高温に曝された排ガス浄化用触媒の活性が低下する傾向にある。また、アルミナの含有率も減少するため、アルミナの拡散障壁としての機能が小さくなり、高温に曝された排ガス浄化用触媒は、細孔容量や比表面積が減少して遷移金属の粒成長が十分に抑制されず、触媒活性が低下する傾向にある。   In the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, the content of ceria in the composite metal oxide porous body is not particularly limited, but is preferably 10 to 60% by mass, and more preferably 20 to 50% by mass. When the content of ceria is less than the lower limit, the interaction between the transition metal and ceria decreases, and the catalytic activity tends to decrease. On the other hand, if the ceria content exceeds the above upper limit, the zirconia content decreases, so the stabilization effect of ceria obtained by solid solution of zirconia in ceria decreases, and ceria grows at high temperatures. For this reason, the activity of the exhaust gas purifying catalyst exposed to high temperature tends to decrease. In addition, since the alumina content also decreases, the function of alumina as a diffusion barrier is reduced, and the catalyst for exhaust gas purification exposed to high temperatures has reduced pore volume and specific surface area, resulting in sufficient transition metal grain growth. However, the catalytic activity tends to decrease.

さらに、複合金属酸化物多孔体中のジルコニアの含有率も特に制限はないが、5〜40質量%が好ましく、5〜30質量%がより好ましい。ジルコニアの含有率が前記下限未満になると、セリアの安定化効果が減少し、高温に曝された排ガス浄化用触媒の活性が低下する傾向にある。他方、ジルコニアの含有率が前記上限を超えると、セリアの含有率が減少するため、遷移金属とセリア及びジルコニアとの相互作用が低下し、触媒活性が低下する傾向にある。また、アルミナの含有率も減少するため、アルミナの拡散障壁としての機能が小さくなり、高温に曝された排ガス浄化用触媒は、細孔容量や比表面積が減少して遷移金属の粒成長が十分に抑制されず、触媒活性が低下する傾向にある。   Furthermore, the content of zirconia in the composite metal oxide porous body is not particularly limited, but is preferably 5 to 40% by mass, and more preferably 5 to 30% by mass. When the content of zirconia is less than the lower limit, the effect of stabilizing ceria decreases, and the activity of the exhaust gas purifying catalyst exposed to high temperatures tends to decrease. On the other hand, when the content of zirconia exceeds the upper limit, the content of ceria decreases, so that the interaction between the transition metal, ceria and zirconia decreases, and the catalytic activity tends to decrease. In addition, since the alumina content also decreases, the function of alumina as a diffusion barrier is reduced, and the catalyst for exhaust gas purification exposed to high temperatures has reduced pore volume and specific surface area, resulting in sufficient transition metal grain growth. However, the catalytic activity tends to decrease.

また、このような複合金属酸化物多孔体においては、セリアとジルコニアが固溶体を形成していることが好ましい。すなわち、本発明にかかる複合金属酸化物多孔体としては、アルミナ粒子とジルコニア固溶セリア粒子(CZ粒子)とを含有するものが好ましい。これにより、触媒の耐熱性が向上する傾向にある。   Moreover, in such a composite metal oxide porous body, it is preferable that ceria and zirconia form a solid solution. That is, the composite metal oxide porous body according to the present invention preferably contains alumina particles and zirconia solid solution ceria particles (CZ particles). This tends to improve the heat resistance of the catalyst.

さらに、前記複合金属酸化物多孔体には、触媒の耐熱性が向上するという観点から、セリウム以外の希土類元素(La、Pr、Y、Sc等)の酸化物及びアルカリ土類金属(Sr、Ca、Ba等)の酸化物からなる群から選択される少なくとも一種の金属酸化物を更に含有していることが好ましく、触媒の耐熱性が更に向上するという観点から、イットリア(Y)及びランタナ(La)のうちの少なくとも一種を更に含有することがより好ましく、イットリア(Y)を更に含有することが特に好ましい。このような金属酸化物の含有率は、その効果が得られるように適宜設定される。 Furthermore, from the viewpoint of improving the heat resistance of the catalyst, the composite metal oxide porous body includes oxides of rare earth elements (La, Pr, Y, Sc, etc.) other than cerium and alkaline earth metals (Sr, Ca). , Ba, etc.), and preferably contains at least one metal oxide selected from the group consisting of oxides. From the viewpoint of further improving the heat resistance of the catalyst, yttria (Y 2 O 3 ) and It is more preferable to further include at least one of lantana (La 2 O 3 ), and it is particularly preferable to further include yttria (Y 2 O 3 ). The content of such a metal oxide is appropriately set so that the effect is obtained.

本発明の排ガス浄化用触媒担体は、空気中、1100℃で5時間焼成した後においてもアルミナ、セリア及びジルコニアが高い相互分散度(すなわち、相互に微細且つ均一に分散した状態)で配置されている複合金属酸化物多孔体からなるものである。具体的には、前記条件で高温での熱処理を施した複合金属酸化物多孔体は、球面収差補正装置付き走査透過型電子顕微鏡を用いて行なったエネルギー分散型X線分析により求めた、100個の微小領域(1個の微小領域は縦300nm×横330nm)についてのアルミニウム元素、セリウム元素及びジルコニウム元素の含有率(単位:at%)の標準偏差が全て19以下(好ましくは、18以下)であるという条件を満たすものである。このように、高温での熱処理後においてもアルミナ、セリア及びジルコニアが高い相互分散度で配置されている複合金属酸化物多孔体を担体として用いることによって、排ガス浄化用触媒は、高温に長時間曝された場合(例えば、900℃で5時間の耐久試験後)でも、優れた触媒活性、特に、375℃以下の比較的低温から高い触媒活性を示す。また、排ガス浄化用触媒の活性がより向上するという観点から、前記条件で高温での熱処理を施した複合金属酸化物多孔体は、セリウム元素及びジルコニウム元素の含有率(単位:at%)の標準偏差が全て15以下(より好ましくは14以下)であるという条件を満たすものであることが好ましく、ジルコニウム元素の含有率(単位:at%)の標準偏差が9以下(特に好ましくは7以下)であるという条件を満たすものであることが更に好ましい。   In the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, alumina, ceria and zirconia are arranged with a high degree of mutual dispersion (that is, in a state of being finely and uniformly dispersed with each other) even after calcination in air at 1100 ° C. for 5 hours. It is made of a composite metal oxide porous body. Specifically, 100 composite metal oxide porous bodies subjected to heat treatment at high temperature under the above conditions were obtained by energy dispersive X-ray analysis performed using a scanning transmission electron microscope with a spherical aberration corrector. Standard deviations of aluminum element content, cerium element content, and zirconium element content (unit: at%) for each micro region (one micro region is 300 nm long by 330 nm wide) are all 19 or less (preferably 18 or less) It satisfies the condition of being. As described above, the exhaust gas purifying catalyst is exposed to a high temperature for a long time by using the composite metal oxide porous body in which alumina, ceria and zirconia are arranged with a high degree of mutual dispersion even after heat treatment at a high temperature. Even when it is used (for example, after an endurance test at 900 ° C. for 5 hours), it exhibits excellent catalytic activity, particularly high catalytic activity from a relatively low temperature of 375 ° C. or lower. Also, from the viewpoint of further improving the activity of the exhaust gas purifying catalyst, the composite metal oxide porous body subjected to the heat treatment at the high temperature under the above conditions is a standard for the content ratio (unit: at%) of the cerium element and the zirconium element. It is preferable that all the deviations are 15 or less (more preferably 14 or less), and the standard deviation of the zirconium element content (unit: at%) is 9 or less (particularly preferably 7 or less). More preferably, it satisfies the condition of being.

なお、このような標準偏差は、具体的には以下の方法により求められる。すなわち、先ず、球面収差補正装置付き走査透過型電子顕微鏡(例えば、(株)日立ハイテクノロジーズ製Cs−STEM、商品名「HD2700」)に装着したエネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いて、高温での熱処理後の複合金属酸化物多孔体粉末の元素分析を行い、所定の倍率の分析視野(縦100ピクセル×横128ピクセル)においてEDXマッピングを行う。なお、前記倍率は、分析視野を100個の微小領域に分割(縦10分割×横10分割)した場合に、1個の微小領域の大きさが縦300nm×横330nmとなるように設定する。また、EDXの分析スポット領域が前記分析視野の1ピクセルより小さい場合には、得られるEDXマッピングデータを1ピクセルごとに平均化する。次に、1微小領域ごとにEDXマッピングデータを平均化して各金属元素の含有率を算出し、100個の微小領域についての各金属元素の含有率の標準偏差を算出する。この金属元素の含有率の標準偏差が小さいほど、各金属酸化物が相互により微細且つ均一に分散した状態で配置されていることを示している。   Such a standard deviation is specifically obtained by the following method. That is, first, using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX) attached to a scanning transmission electron microscope with a spherical aberration correction device (for example, Cs-STEM manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, trade name “HD2700”). Then, elemental analysis of the composite metal oxide porous powder after heat treatment at high temperature is performed, and EDX mapping is performed in an analysis field of view at a predetermined magnification (vertical 100 pixels × horizontal 128 pixels). The magnification is set so that when the analysis field of view is divided into 100 minute regions (vertical 10 divisions × horizontal 10 divisions), the size of one minute region is 300 nm vertical by 330 nm horizontal. Further, when the analysis spot area of EDX is smaller than one pixel of the analysis visual field, the obtained EDX mapping data is averaged for each pixel. Next, the EDX mapping data is averaged for each minute region to calculate the content of each metal element, and the standard deviation of the content of each metal element for 100 minute regions is calculated. It shows that the smaller the standard deviation of the metal element content, the finer and more uniformly dispersed each metal oxide is.

また、前記条件で高温での熱処理を施した複合金属酸化物多孔体においては、窒素吸着法により測定した1nm〜0.1μmの範囲内の細孔直径を有する細孔(メソ細孔)の合計細孔容量が0.18cm/g以上であることが好ましく、水銀圧入法により測定した0.1μm〜10μmの範囲内の細孔直径を有する細孔(マクロ細孔)の合計細孔容量が0.3cm/g以上であることが好ましい。前記合計細孔容量(特に、マクロ細孔の合計細孔容量)が前記下限未満になると、高温に曝された触媒においては、遷移金属の粒成長が十分に抑制されず、触媒活性が低下する傾向にある。また、前記合計細孔容量の上限については特に制限はないが、合計細孔量が大きい複合金属酸化物多孔体は、嵩高く、フルサイズハニカム基材にコートしにくいという観点から、メソ細孔の合計細孔容量としては3cm/g以下が好ましく、マクロ細孔の合計細孔容量としては4cm/g以下が好ましい。 In the composite metal oxide porous body that has been heat-treated at the high temperature under the above conditions, the total number of pores (mesopores) having a pore diameter in the range of 1 nm to 0.1 μm measured by the nitrogen adsorption method The pore volume is preferably 0.18 cm 3 / g or more, and the total pore volume of pores (macropores) having a pore diameter in the range of 0.1 μm to 10 μm measured by mercury porosimetry is It is preferably 0.3 cm 3 / g or more. When the total pore volume (particularly, the total pore volume of macropores) is less than the lower limit, in the catalyst exposed to high temperature, the growth of transition metal particles is not sufficiently suppressed, and the catalytic activity decreases. There is a tendency. The upper limit of the total pore volume is not particularly limited, but the composite metal oxide porous body having a large total pore volume is bulky and is difficult to coat a full-size honeycomb substrate. The total pore volume is preferably 3 cm 3 / g or less, and the total pore volume of macropores is preferably 4 cm 3 / g or less.

さらに、前記条件で高温での熱処理を施した複合金属酸化物多孔体においては、窒素吸着法により測定したBET比表面積が25m/g以上であることが好ましい。BET比表面積が前記下限未満になると、高温に曝された触媒は、遷移金属の粒成長が十分に抑制されず、触媒活性が低下する傾向にある。また、BET比表面積は大きい方が好ましく、上限については特に制限はないが、通常、200m/g以下である。 Furthermore, in the composite metal oxide porous body that has been heat-treated at a high temperature under the above conditions, the BET specific surface area measured by the nitrogen adsorption method is preferably 25 m 2 / g or more. When the BET specific surface area is less than the above lower limit, the catalyst exposed to a high temperature does not sufficiently suppress the growth of transition metal grains, and the catalytic activity tends to decrease. Moreover, the one where a BET specific surface area is larger is preferable, and although there is no restriction | limiting in particular about an upper limit, Usually, it is 200 m < 2 > / g or less.

なお、BET比表面積及びメソ細孔の合計細孔容量は以下の方法により求められる。すなわち、先ず、複合金属酸化物多孔体を液体窒素温度(−196℃)に冷却して窒素ガスを所定の圧力で導入し、定容量式ガス吸着法又は重量法によりその平衡圧における窒素吸着量を求める。次に、導入する窒素ガスの圧力を徐々に増加させ、各平衡圧における窒素吸着量を求める。得られた窒素吸着量を平衡圧に対してプロットすることにより窒素吸着等温線が得られる。次いで、得られた窒素吸着等温線からBET等温吸着式により複合金属酸化物多孔体の比表面積を求める。また、窒素吸着等温線からBJH法により細孔径分布曲線を求め、この細孔径分布曲線からメソ細孔の合計細孔容量を求める。   The BET specific surface area and the total pore volume of mesopores are determined by the following method. That is, first, the composite metal oxide porous body is cooled to a liquid nitrogen temperature (−196 ° C.), nitrogen gas is introduced at a predetermined pressure, and the nitrogen adsorption amount at the equilibrium pressure is determined by a constant volume gas adsorption method or a gravimetric method. Ask for. Next, the pressure of the introduced nitrogen gas is gradually increased, and the nitrogen adsorption amount at each equilibrium pressure is obtained. The nitrogen adsorption isotherm can be obtained by plotting the obtained nitrogen adsorption amount against the equilibrium pressure. Next, the specific surface area of the composite metal oxide porous body is determined from the obtained nitrogen adsorption isotherm by the BET isotherm adsorption equation. Further, a pore size distribution curve is obtained from the nitrogen adsorption isotherm by the BJH method, and the total pore volume of mesopores is obtained from this pore size distribution curve.

また、マクロ細孔の合計細孔容量は水銀圧入法により求められる。すなわち、複合金属酸化物多孔体に水銀を高圧で注入し、加えた圧力と水銀の注入量との関係を求める。加えた圧力から細孔直径を算出し、水銀の注入量から細孔容積を算出し、これらをプロットして細孔径分布曲線を求め、この細孔径分布曲線からマクロ細孔の合計細孔容量を求める。   Further, the total pore volume of the macropores is determined by a mercury intrusion method. That is, mercury is injected into the composite metal oxide porous body at a high pressure, and the relationship between the applied pressure and the amount of mercury injected is determined. The pore diameter is calculated from the applied pressure, the pore volume is calculated from the amount of mercury injected, and these are plotted to obtain a pore size distribution curve. From this pore size distribution curve, the total pore volume of the macropores is calculated. Ask.

次に、本発明の排ガス浄化用触媒について説明する。本発明の排ガス浄化用触媒は、前記本発明の排ガス浄化用触媒担体と、前記担体の表面に担持されている遷移金属とを備えるものである。本発明の排ガス浄化用触媒は、担体が、高温での熱処理後においてもアルミナ、セリア及びジルコニアが高い相互微分散度で配置されており、好ましくは高温での熱処理後の合計細孔容量(特に、メソ細孔の合計細孔容量)及びBET比表面積が比較的大きい複合金属酸化物からなるものであるため、高温に曝された場合においても、遷移金属の粒成長が起こりにくく、優れた触媒活性、特に、375℃以下の比較的低温から高い触媒活性を示す。   Next, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention will be described. The exhaust gas purifying catalyst of the present invention comprises the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention and a transition metal supported on the surface of the carrier. In the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, alumina, ceria and zirconia are arranged with high mutual fine dispersion even after heat treatment at high temperature, and preferably the total pore volume after heat treatment at high temperature (especially , The total pore volume of the mesopores) and the BET specific surface area are comparatively large composite metal oxides. Therefore, even when exposed to high temperatures, transition metal grain growth hardly occurs and an excellent catalyst. It shows high activity, particularly from a relatively low temperature of 375 ° C. or lower.

前記遷移金属としては、Cu、Fe、Ni、Co、Mn、Zn、W、Mo、Nb、Sn、Ta、Ag等が挙げられる。これらの遷移金属は1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。中でも、高いNOx還元性能が発揮されるという観点からはCu、Niが好ましく、COやCH化合物の高い酸化性能を有するという観点からはCu、Fe、Ni、Mnが好ましい。   Examples of the transition metal include Cu, Fe, Ni, Co, Mn, Zn, W, Mo, Nb, Sn, Ta, and Ag. These transition metals may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. Among these, Cu and Ni are preferable from the viewpoint of exhibiting high NOx reduction performance, and Cu, Fe, Ni, and Mn are preferable from the viewpoint of having high oxidation performance of CO and CH compounds.

また、前記遷移金属は、金属単体として担持されていてもよいし、金属化合物として担持されていてもよい。前記遷移金属化合物としては、前記遷移金属の酸化物;水酸化物、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、有機酸塩等の塩;炭化物;窒化物;硫化物;及びこれらの中間生成物、並びに、前記遷移金属の複合酸化物等が挙げられる。具体的には、CuO、CuO、Cu(OH)、CuCO、CuFe、CuAl等が挙げられる。このような遷移金属化合物としては、得られる触媒が排ガス浄化用の触媒等として有用なものとなるという観点から、CuO、CuAl、CuO、Cu(OH)を用いることが好ましい。 The transition metal may be supported as a single metal or as a metal compound. Examples of the transition metal compounds include oxides of the transition metals; salts of hydroxides, chlorides, nitrates, sulfates, organic acid salts, etc .; carbides; nitrides; sulfides; and intermediate products thereof, and Examples thereof include complex oxides of the transition metals. Specifically, CuO, Cu 2 O, Cu (OH) 2, CuCO 3, CuFe 2 O 4, CuAl 2 O 4 and the like. As such a transition metal compound, CuO, CuAl 2 O 4 , Cu 2 O, or Cu (OH) 2 is preferably used from the viewpoint that the obtained catalyst is useful as a catalyst for exhaust gas purification. .

遷移金属の担持量としては特に制限はなく、得られる触媒の用途等に応じて適宜調整されるが、排ガス浄化用触媒担体100質量部に対して0.1〜10質量部程度であることが好ましい。   The amount of the transition metal supported is not particularly limited and is appropriately adjusted according to the use of the obtained catalyst, and is about 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the exhaust gas purification catalyst carrier. preferable.

本発明の排ガス浄化用触媒において、その形態は特に制限されず、例えば、前記触媒を粒子の形態のまま用いてもよく、或いは、前記触媒を基材に担持したハニカム形状のモノリス触媒や、前記触媒をペレット形状に成形したペレット触媒の形態等として用いてもよい。ここで用いられる基材も特に制限されず、パティキュレートフィルタ基材(DPF基材)、モノリス状基材、ペレット状基材、プレート状基材等を好適に採用することができる。また、このような基材の材質も特に制限されないが、コーディエライト、炭化ケイ素、チタン酸アルミ、ムライト等のセラミックスからなる基材や、クロム及びアルミニウムを含むステンレススチール等の金属からなる基材を好適に採用することができる。さらに、本発明の排ガス浄化用触媒においては、その効果を損なわない範囲で各種触媒に用いることが可能な他の成分(例えば、NOx吸蔵材等)が適宜担持されていてもよい。   In the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the form thereof is not particularly limited. For example, the catalyst may be used in the form of particles, or the honeycomb-shaped monolith catalyst supporting the catalyst on a base material, You may use as a form of the pellet catalyst etc. which shape | molded the catalyst in the pellet shape. The base material used here is not particularly limited, and a particulate filter base material (DPF base material), a monolithic base material, a pellet base material, a plate base material, and the like can be suitably used. The material of such a substrate is not particularly limited, but a substrate made of a ceramic such as cordierite, silicon carbide, aluminum titanate, mullite, or a substrate made of a metal such as stainless steel containing chromium and aluminum. Can be suitably employed. Furthermore, in the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, other components (for example, NOx occlusion material) that can be used for various catalysts within a range not impairing the effect thereof may be appropriately supported.

次に、本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法について説明する。本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法は、アルミナ、セリア及びジルコニアを含有する複合金属酸化物多孔体からなる排ガス浄化用触媒担体の製造方法であって、
複合金属酸化物多孔体中のアルミナの含有率が30〜80質量%となるように、アルミニウムイオンとセリウムイオンとジルコニウムイオンとを含有する第一の原料溶液を調製する工程と、
高分子分散剤を含有する第二の原料溶液を調製する工程と、
第一の原料溶液と第二の原料溶液とを1000〜200000sec−1の剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合して金属化合物のコロイド溶液を得る工程と、
前記コロイド溶液のpHを3〜5に調整する工程と、
必要に応じて、前記コロイド溶液に有機アミンを添加してゲル化処理を施し、金属化合物の懸濁液を得る工程と、
pH調整後のコロイド溶液又は前記金属化合物の懸濁液を脱脂し、酸化雰囲気下、700〜1050℃で熱処理して前記複合金属酸化物多孔体を得る工程と
を含むことを特徴とする方法である。この方法によれば、高温での熱処理後においてもアルミナ、セリア及びジルコニアが高い相互微分散度で配置されている複合金属酸化物多孔体からなる前記本発明の排ガス浄化用触媒担体を得ることができる。
Next, a method for producing the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention will be described. The method for producing an exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention is a method for producing an exhaust gas purifying catalyst carrier comprising a composite metal oxide porous body containing alumina, ceria and zirconia,
Preparing a first raw material solution containing aluminum ions, cerium ions, and zirconium ions so that the content of alumina in the composite metal oxide porous body is 30 to 80% by mass;
A step of preparing a second raw material solution containing a polymer dispersant;
A step of directly introducing the first raw material solution and the second raw material solution directly into a region having a shear rate of 1000 to 200000 sec −1 and homogeneously mixing them to obtain a metal compound colloidal solution;
Adjusting the pH of the colloidal solution to 3-5;
If necessary, adding an organic amine to the colloidal solution and subjecting it to a gelation treatment to obtain a suspension of a metal compound;
degreasing the pH-adjusted colloidal solution or the suspension of the metal compound, and heat-treating at 700 to 1050 ° C. in an oxidizing atmosphere to obtain the composite metal oxide porous body. is there. According to this method, it is possible to obtain the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention comprising a porous composite metal oxide in which alumina, ceria and zirconia are arranged with a high degree of mutual fine dispersion even after heat treatment at a high temperature. it can.

(第一の原料溶液調製工程)
前記アルミニウムイオンとセリウムイオンとジルコニウムイオンとを含有する第一の原料溶液は、アルミニウム化合物と、セリウム化合物と、ジルコニウム化合物と、必要に応じて他の金属化合物とを、溶媒に溶解させることにより得られる。
(First raw material solution preparation process)
The first raw material solution containing the aluminum ion, cerium ion, and zirconium ion is obtained by dissolving an aluminum compound, a cerium compound, a zirconium compound, and, if necessary, another metal compound in a solvent. It is done.

このようなアルミニウム化合物、セリウム化合物、ジルコニウム化合物、他の金属化合物としては、それらの金属の塩(酢酸塩、硝酸塩、塩化物、硫酸塩、亜硫酸塩、無機錯塩等)が好適に用いられ、中でも、副生成物としてHCl等の腐食性溶液を生成しない、また排ガス浄化用触媒担体として使用した場合に性能劣化成分となる硫黄を含まない、という観点から酢酸塩又は硝酸塩が特に好ましい。   As such aluminum compounds, cerium compounds, zirconium compounds, and other metal compounds, salts of these metals (acetates, nitrates, chlorides, sulfates, sulfites, inorganic complex salts, etc.) are preferably used. From the viewpoint of not producing a corrosive solution such as HCl as a by-product and not containing sulfur as a performance deterioration component when used as a catalyst support for exhaust gas purification, acetate or nitrate is particularly preferable.

また、第一の原料溶液に用いられる溶媒としては、水、水溶性有機溶媒(メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、アセトニトリル等)、水と前記水溶性有機溶媒との混合溶媒等が挙げられる。   Examples of the solvent used for the first raw material solution include water, a water-soluble organic solvent (methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, acetone, acetonitrile, etc.), a mixed solvent of water and the water-soluble organic solvent, and the like. Can be mentioned.

第一の原料溶液中のアルミニウム化合物、セリウム化合物、ジルコニウム化合物、他の金属化合物の各濃度は、得られる複合金属酸化物多孔体中のアルミナ、セリア、ジルコニア、他の金属酸化物の含有率が所定の値となるように適宜調整する。   Each concentration of aluminum compound, cerium compound, zirconium compound, and other metal compounds in the first raw material solution is such that the content of alumina, ceria, zirconia, and other metal oxides in the obtained composite metal oxide porous body is It adjusts suitably so that it may become a predetermined value.

また、第一の原料溶液の陽イオン濃度としては0.005〜0.5mol/Lが好ましく、0.01〜0.3mol/Lがより好ましい。陽イオン濃度が前記範囲にあると金属化合物結晶子は径が小さく均一な凝集体の状態で液中で分散し、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、陽イオン濃度が前記下限未満になると金属化合物の結晶子の収率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えるとコロイド溶液中の金属化合物の結晶子及び/又はその凝集体(以下、場合により金属化合物微粒子という)間の距離が高分子分散剤の会合サイズよりも短くなるため、高分子分散剤の吸着による立体障害斥力が効果的に作用せず、結晶子や凝集体同士がさらに凝集する傾向にある。   The cation concentration of the first raw material solution is preferably 0.005 to 0.5 mol / L, and more preferably 0.01 to 0.3 mol / L. When the cation concentration is in the above range, the metal compound crystallites are dispersed in the liquid in the form of uniform aggregates having a small diameter, and a colloidal solution having excellent storage stability can be obtained. On the other hand, when the cation concentration is less than the lower limit, the yield of the crystallites of the metal compound tends to decrease. On the other hand, when the cation concentration exceeds the upper limit, the crystallites of the metal compound in the colloidal solution and / or aggregates thereof (hereinafter referred to as the cation concentration). In some cases, the distance between the metal compound fine particles) is shorter than the association size of the polymer dispersant, so that the steric hindrance repulsion due to the adsorption of the polymer dispersant does not act effectively, and crystallites and aggregates are Further, it tends to aggregate.

(第二の原料溶液調製工程)
前記高分子分散剤を含有する第二の原料溶液は、高分子分散剤と、必要に応じてアンモニウム塩(酢酸アンモニウム、硝酸アンモニウム等)、アニモニア水、酸(酢酸、硝酸等)、過酸化水素水等とを、溶媒に溶解させることにより得られる。前記高分子分散剤としては、ポリアルキレンイミン、ポリアクリル酸、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコールが好ましく、液中で高い分散性能を発揮できるという観点から、ポリアルキレンイミン及びポリアクリル酸がより好ましく、所定のpH条件で得られるコロイド溶液が保存安定性に特に優れているという観点から、ポリアルキレンイミンが特に好ましい。
(Second raw material solution preparation step)
The second raw material solution containing the polymer dispersant includes a polymer dispersant and, if necessary, an ammonium salt (ammonium acetate, ammonium nitrate, etc.), an animonia water, an acid (acetic acid, nitric acid, etc.), a hydrogen peroxide solution. Etc. are dissolved in a solvent. As the polymer dispersant, polyalkyleneimine, polyacrylic acid, polyvinylpyrrolidone, and polyethylene glycol are preferable, and from the viewpoint that high dispersion performance can be exhibited in the liquid, polyalkyleneimine and polyacrylic acid are more preferable, Polyalkyleneimine is particularly preferred from the viewpoint that the colloidal solution obtained under pH conditions is particularly excellent in storage stability.

ポリアルキレンイミンの重量平均分子量は3000〜15000であることが好ましく、8000〜12000であることがより好ましい。ポリアルキレンイミンの重量平均分子量が前記範囲にあると金属化合物結晶子は径が小さく均一な凝集体の状態で分散し、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、ポリアルキレンイミンの重量平均分子量が前記下限未満になるとポリアルキレンイミンが金属化合物微粒子に吸着しても立体障害による斥力が十分に発現せず、金属化合物微粒子が凝集する傾向にあり、他方、前記上限を超えるとポリアルキレンイミンが架橋構造を形成し、大きな凝集体が形成する傾向にある。なお、前記重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)(装置名:分子量分布測定システム(島津製作所社製)、溶媒:THF、カラム:GPC−80M、温度:40℃、速度:1ml/min)により測定され、標準物質(商品名:shodex STANDARD、昭和電工社製)で換算した値である。   The weight average molecular weight of the polyalkyleneimine is preferably 3000 to 15000, and more preferably 8000 to 12000. When the weight average molecular weight of the polyalkyleneimine is within the above range, the metal compound crystallites are dispersed in the form of uniform aggregates having a small diameter, and a colloidal solution having excellent storage stability can be obtained. On the other hand, when the weight average molecular weight of the polyalkyleneimine is less than the lower limit, even if the polyalkyleneimine is adsorbed to the metal compound fine particles, the repulsive force due to steric hindrance is not sufficiently expressed, and the metal compound fine particles tend to aggregate, If the upper limit is exceeded, the polyalkyleneimine tends to form a crosslinked structure and a large aggregate. The weight average molecular weight is gel permeation chromatography (GPC) (device name: molecular weight distribution measurement system (manufactured by Shimadzu Corporation), solvent: THF, column: GPC-80M, temperature: 40 ° C., speed: 1 ml / min) It is a value converted by a standard substance (trade name: shodex STANDARD, manufactured by Showa Denko KK).

第二の原料溶液中のポリアルキレンイミンの濃度は、得られるコロイド溶液におけるポリアルキレンイミンの含有量が前記金属化合物の結晶子の単位表面積に対して5〜35mg/m(より好ましくは、5〜15mg/m)となるように調整することが好ましい。コロイド溶液中のポリアルキレンイミンの含有量が前記範囲になると、金属化合物結晶子は径が小さく均一な凝集体の状態で分散し、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、コロイド溶液中のポリアルキレンイミンの含有量が前記下限未満になると、金属化合物微粒子の表面をポリアルキレンイミンが十分に被覆することができず、金属化合物微粒子が凝集してより大きな凝集体が形成される傾向にあり、他方、前記上限を超えると、コロイド溶液中に遊離のポリアルキレンイミンが多く存在するため、ポリアルキレンイミンの架橋反応が著しく進行し、粒子径の大きな凝集体が形成する傾向にある。 The concentration of the polyalkyleneimine in the second raw material solution is such that the content of the polyalkyleneimine in the resulting colloidal solution is 5 to 35 mg / m 2 (more preferably 5 to the unit surface area of the crystallite of the metal compound). It is preferable to adjust so that it may become -15mg / m < 2 >). When the polyalkyleneimine content in the colloidal solution falls within the above range, the metal compound crystallites are dispersed in a state of uniform aggregates with a small diameter, and a colloidal solution having excellent storage stability can be obtained. On the other hand, when the polyalkyleneimine content in the colloidal solution is less than the lower limit, the surface of the metal compound fine particles cannot be sufficiently covered with the polyalkyleneimine, and the metal compound fine particles aggregate to form larger aggregates. On the other hand, when the above upper limit is exceeded, a large amount of free polyalkyleneimine is present in the colloidal solution, so that the cross-linking reaction of polyalkyleneimine proceeds remarkably and aggregates having a large particle size are formed. There is a tendency.

第二の原料溶液に用いられる溶媒としては、水、水溶性有機溶媒(メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、アセトニトリル等)、水と前記水溶性有機溶媒との混合溶媒等が挙げられる。   Examples of the solvent used for the second raw material solution include water, a water-soluble organic solvent (methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, acetone, acetonitrile, etc.), a mixed solvent of water and the water-soluble organic solvent, and the like. .

(コロイド溶液調製工程)
コロイド溶液を得る工程においては、1000〜200000sec−1の剪断速度となっている領域に、第一の原料溶液及び第二の原料溶液が独立に直接導入され、均質に混合される。このように均質混合することにより、水等の金属化合物結晶子が凝集し易い溶媒においても、金属化合物結晶子を径がより小さく均一な凝集体の状態で液中で分散させることが可能となる。
(Colloid solution preparation process)
In the step of obtaining the colloidal solution, the first raw material solution and the second raw material solution are directly and independently introduced into a region having a shear rate of 1000 to 200,000 sec −1 and mixed homogeneously. Such homogeneous mixing makes it possible to disperse metal compound crystallites in a liquid in a state of uniform aggregates having a smaller diameter even in a solvent in which metal compound crystallites such as water easily aggregate. .

このような混合方法に用いられる装置としては、例えば、図1に示すものが挙げられる。以下、図面を参照しながら、本発明に好適な装置ついて詳細に説明する。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   As an apparatus used for such a mixing method, for example, the apparatus shown in FIG. Hereinafter, an apparatus suitable for the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description and drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted.

図1に示す製造装置は、攪拌装置としてホモジナイザー10を備えており、ホモジナイザー10の先端部(攪拌部)が反応容器20内に配置されている。ホモジナイザー10の先端部は、図2に示すように、凹型のローター11と、ローター11の外周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された凹型の外側ステータ12と、ローター11の内周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された凸型の内側ステータ13とを備えている。さらに、ローター11は、回転シャフト14を介してモーター15に接続されており、回転することが可能な構造となっている。   The manufacturing apparatus shown in FIG. 1 includes a homogenizer 10 as a stirring device, and a front end portion (stirring portion) of the homogenizer 10 is disposed in the reaction vessel 20. As shown in FIG. 2, the front end of the homogenizer 10 includes a concave outer stator 12 disposed so that a predetermined gap region is formed between the concave rotor 11 and the outer periphery of the rotor 11, and the rotor. 11 and a convex inner stator 13 arranged so that a predetermined gap region is formed between the inner periphery of the inner stator 11 and the inner periphery. Further, the rotor 11 is connected to a motor 15 via a rotating shaft 14 and has a structure capable of rotating.

そして、図1に示す製造装置においては、複数のノズル、すなわち、原料溶液Aを導入するためのノズル16Aと原料溶液Bを導入するためのノズル16Bとが、それぞれ内側ステータ13におけるローター11に対向する面にそれぞれ設けられている。また、ノズル16Aには流路17Aを介して原料溶液Aの供給装置(図示せず)が、ノズル16Bには流路17Bを介して原料溶液Bの供給装置(図示せず)がそれぞれ接続されており、ローター11と内側ステータ13との間の領域に原料溶液Aと原料溶液Bとをそれぞれ独立して直接的に導入することが可能な構造となっている。   In the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, a plurality of nozzles, that is, a nozzle 16 </ b> A for introducing the raw material solution A and a nozzle 16 </ b> B for introducing the raw material solution B are opposed to the rotor 11 in the inner stator 13. It is provided on each surface. Further, a supply device (not shown) for the raw material solution A is connected to the nozzle 16A via a flow path 17A, and a supply device (not shown) for the raw material solution B is connected to the nozzle 16B via a flow path 17B. The raw material solution A and the raw material solution B can be directly and independently introduced into the region between the rotor 11 and the inner stator 13.

さらに、図1に示す製造装置においては、図3及び図4に示すように、ノズル16A及びノズル16Bが、内側ステータ13におけるローター11に対向する面において、ローター11の回転軸Xに対して直交する所定の面Yの外周方向に交互に設けられている。   Further, in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, as shown in FIGS. 3 and 4, the nozzle 16 </ b> A and the nozzle 16 </ b> B are orthogonal to the rotation axis X of the rotor 11 on the surface facing the rotor 11 in the inner stator 13. The predetermined surfaces Y are alternately provided in the outer peripheral direction.

なお、図3及び図4においては、ノズル16A及びノズル16Bがそれぞれ12個ずつ設けられているが(24孔タイプ)、ノズル16A及びノズル16Bの数は特に限定されるものではない。従って、ノズル16A及びノズル16Bがそれぞれ1個ずつ設けられていればよいが(2孔タイプ)、原料溶液A及び原料溶液Bが前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間をより短縮できるという観点から、ノズル16A及びノズル16Bの数はそれぞれ10個以上であることが好ましく、20個以上であることがより好ましい。一方、ノズル16A及びノズル16Bのそれぞれの数の上限は特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、ノズルの詰まりをより確実に防止するという観点から、交互に配置されたノズル16A及びノズル16Bの開口部の直径が0.1mm程度以上の寸法を取り得るようにすることが好ましい。このようにノズルの開口部の直径は特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、ノズルの詰まりをより確実に防止するという観点から、0.1〜1mm程度であることが好ましい。   3 and 4, 12 nozzles 16A and 12 nozzles 16B are provided (24-hole type), but the number of nozzles 16A and nozzles 16B is not particularly limited. Accordingly, it is only necessary to provide one nozzle 16A and one nozzle 16B (two-hole type), but the time from when the raw material solution A and the raw material solution B are introduced into the region until homogeneous mixing is further reduced. From the viewpoint of being able to do so, the number of nozzles 16A and 16B is preferably 10 or more, and more preferably 20 or more. On the other hand, the upper limit of the number of each of the nozzles 16A and 16B is not particularly limited and varies depending on the size of the device, but from the viewpoint of more reliably preventing nozzle clogging, the alternately arranged nozzles 16A. It is preferable that the diameter of the opening of the nozzle 16B can take a dimension of about 0.1 mm or more. As described above, the diameter of the opening of the nozzle is not particularly limited and varies depending on the size of the apparatus, but is preferably about 0.1 to 1 mm from the viewpoint of more reliably preventing nozzle clogging. .

また、図3及び図4においては、ノズル16A及びノズル16Bが、ローター11の回転軸Xに対して直交する一つの面Yの外周方向に一列に交互に設けられているが、複数の面の外周方向に複数の列において交互に設けられていてもよい。   3 and 4, the nozzles 16 </ b> A and the nozzles 16 </ b> B are alternately provided in a row in the outer peripheral direction of one surface Y orthogonal to the rotation axis X of the rotor 11. It may be provided alternately in a plurality of rows in the outer circumferential direction.

以上説明した図1に示す製造装置においては、ノズル16Aとノズル16Bとから原料溶液A及び原料溶液Bがそれぞれ導入される領域、すなわち図1及び図2においてはローター11の内周と内側ステータ13の外周との間の領域において、剪断速度が1000〜200000sec−1となるように設定され、2000〜100000sec−1となるように設定されることがより好ましい。この領域の剪断速度が前記下限未満になると、金属化合物結晶子の凝集と複数の結晶子に高分子分散剤が吸着した構造が破壊されず、より大きな凝集体が残存するようになる。他方、この領域の剪断速度が前記上限を超えると、高分子分散剤が破壊されて、前記金属化合物微粒子に十分な斥力を付与することができず、より大きな凝集体が形成され、安定したコロイド溶液が得られない。特に、高分子分散剤としてポリアルキレンイミンを用いる場合には、原料溶液A及び原料溶液Bがそれぞれ導入される領域において、剪断速度が20000sec−1以下となるように設定されることが更に好ましく、15000sec−1以下となるように設定されることが特に好ましい。 In the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 described above, regions where the raw material solution A and the raw material solution B are respectively introduced from the nozzle 16A and the nozzle 16B, that is, the inner periphery of the rotor 11 and the inner stator 13 in FIGS. in the region between the outer periphery of, is set to a shear rate becomes 1000~200000Sec -1, and more preferably is set so that 2000~100000sec -1. When the shear rate in this region is less than the lower limit, the aggregation of the metal compound crystallites and the structure in which the polymer dispersant is adsorbed on the plurality of crystallites are not destroyed, and larger aggregates remain. On the other hand, when the shear rate in this region exceeds the above upper limit, the polymer dispersant is destroyed, and sufficient repulsive force cannot be applied to the metal compound fine particles, and a larger aggregate is formed and a stable colloid. A solution cannot be obtained. In particular, when polyalkyleneimine is used as the polymer dispersant, it is more preferable that the shear rate is set to 20000 sec −1 or less in each region where the raw material solution A and the raw material solution B are introduced. It is particularly preferable to set it to be 15000 sec −1 or less.

このような剪断速度を達成するための条件としては、ローターの回転速度及びローターとステータとの間のギャップの大きさが影響するため、前記領域の剪断速度が前記条件を満たすようにそれらを設定する必要がある。具体的なローター11の回転速度は特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、例えば、内側ステータ13の外径12.0mm、ローター11と外側ステータ12との間のギャップ0.2mm、及びローター11と内側ステータ13との間のギャップ0.5mm、外側ステータ12の内径18.8mmの場合には、ローター11の回転速度を好ましくは2000〜20000rpm、より好ましくは3000〜15000rpmに設定することによって前記剪断速度を達成することが可能となる。また、内側ステータ13とローター11との間のギャップを0.2mmにすれば、ローター11の最大回転速度を好ましくは8387rpm、より好ましくは6291rpmまで下げることができる。   Conditions for achieving such a shear rate are affected by the rotational speed of the rotor and the size of the gap between the rotor and the stator. There is a need to. The specific rotation speed of the rotor 11 is not particularly limited and varies depending on the size of the apparatus. For example, the outer diameter of the inner stator 13 is 12.0 mm, and the gap between the rotor 11 and the outer stator 12 is 0. In the case of 2 mm, a gap of 0.5 mm between the rotor 11 and the inner stator 13, and an inner diameter of the outer stator 12 of 18.8 mm, the rotational speed of the rotor 11 is preferably 2000 to 20000 rpm, more preferably 3000 to 15000 rpm. By setting it, it becomes possible to achieve the shear rate. Further, if the gap between the inner stator 13 and the rotor 11 is 0.2 mm, the maximum rotational speed of the rotor 11 can be lowered to preferably 8387 rpm, more preferably 6291 rpm.

また、ローター11と内側ステータ13との間のギャップの大きさも特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、0.2〜1.0mmであることが好ましく、0.5〜1.0mmであることがより好ましい。さらに、ローター11と外側ステータ12との間のギャップの大きさも特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、0.2〜1.0mmであることが好ましく、0.5〜1.0mmであることがより好ましい。このギャップの大きさの変化に対応してローター11の回転速度を調整することにより前記範囲の剪断速度を達成することが可能となる。これらのギャップが前記下限未満になるとノズルの詰まりが発生し易くなる傾向にあり、前記上限を超えると効果的な剪断力を付与できない傾向にある。   Further, the size of the gap between the rotor 11 and the inner stator 13 is not particularly limited, and varies depending on the size of the device, but is preferably 0.2 to 1.0 mm, 0.5 to 1 More preferably, it is 0.0 mm. Further, the size of the gap between the rotor 11 and the outer stator 12 is not particularly limited, and varies depending on the size of the device, but is preferably 0.2 to 1.0 mm, 0.5 to 1 More preferably, it is 0.0 mm. By adjusting the rotational speed of the rotor 11 in response to the change in the size of the gap, it becomes possible to achieve the shear speed in the above range. If these gaps are less than the lower limit, clogging of the nozzle tends to occur, and if the gap exceeds the upper limit, effective shearing force tends not to be applied.

また、図1に示す製造装置においては、ノズル16Aとノズル16Bとからそれぞれ供給された原料溶液A及び原料溶液Bが、前記領域に導入されてから1msec以内(特に好ましくは0.5msec以内)に均質混合されるようにノズル16A及びノズル16Bが配置されていることが好ましい。なお、ここでいう原料溶液が前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間とは、ノズル16A(又はノズル16B)から導入された原料溶液A(又は原料溶液B)が隣接するノズル16B(又はノズル16A)の位置に到達し、ノズル16B(又はノズル16A)から導入された原料溶液B(又は原料溶液A)と混合されるまでの時間をいう。   Further, in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the raw material solution A and the raw material solution B respectively supplied from the nozzle 16A and the nozzle 16B are within 1 msec (particularly preferably within 0.5 msec) after being introduced into the region. It is preferable that the nozzle 16A and the nozzle 16B are arranged so as to be homogeneously mixed. Here, the time from when the raw material solution is introduced into the region until it is homogeneously mixed is the nozzle 16B adjacent to the raw material solution A (or raw material solution B) introduced from the nozzle 16A (or nozzle 16B). (Or nozzle 16A) The time until it reaches the position of the nozzle and is mixed with the raw material solution B (or raw material solution A) introduced from the nozzle 16B (or nozzle 16A).

以上、本発明に好適に用いられる装置について説明したが、本発明においては前記原料溶液Aとして第一の原料溶液を用い、前記原料溶液Bとして第二の原料溶液を用いても、その逆であってもよい。また、本発明は、図1に示す製造装置を用いる方法に限定されるものではない。例えば、図1に示す製造装置においては、ノズル16Aとノズル16Bとがそれぞれ内側ステータ13におけるローター11に対向する面にそれぞれ設けられているが、ノズル16Aとノズル16Bとがそれぞれ外側ステータ12におけるローター11に対向する面にそれぞれ設けられていてもよい。そのように構成すれば、ローター11と外側ステータ12との間の領域に原料溶液Aと原料溶液Bとをそれぞれ独立して直接的に導入することが可能となる。なお、その領域における剪断速度は前記条件を満たすように設定する必要がある。   As described above, the apparatus suitably used in the present invention has been described. In the present invention, the first raw material solution is used as the raw material solution A and the second raw material solution is used as the raw material solution B. There may be. Further, the present invention is not limited to the method using the manufacturing apparatus shown in FIG. For example, in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the nozzle 16 </ b> A and the nozzle 16 </ b> B are respectively provided on the surface facing the rotor 11 in the inner stator 13, but the nozzle 16 </ b> A and the nozzle 16 </ b> B are respectively rotors in the outer stator 12. 11 may be provided respectively on the surface facing 11. If comprised in that way, it will become possible to introduce the raw material solution A and the raw material solution B directly into the area | region between the rotor 11 and the outer side stator 12, respectively independently. Note that the shear rate in that region needs to be set so as to satisfy the above condition.

第一の原料溶液及び第二の原料溶液における各原料溶液の送液速度は特に制限されないが、1.0〜30ml/minが好ましい。原料溶液の送液速度が前記下限未満になると金属化合物結晶子の凝集体の製造効率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると金属化合物結晶子の凝集体の粒子径が大きくなる傾向にある。   The feeding speed of each raw material solution in the first raw material solution and the second raw material solution is not particularly limited, but is preferably 1.0 to 30 ml / min. If the feed rate of the raw material solution is less than the lower limit, the production efficiency of the metal compound crystallite aggregate tends to decrease, whereas if the upper limit is exceeded, the particle diameter of the metal compound crystallite aggregate tends to increase. It is in.

(pH調整工程)
本発明の製造方法においては、前記コロイド溶液調製工程で得られたコロイド溶液をpH3〜5に調整する。コロイド溶液のpHが前記範囲にあると、高分子分散剤が金属化合物結晶子に吸着して、金属化合物結晶子は径が小さく均一な凝集体の状態で分散し、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。特に、高分子分散剤としてポリアルキレンイミンを用いた場合には、ポリアルキレンイミンが解離してNH 基が形成されるため、金属化合物結晶子の負に帯電したサイト又はニュートラルなサイトに吸着しやすく、容易に分散効果が付与される。一方、pHが1以上3未満になると、アルミニウムの中和点に到達していないため、アルミナ(又は水酸化アルミニウム)の粒子が十分に核生成しない傾向にある。このようなコロイド溶液に後述する熱処理を施して得られる複合金属酸化物多孔体においては、アルミナの耐熱性が不十分となり、且つアルミナ、セリア及びジルコニアの相互微分散度が低くなる傾向にある。また、pHが1未満になると、セリア(又は水酸化セリウム)の粒子も十分に核生成しない傾向にある。このようなコロイド溶液に後述する熱処理を施して得られる複合金属酸化物多孔体においては、セリアとジルコニアが十分に固溶していない傾向にある。他方、前記上限を超えると、高分子分散剤が金属化合物結晶子に吸着しにくく、金属化合物結晶子間に十分な斥力が発現せず、金属化合物結晶子が凝集する傾向にある。特に、高分子分散剤としてポリアルキレンイミンを用いた場合には、ポリアルキレンイミンの解離度が小さく、金属化合物微粒子へのポリアルキレンイミンの吸着量が減少する傾向にある。
(PH adjustment step)
In the production method of the present invention, the colloidal solution obtained in the colloidal solution preparation step is adjusted to pH 3-5. When the pH of the colloidal solution is in the above range, the polymer dispersant is adsorbed on the metal compound crystallites, and the metal compound crystallites are dispersed in the form of uniform aggregates with a small diameter, and have excellent storage stability. A solution can be obtained. In particular, when polyalkyleneimine is used as a polymer dispersant, polyalkyleneimine dissociates and NH 3 + groups are formed, so that it adsorbs to negatively charged sites or neutral sites of metal compound crystallites. It is easy to do and the dispersion effect is easily given. On the other hand, when the pH is 1 or more and less than 3, since the neutralization point of aluminum is not reached, alumina (or aluminum hydroxide) particles tend not to be sufficiently nucleated. In the composite metal oxide porous body obtained by subjecting such a colloid solution to the heat treatment described later, the heat resistance of alumina is insufficient, and the mutual fine dispersion of alumina, ceria and zirconia tends to be low. When the pH is less than 1, ceria (or cerium hydroxide) particles also tend not to nucleate sufficiently. In a composite metal oxide porous body obtained by subjecting such a colloid solution to a heat treatment described later, ceria and zirconia tend not to be sufficiently dissolved. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the polymer dispersant is difficult to adsorb on the metal compound crystallites, and sufficient repulsive force is not expressed between the metal compound crystallites, and the metal compound crystallites tend to aggregate. In particular, when polyalkyleneimine is used as the polymer dispersant, the degree of dissociation of polyalkyleneimine is small, and the amount of polyalkyleneimine adsorbed on metal compound fine particles tends to decrease.

このpH調整は、前記コロイド溶液調製工程で得られたコロイド溶液に酸を添加して行なってもよいが、前記コロイド溶液調製工程で得られるコロイド溶液のpHが3〜5となるように、予め、前記第一及び第二の原料溶液のうちの少なくとも一方に酸を添加しておくことが好ましい。   This pH adjustment may be performed by adding an acid to the colloid solution obtained in the colloid solution preparation step, but in advance so that the colloid solution obtained in the colloid solution preparation step has a pH of 3 to 5. It is preferable to add an acid to at least one of the first and second raw material solutions.

(水熱処理工程)
本発明の製造方法においては、必要に応じて、pHを3〜5に調整した前記コロイド溶液に水熱処理を施してもよい。これにより、アルミニウム化合物を十分に結晶化させることができる。この水熱処理工程における水熱処理温度は、70〜90℃の範囲であることが必要である。温度が前記下限未満では、アルミニウム化合物の結晶化が不十分となり、また、セリア/ジルコニア固溶体を形成せしめる場合に、原子の再配列が起こりにくくなる。他方、温度が前記上限を超えると、触媒担体の比表面積が小さくなり、さらに、セリアのみが単独で分離析出されてしまうため触媒の耐熱性が低下しやすくなる。また、このような水熱処理温度としては、アルミニウム化合物を析出させ、比表面積を大きくし、且つ、セリアとジルコニアとの固溶体を形成せしめる場合には、原子の再配列を促し、空孔が形成されることを抑制できるという観点から、80〜90℃であることが特に好ましい。
(Hydrothermal process)
In the production method of the present invention, hydrothermal treatment may be performed on the colloidal solution adjusted to pH 3 to 5 as necessary. Thereby, an aluminum compound can fully be crystallized. The hydrothermal treatment temperature in this hydrothermal treatment step needs to be in the range of 70 to 90 ° C. When the temperature is lower than the lower limit, the crystallization of the aluminum compound becomes insufficient, and the rearrangement of atoms hardly occurs when a ceria / zirconia solid solution is formed. On the other hand, when the temperature exceeds the above upper limit, the specific surface area of the catalyst carrier is reduced, and furthermore, only the ceria is separated and deposited alone, so that the heat resistance of the catalyst tends to be lowered. In addition, the hydrothermal treatment temperature is such that when an aluminum compound is precipitated, the specific surface area is increased, and a solid solution of ceria and zirconia is formed, the rearrangement of atoms is promoted and pores are formed. From the viewpoint that it can be suppressed, it is particularly preferably 80 to 90 ° C.

さらに、このような水熱処理工程における水熱処理時間は、水熱処理温度に応じて適宜調整することができるが、360〜1800分の範囲であることが好ましく、1200〜1440分の範囲であることがより好ましい。水熱処理時間が前記下限未満では、複合金属酸化物多孔体前駆体の溶解や再析出の促進効果が不十分となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、水熱処理による効果が飽和状態となり、生産性が低下することになる傾向にある。   Furthermore, the hydrothermal treatment time in such a hydrothermal treatment step can be appropriately adjusted according to the hydrothermal treatment temperature, but is preferably in the range of 360 to 1800 minutes, and preferably in the range of 1200 to 1440 minutes. More preferred. If the hydrothermal treatment time is less than the lower limit, the effect of promoting the dissolution and reprecipitation of the composite metal oxide porous precursor tends to be insufficient. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the hydrothermal treatment effect becomes saturated. , Productivity tends to decline.

(ゲル化処理工程)
本発明の製造方法においては、pHを3〜5に調整した前記コロイド溶液又は水熱処理を施した前記コロイド溶液に、必要に応じて、有機アミンを添加してpHを6〜9.5に再調整し、ゲル化処理を行なってもよい。これにより、コロイド溶液中において、高分子分散剤が金属化合物結晶子の凝集体から脱離し、金属化合物結晶子の凝集体が瞬時に凝集するが、有機アミンが高分子分散剤と類似の役割を果たすため、過剰な凝集は抑制され、適度な大きさの金属化合物結晶子の凝集体を含む懸濁液を得ることができる。その際の温度や時間は特に制限されず、例えば、10〜40℃の温度で5〜60秒間程度撹拌して均一分散状態を固定化することが好ましい。また、前記有機アミンとしては、エチレンジアミン及びトリエタノールアミンなどが好ましい。
(Geling process)
In the production method of the present invention, if necessary, an organic amine is added to the colloidal solution adjusted to pH 3-5 or the colloidal solution subjected to hydrothermal treatment, and the pH is adjusted to 6-9.5 again. It may be adjusted and gelled. As a result, in the colloid solution, the polymer dispersant is detached from the aggregate of the metal compound crystallites, and the aggregate of the metal compound crystallites aggregates instantaneously, but the organic amine plays a role similar to that of the polymer dispersant. Therefore, excessive aggregation is suppressed, and a suspension containing an aggregate of metal compound crystallites having an appropriate size can be obtained. The temperature and time at that time are not particularly limited, and for example, it is preferable to fix the uniformly dispersed state by stirring at a temperature of 10 to 40 ° C. for about 5 to 60 seconds. Moreover, as said organic amine, ethylenediamine, triethanolamine, etc. are preferable.

(熱処理工程)
本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法においては、pHを3〜5に調整した前記コロイド溶液又は前記ゲル化処理工程で得られた金属化合物の懸濁液に脱脂処理を施し、熱処理して前記本発明の排ガス浄化用触媒担体を得る。
(Heat treatment process)
In the method for producing a catalyst carrier for exhaust gas purification according to the present invention, the colloidal solution adjusted to pH 3 to 5 or the metal compound suspension obtained in the gelation treatment step is degreased and heat treated. The catalyst carrier for exhaust gas purification of the present invention is obtained.

この工程における脱脂条件としては、特に制限されないが、酸化雰囲気(例えば、空気)中において、80〜100℃で1〜10時間の条件で乾燥し、その後、200〜400℃で1〜5時間の条件で脱脂することが好ましい。このような脱脂処理を施すことによって、高分子分散剤が除去され、前記マクロ細孔が形成される。   Although it does not restrict | limit especially as degreasing conditions in this process, In an oxidizing atmosphere (for example, air), it drys on the conditions for 1 to 10 hours at 80-100 degreeC, and is 1-5 hours after that at 200-400 degreeC. It is preferable to degrease under conditions. By performing such degreasing treatment, the polymer dispersant is removed and the macropores are formed.

前記熱処理条件としては、酸化雰囲気(例えば、空気)中において、700〜1050℃の温度であることが必要である。温度が前記下限未満では、焼結が完結しないため、触媒使用時に焼結が進行して触媒活性が著しく低下する。他方、温度が前記上限を超えると、比表面積が小さくなり、合計細孔容量が小さくなり、その結果、触媒活性が低下する。また、このような熱処理温度としては、より優れた触媒活性が得られる傾向にあるという観点から、800〜1050℃であることが特に好ましい。   As the heat treatment condition, it is necessary that the temperature is 700 to 1050 ° C. in an oxidizing atmosphere (for example, air). If the temperature is less than the lower limit, sintering is not completed, so that the sintering proceeds when the catalyst is used, and the catalytic activity is significantly reduced. On the other hand, when the temperature exceeds the upper limit, the specific surface area is decreased, the total pore volume is decreased, and as a result, the catalytic activity is decreased. Moreover, as such heat processing temperature, it is especially preferable that it is 800-1050 degreeC from a viewpoint that the more outstanding catalyst activity exists in the tendency.

さらに、このような熱処理時間としては、特に制限されないが、前記温度を1〜10時間程度保持することが好ましい。この時間が前記下限未満では、脱脂処理後の金属化合物が十分に金属酸化物にならない傾向にあり、他方、前記上限を超えると、高温・酸化雰囲気によりシンタリング等の性能低下を伴い易くなる傾向にある。   Furthermore, the heat treatment time is not particularly limited, but it is preferable to maintain the temperature for about 1 to 10 hours. If this time is less than the lower limit, the metal compound after the degreasing treatment tends not to be a metal oxide sufficiently. On the other hand, if the upper limit is exceeded, performance tends to be accompanied by performance degradation such as sintering due to high temperature / oxidation atmosphere. It is in.

次に、本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法について説明する。本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法は、前記本発明の製造方法により得られた排ガス浄化用触媒担体の表面に遷移金属を担持させる工程を含む方法である。このような遷移金属を担持させる具体的な方法は特に制限されないが、例えば、遷移金属の塩(硝酸塩、塩化物、酢酸塩等)又は遷移金属の錯体を水、アルコール等の溶媒に溶解した溶液に前記排ガス浄化用触媒担体を浸漬し、溶媒を除去した後に焼成及び粉砕するといった方法が好適に用いられる。なお、前記遷移金属を担持させる工程において、溶媒を除去する際における乾燥条件としては30〜150℃で10分以内程度が好ましく、また、焼成条件としては、酸化雰囲気(例えば、空気)中において250〜600℃で30〜180分程度が好ましい。また、所望の担持量になるまでこのような遷移金属の担持工程を繰り返してもよい。   Next, the manufacturing method of the exhaust gas purifying catalyst of the present invention will be described. The method for producing an exhaust gas purification catalyst of the present invention is a method including a step of supporting a transition metal on the surface of an exhaust gas purification catalyst carrier obtained by the production method of the present invention. The specific method for supporting such a transition metal is not particularly limited. For example, a solution obtained by dissolving a transition metal salt (nitrate, chloride, acetate, etc.) or a transition metal complex in a solvent such as water or alcohol. A method is preferably used in which the exhaust gas-purifying catalyst carrier is dipped in, the solvent is removed, and the mixture is fired and pulverized. In the step of supporting the transition metal, the drying condition for removing the solvent is preferably within 30 minutes at 30 to 150 ° C. The firing condition is 250 in an oxidizing atmosphere (for example, air). It is preferably about 30 to 180 minutes at ~ 600 ° C. Further, such a transition metal supporting step may be repeated until a desired amount is supported.

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

(実施例1)
先ず、硝酸アンモニウムセリウム9.32g、オキシ硝酸ジルコニル1.94g、硝酸イットリウム1.1g、硝酸アルミニウム27.38gをイオン交換水500gに溶解して複合金属酸化物の原料となる陽イオンを含む第一の原料溶液を調製した。これらの添加量は陽イオン濃度0.1mol/L、Al:CeO:ZrO:Y=47.39:37.32:11.45:3.85(質量比)に相当する。次いで、下記式(1)に示す重量平均分子量10000のポリエチレンイミン62.5g、硝酸78gをイオン交換水360gに溶解して第二の原料溶液を調製した。
Example 1
First, 9.32 g of ammonium cerium nitrate, 1.94 g of zirconyl oxynitrate, 1.1 g of yttrium nitrate, and 27.38 g of aluminum nitrate are dissolved in 500 g of ion-exchanged water and contain a cation that is a raw material for the composite metal oxide. A raw material solution was prepared. The amount of these added is such that the cation concentration is 0.1 mol / L, Al 2 O 3 : CeO 2 : ZrO 2 : Y 2 O 3 = 47.39: 37.32: 11.45: 3.85 (mass ratio). Equivalent to. Next, 62.5 g of polyethyleneimine having a weight average molecular weight of 10000 represented by the following formula (1) and 78 g of nitric acid were dissolved in 360 g of ion-exchanged water to prepare a second raw material solution.

次に、図1に示す製造装置(スーパーアジテーションリアクター)を用いて金属化合物のナノコロイド溶液を作製した。なお、ステータ13としてはノズル16A及びノズル16Bがそれぞれ24個ずつ設けられている48孔タイプのものを使用した。そして、図1に示すように、ホモジナイザー10の先端を100mlビーカー20の中に浸るようにセットし、ホモジナイザー10におけるローター11を3400rpmの回転速度で回転させながら、上記第一の原料溶液と第二の原料溶液とをそれぞれ12.5ml/minの供給速度でチューブポンプ(図示せず)を用いてノズル16A及びノズル16Bからローター11と内側ステータ13との間の領域に送液して混合し、金属化合物の透明なナノコロイド溶液(pH4)を調製した。   Next, the metal compound nanocolloid solution was produced using the production apparatus (super agitation reactor) shown in FIG. The stator 13 used was a 48-hole type in which 24 nozzles 16A and 24 nozzles 16B were provided. Then, as shown in FIG. 1, the tip of the homogenizer 10 is set so as to be immersed in a 100 ml beaker 20, and the rotor 11 in the homogenizer 10 is rotated at a rotational speed of 3400 rpm while the first raw material solution and the second The raw material solution is fed to the region between the rotor 11 and the inner stator 13 from the nozzle 16A and the nozzle 16B using a tube pump (not shown) at a supply rate of 12.5 ml / min, and mixed. A transparent nanocolloid solution (pH 4) of a metal compound was prepared.

なお、ローター11の外径は18.0mm、外側ステータ12の内径は18.8mm、ローター11と外側ステータ12との間のギャップは0.4mmであり、それらの間の領域における剪断速度は8000sec−1であった。また、内側ステータ13の外径は11.8mm、ローター11の内径は12.2mm、ローター11と内側ステータ13との間のギャップは0.2mmであり、それらの間の領域における剪断速度は4600sec−1であった。また、第一の原料溶液と第二の原料溶液とが前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間は0.37msecであった。ここで、均質混合されるまでの時間とは、ノズル16A又はノズル16Bから吐出された原料溶液A又は原料溶液Bがローター11の回転によって隣接するノズル16B又はノズル16Aに到達するまでの時間と定義されるものである。 The outer diameter of the rotor 11 is 18.0 mm, the inner diameter of the outer stator 12 is 18.8 mm, the gap between the rotor 11 and the outer stator 12 is 0.4 mm, and the shear rate in the region between them is 8000 sec. -1 . The outer diameter of the inner stator 13 is 11.8 mm, the inner diameter of the rotor 11 is 12.2 mm, the gap between the rotor 11 and the inner stator 13 is 0.2 mm, and the shear rate in the region between them is 4600 sec. -1 . Moreover, the time from the introduction of the first raw material solution and the second raw material solution into the region until the homogeneous mixing was 0.37 msec. Here, the time until homogeneous mixing is defined as the time until the raw material solution A or the raw material solution B discharged from the nozzle 16A or the nozzle 16B reaches the adjacent nozzle 16B or the nozzle 16A by the rotation of the rotor 11. It is what is done.

得られたナノコロイド溶液に空気中、350℃で5時間の脱脂処理を施し、得られた金属化合物粉末を空気中、900℃で5時間焼成して複合金属酸化物多孔体粉末を得た。   The obtained nanocolloid solution was degreased at 350 ° C. for 5 hours in the air, and the obtained metal compound powder was fired at 900 ° C. for 5 hours in the air to obtain a composite metal oxide porous body powder.

(実施例2)
実施例1と同様にして金属化合物のナノコロイド溶液(pH4)を調製した。このナノコロイド溶液にプロペラ撹拌(300rpm)しながらエチレンジアミンを素早く添加してpH7に調整し、白濁した懸濁液を得た。この懸濁液に実施例1と同様に脱脂処理を施した後、得られた金属化合物粉末を実施例1と同様に焼成して複合金属酸化物多孔体粉末を得た。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, a metal compound nanocolloid solution (pH 4) was prepared. Ethylenediamine was quickly added to the nanocolloid solution while propeller stirring (300 rpm) to adjust the pH to 7, and a cloudy suspension was obtained. The suspension was degreased in the same manner as in Example 1, and then the resulting metal compound powder was fired in the same manner as in Example 1 to obtain a composite metal oxide porous powder.

(実施例3)
実施例1と同様にして金属化合物のナノコロイド溶液(pH4)を調製した。このナノコロイド溶液にプロペラ撹拌(300rpm)しながらトリエタノールアミンを素早く添加してpH7に調整し、白濁した懸濁液を得た。この懸濁液に実施例1と同様に脱脂処理を施した後、得られた金属化合物粉末を実施例1と同様に焼成して複合金属酸化物多孔体粉末を得た。
(Example 3)
In the same manner as in Example 1, a metal compound nanocolloid solution (pH 4) was prepared. Triethanolamine was quickly added to the nanocolloid solution while stirring with a propeller (300 rpm) to adjust the pH to 7, and a cloudy suspension was obtained. The suspension was degreased in the same manner as in Example 1, and then the resulting metal compound powder was fired in the same manner as in Example 1 to obtain a composite metal oxide porous powder.

(比較例1)
硝酸アンモニウム32.22g、前記ポリエチレンイミン62.5g、硝酸115gをイオン交換水323gに溶解した第二の原料溶液を用いたこと以外は実施例1と同様にして金属化合物の透明なナノコロイド溶液(pH1)を調製した。得られたナノコロイド溶液をテフロン(登録商標)製の圧力容器に入れて密封し、80℃で24時間加熱して水熱処理を施した。水熱処理後のナノコロイド溶液にプロペラ撹拌(300rpm)しながらアンモニア水を素早く添加してpH9に調整して白濁した懸濁液を得た。この懸濁液に実施例1と同様に脱脂処理を施した後、得られた金属化合物粉末を実施例1と同様に焼成して複合金属酸化物多孔体粉末を得た。
(Comparative Example 1)
A transparent nanocolloid solution of a metal compound (pH 1) in the same manner as in Example 1 except that 32.22 g of ammonium nitrate, 62.5 g of polyethyleneimine, and 115 g of nitric acid were dissolved in 323 g of ion-exchanged water. ) Was prepared. The obtained nanocolloid solution was sealed in a pressure vessel made of Teflon (registered trademark), and hydrothermally treated by heating at 80 ° C. for 24 hours. Aqueous ammonia was quickly added to the nanocolloid solution after hydrothermal treatment with propeller stirring (300 rpm) to adjust to pH 9 to obtain a cloudy suspension. The suspension was degreased in the same manner as in Example 1, and then the resulting metal compound powder was fired in the same manner as in Example 1 to obtain a composite metal oxide porous powder.

(比較例2)
実施例1と同様にして複合金属酸化物の原料となる陽イオンを含む第一の原料溶液を調製した。次いで、アンモニア水40gをイオン交換水460gに溶解して第二の原料溶液を調製した。第一の原料溶液に第二の原料溶液を素早く添加し、24時間のプロペラ撹拌(300rpm)を行い、白濁した懸濁液(pH10)を得た。この懸濁液に実施例1と同様に脱脂処理を施した後、得られた金属化合物粉末を実施例1と同様に焼成して複合金属酸化物多孔体粉末を得た。
(Comparative Example 2)
In the same manner as in Example 1, a first raw material solution containing a cation serving as a raw material for the composite metal oxide was prepared. Next, 40 g of ammonia water was dissolved in 460 g of ion exchange water to prepare a second raw material solution. The second raw material solution was quickly added to the first raw material solution, and propeller stirring (300 rpm) was performed for 24 hours to obtain a cloudy suspension (pH 10). The suspension was degreased in the same manner as in Example 1, and then the resulting metal compound powder was fired in the same manner as in Example 1 to obtain a composite metal oxide porous powder.

<比表面積、細孔容量>
自動比表面積/細孔分布測定装置(カンタクローム(株)製、商品名「Autosorb−1」)を用い、液体窒素温度(−196℃)で定容量式ガス吸着法により、実施例及び比較例で得られた複合金属酸化物多孔体粉末の窒素吸着等温線を求めた。なお、複合金属酸化物多孔体粉末には測定前に120℃で2時間の真空脱気処理を施した。得られた窒素吸着等温線からBET法により複合金属酸化物多孔体粉末(高温での熱処理前)の比表面積及びBJH法により細孔径分布曲線を求め、更に、得られた細孔径分布曲線から1nm〜0.1μmの範囲内の細孔直径を有する細孔の合計細孔容量を求めた。これらの結果を表1に示す。
<Specific surface area, pore volume>
Examples and Comparative Examples by an automatic specific surface area / pore distribution measuring device (trade name “Autosorb-1” manufactured by Cantachrome Co., Ltd.) and a constant volume gas adsorption method at a liquid nitrogen temperature (−196 ° C.) The nitrogen adsorption isotherm of the composite metal oxide porous material powder obtained in step 1 was determined. The composite metal oxide porous powder was vacuum degassed at 120 ° C. for 2 hours before measurement. From the obtained nitrogen adsorption isotherm, the specific surface area of the composite metal oxide porous powder (before the heat treatment at high temperature) by the BET method and the pore size distribution curve by the BJH method are obtained, and further 1 nm from the obtained pore size distribution curve The total pore volume of pores having pore diameters in the range of ˜0.1 μm was determined. These results are shown in Table 1.

また、水銀ポロシメーター(カンタクローム(株)製、商品名「ポアマスター60GT」)を用いて複合金属酸化物多孔体粉末(高温での熱処理前)の細孔径分布曲線を求め、得られた細孔径分布曲線から0.1μm〜10μmの範囲内の細孔直径を有する細孔の合計細孔容量を求めた。その結果を表1に示す。   Further, a pore diameter distribution curve of the composite metal oxide porous powder (before heat treatment at high temperature) was determined using a mercury porosimeter (trade name “Pore Master 60GT” manufactured by Cantachrome Co., Ltd.), and the obtained pore diameter From the distribution curve, the total pore volume of pores having a pore diameter in the range of 0.1 μm to 10 μm was determined. The results are shown in Table 1.

<平均結晶子径>
実施例及び比較例で得られた複合金属酸化物多孔体粉末(高温での熱処理前)のX線回折(XRD)パターンを、粉末X線回折装置(リガク社製、商品名「RINT−2200」を用いて、スキャンステップ0.01°、発散及び散乱スリット1deg、受光スリット0.15mm、CuKα線、40kV、20mA、スキャン速度1°/minの条件で測定し、ジルコニア固溶セリア粒子(CZ粒子)の(111)面に由来するピークの半値幅から、シェラーの式:
D=0.9λ/βcosθ
(式中、Dは結晶子径を示し、λは使用X線波長を示し、βはXRDの測定試料の半値幅を示し、θは回折角を示す)
を用いて、CZ粒子の平均結晶子径を算出した。その結果を表1に示す。
<Average crystallite size>
An X-ray diffraction (XRD) pattern of the composite metal oxide porous powder (before heat treatment at a high temperature) obtained in Examples and Comparative Examples was converted into a powder X-ray diffractometer (trade name “RINT-2200” manufactured by Rigaku Corporation). Is used under the conditions of a scan step of 0.01 °, a divergence and scattering slit of 1 deg, a light receiving slit of 0.15 mm, a CuKα ray, 40 kV, 20 mA, and a scan speed of 1 ° / min, and zirconia solid solution ceria particles (CZ particles). From the half width of the peak derived from the (111) plane of), Scherrer's formula:
D = 0.9λ / βcos θ
(In the formula, D represents the crystallite diameter, λ represents the used X-ray wavelength, β represents the half width of the XRD measurement sample, and θ represents the diffraction angle)
Was used to calculate the average crystallite size of the CZ particles. The results are shown in Table 1.

(複合金属酸化物多孔体の高温での熱処理)
実施例及び比較例で得られた複合金属酸化物多孔体粉末に空気中、1100℃で5時間の熱処理を施した。
(Heat treatment of composite metal oxide porous body at high temperature)
The composite metal oxide porous powders obtained in Examples and Comparative Examples were heat-treated in air at 1100 ° C. for 5 hours.

<比表面積、細孔容量、平均結晶子径>
高温での熱処理後の複合金属酸化物多孔体粉末のBET比表面積、窒素吸着法及び水銀圧入法により測定した合計細孔容量、CZ粒子の平均結晶子径を前記方法に従って算出した。これらの結果を表1に示す。
<Specific surface area, pore volume, average crystallite diameter>
The BET specific surface area of the composite metal oxide porous powder after the heat treatment at high temperature, the total pore volume measured by the nitrogen adsorption method and the mercury intrusion method, and the average crystallite size of the CZ particles were calculated according to the above methods. These results are shown in Table 1.

<電子顕微鏡観察>
高温での熱処理後の複合金属酸化物多孔体粉末を球面収差補正装置付き走査透過型電子顕微鏡((株)日立ハイテクノロジーズ製Cs−STEM、商品名「HD2700」)を用いて観察した。実施例2の複合金属酸化物多孔体粉末(高温での熱処理後)のSTEM写真を図5に示す。
<Electron microscope observation>
The composite metal oxide porous powder after heat treatment at high temperature was observed using a scanning transmission electron microscope with a spherical aberration correction device (Cs-STEM manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, trade name “HD2700”). A STEM photograph of the composite metal oxide porous powder of Example 2 (after heat treatment at high temperature) is shown in FIG.

<金属元素含有率の標準偏差>
先ず、高温での熱処理後の複合金属酸化物多孔体粉末について、前記Cs−STEMに装着したエネルギー分散型X線分析装置(EDX、分析スポット径:0.5nm)を用いて元素分析を行い、倍率3万倍の分析視野(縦100ピクセル×横128ピクセル)においてEDXマッピングを行なった。得られたEDXマッピングデータを1ピクセルごとに平均化した。なお、分析視野は、3万倍の倍率で100個程度の粒子が含まれるように抽出した。次に、前記分析視野を100個の微小領域に分割(縦10分割×横10分割)し、1微小領域(1個の微小領域は縦300nm×横330nm)ごとにEDXマッピングデータを平均化して各金属元素の含有率を算出した。100個の微小領域についての各金属元素の含有率の標準偏差を算出した。その結果を表1に示す。なお、金属元素の含有率の標準偏差が小さいほど、各金属酸化物が相互により微細且つ均一に分散した状態で配置されていることを示している。
<Standard deviation of metal element content>
First, the composite metal oxide porous powder after heat treatment at high temperature is subjected to elemental analysis using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX, analysis spot diameter: 0.5 nm) attached to the Cs-STEM, EDX mapping was performed in an analysis visual field (vertical 100 pixels × horizontal 128 pixels) at a magnification of 30,000. The obtained EDX mapping data was averaged for each pixel. The analysis field was extracted so that about 100 particles were included at a magnification of 30,000. Next, the analysis visual field is divided into 100 minute areas (10 vertical parts × 10 horizontal parts), and the EDX mapping data is averaged for each minute area (one minute area is 300 nm long × 330 nm wide). The content of each metal element was calculated. The standard deviation of the content of each metal element for 100 minute regions was calculated. The results are shown in Table 1. In addition, it has shown that each metal oxide is arrange | positioned in the state finely and uniformly disperse | distributed mutually, so that the standard deviation of the content rate of a metal element is small.

(触媒調製)
硝酸銅(Cu(NO・3HO)0.951gをイオン交換水100gに溶解した硝酸銅水溶液を用い、実施例及び比較例で得られた複合金属酸化物多孔体粉末5gに対して0.25gとなるように銅を担持させ、空気中、600℃で5時間焼成してCu担持複合金属酸化物多孔体粉末を得た。この粉末を、冷間静水等方圧プレス機を用いて1000kgf/cmで成型した後、粉砕して直径0.5〜1mmのペレット状のCu担持触媒を得た。
(Catalyst preparation)
Using an aqueous copper nitrate solution prepared by dissolving 0.951 g of copper nitrate (Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O) in 100 g of ion-exchanged water, 5 g of the composite metal oxide porous powder obtained in Examples and Comparative Examples Then, copper was supported so as to be 0.25 g and calcined in air at 600 ° C. for 5 hours to obtain a Cu-supported composite metal oxide porous material powder. This powder was molded at 1000 kgf / cm 2 using a cold isostatic press, and then pulverized to obtain a pellet-shaped Cu-supported catalyst having a diameter of 0.5 to 1 mm.

<耐久試験>
得られたCu担持触媒2gを石英反応管に充填し、固定床流通反応装置((株)ベスト測器製)を用いて、リッチガス(H(2%)、CO(10%)、HO(3%)及びN(残部))とリーンガス(CO(10%)、O(1%)、HO(3%)及びN(残部))とを、温度900℃、空間速度(SV)10000h−1の条件で5分間ずつ交互に5時間供給して耐久試験を行なった。
<Durability test>
2 g of the obtained Cu-supported catalyst was filled in a quartz reaction tube, and a rich gas (H 2 (2%), CO 2 (10%), H 2 O (3%) and N 2 (remainder)) and lean gas (CO 2 (10%), O 2 (1%), H 2 O (3%) and N 2 (remainder))) at a temperature of 900 ° C. The durability test was conducted by alternately supplying 5 hours at a time under the condition of space velocity (SV) of 10000 h −1 for 5 minutes.

<触媒活性の測定>
耐久試験後のCu担持触媒1gを常圧固定床流通型反応装置((株)ベスト測器製)に設置し、CO(0.7容量%)、H(0.23容量%)、NO(0.12容量%)、C(0.16容量%)、O(0.64容量%)、CO(10容量%)、HO(3容量%)及びN(残部)からなるモデルガスを3500mL/minの流量で供給し、触媒入りガス温度が100℃となるように調整し、触媒入りガスのCO濃度及びNO濃度を測定した。その後、触媒入りガス温度を15℃/minの昇温速度で600℃まで昇温しながら、触媒出ガスのCO濃度及びNO濃度を測定し、触媒入りガス及び触媒出ガスにおけるそれぞれの測定値の差からCO浄化率及びNO浄化率を算出した。そして、供給されたモデルガス中のCO浄化率及びNO浄化率がそれぞれ50%に到達する温度(T50−CO及びT50−NO)を測定した。その結果を表1に示す。
<Measurement of catalytic activity>
1 g of the Cu-supported catalyst after the durability test was placed in an atmospheric pressure fixed bed flow type reaction apparatus (manufactured by Vest Sokki Co., Ltd.), CO (0.7 vol%), H 2 (0.23 vol%), NO (0.12% by volume), C 3 H 6 (0.16% by volume), O 2 (0.64% by volume), CO 2 (10% by volume), H 2 O (3% by volume) and N 2 ( The model gas consisting of the remainder was supplied at a flow rate of 3500 mL / min, adjusted so that the gas temperature with catalyst became 100 ° C., and the CO concentration and NO concentration of the gas with catalyst were measured. Thereafter, while increasing the temperature of the gas containing the catalyst to 600 ° C. at a temperature increase rate of 15 ° C./min, the CO concentration and the NO concentration of the catalyst output gas are measured, and the measured values of the catalyst input gas and the catalyst output gas are measured. The CO purification rate and the NO purification rate were calculated from the difference. Then, the temperatures (T50-CO and T50-NO) at which the CO purification rate and the NO purification rate in the supplied model gas reached 50% were measured. The results are shown in Table 1.

<比表面積>
耐久試験後のCu担持触媒のBET比表面積を前記方法に従って算出した。その結果を表1に示す。
<Specific surface area>
The BET specific surface area of the Cu-supported catalyst after the durability test was calculated according to the above method. The results are shown in Table 1.

表1に示した結果から明らかなように、実施例1〜3で得られた複合金属酸化物多孔体は、高温での熱処理(空気中、1100℃、5時間)後においても、アルミナ粒子とCZ粒子とが高い相互微分散度(すなわち、相互に微細且つ均一に分散した状態)で配置されているものであることが確認された。また、高温での熱処理後の前記複合金属酸化物多孔体は、図5に示したように、一次粒子間に形成された細孔直径が1nm〜0.1μmのメソ細孔(一次細孔)と二次粒子間に形成された細孔直径が0.1μm〜10μmのマクロ細孔(二次細孔)とを有し、前記メソ細孔及び前記マクロ細孔の各合計細孔容量が比較的大きなものであることが確認された。なお、前記マクロ細孔は、脱脂処理時に高分子分散剤が除去されたことによって形成されたものであると推察される。   As can be seen from the results shown in Table 1, the composite metal oxide porous bodies obtained in Examples 1 to 3 were treated with alumina particles even after heat treatment at high temperature (in air, 1100 ° C., 5 hours). It was confirmed that the CZ particles are arranged with a high degree of mutual fine dispersion (that is, finely and uniformly dispersed with each other). Further, as shown in FIG. 5, the composite metal oxide porous body after the heat treatment at high temperature has mesopores (primary pores) having a pore diameter of 1 nm to 0.1 μm formed between primary particles. And macropores (secondary pores) with a pore diameter of 0.1 μm to 10 μm formed between secondary particles, and the total pore volume of the mesopores and the macropores are compared It was confirmed to be a big one. In addition, it is guessed that the said macropore was formed when the polymer dispersing agent was removed at the time of a degreasing process.

また、このような複合金属酸化物多孔体を担体として用いることによって、耐久処理(900℃、5時間)後においても、375℃以下の比較的低温から高い触媒活性を示す遷移金属担持触媒(排ガス浄化用触媒)が得られることが確認された。特に、エチレンジアミン又はトリエタノールアミンを用いてナノコロイド溶液をpH7に調整した場合(実施例2〜3)においては、アンモニア水を用いてpH9に調整した場合(比較例1)、並びに高分子分散剤を使用せず、第二の原料溶液にアンモニア水を用いてpH10のナノコロイド溶液を調製した場合(比較例2)に比べて、耐久試験後の遷移金属担持触媒は、より低温から高い触媒活性を示した。この理由は以下のように推察される。すなわち、比較例1〜2で得られた複合金属酸化物多孔体においては、高温での熱処理によって、マクロ細孔の合計細孔容量が減少し、アルミナ粒子とCZ粒子との相互微分散度が低下したことから、アルミナがCZ粒子の拡散障壁として十分に機能しなかったと推察される。これは、比較例1で得られた複合金属酸化物多孔体においては、アンモニア水を用いてナノコロイド溶液をpH9に調整したことによって、また、比較例2で得られた複合金属酸化物多孔体においては、アンモニア水を用いてpH10のナノコロイド溶液を調製したことによって、得られた複合金属酸化物多孔体においては、アルミナ粒子が凝集しており、アルミナ、セリア及びジルコニアの相互微分散度が低下したためと推察される。そして、遷移金属担持触媒においても、凝集したアルミナ粒子がCZ粒子の拡散障壁として十分に機能しなかったため、耐久試験を行なったことによりCZ粒子が粒成長し、遷移金属がアルミナ粒子及びCZ粒子に不均一に担持された状態(具体的には、CZ粒子の粒成長とともに、これらに担持されている遷移金属が粒成長した状態)となったため、遷移金属とCZ粒子との相互作用が十分に得られず、耐久試験後の触媒活性が低下したと推察される。   Further, by using such a composite metal oxide porous body as a carrier, a transition metal-supported catalyst (exhaust gas) exhibiting high catalytic activity from a relatively low temperature of 375 ° C. or lower even after endurance treatment (900 ° C., 5 hours). It was confirmed that a purification catalyst) was obtained. In particular, when the nanocolloid solution is adjusted to pH 7 using ethylenediamine or triethanolamine (Examples 2 to 3), the pH is adjusted to 9 using aqueous ammonia (Comparative Example 1), and the polymer dispersant The transition metal-supported catalyst after the endurance test has a higher catalytic activity from a lower temperature than when a pH 10 nanocolloid solution was prepared using ammonia water as the second raw material solution (comparative example 2). showed that. The reason is presumed as follows. That is, in the composite metal oxide porous bodies obtained in Comparative Examples 1 and 2, the total pore volume of the macropores is reduced by the heat treatment at a high temperature, and the mutual fine dispersion degree between the alumina particles and the CZ particles is reduced. From the decrease, it is presumed that alumina did not function sufficiently as a diffusion barrier for CZ particles. This is because in the composite metal oxide porous body obtained in Comparative Example 1, the nanocolloid solution was adjusted to pH 9 using aqueous ammonia, and also in the composite metal oxide porous body obtained in Comparative Example 2. In the obtained composite metal oxide porous body, by preparing a nanocolloid solution having a pH of 10 using aqueous ammonia, alumina particles are aggregated, and the mutual fine dispersion of alumina, ceria and zirconia is high. It is guessed that it decreased. Even in the transition metal supported catalyst, the aggregated alumina particles did not sufficiently function as a diffusion barrier for the CZ particles. Therefore, the CZ particles grew as a result of the durability test, and the transition metal became the alumina particles and the CZ particles. Since it is in a non-uniformly supported state (specifically, the state in which the transition metal supported on these particles grows with the growth of CZ particles), the interaction between the transition metal and the CZ particles is sufficient. It is assumed that the catalytic activity after the durability test was lowered.

これに対して、実施例2〜3で得られた複合金属酸化物多孔体においては、高温での熱処理後においても、マクロ細孔の合計細孔容量が比較的大きく、アルミナ粒子とCZ粒子との相互微分散度も高いものであった。このことから、実施例2〜3で得られた複合金属酸化物多孔体は、高温での熱処理において、高度に微分散されたアルミナ粒子がCZ粒子の拡散障壁として十分に機能したと推察される。これは、実施例2〜3で得られた複合金属酸化物多孔体においては、エチレンジアミン又はトリエタノールアミンを用いてナノコロイド溶液をpH7に調整したことによると推察される。そして、遷移金属担持触媒においても、高度に微分散されたアルミナ粒子がCZ粒子の拡散障壁として十分に機能したため、耐久試験を行なってもアルミナ粒子とCZ粒子との高い相互微分散度が維持され、これらの粒子に担持された遷移金属も微細且つ均一に分散した状態が保持され、耐久試験後においても優れた触媒活性が得られたと推察される。   On the other hand, in the composite metal oxide porous body obtained in Examples 2-3, the total pore volume of the macropores is relatively large even after the heat treatment at high temperature, and the alumina particles and the CZ particles The mutual fine dispersion was also high. From this, it is surmised that the composite metal oxide porous bodies obtained in Examples 2 to 3 functioned satisfactorily as the diffusion barrier of the CZ particles in the highly finely dispersed alumina particles in the heat treatment at high temperature. . This is presumably due to the adjustment of the nanocolloid solution to pH 7 using ethylenediamine or triethanolamine in the composite metal oxide porous bodies obtained in Examples 2-3. Also in the transition metal supported catalyst, the highly finely dispersed alumina particles functioned sufficiently as a diffusion barrier for the CZ particles, so that a high degree of mutual fine dispersion between the alumina particles and the CZ particles is maintained even when the durability test is performed. It is presumed that the transition metal supported on these particles was kept finely and uniformly dispersed, and excellent catalytic activity was obtained even after the durability test.

以上説明したように、本発明によれば、高温に曝された場合でも、優れた触媒活性、特に、比較的低温から高い触媒活性を示す遷移金属担持触媒を得ることが可能な排ガス浄化用触媒担体及びその製造方法を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, an exhaust gas purifying catalyst capable of obtaining a transition metal-supported catalyst exhibiting excellent catalytic activity, particularly, high catalytic activity from a relatively low temperature, even when exposed to high temperatures. It is possible to provide a carrier and a method for producing the same.

10…ホモジナイザー、11…ローター、12…外側ステータ、13…内側ステータ、14…回転シャフト、15…モーター、16A,16B…ノズル、17A,17B…流路(供給管)、20…反応容器、A,B…反応溶液、X…回転軸、Y…回転軸Xに対して直交する面。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Homogenizer, 11 ... Rotor, 12 ... Outer stator, 13 ... Inner stator, 14 ... Rotating shaft, 15 ... Motor, 16A, 16B ... Nozzle, 17A, 17B ... Flow path (supply pipe), 20 ... Reaction vessel, A , B ... reaction solution, X ... rotation axis, Y ... surface perpendicular to the rotation axis X.

Claims (7)

アルミナ、セリア及びジルコニアを含有し、アルミナの含有率が30〜80質量%である複合金属酸化物多孔体からなり、
空気中、1100℃で5時間焼成した後の複合金属酸化物多孔体が、球面収差補正装置付き走査透過型電子顕微鏡を用いて行なったエネルギー分散型X線分析により求めた、100個の微小領域(1個の微小領域は縦300nm×横330nm)についてのアルミニウム元素、セリウム元素及びジルコニウム元素の含有率(単位:at%)の標準偏差が全て19以下であるという条件を満たすものであることを特徴とする排ガス浄化用触媒担体。
Containing alumina, ceria and zirconia, comprising a composite metal oxide porous body having an alumina content of 30 to 80% by mass,
100 microscopic regions obtained by energy dispersive X-ray analysis of a composite metal oxide porous body after calcination in air at 1100 ° C. for 5 hours using a scanning transmission electron microscope with a spherical aberration corrector The standard deviation of the content ratio (unit: at%) of aluminum element, cerium element and zirconium element for (one minute region is 300 nm in length × 330 nm in width) satisfies the condition that all are 19 or less. A catalyst carrier for exhaust gas purification characterized.
空気中、1100℃で5時間焼成した後の複合金属酸化物多孔体が、窒素吸着法により測定した1nm〜0.1μmの範囲内の細孔直径を有する細孔の合計細孔容量が0.18cm/g以上であり、水銀圧入法により測定した0.1μm〜10μmの範囲内の細孔直径を有する細孔の合計細孔容量が0.3cm/g以上であるという条件を満たすものであ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担体。 The total pore volume of pores having a pore diameter in the range of 1 nm to 0.1 μm as measured by the nitrogen adsorption method of the composite metal oxide porous body after calcination at 1100 ° C. for 5 hours in the air is 0.00. Satisfying the condition that the total pore volume of pores having a pore diameter in the range of 0.1 μm to 10 μm measured by mercury porosimetry is not less than 18 cm 3 / g and not less than 0.3 cm 3 / g The exhaust gas-purifying catalyst carrier according to claim 1, wherein 空気中、1100℃で5時間焼成した後の複合金属酸化物多孔体が、前記エネルギー分散型X線分析により求めた、100個の微小領域についてのセリウム元素及びジルコニウム元素の含有率(単位:at%)の標準偏差が全て15以下であるという条件を満たすものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の排ガス浄化用触媒担体。   The composite metal oxide porous body after calcination at 1100 ° C. for 5 hours in air was determined by the energy dispersive X-ray analysis, and the content of cerium element and zirconium element in 100 minute regions (unit: at 3. The exhaust gas purifying catalyst carrier according to claim 1 or 2, characterized in that all the standard deviations of%) are 15 or less. 請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒担体と該触媒担体に担持されている遷移金属とを備えるものであることを特徴とする排ガス浄化用触媒。   An exhaust gas purification catalyst comprising the exhaust gas purification catalyst carrier according to any one of claims 1 to 3 and a transition metal supported on the catalyst carrier. 前記遷移金属が銅であることを特徴とする請求項4に記載の排ガス浄化用触媒。   The exhaust gas purifying catalyst according to claim 4, wherein the transition metal is copper. アルミナ、セリア及びジルコニアを含有する複合金属酸化物多孔体からなる排ガス浄化用触媒担体の製造方法であって、
複合金属酸化物多孔体中のアルミナの含有率が30〜80質量%となるように、アルミニウムイオンとセリウムイオンとジルコニウムイオンとを含有する第一の原料溶液を調製する工程と、
高分子分散剤を含有する第二の原料溶液を調製する工程と、
第一の原料溶液と第二の原料溶液とを1000〜200000sec−1の剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合して金属化合物のコロイド溶液を得る工程と、
前記コロイド溶液のpHを3〜5に調整する工程と、
pH調整後のコロイド溶液を脱脂し、酸化雰囲気下、700〜1050℃で熱処理して前記複合金属酸化物多孔体を得る工程と
を含むことを特徴とする排ガス浄化用触媒担体の製造方法。
A method for producing a catalyst carrier for exhaust gas purification comprising a porous composite metal oxide containing alumina, ceria and zirconia,
Preparing a first raw material solution containing aluminum ions, cerium ions, and zirconium ions so that the content of alumina in the composite metal oxide porous body is 30 to 80% by mass;
A step of preparing a second raw material solution containing a polymer dispersant;
A step of directly introducing the first raw material solution and the second raw material solution directly into a region having a shear rate of 1000 to 200000 sec −1 and homogeneously mixing them to obtain a metal compound colloidal solution;
Adjusting the pH of the colloidal solution to 3-5;
and a step of degreasing the colloidal solution after pH adjustment and heat-treating at 700 to 1050 ° C. in an oxidizing atmosphere to obtain the composite metal oxide porous body.
アルミナ、セリア及びジルコニアを含有する複合金属酸化物多孔体からなる排ガス浄化用触媒担体の製造方法であって、
複合金属酸化物多孔体中のアルミナの含有率が30〜80質量%となるように、アルミニウムイオンとセリウムイオンとジルコニウムイオンとを含有する第一の原料溶液を調製する工程と、
高分子分散剤を含有する第二の原料溶液を調製する工程と、
第一の原料溶液と第二の原料溶液とを1000〜200000sec−1の剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合して金属化合物のコロイド溶液を得る工程と、
前記コロイド溶液のpHを3〜5に調整する工程と、
前記コロイド溶液に有機アミンを添加してゲル化処理を施し、金属化合物の懸濁液を得る工程と、
前記懸濁液を脱脂し、酸化雰囲気下、700〜1050℃で熱処理して前記複合金属酸化物多孔体を得る工程と
を含むことを特徴とする排ガス浄化用触媒担体の製造方法。
A method for producing a catalyst carrier for exhaust gas purification comprising a porous composite metal oxide containing alumina, ceria and zirconia,
Preparing a first raw material solution containing aluminum ions, cerium ions, and zirconium ions so that the content of alumina in the composite metal oxide porous body is 30 to 80% by mass;
A step of preparing a second raw material solution containing a polymer dispersant;
A step of directly introducing the first raw material solution and the second raw material solution directly into a region having a shear rate of 1000 to 200000 sec −1 and homogeneously mixing them to obtain a metal compound colloidal solution;
Adjusting the pH of the colloidal solution to 3-5;
Adding an organic amine to the colloidal solution and subjecting it to a gelation treatment to obtain a suspension of a metal compound;
And a step of degreasing the suspension and heat-treating at 700 to 1050 ° C. in an oxidizing atmosphere to obtain the composite metal oxide porous body.
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WO2019003424A1 (en) 2017-06-30 2019-01-03 第一稀元素化学工業株式会社 Alumina-based composite oxide and method for producing same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011030875A1 (en) * 2009-09-11 2011-03-17 株式会社豊田中央研究所 Composite metal oxide porous body, catalyst using same, and method for producing each

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011030875A1 (en) * 2009-09-11 2011-03-17 株式会社豊田中央研究所 Composite metal oxide porous body, catalyst using same, and method for producing each

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015139719A (en) * 2014-01-27 2015-08-03 株式会社豊田中央研究所 Three-way catalyst, and method for cleaning exhaust gas by using the same
WO2019003424A1 (en) 2017-06-30 2019-01-03 第一稀元素化学工業株式会社 Alumina-based composite oxide and method for producing same
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